一种MCT门量子可逆线路分解与优化方法

为提高可逆线路中MCT门的分解和优化效率,提出了一种MCT门的优化分解方法,根据该方法得出MCT分解模板并验证了正确性。基于该模板给出了相应的分解与优化算法,算法对MCT门分解出的Toffoli线路进行分类,使用优化分解模板将其分解为NCV线路。该算法的时间复杂度为O(m),优于传统算法的复杂度O(m2)。通过对控制位m∈{3,10}的MCT门与Benchmark可逆线路的实验,验证了该算法优化和分解的有效性。

高密度城市绿化系统垂直分布特征提取仿真

针对城市垂直绿化统筹缺失、分布不合理等问题,提出高密度城市绿化系统垂直分布特征提取方法。搭建以无人机为核心的遥感图像采集平台,采集绿化系统图像;建立卷积神经网络架构,通过残差学习去除初始图像噪声;利用缨帽变换算法旋转图像结构轴增强图像,突出图像细节信息;根据光谱的相似性与不连续性,采用数据驱动算法确立同质标准,将图像划分为不同区域,确保同一目标在相同区域内;分别从光谱、形状和纹理三个方面提取绿化系统垂直分布特征。实验结果表明,目标地区中,商业区与住宅区的垂直分布特征较为相似,但住宅区的绿化面积较大,商业区的植物种类更为丰富,根据提取得到的特征可以为绿化系统的合理规划提供参考。

SAR图像变化检测传统方法综述

合成孔径雷达(SAR)卫星具有全天候,全时间对地面情况监测的特点,在获得同一地点多时图像方面有着巨大优势。变化检测(change detection)是遥感领域中一个重要的应用手段,在洪水监测,建筑物变化监测,农作物生长情况,地震灾害灾情损失估计等方面有着广泛的应用。如今,合成孔径雷达中的变化检测方法逐渐变成未来遥感图像研究中的热点。在本文中,对几种合成孔径雷达的传统方法进行比较和分析。

基于环境一号卫星超光谱数据的多元回归克里格模型反演湖泊总氮浓度的研究

水体中总氮含量是表征湖泊水质的主要指标,利用遥感技术对其动态定量监测可以及时掌握湖泊污染状况。文章以巢湖为例,利用HJ-1A卫星HSI超光谱遥感数据,通过分析总氮与叶绿素a、悬浮物的相关性,采用回归克里格方法建立总氮浓度的定量反演模型,实现了对巢湖水体总氮浓度的反演。结果显示,波段B72,B79和B97的多元线性组合与总氮浓度的相关系数R2为0.76,而利用多元回归克里格模型,相关系数R2提高到0.83。通过使用这种对常规回归模型残差优化的方法,能有效提高反演的精度,为建立通用的湖泊总氮浓度定量反演模型提供了有益的探索。

三坐标定位器系统动态特性分析和实验

为解决飞机传统装配精度低、调整复杂和质量不稳定问题,介绍了三坐标定位器结构与工作原理,建立了伺服传动系统的数学模型,得到系统的传递函数。采用Matlab/Simulink对系统进行仿真模拟,并对三坐标定位器的动态特性进行分析。实验测试结果表明,三坐标定位器能够快速、准确地跟踪位置指令,并具有很好的抗干扰能力。对三坐标定位器进行动态特性分析和实验测试,有利于分析与优化系统调姿工作特性,对改进定位器的结构设计具有一定的指导意义。

湖泊水体叶绿素偏振高光谱反演模型研究

光进入水体中,经反射、散射和吸收后,出射的偏振光与水体的物理、化学特性密切相关,能够反映水体成分浓度的变化,可以作为高光谱遥感的有益补充,有利于动态定量监测湖泊复杂水体成分的变化。研究工作以巢湖为例,利用水面高光谱偏振多角度测量数据,在偏振光学理论和生物光学模型的基础上,建立了湖泊水体叶绿素三波段偏振高光谱半分析模型,并对模型进行检验。结果显示,偏振高光谱三波段组合与叶绿素浓度拟合的相关系数为0.844,均方根误差5.14μg·L-1,平均相对误差31.44%,比传统的三波段辐射强度模型分别提高了4.1%,2.05μg·L-1和5.46%,表明三波段偏振半分析模型对叶绿素a浓度具有较强的预测能力,体现出运用偏振高光谱信息监测湖泊水质的优势。

结合HMRF模型的模糊ISODATA高分辨率遥感图像分割

模糊ISODATA(Fuzzy ISODATA,FISODATA)在应用于图像分割时,FISODATA算法定义的FCM目标函数未考虑邻域像素间的数据相关性,导致该算法的抗噪性能较差;此外,FISODATA算法中分裂-合并操作需人工选取阈值参数,而不适当的阈值往往使得该算法陷入局部极值,因而得到错误的类属数并影响图像分割结果。该文将考虑邻域关系的基于隐马尔可夫随机场(Hidden Markov Random Field,HMRF)FCM(HMRF-FCM)方法纳入ISODATA框架,提出HMRF-FCM ISODATA(HMRF-FISODATA)算法,在分裂与合并操作后增加了优化操作,并根据优化结果自适应调节控制聚类分裂与合并的各阈值。该算法不仅能够快速获取正确类属数,而且克服了FISODATA算法没有考虑邻域像素的关系、人工选取阈值参数和受图像噪声影响大等问题,实现了自动正确确定类属数的同时完成高精度图像分割。

灰度图像二维Otsu折线阈值分割法

Otsu法是一个应用较为广泛的阈值分割方法。为实现图像较为精确的分割,充分考虑边界的影响,从二维线阈值分割替代传统的点阈值分割思想出发,提出了折线阈值型Otsu法。该方法以对边界信息的迭代分割的手段获得实际用于分割的二维折线阈值。仿真结果表明,该方法能够获得优于原始Otsu法的分割效果,特别适用于边缘丰富的图像分割,具有较好的分割普适性。

结合马尔可夫高斯模型的双邻域模糊聚类分割算法

针对传统模糊C均值(FCM)算法采用欧几里得测度描述像素与聚类间的非相似性对噪声和异常值敏感的问题,提出基于马尔可夫-高斯模型、且包含特征场和标号场双邻域的模糊聚类分割算法.首先根据马尔可夫模型能够结合邻域像素作用的特点在标号场上建立与邻域像素相关联的能量函数,确保相同邻域系统内的像素属于相同类别的概率较之不在相同邻域系统内的像素更大,最终实现标号场邻域系统的建立;而后在特征场上利用Gaussian模型描述像素与聚类间的非相似性测度,并结合相邻像素对非相似性的影响构建特征场邻域模型,即利用中心像素和邻域像素特征与聚类均值矢量的差异代替传统像素特征与均值矢量的差异构建Gaussian模型;最后结合标号场和特征场邻域构建包含双邻域的模糊聚类分割模型,实现高精度模糊聚类分割.通过与现有多种典型FCM算法对模拟影像和真实彩色影像的实验以及分割结果的对比分析,证明了文中算法的有效性.

基于R-树索引的Map-Reduce空间连接聚集操作

空间连接聚集是一种常用并且非常耗时的空间数据库操作,特别是在面对大规模空间数据集时,单机运行环境难以满足其对时空开销的需求,如何设计高效的面向云计算环境中的分布式空间连接聚集算法越来越受到人们关注。Map-Reduce作为云计算的核心模式受限于其扁平化的串行扫描操作模型,常被用来加速非索引的空间连接操作,现有工作尚无将Map-Reduce和R-树索引结合来处理空间连接聚集。因此,提出了基于R-树索引的Map-Reduce空间连接聚集算法(RSJA-MR)来更高效地返回连接聚集结果。提出一种分布式R-树索引结构以支持大规模空间数据的索引,RSJA-MR算法利用分布式R-树生成任务集,任务集的执行满足无依赖并行计算模式,很容易在Map-Reduce框架中进行表达。文中提出一种实时缓存策略以支持索引并发访问。实验结果表明:相比非索引的Map-Reduce连接聚集算法,在空间交叠连接聚集查询上,时间性能最少提升8%,在空间包含连接聚集查询上,时间性能最少提升近35%。

自适应量子遗传算法的遥感图像自动增强

针对传统基于归一化非完全Beta函数(Normalized Incomplete Beta Function,NIBF)的图像增强方法难以有效地自动获取最优参数且其增强效果受图像动态范围限制的问题,提出一种基于自适应量子遗传算法的NIBF遥感图像自动增强方法。首先,由图像色深,对待增强图像引入最大和最小光谱测度级,扩大其动态范围。其次,利用量子比特将NIBF参数编码为量子染色体,并设置若干量子染色体构成初始参数种群;对该参数种群进行测量和解码,以解码值作为NIBF的参数输入,对图像进行光谱测度变换,得到对应的增强图像种群。然后,利用八方向边缘检测模板提取增强图像种群中每个个体的边缘图像,由边缘强度、边缘数以及熵测度定义刻画参数种群中个体品质的适应度函数,并以此评价参数种群中的每个参数个体,保留和记录最优参数个体。在提出的进化策略中,利用量子旋转门实现量子染色体向最大适应度方向进化,并根据每代适应度的差异和进化代数自适应地调整量子旋转角的大小;以最终演化的参数种群中适应度最大的参数个体作为NIBF的最优参数,生成相应的光谱测度变换曲线,从而确定输入和输出光谱测度之间的映射关系,实现图像最优自动增强。对5幅图像的平均实验结果表明:盲/无参考图像空域质量评价指标提升了122.2%;自然图像质量评价指标提升了71.8%;运行时间为10.758s。满足了遥感图像增强处理中的自动化、鲁棒性和高效率的要求。

基于FPGA的二维FFT图像边缘增强设计

在处理图像类信息时,图像细节往往能传达更多信息,是人们较为关注部分。针对在光照不理想的条件下,传感器采集到的图像对比度低、细节难以分辨的问题,提出一种基于现场可编程门阵列(FPGA)的二维快速傅立叶变换的图像边缘提取及增强方法。通过模块化设计,完成4路并行512×512点快速傳里叶变换(FFT)运算处理器设计,并通过FFT模块复用减少FPGA内资源消耗,同时实现图像频谱的高通滤波算法及傅立叶逆变换算法。经过仿真与实验,确定该方法有效可靠,实时性强,可以满足工业上图像处理的需求。

基于Matlab的高光谱遥感数据降维并行计算分析

对于海量遥感数据的计算而言,串行运算对计算机性能要求高,而且耗时长。为此本文提出引用并行运算方法,不仅可以降低对计算机性能的要求,还可以大大提高运行和计算速度。为此,首先介绍了基于MPI(Message Passing Interface)的并行运算机制,且以Matlab为例给出了它的并行模式,并详细介绍了将现有串行运算代码改造成并行运算的流程。以海量高光谱影像数据为例,将本征维数估计的串行运算修改为并行运算,实验分析并测试了其运行效率。结果表明,并行计算较串行计算可大大缩短本征维数的计算时间。

基于模糊增强的小波多尺度边缘特征提取

分析了当前Pal. King模糊边缘检测算法缺点,结合其思想提出一种新的较好的改进方法;该算法采用新的隶属函数,能简化运算提高速度;运用最大均方差法能自适应求解分割阈值;利用小波变换良好的局部性能和多尺度分析特性,能较完整地提取边缘信息,并且具有较强的抑制噪声能力;实验证明该方法能准确检测图像中的目标边缘,较好地保持目标边缘的连通性,边缘提取清晰,细节丰富,抗噪性强。

水体高光谱反演混合光谱空间信息分解模型研究

水体高光谱中的混合效应问题是水体定量遥感中的难点。已有研究表明,仅依赖标量光谱信息难以解决复杂的水体混合光谱问题。广域水体污染物除光谱信息之外,还具有明显的空间分布特性。充分利用其空间维信息,可以作为遥感光谱维信息的有益补充,有利于水体复杂光谱的解混。以巢湖为例,HJ-1A HSI高光谱数据为数据源,辅以水面光谱测量数据,在空间地统计学和遗传算法理论基础上,利用地统计学中的变异函数模拟相邻空间两像元的分布差异,将邻域像元空间变异函数作为遗传算法目标函数的约束条件,建立基于协同克里格遗传算法的湖泊水体高光谱反演混合光谱空间信息分解模型,并对悬浮物浓度反演结果进行检验。结果显示,与常规混合光谱分解模型相比,混合光谱空间信息分解模型对悬浮物浓度的预测值与实测值相关系数为0.82,均方根误差9.25mg·L^(-1),相关系数提高了8.9%,均方根误差下降了2.78 mg·L^(-1),表明该模型对悬浮物浓度具有较强的预测能力。该方法将水体的空间信息与光谱信息有效结合,可以避免水色参数光谱信号弱导致反演结果失真,同时由于高光谱波段多、信息量大,带来信息提取计算量大而复杂等问题,也为复杂水体混合光谱模型的求解和模型反演精度的提高提供了有效途径。

可任意设定计算精度的整数除法器的VHDL设计

提出了十进制整数除法的VHDL设计方法。运用有限状态机,通过移位,循环减法,能高速地实现整数除法运算,并能预定计算精度。如果系统时钟为50MHz,进行10位有效位数的十进制除法,其最长运算时间为2.2μs。

基于惯性矩的图像融合算法

惯性矩作为图像纹理分析的特征量,能有效反映图像的清晰度,据此提出一种新的图像融合算法;该方法首先将源图像分割若干块,并从水平、垂直、+45°、-45°4个方向分别计算出各图像块区域的惯性矩,然后根据惯性矩和清晰度间的关系,对图像作融合处理;融合图像质量除信息熵、对比度等常用方法外,还采用结构相似度法进行客观评价;实验对比结果表明,基于惯性矩法得到的图像清晰度、对比度等均有提高,明显优于传统图像融合算法。

基于区间二型模糊神经网络的高分辨率遥感影像分割方法

高分辨率遥感影像同质区域地物目标异质性增大,光谱测度空间复杂性增加使像素类属的不确定性以及分割决策不确定性增大,引起分割精度下降。提出一种基于区间二型模糊神经网络的高分辨率遥感影像监督分割方法。对同质区域构建一型高斯隶属函数模型刻画像素类属的不确定性;模糊化高斯隶属函数参数构建区间二型模糊模型处理分割决策的不确定性;以训练样本在所有类别中的一型模糊隶属度及上、下隶属度为输入,建立模糊神经网络模型并融入像素邻域关系作为模糊决策。采用文中算法、FCM方法、HMRF-FCM及区间二型模糊神经网络方法分别对合成影像及真实高分辨遥感影像进行分割,定性与定量的对比分析验证了文中算法具有更高的分割精度。

一种三轴自动定位安装系统的动态特性研究

对于一种用于电机测试的全闭环三轴交流伺服驱动自动定位安装台架,在其x、y、z三轴传动系统中,我们以工况最严苛的z轴为对象,建立了该轴传动系统的动力学模型.运用Matlab/Simulink对z轴荷载运行时的动态特性进行了仿真分析,得到其电流环、速度环、位置环的阶跃响应特征,从而初步揭示了荷载因素对系统动态特性的影响规律,同时也验证了z轴控制结构及系统设计参数的基本合理性.另外分析了由荷载对z轴动态性能的影响而导致的运动位置偏差效应,并通过实验进行了验证.

基于Web Service的煤矿安全生产专家系统

已有煤矿专家系统存在和其它系统共享信息困难,支持的推理接口无法与其它推理方法通信,推理能力受到限制的缺点。为了克服缺点提出了基于Web Service的煤矿安全生产专家系统,通过Web Service接口和其它系统共享信息,推理接口通过Web Service与其它推理方法通信,扩展了专家系统的推理能力。最后在实际的瓦斯爆炸预警应用中验证了系统体系结构的有效性。