分布式多维大图迭代计算性能优化方法

1

作者 杜玉洁 王志刚 +6 位作者 王宁 刘芯亦 衣军成 聂婕 魏志强 谷峪 于戈 《计算机研究与发展》 EI CSCD 北大核心 2023年第3期654-675,共22页

大规模图的复杂挖掘算法通常需要高频迭代分析,而在计算与存储方面扩展性良好的分布式计算是提高处理效率的有效方案.然而,图顶点之间存在自由分布的边关系,会在分布式计算任务之间产生大量消息,由此在迭代过程中产生的巨大通信开销严... 大规模图的复杂挖掘算法通常需要高频迭代分析,而在计算与存储方面扩展性良好的分布式计算是提高处理效率的有效方案.然而,图顶点之间存在自由分布的边关系,会在分布式计算任务之间产生大量消息,由此在迭代过程中产生的巨大通信开销严重制约性能收益.已有工作在传统消息推送框架下采用合并和备份等技术降低通信代价,但主要面向结构简单、易优化的单维消息类算法,并不适用于结构复杂的多维消息类算法,也难以与当前最先进的消息按需拉取框架兼容.因此提出一种新型轻量级顶点备份机制,通过备份顶点的按需同步以及本地消息的按需生成,可完美继承拉取框架在容错和内存管控等方面的系统优势,同时显著降低通信代价.此外,通过考虑通信收益与负载偏斜代价,可计算最优阈值以提高整体性能.最后在大量真实数据集上验证了相关技术的有效性. 展开更多

关键词 分布式图迭代计算 多维消息图算法 通信优化 顶点备份 负载不均衡

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基于Transformer和动态3D卷积的多源遥感图像分类 被引量：1

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作者 高峰 孟德森 +2 位作者 解正源 亓林 董军宇 《北京航空航天大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第2期606-614,共9页

多源遥感数据具有互补性和协同性,近年来,基于深度学习的方法已经在多源遥感图像分类中取得了一定进展,但当前方法仍面临关键难题,如多源遥感图像特征表达不一致,融合困难,基于静态推理范式的神经网络缺乏对不同类别地物的适应性。为解... 多源遥感数据具有互补性和协同性,近年来,基于深度学习的方法已经在多源遥感图像分类中取得了一定进展,但当前方法仍面临关键难题,如多源遥感图像特征表达不一致,融合困难,基于静态推理范式的神经网络缺乏对不同类别地物的适应性。为解决上述问题,提出了基于跨模态Transformer和多尺度动态3D卷积的多源遥感图像分类模型。为提高多源特征表达的一致性,设计了基于Transformer的融合模块,借助其强大的注意力建模能力挖掘高光谱和LiDAR数据特征之间的相互作用;为提高特征提取方法对不同地物类别的适应性,设计了多尺度动态3D卷积模块,将输入特征的多尺度信息融入卷积核的调制,提高卷积操作对不同地物的适应性。采用多源遥感数据集Houston和Trento对所提方法进行验证,实验结果表明:所提方法在Houston和Trento数据集上总体准确率分别达到94.60%和98.21%,相比MGA-MFN等主流方法,总体准确率分别至少提升0.97%和0.25%,验证了所提方法可有效提升多源遥感图像分类的准确率。 展开更多

关键词 高光谱图像 激光雷达 TRANSFORMER 多源特征融合 动态卷积

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基于循环生成对抗网络和Transformer的单幅图像去雾算法

3

作者 王博 魏伟波 +3 位作者 张为栋 潘振宽 李明 李金函 《青岛大学学报（自然科学版）》 CAS 2024年第2期89-97,125,共10页

针对传统去雾算法在配对数据集上训练时产生过拟合的问题,基于密度和深度分解的非配对图像去雾网络模型,改进了自增强缩放网络。引入Transformer机制,将其与深度卷积神经网络模块深度融合,提出了一种使用未配对数据集训练的基于循环生... 针对传统去雾算法在配对数据集上训练时产生过拟合的问题,基于密度和深度分解的非配对图像去雾网络模型,改进了自增强缩放网络。引入Transformer机制,将其与深度卷积神经网络模块深度融合,提出了一种使用未配对数据集训练的基于循环生成对抗网络和Transformer的CT-Nets图像去雾算法;提取输入图像的深度信息和散射系数特征值,利用大气散射模型尽可能恢复不同场景下真实雾的浓度信息,以提高去雾图像主观视觉质量;基于Swin-Transformer设计自增强精化层,以获得精细的细粒度信息,提高模型泛化能力和最终预测图像真实性。实验结果表明,相较于基于密度和深度分解的非配对图像去雾网络模型,CT-Nets图像去雾算法的峰值信噪比和结构相似性分别提升4%和4.1%。 展开更多

关键词 深度学习 单幅图像去雾 自监督网络 循环生成对抗网络

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网络安全态势感知关键技术研究

4

作者 王楠 王晓东 《保密科学技术》 2024年第8期8-16,共9页

本文从网络安全态势感知模型的发展背景和研究现状出发,从网络安全要素提取与分类、态势评估和态势预测等方面阐述了近年来网络安全态势感知的关键技术研究进展,以期为网络安全领域的研究者和从业者提供参考,助力网络安全态势感知技术... 本文从网络安全态势感知模型的发展背景和研究现状出发,从网络安全要素提取与分类、态势评估和态势预测等方面阐述了近年来网络安全态势感知的关键技术研究进展,以期为网络安全领域的研究者和从业者提供参考,助力网络安全态势感知技术的进一步发展和未来的大规模应用。 展开更多

关键词 网络安全态势感知 态势提取 态势评估 态势预测

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量子原型聚类

5

作者 刘翔 祝静 +2 位作者 仲国强 顾永建 崔丽媛 《计算机科学》 CSCD 北大核心 2023年第8期27-36,共10页

经典机器学习算法的量子化重构是量子机器学习领域的一个重要研究方向。聚类作为一类在机器学习领域被广泛应用的算法,其量子化重构也拥有较高的研究价值。目前的量子机器学习算法大多存在复现难度大、难以与经典算法形成直观对比等问... 经典机器学习算法的量子化重构是量子机器学习领域的一个重要研究方向。聚类作为一类在机器学习领域被广泛应用的算法,其量子化重构也拥有较高的研究价值。目前的量子机器学习算法大多存在复现难度大、难以与经典算法形成直观对比等问题。为解决这些问题,提出了一种量子原型聚类算法(Quantum Prototype Clustering,QPC),该算法可以很方便地在现有的通用性量子计算设备上部署。该方法首先结合单量子位旋转特性,寻找信息损失最小的特征映射方式,使用双维度特征数据制造单量子位旋转;然后,基于多量子位纠缠及纠缠系统坍缩的特性,设计了一种用于制造特定量子纠缠系统和测量纠缠系统坍缩结果的量子线路。根据纠缠系统中受控量子位旋转角和纠缠系统坍缩结果的关系,并结合闵可夫斯基距离的定义,推导了一种用于评估输入样本相似性的量子距离。该量子距离测量模块与经典计算机中的距离计算模块具有相同的输入输出形式,可以不加修改地替换掉原型聚类中的闵可夫斯基距离计算,从而将经典的原型聚类算法重构为QPC。在来自kaggle和scikit-learn的多组公开数据集上进行的多次重复实验表明,在平均样本中心距等评价指标上,QPC与经典的原型聚类算法无明显差别。 展开更多

关键词 量子计算 量子机器学习 聚类算法 原型聚类

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神经网络结构自适应研究综述

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作者 李淑 覃娴萍 +3 位作者 翟晓童 张龙 仲国强 向世明 《模式识别与人工智能》 EI CSCD 北大核心 2023年第12期1087-1103,共17页

网络结构自适应旨在根据特定学习任务和数据对神经网络结构进行自动设计和模型优化,以适应开放环境智能感知学习任务的综合需求.文中旨在全面综述网络结构自适应方法.首先,阐述并分析神经架构搜索的主要方法.然后,分别从轻量化神经架构... 网络结构自适应旨在根据特定学习任务和数据对神经网络结构进行自动设计和模型优化,以适应开放环境智能感知学习任务的综合需求.文中旨在全面综述网络结构自适应方法.首先,阐述并分析神经架构搜索的主要方法.然后,分别从轻量化神经架构搜索、智能感知任务、连续学习三个方面呈现网络结构自适应的研究进展.在此基础上,建立一套面向开放环境应用的深度神经网络组件与结构的自适应评价指标体系,提出一种网络结构自适应方法,通过注意力引导的微观架构自适应机制和渐进式离散策略,在优化过程中实现网络结构的自适应调整优化和逐步离散化,并与现有方法进行对比分析.最后,探讨当前方法存在的问题与挑战,展望未来的研究方向. 展开更多

关键词 网络结构自适应 神经架构搜索 自适应评价 深度学习

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跨尺度数字心脏模型在遗传性心脏病中的应用

7

作者 王战 张树刚 魏志强 《数学建模及其应用》 2023年第3期1-14,32,共15页

遗传性心脏病是由基因突变引起的心脏疾病,是恶性心律失常和心源性猝死的重要诱因.传统生物医学研究方法往往只能从分子或细胞水平研究基因突变引起的微观心脏电生理功能改变,难以全面探究心脏疾病的发生机制和治疗方案.跨尺度数字心脏... 遗传性心脏病是由基因突变引起的心脏疾病,是恶性心律失常和心源性猝死的重要诱因.传统生物医学研究方法往往只能从分子或细胞水平研究基因突变引起的微观心脏电生理功能改变,难以全面探究心脏疾病的发生机制和治疗方案.跨尺度数字心脏模型是一种将离子通道、细胞、组织和器官水平的信息整合起来的心脏计算模型.借助数字心脏模型,可在微观层次拟合复现实验观测,并在宏观层次模拟心脏的电生理活动和机械运动、推演疾病发生过程,从而更好地理解遗传性心脏病的发病机制和心律失常的机制.本文介绍了跨尺度心脏模型在长QT综合征、短QT综合征、Brugada综合征这三种典型遗传性心脏病中的应用. 展开更多

关键词 数字心脏 数字孪生 计算机仿真 生物系统仿真 遗传性心脏病

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基于自适应ε约束处理法的改进蛾子搜索算法

8

作者 冯艳红 王改革 +1 位作者 李明亮 李晰 《模式识别与人工智能》 EI CSCD 北大核心 2023年第6期483-494,共12页

多需求多维背包问题包含相互冲突的两类不等式约束,对其可行域的搜索异常困难.因此,文中提出基于ε约束处理法的改进蛾子搜索算法.在莱维飞行阶段,根据当前进化代数调节步长值.在直接飞行阶段,引入突变率,增加算法的种群多样性.最后,对... 多需求多维背包问题包含相互冲突的两类不等式约束,对其可行域的搜索异常困难.因此,文中提出基于ε约束处理法的改进蛾子搜索算法.在莱维飞行阶段,根据当前进化代数调节步长值.在直接飞行阶段,引入突变率,增加算法的种群多样性.最后,对整个种群应用均匀变异算子,提高算法的全局探索遍历性.采用空间映射方法实现搜索空间到问题空间的转换,采用自适应ε约束处理法处理约束.在经典的96个测试用例上的验证实验表明:自适应莱维飞行算子、突变直接飞行算子、均匀变异算子对算法求解精度都具有显著效果,文中算法在求解绝大多数测试用例时的寻优精度较优.此外,文中应用正交实验方法分析参数对于ε约束处理法的影响. 展开更多

关键词 进化算法 蛾子搜索算法(MS) 自适应ε约束处理法 多需求多维背包问题(MDMKP)

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面向数控机床产业集群区域网络协同制造的信息共享安全机制 被引量：3

9

作者 石硕 林喜军 于树松 《制造业自动化》 CSCD 北大核心 2021年第10期131-133,共3页

伴随着信息技术和高速互联网的发展,各行业都逐渐向“互联网+”模式升级转型。制造业的发展状况作为衡量一个国家国民经济水平的重要指标,自然也不例外。数控机床是制造业的基础,广泛应用于制造业的各个行业,包括国防军工、石油化工、... 伴随着信息技术和高速互联网的发展,各行业都逐渐向“互联网+”模式升级转型。制造业的发展状况作为衡量一个国家国民经济水平的重要指标,自然也不例外。数控机床是制造业的基础,广泛应用于制造业的各个行业,包括国防军工、石油化工、汽车产业以及其他工业制造相关领域。我国虽然数控机床产量全球占比高,但制造能力和产业协同方面还远远落后于日本、德国和美国等世界工业强国。落后的原因究其根本,在于信息化程度不够高,缺乏相应的支撑平台。随着以云服务为代表的网络高新技术的兴起,数控机床产业正在向基于云制造的模式转型,我国该产业出现的区域集聚状态正为利用云服务所提供的公共服务实现产业上下链的并行工作创造了条件。本文针对数控机床产业集群区域网络协同制造模式,提出一种可以在不同企业的信息系统之间进行信息共享的安全机制。该机制可以同时保证共享数据的机密性、完整性、认证性,防范旧消息重放攻击,并提供轻量级的密钥管理功能。 展开更多

关键词 数控机床 协同制造 信息共享 安全性 云制造

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基于深度学习的海洋热点新闻挖掘方法

10

作者 覃娴萍 丁昭旭 +1 位作者 仲国强 王栋 《计算机科学》 2024年第S02期98-107,共10页

移动互联网的快速发展和现代移动客户端的普及推动了网络新闻行业、社交媒体和自媒体等的蓬勃发展,为用户提供了多元、丰富的海量信息。随着我国海洋强国战略的稳步推进,国民海洋意识的显著增强,有关海洋领域的多方面信息充斥着网络,相... 移动互联网的快速发展和现代移动客户端的普及推动了网络新闻行业、社交媒体和自媒体等的蓬勃发展,为用户提供了多元、丰富的海量信息。随着我国海洋强国战略的稳步推进,国民海洋意识的显著增强,有关海洋领域的多方面信息充斥着网络,相关媒体报道、公众舆论在网上大量涌现,热点事件频频发生。针对多来源、多属性的网络海洋信息,基于多源文本聚类和自动摘要技术,提出一种基于深度学习的海洋热点新闻自动挖掘系统,包括多源涉海数据自动采集、数据预处理、特征提取、文本聚类、自动摘要五大功能模块。具体而言,网络爬虫程序从多个数据源采集多样且分散的海洋数据,自动将数据结构化后存入数据库;根据文本特征的近似程度和文本间的关联关系实现聚类分析,聚类结果为后继摘要生成、主题发现提供数据支撑;基于预训练语言模型强大的上下文理解能力和丰富的语言表达能力,提出基于预训练语言模型的海洋新闻自动摘要生成方法。通过多组实验证明了所提方法在各个评估指标上的有效性,突显出其在多源异构网络海洋新闻挖掘方面的优势。该方法为处理分散的海洋资讯信息、生成可读性更强的内容摘要提供可行的解决方案,对提高海洋信息获取效率、监测公众舆论走向、推动海洋信息的应用与传播具有重要意义。 展开更多

关键词 海洋新闻 文本聚类 自动摘要 深度学习 自然语言处理 预训练模型

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一种机器学习海面风场快速融合的方法 被引量：4

11

作者 张巍 杜超凡 +2 位作者 郭安博宇 宋晓姜 沈世莹 《海洋学报》 CAS CSCD 北大核心 2022年第11期144-158,共15页

基于多源资料进行海面风场的同化融合或插值融合,目前受到计算能力的较大制约。本文提出在多源卫星数据和ERA-5再分析数据重叠区域,训练基于XGBoost的机器学习ERA-5数据修正融合模型。然后基于该模型快速修正ERA-5数据(机器学习推理)。... 基于多源资料进行海面风场的同化融合或插值融合,目前受到计算能力的较大制约。本文提出在多源卫星数据和ERA-5再分析数据重叠区域,训练基于XGBoost的机器学习ERA-5数据修正融合模型。然后基于该模型快速修正ERA-5数据(机器学习推理)。由于机器学习推理的快速性,ERA-5全区域修正融合的时间仅需2 s左右,可以较小计算代价构建整个海面融合风场。本文以10 m风速、10 m风向、U10分量和V10分量等典型风场变量展开,考虑了海陆分布差异使用陆地掩膜消除陆地区域,分别构建D_S_A_XGBoost、D_S_O_XGBoost、U_V_A_XGBoost、U_V_O_XGBoost 4个ERA-5修正模型,并最终生成海面融合风场。通过修正前后的ERA-5再分析数据与卫星数据进行比较,上述4个模型均减小了ERA-5再分析数据与卫星数据的差距。特别是在风速方面,不论是均方根误差(RMSE)还是绝对误差(MAE)都得到有效降低。在风向方面上,RMSE以及MAE也呈现降低趋势。在利用热带大气海洋观测计划(Tropical Atmosphere Ocean Array,TAO)浮标数据对4种XGBoost模型进行评价发现,U_V_O_XGBoost模型对于ERA-5数据的修正结果最好,其相关性达到0.893,提高了约0.011,结果表明本文在保证风场精度的情况下较大地提高了融合速度。 展开更多

关键词 XGBoost HY-2B CFOSAT MetOp-B ERA-5 海面风场

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基于YOLOv4的目标检测知识蒸馏算法研究 被引量：6

12

作者 楚玉春 龚航 +1 位作者 王学芳 刘培顺 《计算机科学》 CSCD 北大核心 2022年第S01期337-344,共8页

知识蒸馏作为一种基于教师-学生网络思想的训练方法,它通过复杂的教师网络来引导网络结构相对简单的学生网络进行训练,使得学生网络获得与教师网络相媲美的精度。知识蒸馏在自然语言处理和图像分类领域均有广泛的研究,而在目标检测领域... 知识蒸馏作为一种基于教师-学生网络思想的训练方法,它通过复杂的教师网络来引导网络结构相对简单的学生网络进行训练,使得学生网络获得与教师网络相媲美的精度。知识蒸馏在自然语言处理和图像分类领域均有广泛的研究,而在目标检测领域的研究则相对较少且实验效果有待提升。目标检测的蒸馏算法主要是在特征提取层进行,而单一的特征提取层的蒸馏方式易导致学生不能充分学习教师网络知识,使得模型的精度较差。针对上述问题,通过在特征提取和目标分类与边框预测上都利用了教师网络的“知识”来指导学生网络进行训练,并提出了一种基于多尺度注意力机制的蒸馏算法,使得教师网络的知识更好地流向学生网络。实验分析表明,在YOLOv4基础上提出的蒸馏算法可有效地提高学生网络的检测精度。 展开更多

关键词 知识蒸馏 深度学习 模型压缩 YOLOv4 注意力机制

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基于部分支配关系的双准则超多目标优化算法 被引量：1

13

作者 王改革 李奎超 李贵 《南昌工程学院学报》 CAS 2022年第6期1-11,共11页

近年来多目标优化问题受到研究者的广泛关注,也有多种解决方案应运而生。其中,多目标优化算法以其收敛速度快,种群保持收敛性和多样性好的特点而被广泛使用。但随着研究的展开,超多目标优化问题因其超高维的目标数导致现有多目标优化算... 近年来多目标优化问题受到研究者的广泛关注,也有多种解决方案应运而生。其中,多目标优化算法以其收敛速度快,种群保持收敛性和多样性好的特点而被广泛使用。但随着研究的展开,超多目标优化问题因其超高维的目标数导致现有多目标优化算法性能下降。本文充分利用基于帕累托(Pareto)和基于指标的算法优势,使用双准则方法以更好地处理超多目标优化问题。首先,考虑到基于Pareto的方法在高维目标空间的选择压力下降,通过部分支配关系提高算法对解的选择压力。其次,通过采用更加高效的互评价指标保证非Pareto部分的收敛速度和精度。最后,通过双准则进化实现两部分进化种群的信息交互和整合。通过参数实验和比较实验证明了所提方法的优越性。 展开更多

关键词 超多目标优化 部分支配 双准则 进化算法

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基于Transformer和通道混合并行卷积的高光谱图像去噪

14

作者 胡帅 高峰 +3 位作者 龚卓然 陶盛恩 上官心语 董军宇 《中国图象图形学报》 CSCD 北大核心 2024年第7期2063-2074,共12页

目的 高光谱图像因设备及环境因素容易受到噪声污染,导致图像的可见性和分析精度降低,因此高光谱图像去噪任务已经成为遥感图像处理领域国内外研究热点。当前的高光谱图像去噪方法主要面临两个难题:1)对特征的全局信息利用不足。当前基... 目的 高光谱图像因设备及环境因素容易受到噪声污染,导致图像的可见性和分析精度降低,因此高光谱图像去噪任务已经成为遥感图像处理领域国内外研究热点。当前的高光谱图像去噪方法主要面临两个难题:1)对特征的全局信息利用不足。当前基于卷积神经网络的方法受限于卷积核的大小,难以捕获特征的全局信息;2)卷积神经网络和Transformer在结构上存在差异,导致两者难以融合,因此,需要考虑合理的特征交互方式,来平衡局部和全局特征提取之间的关系。方法 针对上述问题,本文提出了基于Transformer和通道混合并行卷积的高光谱图像去噪模型,包括3个模块:通道混合特征提取模块、基于块下采样的全局增强模块和自适应双向特征融合模块。通过这3个模块的相互作用,可以充分结合全局和局部的特征信息,处理不同区域中的噪声和纹理差异,有效提高模型对空间细节信息的恢复能力。结果 实验在2个数据集上与主流的5种方法进行比较,在Pavia数据集中设置不同高斯噪声强度的情况下,相比于性能第2的模型,峰值信噪比(peak signal-to-noise ratio,PSNR)值最大提高了0.4 dB;在ICVL数据集中设置各种混合噪声的情况下,相比于性能第2的模型,PSNR最大提高了2.18 dB。同时可视化的去噪结果图像体现了本文所提出的去噪模型的优异性能。结论 本文方法在各种噪声情况下均具有较好的去噪效果,显著优于当前主流方法,能够有效去除高光谱图像中噪声,同时保留图像丰富的纹理信息。 展开更多

关键词 高光谱图像去噪 通道混合 TRANSFORMER 特征融合 全局注意力

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MASR-PSN:低分光度立体图像的高分法向重建深度学习模型

15

作者 举雅琨 蹇木伟 +3 位作者 饶源 张述 高峰 董军宇 《中国图象图形学报》 CSCD 北大核心 2023年第7期2120-2134,共15页

目的光度立体算法是一种单视角下的稠密三维重建方法,其利用相同视角下来自不同光照方向的一系列图像恢复像素级的表面法向。拍摄光度立体图像所用的高分辨率线性响应相机的成本十分昂贵且难以获取,很难通过传感器直接获取超高分辨率图... 目的光度立体算法是一种单视角下的稠密三维重建方法,其利用相同视角下来自不同光照方向的一系列图像恢复像素级的表面法向。拍摄光度立体图像所用的高分辨率线性响应相机的成本十分昂贵且难以获取,很难通过传感器直接获取超高分辨率图像来恢复高分辨率表面法向。因此,提出一种基于深度神经网络的光度立体超分算法,以从低分光度立体图像中恢复出准确的高分表面法向。方法首先,对原始的低分光度立体图像进行归一化预处理操作,以消除剧烈变化的表面反射率影响,并消减过饱和镜面反射的影响。随后,提出多层聚合超分光度立体网络(multi-level aggregation super resolution photometric stereo network,MASR-PSN)。MASR-PSN包含一个新颖的深浅层融合的最大池化聚合框架、权值共享的特征回归器、并行设计的不同尺寸卷积核的并行回归器结构,能够在保留多尺度信息的同时,增强特征表示,防止模式坍塌学习到某一固定尺度相关的非重要特征,以及防止3×3卷积核带来空间域上的过度平滑。结果广泛的消融实验证明了提出的深浅层聚合层和并行权值共享回归器的有效性,能明显减少生成表面法向的平均角度误差(mean angular error,MAE)。本文方法仅需其他方法一半分辨率的光度立体图像,而能准确地恢复出复杂表面的结构。DiLiGenT benchmark数据集的定量实验和Light Stage Data Gallery数据集、Gourd数据集的定性实验显示,MASR-PSN在预测表面法向精确度方面有明显提升。在DiLiGenT benchmark数据集中,本文方法在仅使用其他方法一半分辨率的光度立体图像的情况下,以96幅图像为输入时,取得7.31°的平均角度误差,比最佳方法提升0.08°,以10幅图像为输入时,取得9.00°的平均角度误差,比最佳方法提升0.43°。结论提出的MASR-PSN方法提升了光度立体任务表面法向重建的准确性,在低分辨率的输入图像下,依然可以恢复出细节清晰的超分辨率表面法向。 展开更多

关键词 三维重建 光度立体 表面法向恢复 深度学习 超分辨率

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