生物医学信号处理一体化实验平台设计与实践

为了满足人工智能医疗对生物医学工程人才实践的需求,开发了一套集教学、科研、创新实践为一体的生物医学信号智能处理一体化实验平台。该平台包含生物医学信号采集硬件系统、层次递进式实验教学内容和立体化教学资源,集生物医学信号采集、处理和特征识别于一体,串联起生物医学工程核心知识点。该平台还提供基于心电信号的睡眠呼吸暂停综合征检测的教学案例,并用于教学实践。教学实践表明,该平台提高了学生实践和创新能力,加深了专业认知度,提升了科研素养,从而能更好地适应目前生物医疗产业升级的需求。

地方高校“人工智能+生物医学”人才培养模式探索与实践——以长春理工大学为例

为了适应人工智能医疗领域对生物医学人才培养的需求,以人才培养模式的组成要素为切入点,剖析了目前地方高校“人工智能+生物医学”人才培养的现状和面临的困境。从培养目标、课程体系、师资队伍等教学要素与环节进行分析和探讨,提出了改革策略,包括重新定位深度融合人工智能的生物医学人才培养目标,优化深度融合人工智能的生物医学复合型培养课程体系,构建深度融合人工智能的“校企医”协同育人体系,提出“请进来+走出去+讲互通”的高水准的师资队伍建设思路。以长春理工大学为试点,充分发掘专业潜力,形成鲜明的“人工智能+生物医学”特色,以期为生物医学人才培养模式的更新和完善提供参考。

航拍降质图像的去雾处理

针对有雾天气下无人机航拍视觉系统的能见度低,航拍图像对比度和色彩保真度差等问题,基于暗原色先验规律以及雾图的物理模型提出了一种雾天降质图像去雾处理技术。从图像复原和增强两个角度出发,分别建立了户外图像全局去雾和对比度自适应调整的最优化模型,从而能够直接复原得到高质量的去除雾干扰的图像并且估算出雾的浓度。对一系列户外带雾图像的分组实验表明,该方法可以快速有效地提高带雾图像的对比度和色彩清晰度,获得满意的视觉效果。另外,该方法克服了Kai ming He方法处理时间过长的缺陷,平均处理时间仅为原方法的10%左右,显著缩短了运算时间,为在工程项目中实现图像的实时去雾处理提供了理论依据。

细胞工厂光学显微成像与图像处理技术

针对细胞工厂监控系统长工作距和大倾斜角的观测需求,设计了一种结构简单、成像清晰的光学显微成像系统.由于获得的细胞图像光照和色彩不均、样本浑浊、细胞重叠、边界粘连较多、细胞间距不明显,采用单尺度Retinex算法进行图像预处理,并结合Otsu阈值分割法与K均值聚类法进行细胞图像分割处理,最后应用改进的快速连通区域标记以及高准确度细胞计数方法进行细胞个数统计.仿真实验和实际测试结果表明:该系统成像分辨率和清晰度均达到工程需求,能够较清晰地辨识出培养皿中细胞的形态和分布情况.细胞显微图像处理方法取得了良好的图像增强效果,弱化了由光照不均和样本浑浊造成的人眼视觉无法清晰分辨细胞的现象,消除了由于图像分割不到位造成统计误差,细胞计数准确度达到95%以上.该方法适合多种类型细胞监测与计数处理,可满足细胞工厂实时准确监控的要求.

基于IPPG技术的情绪识别算法

基于成像式光电容积描记技术(Imaging Photoplethysmography,IPPG)的情绪识别具有非接触式和客观性等优势。但基于IPPG信号的情绪识别还处于探索阶段,因IPPG信号质量容易受到影响,识别情绪的准确率还有待提高。为解决上述问题,选择额头作为感兴趣区域,通过小波变换和带通滤波提高信号质量,提取心率变异性特征,并使用支持向量机、K近邻、决策树和随机森林对特征进行分类。在DEAP数据库上进行实验,结果表明:支持向量机的情绪识别效果最好,在唤醒维度上的准确率为61.09%,在效价维度上的准确率为53.31%。该研究在远程医疗、人机交互等领域有广阔的应用前景。

机载多路视频图像采集与传输系统

为提高机载视频图像信号采集与传输的稳定性和可靠性,结合实际工程项目,设计一种基于现场可编程门阵列(FPGA)的多路视频图像采集与传输系统。利用FPGA控制整体时序,完成与各个外部设备的接口控制逻辑、输入输出缓存、相机的实时控制以及图像数据的降采样处理等功能。仿真结果表明,该系统各项指标均能满足工程项目的设计要求,具有可靠性高、数据不易丢失、抗干扰性强、便于数据传输和处理、实用性强等优点。

基于AD7705的在线激光功率检测系统设计

介绍基于Cx51的软单片机控制技术和AD7705模/数转换器的在线激光功率检测系统的工作原理和结构组成;设计了信号的采集、放大、测量、显示等内容;详细讨论了AD7705模/数转换器与AT89S51单片机接口电路的设计。由于采用AD7705简化了硬件,使系统响应迅速、测量精度大大提高,满足了在线检测的要求。设计中采用一种"抽样检测"的方法,设计出一种通用电路模型,满足了系统测量激光波长范围宽的要求。

雾霾天交通视频监控系统图像实时清晰化处理

针对交通视频监控系统在雾霾天气下图像像质退化的问题,从天气对系统成像影响入手分析造成系统图像降质和模糊的机理。基于全局暗原色先验和图像对比度增强方法,提出了一种有效、快速的雾霾天气下降质图像清晰化处理方法。结合实际应用,以现场可编程门阵列FPGA为核心处理单元,设计了一种高速图像采集、增强、去雾霾和传输系统平台,并基于该平台实际验证了文中提出的算法。最后,经过实际测试表明,该系统平台能实时、有效地提高交通视频监控系统图像的对比度和色彩清晰度,从而提高了其工作的可靠性、稳定性以及应对恶劣天气的能力。

基于BMD101的心率变异性分析系统设计

心率变异性分析在临床应用上发挥着重要的作用。针对现有心率变异性分析系统体积庞大、功耗较高、价格昂贵等问题,设计了一种基于高集成度心电信号检测和处理片上设备BMD101模块的心率变异性分析系统。首先通过BMD101模块采集人体心电信号,并转化成数字信号,然后通过串口送给计算机处理。计算机首先对心电数据进行预处理,提取出RR间期数据,然后进行时域和频域分析,获得所需要的心率变异性主要参数。实际测试结果表明:本系统采集的心电信号准确、稳定、噪声少,时域频域分析结果准确、可靠,且系统功耗低、体积小,能够实现基本的心率变异性分析功能,可满足临床便携式心率变异性分析设备的需求。

面部视频非接触式生理参数感知

为了在非接触条件下检测受试者的各项生理参数,本文设计了一种基于成像式光电容积描记技术,从手机录制的人脸视频中估算生理参数的方法。首先,提出了“小波变换-主成分分析-盲源分离”算法,用于提取出高信噪比的RGB三通道脉搏波信号。然后,分别从频域和时域角度对绿色通道信号进行处理,估算出心率值和呼吸率值;对红蓝通道的脉搏波信号进行处理,并结合血氧仪检测的血氧饱和度结果,进行数据拟合,从而找到从面部视频中估算血氧饱和度值的最佳线性方程。最后,对比了自然光下各生理参数的估算结果误差,分析了在3种光照环境下各参数的估算结果。结果表明:3种光照环境下得到的心率平均误差为0.5512次/min,呼吸率平均误差为−0.6321次/min,血氧饱和度平均误差为−0.2743%。综上,本文提出的非接触式生理参数估算方法精度高,具有普适性和稳定性,估算结果同标准仪器的测量结果具有高度一致性,可满足日常生理参数测量的需求。

视频消旋系统中改进的Harris角点提取算法研究

针对传统Harris角点检测方法重合度低,不能满足视频消旋系统需求这一问题,本文提出了一种改进的Harris角点提取方法。首先将原来的梯度算子改为Prewitt差分模板,增强了Harris角点算子的旋转不变性,提高了Harris角点提取算法的重合度。同时改变传统Harris角点提取方法中的滤波窗口,减少了特征点提取的计算量。实验结果表明:该方法将传统Harris角点提取方法的吻合度提高了11%左右,提取到的图像角点不仅精确度高,且伪角点少。运算时间降为原来的30%左右,能够更好地选取特征区域,从而满足视频电子消旋算法对旋转不变性和实时性的需求。

工科背景下医学成像原理课程教学改革初探

一、工科背景下医学成像原理课程教学存在的问题 医学成像原理作为生物医学工程专业的一门核心课程,主要介绍典型医学成像设备的基本原理、构造、临床应用、最新技术动态。目的是使学生掌握X线、CT、MRI和核医学成像的原理和图像重建方法,熟悉各种类型医学图像特点,同时培养学生一定的科研技能,为今后从事生物医学工程技术领域相关工作奠定基础。然而,该课程在理工科院校开展效果一般,主要存在以下问题。

以学科竞赛为导向的生物医学工程专业创新人才培养模式的探索

理工科高校重在培养学生创新思维和实践能力，而学科竞赛是培养和提高大学生实践能力与创新能力的重要途径。文章从基于学科竞赛的学生创新实践能力培养思路，完善现有学科竞赛指导体制以及搭建“学科竞赛—实践教学”相互转化平台三个方面，探索以学科竞赛为导向的生物医学工程专业创新人才培养模式。

一种改进的图像快速去雾新方法

为提高雾霭天降质图像的清晰度和色彩保真度,基于暗原色先验提出了一种改进的图像快速去雾方法.针对原方法运算时间过长的问题,在保证去雾效果的前提下,利用快速双边滤波方法代替软件抠图修复透过率图,大幅度地降低了计算量和复杂度,处理时间仅为原方法的5%,满足了一般工程上的实时性要求.针对去雾处理后的图像亮度降低、颜色较实际场景偏暗的问题,提出了一种简单有效的图像对比度和亮度增强的方法,自适应地增强了图像的亮度,并对局部由于雾浓度过高而造成不清晰的区域,进行了对比度修正.结果表明,该方法能够快速有效地复原出雾天场景的对比度和真实色彩,在一定程度上保证了户外成像系统在恶劣天气下工作的稳定性和可靠性.

基于创新竞赛的实验室开放运行机制改革

针对开放性实验室管理和运行出现的诸多问题和困难,建立了以多种形式的本科生创新竞赛与实验室开放运行的互促双赢机制,不仅能提高本科实验室的使用效率和开放质量,而且对培养学生主动学习模式、提高学生的实践兴趣和创新能力上也发挥着重要作用。该文总结了创新竞赛与实验室开放的实践经验,对学生创新能力培养和实验室开放运行机制改革提供了一定的参考。

一种改进的快速鲁棒性特征匹配算法

针对光照变化、噪声、局部遮挡等在图像配准技术中对配准精度有重要影响,提出了一种在多尺度空间下点预测快速鲁棒性不变特征的匹配算法。针对在探测对图像的尺度、旋转,仿射具有不变性的斑状特征极值点过程中计算复杂度较高的问题,提出一种特征点预测方法降低了描述子提取的复杂度,增强了对外部环境光照变化、噪声以及局部遮挡的适应能力;并在KD(KD Tree)树基础上,提出了一种动态平衡KD树(DBKD-Tree)快速搜索匹配算法,有效克服了KD树可能存在的病态划分,采用条件约束最邻近搜索,提升匹配效率,实现特征点高精度匹配。通过对在不同光照条件、噪声环境的仿射变换图像特征匹配测试,在加入20%的高斯噪声后,均能100%地完成重复特征检测,达到亚像素定位精度,误配率降低为零。

工程认证理念下教学督导工作的审视与改进

以工程教育认证理念为指导原则,结合“以学生为中心”“成果导向”和“持续改进”的认证理念,提出系统督导、闭环督导、纵向督导等督导内容和方法,拓宽本科教学督导工作内容的深度和广度,为本科工程教育专业认证提供有价值的信息,推进本科教学的高质量发展.

基于CameraLink的视频图像采集与传输系统

本文介绍了CameraLink接口标准的特点和原理,设计了一种基于CameraLink协议的图像数据采集与传输系统以提高工程项目的稳定性。该系统以FPGA作为核心处理单元,进行整体时序控制,实现数字图像的采集,信号转换,输入输出缓存和数据传输等功能。同时实现对相机工作模式的控制以及与计算机的接口通讯,可同时采集多个相机的数据。该设计简便,可靠,通过实际测试,采用以上控制接口系统在视频图像采集与传输控制方面能达到稳定的效果,各项指标均能满足实际工程项目设计要求。

＂普通生物学＂教学方法和实践改革初探

本文对高等学校＂普通生物学＂的教学内容、教学方法、教学手段以及实验改革进行了积极的探索.＂普通生物学＂是我国高校生物工程和生物技术专业的必修课程之一,集动物学、植物学、分子生物学、细胞生物学、遗传学、生理学、免疫学等诸学科于一体的综合性专业基础课程.开设＂普通生物学＂实验,可以让学生掌握实验的基本方法和技能,增强学生独立观察、分析、解决问题的能力.但是在教学实践过程中,仍然存在一些问题.结合长春理工大学生命科学技术学院（以下简称＂我校＂）生物技术和生物工程专业的实际,我们进行了积极的探究.

新文科背景下理工科高校“人工智能+法学”人才培养问题探索与路径构建——以长春理工大学为例

在新文科建设背景下,“人工智能+法学”成为理工科高校复合型法学人才培养的创新选择。理工科高校“人工智能+法学”人才培养正处于初步探索阶段,在培养方案制定、教学模式改革与教学评价优化三方面仍有待提升,应当通过制定行之有效且符合“人工智能+法学”特点的培养方案、创新科技驱动法学教育模式以及构建智能差异化的法学教学测评体系,不断完善“人工智能+法学”人才培养体系。