基于Transformer增强型U-net的CT图像稀疏重建与伪影抑制

实现低剂量计算机断层成像(CT)的一个有效办法是减少投影角度,但投影角度较少会产生严重的条状伪影,降低图像的临床使用价值。针对该问题,提出一种耦合卷积神经网络(CNN)和多种注意力机制的U型网络(TE-unet)。首先采用U型架构提取多尺度特征信息;其次提出一个包含CNN和多种注意力的模块提取图像特征;最后在跳跃连接处加入Transformer块过滤信息,抑制不相关特征,突出重要特征。所提网络结合CNN的局部特征提取能力和Transformer的全局信息捕获能力,辅以多种注意力机制,实现了良好的去条状伪影能力。在60个投影角度下,与经典的Uformer网络相比,峰值信噪比(PSNR)高出0.3178 dB,结构相似度(SSIM)高出0.002,均方根误差(RMSE)降低0.0005。实验结果表明,所提TE-unet重建的图像精度更高,图像细节保留的更好,可以更好地压制条状伪影。

解析法图像重建中的插值技术研究

为了给图像重建中插值方法的选择提供依据,研究了线性插值和样条插值对重建图像的质量影响。分析了常用的插值技术,从一维插值的角度,从理论和实验两个方面分析了线性插值和样条插值的性能,将两种方法应用到滤波反投影法图像重建中,分析了两种方法在不同的投影采样间隔的情况下对重建图像的质量影响。结果发现在一维信号插值时,样条插值精度高,但在图像重建时,采用更精确的样条插值反而使得重建图像的质量下降。最后指出图像重建时应该采用能更好的抑制振荡噪声的线性插值方法。

溶磷细菌对复垦土壤养分、酶活性及磷解析的影响

为了探索溶磷细菌在复垦土壤上对磷素的作用效果,采用室内摇瓶培养的方法,研究了磷细菌及其组合对磷酸三钙的溶解能力,确定了最佳组合磷细菌。拉恩式菌(W2)+荧光假单胞菌1(W3)+荧光假单胞菌2(W4)培养液的有效磷含量最高,为609.1mg/L,故最佳磷细菌组合为W2+W3+W4。将筛选出的最佳组合磷细菌在采煤塌陷地复垦土壤上进行玉米大田试验,研究其对土壤养分、酶活性、磷解析特性及玉米产量的影响。结果表明:磷细菌可以增加土壤养分含量和改善土壤酶活性;磷细菌处理土壤有效磷和速效钾含量,以及磷酸酶、蔗糖酶和脲酶活性分别比基质对照处理增加了2.80,25.43,7.41,4.21,7.15mg/kg;与空白处理相比,磷细菌处理土壤最大吸磷量和吸附常数降低幅度最大,分别显著减少114mg/kg和0.021(p<0.05);磷细菌处理土壤平均解吸率为14.7%,显著高于其他处理;磷细菌处理玉米产量最高,为8 036kg/hm^2,显著高于其他处理。因此在复垦土壤上施用磷细菌,可以改善土壤磷素解析特性,有利于土壤快速培肥,对作物增产也有积极作用。

鸡粪菌剂对复垦土壤上油菜产量和品质的影响

以复垦土壤和油菜为试验材料,采用随机区组设计,以化肥为基肥,将鸡粪、菌剂配施。试验结果表明:鸡粪和菌剂单独施用都能提高油菜的产量、品质和油菜的养分。但总体来说,在油菜产量的增加、品质的改善和养分的提高方面,鸡粪和菌剂按一定比例配比施用,效果更显著。其中,处理11油菜产量、还原糖含量、全氮、全钾达到最高,分别比CK增加183%,76.3%,66.1%,77.1%;硝酸盐含量最低,比CK降低64%;其他各项指标也明显高于CK。

用快速哈达玛变换(FHT)实现高速线性卷积

为了加速实现长序列的线性卷积,提出了用快速哈达玛变换(FHT)实现线性卷积的快速算法。分析了哈达玛变换的特点和快速算法的时间复杂度,设计了用FHT计算线性卷积的矩阵表达式,并推导出了哈达玛域滤波器的增益矩阵的求解公式,分析了该方法的加速原理及其适用条件。理论分析和实验表明,该方法比FFT线性卷积法快了近一倍。

用快速哈达玛变换加速滤波反投影算法的滤波过程

为了加速滤波反投影算法的滤波过程,提出了用快速哈达玛变换(FHT)实现线性卷积的快速算法。分析了哈达玛变换的特点和快速算法的时间复杂度,设计了用FHT计算线性卷积的矩阵表达式,并推导出了哈达玛域滤波器的增益矩阵的求解公式,分析了该方法的加速原理及其适用条件。理论分析表明,该方法比FFT线性卷积法快了一倍。仿真实验表明,该方法在不影响图像重建精度的情况下,相对于FFT线性卷积法,将滤波过程的速度提高了近一倍。

一种滤波反投影算法的加速方式

提出了滤波反投影(filtered back projection,FBP)算法的基于被动式射线驱动和预插值的反投影策略。首先对滤波后的投影采用线性插值预插值到更加精细的间隔上,然后对每个角度下的滤波投影用被动式射线驱动法反投影,得到重建图像。反投影时为了减少求取投影地址时三角函数的运算,将三角函数值事先求得并存到查找表中,需要时调用。反投影时采用简单的最邻近插值法插值,以节省插值时间。仿真实验表明,这种方法可以有效提高反投影速度。

溶磷细菌筛选及在复垦土壤上对难溶态磷的活化作用

为研究溶磷细菌在复垦土壤上对难溶态磷的活化作用,通过PVK平板法从石灰性土壤中分离筛选出7株溶磷细菌,7株菌株的溶磷能力在296.5~563.5 mg/L之间,菌株的溶磷能力与溶磷圈直径(D)与菌落直径(d)的比值呈显著正相关(p<0.01);16sRNA序列分析表明,W1、W6属于Enterobacter sp.,W2、W4属于Burkholderia sp.,W3、W5属于Rahnella sp.,W7属于Fluorescent pseudomonas.选择W3、W4、W7作为试验菌株,以磷酸三钙、磷矿粉为难溶态磷源,研究单菌株及组合菌株在配施难溶态磷酸盐条件下对复垦土壤有效磷、各形态无机磷含量及油菜产量的影响.结果表明,同一底物下溶磷细菌各处理复垦土壤有效磷含量和油菜产量显著高于基质处理(p<0.05),组合菌株处理优于单菌株处理,W3+W4+W7处理两项指标都最高;在溶磷细菌+磷酸三钙底物下,W3+W4+W7处理复垦土壤有效磷含量和油菜产量分别比单施溶磷细菌、溶磷细菌+磷矿粉两个底物下同一处理显著增加94.81%、40.25%和34.13%、9.43%;相同底物下溶磷细菌各处理复垦土壤Ca2-P、Ca8-P、A1-P、Fe-P含量都高于基质处理,Ca10-P含量小于基质处理,O-P含量与基质处理差异不显著.这一结果可为溶磷细菌在复垦土壤上应用技术的研发提供理论基础.

矿区塌陷复垦地土壤养分及酶活性的变化

经过大田试验,研究了不同施肥处理对复垦土壤养分和酶活性的影响,结果表明,不同施肥处理对复垦区土壤养分和酶活性有一定影响。在玉米整个生育时期,化肥(C)、化肥+有机肥(CM)和化肥+有机肥+菌肥(CMB)处理土壤全氮含量分别增加了2%～11%,10%～60%,9%～79%,土壤速效磷含量分别增加42%～53%,64%～76%,71%～80%,土壤速效钾含量分别提高了1%～38%,16%～32%,21%～47%;土壤酶活性也有一定程度的提高,其中以CM和CMB处理提高最大,与不施肥处理差异显著。

溶磷真菌及其组合对复垦土壤磷解析和转化的影响

为了探索溶磷真菌在复垦土壤上对磷的作用效果,通过盆栽油菜试验,研究了黑曲霉(Aspergillus niger)、青霉(Penicillium)、被孢霉(Mortierella)及其组合对复垦土壤磷解析特性及无机磷转化的影响。结果表明,施用溶磷真菌可以增加复垦土壤有效磷、磷酸酶的量。溶磷真菌及其组合处理复垦土壤有效磷、磷酸酶量分别比基质处理(M)增加了58.6%~158.9%和3.7%~87.8%。施用有机肥可以明显改善复垦土壤的解析特性;被孢霉、被孢霉+青霉、黑曲霉+青霉、被孢霉+黑曲霉+青霉处理的土壤最大吸磷量都显著小于基质处理(M);不同处理复垦土壤吸附常数范围在0.036~0.069之间,溶磷真菌处理土壤磷吸附常数与基质处理(M)差异不显著;各处理复垦土壤磷平均解吸率在21.14%~34.57%之间,其中黑曲霉+青霉处理(Z2+Z3)复垦土壤平均解吸率最大,为34.57%。溶磷真菌对复垦土壤O-P、Fe-P、Al-P影响较小,对复垦土壤无机磷转化影响最大的是Ca2-P和Ca10-P,溶磷真菌可以抑制土壤中外来磷源向Ca10-P的转化,增加Ca2-P的量,溶磷真菌Z2+Z3处理Ca2-P的量最高,为28.73 mg/kg。综上,施用溶磷真菌可以增加复垦土壤有效磷量和提高磷素的有效性,有利于复垦土壤的熟化;黑曲霉+青霉处理(Z2+Z3)对复垦土壤解析特性及无机磷转化影响最大,为试验最佳处理。

最佳组合溶磷细菌的筛选及培养条件的优化

试验研究了不同溶磷细菌的组合效应,筛选出最佳组合,并通过单因子试验和正交试验对最佳组合菌株的培养条件进行了优化。结果表明:溶磷细菌最佳组合为拉恩式菌(W2)+假单胞菌1(W3)+假单胞菌2(W4);W2+W3+W4以葡萄糖为碳源、硫酸铵为氮源培养液有效磷含量最大,为609.1 mg/L,比空白增加了18.4倍;正交试验表明W2+W3+W4的最适培养条件为葡萄糖15 g/L,硫酸铵为0.67 g/L,培养液初始p H值7,接菌量1%,经过进一步实验,W2+W3+W4在优化后培养条件下对磷酸三钙的溶解能力为664.29 mg/L,比在普通发酵培养液中的溶磷量显著增加55.19 mg/L(P<0.05),为增强溶磷微生物在土壤中的竞争能力和溶磷能力提供理论基础。

黄壤伯克氏溶磷细菌的筛选鉴定及溶磷特性

[目的]提高黄壤区土壤磷素有效性。[方法]通过PVK平板法从贵州黄壤分离出多株溶磷细菌。[结果]多次纯化得到14株溶磷能力大于395 mg·L^(-1)的菌株,其中菌株W4的溶磷能力为564.07 mg·L^(-1),显著高于其它菌株(P<0.05)。因此,选择W4作为试验菌株进行下一步黄壤溶磷细菌溶磷特性的研究。通过16S rRNA序列分析,确定W4为伯克氏菌属(Burkholderia sp);通过测定培养基成分含量对溶磷作用的影响,发现当培养液中葡萄糖浓度低于10 g·L^(-1)时,其含量显著影响W4的溶磷能力(P<0.05),当葡萄糖浓度大于10 g·L^(-1)时,其含量对W4的溶磷能力影响较小,培养液中葡萄糖浓度大于15 g·L^(-1)时,微生物活动产生的葡萄糖酸会增加进而对菌体有抑制作用;随着培养液中硫酸铵浓度的增加,W4的溶磷能力逐渐下降,而菌体生长则显著增加(P<0.05);W4以葡萄糖为碳源和硝酸钾为氮源溶磷能力最强,为640.10 mg·L^(-1);外加磷源对W4溶磷能力有一定的抑制作用。[结论]通过以上研究,有助于了解黄壤溶磷细菌的特性并为进一步应用提供理论基础。

溶磷细菌对复垦土壤有效磷及各形态无机磷含量的影响

为探索溶磷细菌在复垦土壤中对磷的作用效果,采用室内摇瓶培养的方法,研究了溶磷细菌及其组合对磷酸钙的溶解能力,从而确定最佳组合,并探讨最佳组合溶磷细菌对复垦土壤有效磷及各形态无机磷含量的影响。结果表明,拉恩式菌(W2)+荧光假单胞菌1(W3)+荧光假单胞菌2(W4)培养液的有效磷含量最高,为609.1 mg/L,其为最佳溶磷细菌组合。施用此溶磷细菌组合肥可以增加复垦土壤有效磷含量,复垦土壤有效磷含量表现为BG(溶磷细菌肥+磷酸钙)处理>B(溶磷细菌肥)处理>MG(基质+磷酸钙)处理>M(基质)处理>CK(空白),其中,B处理在苗期、拔节期、收获期分别比M处理显著增加15.7%、119.7%、54.1%,BG处理在苗期、拔节期、收获期分别比MG处理显著增加55.8%、91.8%、88.9%。在玉米苗期和收获期,施用溶磷细菌可以增加复垦土壤Ca_2-P、Ca_8-P、Fe-P、Al-P含量,其中收获期B处理比基质处理M分别显著增加86.6%、88.7%、38.6%、83.3%;复垦土壤O-P和Ca_(10)-P含量均表现为MG>BG>M>B>CK,溶磷细菌对复垦土壤O-P含量影响较小,对Ca_(10)-P含量影响较大,苗期和收获期B、BG处理Ca_(10)-P含量分别比对应的基质处理M、MG处理降低5.8%、23.1%和9.5%、24.4%,即溶磷细菌可以减少复垦土壤Ca_(10)-P的含量。土壤有效磷含量与土壤Ca_2-P、Ca_8-P、Al-P、Fe-P含量呈极显著正相关,与O-P、Ca_(10)-P含量无显著相关性。

基于Gossip协议的流媒体播放机制的研究与改进

针对Gossip协议数据传播随机性与不确定性问题,提出了一种混合结构方式。该方式将非结构化P2P网络和结构化P2P网络相结合,通过增加数据片预取调度算法,弥补了Gossip协议数据传输的随意性。实验结果表明,此方式提高了节点成功播放率,降低了系统开销。

改进ADMM-TV算法重建CT图像

将ADMM算法与TV算法结合,并在原始ADMM-TV算法的基础上进行了改进,提出基于ADMM-TV的改进算法,该改进算法能够在迭代过程中自适应地选取到更优的λ值,从而提高ADMM算法进行稀疏重建的成像质量。最后进行phantom图像的仿真实验,并将原始算法与改进算法在相同实验环境下进行对比,结果表明,改进算法能够实现更好的重建效果,并且能够有效提高图像信噪比,同时具有一定的抗噪能力。

基于样条预插值的算术傅里叶变换的改进算法

算术傅里叶变换(AFT)是离散傅里叶变换(DFT)的一种快速算法.经典的Bruns-AFT算法用最邻近内插法估计计算交替平均值所需的函数值,导致精度不高.根据样条插值精度高的特点,对离散时间信号做样条插值,而后过采样,使离散时间信号分布到更精细的间隔上,最后使用普通的AFT算法求解DFT,从而提高精度.对一3Hz信号,用4种不同的采样频率采集得到4个离散时间信号.分别用经典的Bruns-AFT算法(方法1)、"线性预插值加过采样"方法(方法2)以及本文的"样条预插值加过采样"方法(方法3)计算各信号的DFT.采样频率为10Hz时方法3的精度已经高于采样频率为80Hz时方法1的精度;当采样频率为80Hz时,方法3的相对误差小于十万分之一,而方法1的相对误差只有0.46%.本改进算法提高了传统的Bruns-AFT算法的精度.

解析法图像重建中的理想斜变滤波器的进一步研究(英文)

理想斜变滤波器是一种被傅里叶逆变换定义的广义函数。设计理想斜变滤波器的实用数字滤波器是最重要的任务之一。推导了理想斜变滤波器的单位冲激响应的公式。提出了两种实用数字滤波器的设计模式:连续模式和离散模式。分析了3种已经存在的实用滤波器,设计了2种新的实用滤波器。通过一个仿真实验,比较了这5种滤波器。总的来说,以离散模式设计的离散方法优于以连续模式设计的连续方法。对于2种离散方法来说,无限长离散方法优于自适应长度离散方法,它们均可以得到较好的重建质量。对于3种连续方法而言,线性方法是最好的,可以重建出工程可用的CT图像,而常数方法和抛物线方法不能重建出可用的CT图像。

总变差约束的数据分离最小图像重建模型及其Chambolle-Pock求解算法

基于优化的迭代法,可以结合压缩感知和低秩矩阵等稀疏优化技术高精度地重建图像.其中,总变差最小(total variation minimization, TV)模型是一种简单有效的优化模型.传统的约束TV模型,使用数据保真项为约束项, TV正则项为目标函数.本文研究TV约束的、数据分离最小(TV constrained, data divergence minimization, TVcDM)新型TV模型及其求解算法.详细推导了TVcDM模型的Chambolle-Pock (CP)算法,验证了模型及算法的正确性;分析了算法的收敛行为;评估了模型的稀疏重建能力;分析了模型参数的选择对重建的影响及算法参数对收敛速率的影响.研究表明, TVcDM模型有高精度稀疏重建能力; TVcDM-CP算法确保收敛,但迭代过程中有振荡现象; TV限对重建有重要影响,参数值过大会引入噪声而过小会模糊图像细节;算法参数的不同选取会导致不同的收敛速率.

溶磷细菌及组合对复垦土壤磷素有效性的影响

为研究溶磷细菌对复垦土壤磷素有效性的影响,通过PVK平板稀释法从石灰性土壤中分离筛选溶磷细菌,将溶磷能力强的作为试验菌株,采煤沉陷区复垦第3年土壤为供试土样通过盆栽试验研究单菌株及其组合对复垦土壤有效磷、磷吸附特性、油菜产量和吸磷量的影响。试验筛选出7株溶磷能力在296. 5～563. 5 mg·L^(-1)之间的菌株,其溶磷能力与溶磷圈直径(D)/菌落直径(d)的比值呈显著正相关;结合形态特征、生理生化及16sRNA序列分析得出,W1、W6属于Enterobacter sp.,W2、W4属于Burkholderia sp.,W3、W5属于Rahnella sp.,W7属于Fluorescent pseudomonas。选择W3、W4、W7作为试验菌株,试验结果表明溶磷细菌可以提高复垦土壤有效磷、磷酸酶、蔗糖酶、油菜产量以及吸磷量,与单菌株试验相比,组合溶磷细菌对复垦土壤磷素影响较大,W3、W4、W7菌株组合复垦土壤有效磷、磷酸酶、蔗糖酶、油菜产量和吸磷量在所有组合中最高;溶磷细菌可以降低复垦土壤最大吸磷量(Xm)和吸附常数(k),W3、W4、W7 3株菌株组合复垦土壤最大吸磷量和吸附常数最小,分别为555. 6 mg·kg^(-1)和0. 002 8;因此在复垦土壤上W3、W4、W7 3株菌株共同施用对磷素有效性的效果最佳。

基于一维混沌映射的文件加密算法设计与实现

利用混沌影射的方法设计了一种多随机性的文件加密算法.分析了数据加密和Logistic混沌映射的原理,提出了基于混沌方法的多随机性文件加密算法,采用VB完成了文件加密软件的设计.软件测试表明:该加密算法的混沌特性和多随机特性增加了解密的难度,提高了加密数据的安全性,实现了密钥的随机生成和加密算法的随机调用,使得加密后的文件更加安全.