2017年, 第43卷, 第10期　刊出日期：2017-10-15

  

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封面和目录
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  《计算机工程》2017年第10期封面和中英文目录

  计算机工程. 2017, 43(10): 0-0.

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体系结构与软件技术
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  一种基于分层Mesh网络的层次化NoC拓扑结构

  姜奎,韩国栋,沈剑良

  计算机工程. 2017, 43(10): 1-5. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2017.10.001

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  针对片上网络中距离较远节点之间通信延迟过大的问题,提出一种层次化HDMesh拓扑结构。该拓扑结构采用分层设计,底层网络使用Mesh结构互连进行临近节点通信,顶层网络在Mesh结构的基础上增加2条对角链路以降低通信延迟。为避免顶层网络的拥塞,设计相应的HDXY路由算法,对各层流量进行合理分配。实验结果表明,在Rent流量模式下,相比Mesh,CMesh和CHMesh拓扑结构,HDMesh拓扑结构具有更低的通信延迟和更高的网络吞吐量。
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  基于众包数据的OTT业务行为建模分析

  李克,刘静怡,宋晓勤,徐小龙,韩涛

  计算机工程. 2017, 43(10): 6-12. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2017.10.002

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  针对传统以话音和数据业务为主的业务模型在刻画新型移动互联网业务上的局限性,提出一种OTT业务行为建模方法。基于以众包方式采集的海量真实用户业务行为数据,利用OTT业务行为建模方法对3类典型OTT业务的行为特征进行分析与对比,并对部分业务关键参数的分布特征进行建模。通过分析OTT业务行为的分布特征,可全面揭示出不同移动互联网业务类型之间的行为差异,对于无线网络产品设计、网络规模预测、网络规划和建设具有一定的参考价值。
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  基于3G网络的分布式粉尘监测系统

  施华君,刘玉麟,秦宁,蒋涛

  计算机工程. 2017, 43(10): 13-16. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2017.10.003

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  为解决传统粉尘监测设备的监测点少、维护成本高等问题,基于3G网络,提出一种分布式粉尘浓度监测系统。采用依据微电荷监测原理实现的粉尘检测器作为前端探头,将被测区域内的粉尘量转化为4 mA~20 mA的电流信号。通过高精度模数转换器将电流信号转换成数字信号,再利用现场可编程门阵列模块将采集的粉尘浓度值、继电器开关信号等数据组成协议帧,通过3G网络将数据传送至数据中心。应用结果表明,该系统能够实现粉尘浓度实时显示、采集数据保存及历史数据回放功能,具有监测精度高、维护成本低、操作安全等特点。
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  基于访存局部性的一致性请求广播范围预测

  王云霏,李媛,王飙

  计算机工程. 2017, 43(10): 17-22,30. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2017.10.004

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  目前广泛采用的广播协议带宽需求较高,目录协议访存延迟较大,不适用于国产服务器处理器片间直连接口带宽相对较低、延迟较高的应用场景。为此,基于片内目录、片间Token广播的双层异构混合一致性协议,应用访存局部性原理,对片间请求广播范围进行预测研究,提出一种HP-SRW协议。实验结果表明,与两级目录协议相比,该协议时间性能提高8.9%,带宽需求降低3.1%,与混合协议相比时间性能略有提升,带宽需求降低30.6%,与Token协议相比,HP-SRW协议以4.7%的时间性能为代价,带宽需求降低66.5%。
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  基于GPU的LLVM程序分析信息并行提取

  马冬冬,衷璐洁,朱敬茹

  计算机工程. 2017, 43(10): 23-30. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2017.10.005

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  LLVM中间表示(IR)中包含大量的程序分析原始信息,传统基于CPU的程序分析信息提取方法大多采用串行的循环迭代方式处理较大规模程序,可扩展性较差。为此,结合图像处理器(GPU)的通用计算优势,提出一种基于统一计算设备架构的LLVM平台程序分析信息并行提取方法,在CPU上实现程序特征分析及IR预处理、存储结构设计及提取信息的可视化,在GPU上完成并行线程调度的程序分析信息匹配及提取工作。实验结果表明,该方法可提高LLVM平台程序分析信息的提取效率,与串行提取方法相比,最高可获得4倍的加速比。
移动互联与通信技术
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  大规模天线系统中低复杂度的解码方法研究

  郑先侠,王海泉,李飞,营梦云,周玫君

  计算机工程. 2017, 43(10): 31-37. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2017.10.006

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  针对传统大规模天线系统中线性信道估计和线性解码计算复杂度较高的问题,根据系统特性提出2种低复杂度的解码方法。利用系统中信道的渐近正交性设计快速解码方法,避免求解信道矩阵的逆矩阵。结合增加基站天线数可优化用户信道的特点设计简单算子解码方法,实现直接解码而无需估计信道。仿真结果表明,2种解码方法均能在保证系统性能的同时有效降低计算复杂度。
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  基于类距离值最小准则的应急VANET路由协议

  全上克,唐存东

  计算机工程. 2017, 43(10): 38-43. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2017.10.007

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  为实现应急车辆与目的地之间的数据快速传输,提出一种面向应急车辆自组织网络的快速路由协议。该路由协议主要包括目的节点与通信车辆自适应选取、基础通信设施最优选择及应答消息快速回传4个步骤。依据传输距离、传输时间、车辆速度和中断链路数量计算相邻基础通信设施之间的类距离值,选择类距离值最小的基础通信设施作为数据传输的下一个基础通信设施,从而减少运行时间。仿真结果表明,与EM-AODV和EN-AODV路由协议相比,该路由协议可以明显降低端到端平均传输延时和应答消息平均响应延时,提高应急事件处理效率。
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  基于节点稳定性与跨层优化的MANET路由设计

  沈玮阳,刘强,欧阳峰

  计算机工程. 2017, 43(10): 44-49,55. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2017.10.008

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  针对移动自组织网络(MANET)中优化链路状态路由(OLSR)协议路由稳定性差和端到端延时高的问题,提出一种改进的OLSR路由协议。考虑MANET拓扑的移动性,通过优先选择平均相遇率较小、稳定性较高的中继节点构建移动拓扑,避免路由震荡。基于跨层技术,利用链路层共享的链路速率优化路由权值,从而提高路由性能。实验结果表明,与OLSR协议相比,改进协议在MANET网络中具有更好的网络稳定性及更低的端到端延时。
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  无线通信节点传输能量均衡优化算法

  叶仕通,万智萍,倪伟传,刘少江,王凤

  计算机工程. 2017, 43(10): 50-55. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2017.10.009

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  针对现有异构网络算法负载不均衡和网络寿命短的问题,提出一种基于能量均衡与动态调节的节点筛选算法。根据网络节点间的相邻性与链路结构特点计算节点的距离和能量,引入方向因子与能量调节因子对节点选择概率进行优化,实现网络节点的动态选择。在此基础上,利用节点的关联性选取目标路径,并通过建立节点筛选机制实时排除能量不足的节点,从而保证网络正常运行与能耗均衡。实验结果表明,该算法能有效延长网络寿命,具有较好的稳定性,并且在时间充裕的情况下具有较高的准确率与数据接收率。
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  认知无线网络非理想协作频谱感知节能策略

  王晓东,陈长兴,任晓岳,林兴

  计算机工程. 2017, 43(10): 56-61,67. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2017.10.010

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  认知无线网络中非理想协作频谱感知的感知用户数或设备增多会导致系统能耗增大。针对该问题，建立系统优化模型，推导认知传输的感知时间及认知发射机传输功率与系统能效的关系。由于感知时间和传输功率的联合优化问题很难直接解决，因此将其分解为2个子问题分别求解，并基于此提出一种联合优化算法。仿真结果表明,该算法能有效提高认知无线网络中的能效，达到节能优化的目的。
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  结合Tucker张量分解与交替最小二乘的ULA盲识别

  胡丹,郭英杰

  计算机工程. 2017, 43(10): 62-67. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2017.10.011

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  为提高均匀线性阵列(ULA)系统盲识别过程的计算效率,提出一种改进的ULA盲识别算法。建立ULA信号传播模型,针对该传播模型给出广义生成函数的代数结构以及参数估计方式,利用交替最小二乘法对ULA广义生成函数进行求解,并在此基础上引入Tucker张量分解改进交替最小二乘法,实现广义生成函数的降维处理。实验结果表明,与经典DUET算法、欠定混叠盲辨识分解算法等相比,该算法具有更高的计算效率以及更好的ULA盲识别效果。
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  基于优化链路状态路由协议的自适应MPR集选择算法

  陈炼,任智,葛利嘉,李桂林

  计算机工程. 2017, 43(10): 68-71,76. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2017.10.012

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  基于优化链路状态路由协议的多点中继(MPR)集选择算法(GLOBAL_OP_MPR)在网络拓扑稳定的情况下能有效减少网络中的MPR节点数,但在网络拓扑变化的情况下会出现冗余。为此,提出一种能适应网络拓扑变化的MPR集选择算法(GLOBAL_AD_MPR)。该算法在不增加算法复杂度的情况下,通过将选定的MPR节点再次遍历去除冗余,从而得到更优的MPR节点集合。实验结果表明,与GLOBAL_OP_MPR算法相比,GLOBAL_AD_MPR算法能有效降低数据包传输时延及网络开销,提高网络吞吐量。
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  基于滤波器分离的通用滤波多载波接收方案

  李世东,周志刚,谢振山

  计算机工程. 2017, 43(10): 72-76. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2017.10.013

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  分析并研究通用滤波多载波(UFMC)传输模型,针对其接收端信道估计准确度较低的问题,提出一种基于滤波器分离的接收方案。在均衡器前端通过滤波器分离的方式去除滤波器参数对信道的影响,采用基于信道统计特性的信道估计算法提升信道估计准确度和误码性能。仿真结果表明,在相同的误码率条件下,该方案相比原有UFMC接收方案具有更低的信噪比,且接收端信道均衡效果更优。
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  一种面向电池供电中继节点的中继选择方法

  何杰,肖琨,潘和月

  计算机工程. 2017, 43(10): 77-81,90. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2017.10.014

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  在协作通信网络中,信道条件较好的电池供电中继节点可能被频繁选择用于数据转发,导致电量快速消耗,甚至缩短网络生命周期。针对该问题,提出一种兼顾电池能耗、电池余量和信道状态信息的中继选择方法。根据节点电池能耗与电池余量的比值对链路的信噪比加权,选择加权后中继链路信噪比最大中继链路的源节点或中继节点发送数据。推导系统的平均转发信道容量和中断概率表达式,在此基础上的仿真结果表明,该方法在保证转发信道容量和中断性能的同时,能有效降低中继节点的电池能耗,延长协作通信网络的生命周期。
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  面向数据收集的转发树构建与链路调度算法

  刘洋

  计算机工程. 2017, 43(10): 82-90. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2017.10.015

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  多数基于压缩感知的数据收集方法假设网络无干扰或能够采取有效的冲突避免措施,当网络存在干扰或噪声时,难以同时兼顾效率和可靠性。为此,以压缩感知理论为基础,研究物理干扰模型下的数据收集问题,将其建模为转发树构建和链路调度联合问题,并设计可构建转发树的分布式求解算法,确定一组转发树并在调度后于最短调度周期内将测量数据发往汇点,实现传输延时和采集能效间的平衡。仿真结果表明,该算法能有效降低数据传输延时,提高数据采集能效。
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  可见光通信叠加ACO-OFDM调制技术

  路明丽,于宏毅,仵国锋

  计算机工程. 2017, 43(10): 91-97. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2017.10.016

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  有限层信息流叠加时频谱能量有效正交频分复用(SEE-OFDM)技术与直流偏置光正交频分复用(DCO-OFDM)技术的频谱效率存在差距。针对该问题,提出一种基于SEE-OFDM的叠加非对称限幅光正交频分复用(ACO-OFDM)调制技术。通过改变不同层信息流的调制阶数,使得叠加ACO-OFDM的频谱效率与DCO-OFDM相等。对系统误比特率(BER)进行理论分析,确定系统BER最小时的调制阶数组合算法,并提取每层信息流在解调时的子载波。实验结果表明,当频谱效率为1.5时,在线性AWGN信道下叠加ACO-OFDM技术的BER性能要优于DCO-OFDM技术与ACO-OFDM技术。
安全技术
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  基于零动态的工控系统攻击检测识别安全模型

  张环宇,陈凯

  计算机工程. 2017, 43(10): 98-103. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2017.10.017

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  工控系统的物理基础设施、数据管理层和通信层易受网络攻击,而由于现代工业网络的特性,典型的信息安全方法无法满足其安全要求。为此,研究现代工控系统协议以及常见安全威胁,建立一个针对受攻击系统的统一建模框架,并设计集中式和分布式的过滤器。通过分析应用环境和筛选特征识别结果,识别欺骗、拒绝服务、隐秘、重放和隐蔽等典型的攻击和异常。实验结果表明,该模型能够增强工控系统的抗噪性和鲁棒性。
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  多重网络中基于危机意识的疫苗接种模型

  白杨,蒋国平,涂潇

  计算机工程. 2017, 43(10): 104-108. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2017.10.018

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  研究者在分析单层网络中个体危机意识对病毒传播的影响时,较少考虑个体危机意识的差异性。为此,将信息传播速率和个人敏感度引入多重网络,提出一种基于危机意识的SIR-SIRV模型。分别采用SIR信息传播模型和SIRV病毒传播模型描述通信网络信息与社会接触网络病毒间的交互传播过程,根据个体自身所处实际环境及病毒传播区域信息,设计个体的最佳疫苗接种策略,以提高疫苗接种的自主性。实验结果表明,该模型可使病毒感染节点密度与免疫节点密度通过自我调节即达到稳态,具有较强的自主性。
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  一种支持属性撤销的外包属性加密方案

  刘竹松,彭佳鹏

  计算机工程. 2017, 43(10): 109-114. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2017.10.019

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  针对传统基于密文策略的属性加密方案在密钥生成、密文解密和属性撤销阶段计算开销大的问题,提出一种具有属性撤销功能的外包属性加密方案。在加密过程中使用线性秘密共享机制作为访问结构,将密钥生成和密文解密的部分计算外包,通过为每个用户的私钥设置版本号实现用户属性的撤销,同时证明方案在可重复的选择密文攻击下是安全的。实验结果表明,该方案的计算开销较低,并且能较好地实现密文策略的属性撤销功能。
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  一种防御差分功耗分析的ECC同种映射模型

  邬可可,李慧云,闫立军

  计算机工程. 2017, 43(10): 115-119,125. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2017.10.020

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  现有的公钥密码研究大多是以增加椭圆曲线密码体制(ECC)的冗余操作来抵御差分功耗分析(DPA)攻击,但会降低ECC的运行效率,从而影响ECC在运算环境受限的密码设备中的使用。为此,以增强ECC的功耗安全和提高计算效率为目标,基于椭圆曲线同种映射理论,建立椭圆曲线等价变换模型,并设计一种能防御DPA攻击ECC的安全方法,通过变换椭圆曲线点乘运算的表现形式,消除点乘运算与泄漏的功耗信息的相关性,从而防御DPA攻击ECC。效率及安全性评估结果表明,该方法没有增加ECC的额外计算开销,且能够防御DPA攻击。

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  一种带掩码AES算法的高阶差分功耗分析攻击方案

  段晓毅,王思翔,崔琦,孙渴望

  计算机工程. 2017, 43(10): 120-125. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2017.10.021

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  鉴于能量分析攻击对密码芯片安全性的严重威胁,对掩码技术进行研究,提出一种通过使用预处理函数对固定值掩码进行攻击的高阶差分功耗分析(HODPA)方案。利用功耗曲线上2个信息点的联合分布绕过掩码对加密系统的保护。开发以MEGA16单片机为核心的侧信道攻击平台,并在该平台上进行实验验证,结果表明,在不明确掩码具体数值的情况下,一阶DPA无法恢复出正确密钥,HODPA方案仅需约500条功耗曲线即可得到正确密钥,且正误密钥之间区分度高,具有较强的实用性。

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  一种安全的RFID委托认证方案

  周由胜,李缘

  计算机工程. 2017, 43(10): 126-133. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2017.10.022

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  针对智能家居中的事务委托场景,提出一种安全的委托认证方案,基于切比雪夫混沌映射分别构造适用于通用场景及委托场景的认证协议。考虑到切比雪夫映射的半群特性,所有标签与门禁阅读器共享唯一的认证服务器公钥,即可实现各实体之间的相互认证,解决了公钥密码认证方案中密钥管理繁琐的难题。利用BAN逻辑对所提方案正确性进行验证,并分析方案的安全性,结果表明,该方案安全可行,可以抗重放攻击和假冒攻击。
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  面向Android隐私保护机制的多域隔离模型设计

  王帅丽,孙磊,韩静丹,徐宁,王泽武

  计算机工程. 2017, 43(10): 134-140. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2017.10.023

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  针对Android系统粗粒度的权限机制及隐私保护机制安全性较低的问题,提出粒度可控的多域隔离隐私保护模型MDSDroid,并在Android系统上设计模型实现框架。通过定义模型变量以及访问控制策略,实现应用程序及其数据间的隔离和强安全访问控制机制。采用Z语言对模型进行形式定义,并运用形式验证工具Z/EVES进行形式分析,保证模型策略的正确执行,在增强系统安全的同时保护隐私数据的安全性。实验结果表明,该模型系统与Android原生系统相比具有较低的性能损耗。

人工智能及识别技术
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  基于量子进化的给定围长图构造算法

  冯晓华,孙永奇

  计算机工程. 2017, 43(10): 141-146. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2017.10.024

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  构造给定围长的极图是图论难题之一,特别是在顶点数规模不断增大的情况下会出现组合爆炸的现象。针对该问题,提出一种构造给定围长图的算法,通过在生成个体、调整个体中充分利用极图的特性,使算法达到较高的收敛速度与收敛精度。实验结果表明,通过构造围长为10的图,与粒子群优化算法、遗传算法相比,该算法达到次优解和最优解的准确率最高,构造围长为11的图,可得到相应的极图边数的下界。
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  实时路况制约下基于内容的兴趣点推荐

  雷凯,刘树波,李丹,李永凯

  计算机工程. 2017, 43(10): 147-152. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2017.10.025

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  传统兴趣点推荐方法缺乏对用户所处位置和实时路况信息的考虑,推荐结果虽能满足用户偏好,但会导致出行时间增加。为此,提出一种考虑实时路况信息的推荐方法,利用基于内容的方法获取兴趣点支持度,使用实时路网状况获取实时路网支持度,融合基于内容的支持度和实时路网支持度,形成最终优化的推荐结果。实验结果表明,与基于内容的推荐方法相比,融合实时交通路况的推荐方法能节省更多的出行时间,具有较强的实用性。
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  改进飞蛾捕焰算法在网络流量预测中的应用

  吴伟民,李泽熊,林志毅,吴汪洋

  计算机工程. 2017, 43(10): 153-159,166. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2017.10.026

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  传统BP神经网络对网络流量时间序列预测精度低和泛化能力弱。为此,提出一种新的优化BP神经网络的方法。通过小波包分解对网络流量进行多频段序列分解,并采用飞蛾纵横交叉混沌捕焰算法优化的神经网络,对各分解后的子序列进行预测,叠加各子序列的预测值,重构获取实际预测结果。仿真结果表明,与传统BP神经网络预测方法相比,该方法能捕获网络流量的变化规律,具有较好的预测精度、稳定性和泛化能力。
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  基于动态标签偏好信任概率矩阵分解模型的推荐算法

  杨亚东,熊庆国

  计算机工程. 2017, 43(10): 160-166. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2017.10.027

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  为提高推荐算法性能,解决数据稀疏和冷启动因素造成的推荐精度不高的问题,提出一种改进的协同过滤推荐算法。基于三元组表示形式,利用标签集、用户集和项目资源集构建标签、用户以及项目之间的动态联系,并进行信任值评分矩阵的计算,使用信任评分矩阵融合协同推荐过程,构建概率矩阵分解模型,并基于期望最大法进行模型的求解。实验结果表明,与采用基于余弦、皮尔逊相关系数和启发式相似度模型的算法相比,该算法具有较低的绝对误差均值以及较高的覆盖率、精度与召回率。
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  面向分类的增量字典学习算法

  张志武,荆晓远,吴飞

  计算机工程. 2017, 43(10): 167-171,185. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2017.10.028

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  针对面向分类的传统字典学习方法在大数据集上批量学习时计算代价较高的问题,提出一种类特定的增量式字典学习算法。该算法在初始训练集上进行类特定的字典学习得到初始字典,通过增量数据集选取增量字典原子初始值。根据不能在初始字典上稀疏表示且互信息最大的原则,从增量样本集中选取若干样本作为增量字典原子的初始值。在保持原有字典原子不变的情况下,迭代更新编码系数和增量字典原子,直至收敛得到新的字典。利用稀疏表示分类器,在Eclipse数据集和ORL人脸图像数据库上的实验结果验证了该算法的分类有效性和计算代价上的优越性。
图形图像处理
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  边缘检测中的改进型均值滤波算法

  彭宏,赵鹏博

  计算机工程. 2017, 43(10): 172-178. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2017.10.029

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  针对传统高斯滤波器算法存在边缘模糊及局部伪影的问题,提出一种改进型均值滤波算法,以有效去除图像中的高密度脉冲噪声。通过求解图像直方图,检测图像直方图的左右2个峰值点,以查找出可疑的噪声点,进而使用灰度值确定其坐标。利用图像像素点周围灰度值的相似性,在局部窗口选择递归加权平均值代替被污染的图像像素点灰度值。结合自动选择Canny算子的双阈值方法,对灰度图像边缘进行检测。实验结果表明,该算法的算子滤波效果优于LOG算子和传统灰度Canny算子,且具有较好的稳定性。

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  基于多层次多方向分解的医学图像融合算法

  宋瑞霞,王孟,王小春,余建德

  计算机工程. 2017, 43(10): 179-185. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2017.10.030

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  传统多模态医学图像融合技术融合后图像的细节表达不清晰、病灶不明显。为此,设计一种V-变换与非下采样Contourlet变换(NSCT)相结合的融合方法。对源图像进行多层次V-分解,使其被分解为轮廓图像和细节图像两部分,对其中的轮廓图像做NSCT变换,在NSCT域中设计融合方案,针对细节图像给出细节信息的融合策略,将融合后的轮廓图像和细节图像叠加,以得到最终融合图像。实验结果表明,与传统离散小波变换、NSCT变换的方法相比,该算法在视觉效果和评价指标方面都有较好的表现。
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  白车身孔槽类特征三维坐标在线测量方法研究

  胡彦强,马钺,许敏

  计算机工程. 2017, 43(10): 186-191,197. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2017.10.031

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  为实现白车身孔槽类特征三维坐标的视觉测量,在双目立体视觉测量原理的技术上,以激光器辅助扫描被测孔槽完成三维测量,针对圆孔和复合孔槽边缘及孔心坐标的空间定位问题,提出一种在线测量方法。采用Canny边缘检测和Ramer算法分割出圆弧部分完成孔边缘的粗定位,结合Bazen方法与正交多项式拟合法实现亚像素边缘点坐标的精确定位,并通过权重拟合得到椭圆参数方程。在线激光光纹中心线提取过程中,融合极值法、阈值法与重心法,将拟合椭圆与光纹中心线的交点作为双目立体视觉的匹配点,进而完成空间点三维坐标的测量。实验结果表明,提出的方法鲁棒性好,对圆孔类特征的综合定位精度高。
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  静止背景下的人体行为识别方法

  高晨兰,朱嘉钢

  计算机工程. 2017, 43(10): 192-197. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2017.10.032

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  在实际工程中多数监控摄像头是固定的,为了使计算能力有限的智能摄像头实时地进行人体行为识别,提出一种将无迭代双边二维主成分分析方法(NIB2DPCA)与高斯混合模型(GMM)相结合的行为识别方法。提取视频帧序列中运动前景的稠密光流,绘制运动矢量时空(MVFI)模板,利用NIB2DPCA对MVFI模板作特征抽取,通过GMM对特征数据建模从而实现行为分类。测试结果表明,与轨迹云比较法相比,该方法对视频中的行为信息进行了有效地压缩,使得计算耗时缩短了90%以上,同时保持了较高的识别率。

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  基于相位一致性改进的步态识别方法

  史东承,贾令尧,梁超,王新颖

  计算机工程. 2017, 43(10): 198-202,208. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2017.10.033

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  为克服步态轮廓变化对步态识别的不利影响,采用步态能量图改进对数Gabor相位一致性特征,提出一种新的步态识别方法。利用局部能量计算方法及频率扩展与噪声补偿策略,使提取的步态特征更具识别性和定位性,并对该步态特征进行线性判别分析降维。应用基于欧氏距离的最近邻分类器在CASIA和USF步态数据库上进行测试,结果表明该方法在个体携包行走、穿着和视角变化的情况下均能较好地识别步态轮廓,相比现有步态识别方法具有更高的正确识别率。

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  基于二级级联支持向量机的人脸快速检测

  李德强,李千目,孙康,朱虹

  计算机工程. 2017, 43(10): 203-208. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2017.10.034

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  为提高传统支持向量机无约束人脸检测算法的检测精度,基于可变形模型思想,将整体与局部特征级联方式结合,提出一种新的人脸快速检测算法。在第一层级中,设计整体人脸稀疏特征,以快速地提供精确的人脸候选区域,在第二层级中进行人脸定位,捕捉无约束条件下人脸拓扑形状,提取关键特征点周围鲁棒性特征,得到判别能力强的分类器验证候选区域。实验结果表明,该算法能流畅运行于VGA视频流中,提高无约束人脸检测精度,有效降低误检率。
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  基于泊松方程的孔洞修补算法

  李月雯,耿国华,魏潇然

  计算机工程. 2017, 43(10): 209-215,221. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2017.10.035

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  传统网格生长法对孔洞数量庞大且孔洞类型复杂的三维网格模型修复效果不佳。针对该问题,将泊松方程应用于三角网格模型的孔洞修补。利用原始模型信息建立泊松方程,对输入模型曲面进行全局拟合,根据孔洞信息裁剪拟合得到的预测曲面并与原始孔洞模型缝合,通过孔洞边界区域法向量信息调整修补曲面的三角面片方向,达到特征增强的目的。实验结果表明,该算法对于结构复杂的多孔洞三维模型修补效果较好,对噪声鲁棒性强,在保留模型原始信息的同时能够准确还原孔洞区域特征。

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  基于改进全卷积神经网络的航拍图像语义分类方法

  易盟,隋立春

  计算机工程. 2017, 43(10): 216-221. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2017.10.036

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  现有的卷积神经网络方法难以对图像的每个像素进行语义识别,较难从像素层面分解出图像的不同类别。为此,提出一种端到端的全卷积深度网络,以实现高分辨航拍图像像素级的语义分割及识别。通过全卷积神经网络对图像强度信息和地理信息系统信息分别采用独立通道进行处理,在全卷积神经网络的最终层合并2个通道,并对每个像素进行全连接像素级标注,利用条件随机场作为后期处理方法平滑相似区域,同时保留图像中的边缘信息。实验结果表明,与传统视觉语义分类算法相比,该算法在航拍图像像素级分类上的准确率更高,识别效果更好。
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  基于区域分割的点云骨架提取算法

  晁莹,耿国华,张雨禾,张靖

  计算机工程. 2017, 43(10): 222-227,233. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2017.10.037

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  针对L1中值骨架提取方法存在迭代次数较多、相邻区域较紧密时骨架易跨越区域等问题,提出一种分区提取骨架的算法。结合点云区域的连通性及局部相关性,采用马尔科夫随机场模型,将给定点云分割成不同区域。在相同标号的区域根据区域大小和点集数自适应地计算不同的初始收缩邻域尺度,用L1中值不断收缩迭代提取各区域的骨架分支,通过主成分分析及连接角判定骨架连接方式,并根据该连接方式将骨架分支连接成完整的点云骨架。实验结果表明,该算法能够自适应地提取点云骨架,减少点云收缩的迭代次数,保持模型原有的拓扑结构,对于含有区域紧密度不均匀的模型有较好的效果。
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  利用综合光流直方图的人群异常行为检测

  熊饶饶,胡学敏,陈龙,周慧子

  计算机工程. 2017, 43(10): 228-233. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2017.10.038

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  针对公共区域下的智能视频监控问题,提出一种新的从视频中检测人群异常行为的方法。利用混合高斯模型提取视频中的人群运动前景,在运动前景区域内使用等间距抽样法提取特征点。在人群特征提取阶段,给出光流特征提取方法,通过Lucas-Kanade法计算特征点的光流场,并统计计算全局特征点的光流方向直方图、光流大小直方图和光流加速度直方图,将融合3种直方图的综合光流直方图作为人群特征,使用支持向量机对特征数据进行训练和预测,判断人群中是否存在异常行为。实验结果表明,与基于社会力模型和纯光流方向直方图的方法相比,该方法能够有效、实时地检测人群中的异常行为,在UMN数据集中的检测率达到97%以上。

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  基于空洞填补的虚拟视点绘制

  杨婕,李兆歆,王素琴,石敏,刘京

  计算机工程. 2017, 43(10): 234-240,245. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2017.10.039

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  在虚拟视点绘制过程中,参考视点中被前景物体遮挡的区域在虚拟视点中会变得可见,该区域由于缺少图像信息容易产生空洞。为此,提出一种基于背景识别的空洞填补算法。采用局部阈值分割与加权平均的结构张量,改进优先级计算的方法,利用深度图与最大化类间方差算法,给出新的源空间识别方法,以解决相对背景的识别问题。实验结果表明,与基于样本的图像修复算法及其改进算法相比,该算法可以较好地解决空洞问题,并完成虚拟视点绘制。
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  Kinect彩色图像在光标移动控制中的应用

  裴以建,韩甲甲,闫哲,薛端

  计算机工程. 2017, 43(10): 241-245. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2017.10.040

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  传统光标控制方式不能较好满足残疾、野外工作等人员的工作需求,而用Kinect识别人体不同的动作类型来实现光标控制时,由于控制方式过于单一,存在动作类型过多且相互干扰的情况。为此,提出将Kinect提取的彩色图像和骨骼数据相结合的方法实现光标的移动控制。从彩色图像上提取可变的像素颜色,以此减少动作类型数量,同时避免动作之间的相互干扰。给出光标移动控制中涉及到的坐标映射相关理论的计算公式。实验结果表明,将感应器彩色图像应用于光标移动控制中是可行的,与单一控制方式相比,具有更好的移动控制性能,通过调节公式中的相关参数更加灵活地实现鼠标控制。
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  基于双向耦合的单幅图像快速去雾算法

  董亚运,毕笃彦,何林远,眭萍

  计算机工程. 2017, 43(10): 246-252,258. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2017.10.041

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  基于暗原色先验的去雾算法估计出的透射图清晰度低,采用软抠图优化透射图时算法复杂度高,耗时大。而应用经典引导滤波优化时,算法复杂度低,但恢复出的图像在景深跳变处存在光晕现象。为解决上述问题,提出一种快速去雾算法,将颜色衰减先验代替暗原色先验,通过建立线性模型简化求解透射图的过程,从而快速得到原始估计的透射图。将估计的透射图作为引导滤波的输入图像,先对其下采样再进行滤波处理,以降低算法复杂度。对输出图像的平坦区域和边缘区域采用不同的插值算法进行插值,得到原始大小的透射图。实验结果表明,该算法能够快速有效地恢复出无雾图像以及图像的细节信息和色彩,在保证图像质量的前提下,大幅提高算法的运行效率,降低算法复杂度,满足实际应用中的实时性要求。

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  一种基于灰度压缩的透光浮雕模型生成方法

  宋廷强,邢照合

  计算机工程. 2017, 43(10): 253-258. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2017.10.042

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  在透光浮雕数字模型的生成过程中,简化的操作容易生成质量较差的模型,而质量较好的模型又需要运用复杂的生成方式。为解决这一矛盾,提出一种基于灰度级压缩的图像增强方法,用户只需要简单设置即可有效提高透光浮雕数字模型的成像效果,并且针对特有的3D打印材料,通过实验确定最佳打印厚度。与现有模型生成方法相比,该方法在最终成型效果和操作的简易程度方面均具有较大的优势,有效解决了模型质量低和生成方式复杂之间的矛盾。
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  基于采样约束的随机Hough变换圆检测算法

  陈树越,李建森,黄萍,徐来

  计算机工程. 2017, 43(10): 259-263,267. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2017.10.043

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  为减少图像中的圆检测时间并提高圆检测精度,提出一种随机Hough变换圆检测算法。以随机采样的一点作为圆直径的一个端点,用约束候选圆直径范围的方法确定候选圆,再将候选圆n等分,对每个方向进行证据积累以判断是否为真圆,通过聚类算法剔除错误样本点,对真圆进行最小二乘拟合以得到更准确的圆参数,解决由于随机采样三点而造成的大量无效采样累积问题。实验结果表明,与RHT算法、ARHT算法和BRHT算法相比,该算法的检测速度更快、检测精度更高。
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  基于同步更新的背景检测显著性优化

  赵艳艳,沈西挺

  计算机工程. 2017, 43(10): 264-267. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2017.10.044

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  现有显著性检测方法大多存在检测误差大、主观性强、对背景先验知识约束过少等局限性。为此,提出一种背景检测显著性同步更新优化方法。通过改变背景先验的约束范围,计算显著图与真值图的相似程度,利用置信度量进行同步传播更新,使相邻像素间的关联性得以加强,显著目标边缘更清晰。在标准数据集上的实验结果表明,与现有基于背景的显著性检测方法相比,优化方法具有更高的检测精度。
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  光学图层分解方法综述

  曹芙蓉,吴鑫

  计算机工程. 2017, 43(10): 268-276. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2017.10.045

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  光学图层分解能够为物体识别提供有用信息,是图像内容理解和分析的基础。按照输入信息的不同可以将光学图层分解方法分为基于单幅图像和基于图集2类。对典型的光学图层分解方法进行论述和分析,包括交互式图层先验法、相对光滑度分解法、多重反射信息法、交互层叠法、反射变换法和稀疏性运动盲源法,阐述这些方法的原理和特点。结合软件测试平台验证和分析上述光学图层分解方法的优缺点及适用范围,并对光学图层分解方法的时效性、完备性和实用性进行展望。
开发研究与工程应用
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  基于遗传算法的BP神经网络在电力负载预测中的应用

  张宗华,赵京湘,卢享,牛新征

  计算机工程. 2017, 43(10): 277-282,288. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2017.10.046

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  为有效利用电力资源,改进电力供需结构,建立面向电力负载的短期预测模型。利用层次分析法,对负载预测的影响因素做权重筛选,优化输入参数。通过主成分分析法对样本数据进行线性组合,压缩数据,提高网络泛化能力。引入L-M算法完善反向传播(BP)算法,加快收敛速度。同时结合改进的遗传算法,自适应调整交叉变异概率,对BP神经网络的初始权重进行动态赋值。在真实数据集上的实验结果表明,相较于传统神经网络模型,提出的模型能够加快神经网络的收敛速度,同时提高预测精度,电力负载的实际值与预测值的相对误差小于3%。

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  基于脑电和肌电多特征的自动睡眠分期方法

  吕甜甜,王心醉,俞乾,于涌,蒋蓁

  计算机工程. 2017, 43(10): 283-288. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2017.10.047

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  为实现准确的自动睡眠分期,且满足泛化能力的需求,基于脑电(EEG)和肌电(EMG)多特征,提出一种自动睡眠分期方法。以MIT-BIH多导睡眠数据库中样本的EEG和EMG为分析对象,采用离散小波变换对原始数据进行滤波预处理,提取EEG的α,β,θ,δ节律波和高频成分的能量比,利用样本熵算法提取EEG的非线性特征。将特征参数输入支持向量机分类器中进行样本训练与分类识别。实验结果表明,该方法的分期准确率可以达到92.94%,相比基于EEG的睡眠分期方法平均准确率提高3.96%,交叉验证平均准确率达82.68%,具有较好的泛化能力。

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  一种基于SDN的HAS全局优化策略

  杨好,奚宏生

  计算机工程. 2017, 43(10): 289-295. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2017.10.048

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  在传统基于HTTP的自适应流媒体(HAS)系统中,当多个用户共享同一瓶颈链路时,客户端存在不公平、不稳定、网络资源利用不充分的问题。为此,提出一种HAS全局优化策略。在软件定义网络控制器上部署全局优化模块实现全局优化,在制定策略时,将用户体验质量的全局优化和路径规划相结合,根据网络状况和用户体验需求,得到客户端的最优请求码率和最佳路径。仿真结果表明,与未经优化的HAS系统相比,该策略能够有效提高用户体验质量,并且使公平性和稳定性得到改善。

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  基于预测型间接迭代学习的SCARA机器人轨迹跟踪控制

  严浩,白瑞林,朱朔

  计算机工程. 2017, 43(10): 296-301,309. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2017.10.049

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  SCARA机器人是一个强耦合、多输入多输出的非线性系统,运行时较易受外界干扰的影响,而且传统比例-积分-微分(PID)反馈控制器的轨迹跟踪精度较低。针对上述问题,设计具有前馈作用的预测型迭代学习控制器(A-ILC)。利用运行批次在采样时刻t+Δ处的误差输出信息,优化调整下次运行在采样时刻t处双闭环PID反馈控制器的角度。仿真结果表明,与仅采用双闭环PID反馈控制器相比,采用所设计的控制器能明显减小机器人末端的轨迹跟踪误差。
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  三维神经元几何形态的发育生成方法

  蔺想红,赵吉昌,李志强,冯丽霞

  计算机工程. 2017, 43(10): 302-309. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2017.10.050

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  生物神经细胞具有复杂多样的空间几何形态,而这种形态结构是研究单个神经细胞信息处理和整个神经系统连接的基础。为此,提出一种针对三维神经元几何形态的发育生成方法。采用人工基因组对基因调控网络进行编码,用基因表达的动态特性来表示神经元树突树的发育过程。实验结果表明,生成的虚拟神经元与实际神经元具有相似的几何形态结构。与已有基于发育机制的生长方法相比,更真实地表现了生物神经元的发育过程。与基于统计分析的重建方法相比,能够更方便地得到几何形态参数的统计分布函数。
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  LSSVM与HMM在航空发动机状态预测中的应用研究

  崔建国,高波,蒋丽英,于明月,郑蔚

  计算机工程. 2017, 43(10): 310-315. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2017.10.051

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  传统单一的状态预测方法难以精确预测航空发动机状态的缺陷,而最小二乘支持向量机(LSSVM)具有较强的非线性预测能力和泛化能力,可以有效地对信号进行非线性预测,隐马尔科夫模型(HMM)有利于处理连续的动态信号,能够精确计算出似然度概率。提出一种结合LSSVM与HMM的状态预测方法。利用提升小波函数全阈值降噪法对采集的振动信号进行降噪,采用小波包分解提取有效的特征,选择不同状态下的特征量训练多个HMM模型,并通过此模型对未知信号特征量以及LSSVM预测的特征量进行状态监测,从而预测出发动机未来时刻的状态以及状态的退化趋势。实验结果表明,该方法的预测准确率达到92%以上,能够有效地预测航空发动机的状态情况。
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  智能微电网中一种多对多售电利益优化算法研究

  张栩,温蜜,孙旭,张宇

  计算机工程. 2017, 43(10): 316-321. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2017.10.052

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  随着智能电网的发展,电力市场利益优化问题已成为制约微电网电力市场发展的关键。为此,提出一种基于遗传算法的电力交易优化模型。分析模型影响因素,得到利益目标函数,构建利益优化模型,同时,对买卖双方进行二进制编码,通过遗传算法进行卖方利益最大化运算,并在运算过程中得到买卖双方分配结果,实现利益优化。仿真结果表明,遗产算法可以有效地为电力交易模型找到可行的最优解,与松弛算法相比,更加合理且能得到更大利益。