2018, 7(2):1-11. DOI: 10.12146/j.issn.2095-3135.201802001
摘要:针对混合分布模型中各项权值通常依赖于未知或已知参数而造成的模型不确定问题,提出了一种权值基于 Frobenius 范数的混合分布模型。首先,把多元泊松分布进行截断及均化处理,生成伪多元泊松分布。其次,根据有限可数混合分布的表达式,分别求解伪多元泊松混合分布的集函数矩阵、多线性形式的 Pseudo-Boolean 函数矩阵、多线性 Pseudo-Boolean 函数矩阵的 Frobenius 范数,由此得 到新的权值并据此构建多元伪泊松混合分布模型。最后,根据混合分布权值的归一性及非负性证明了模型的正确性并且通过仿真实验来展示构建模型的整个过程,验证了算术平均的合理性。可为今后研究混合分布在机器学习领域的应用及算法设计提供理论基础。
2018, 7(2):12-21. DOI: 10.12146/j.issn.2095-3135.201802002
摘要:分子动力学模拟可以直接表征体系原子的行为,因此成为研究氮化硼相关材料微观导热机理的重要工具,但目前尚没有关于氮化硼材料模型尺寸对其热传导相关性质影响规律的研究。该文采用平衡态分子动力学并结合 Green-Kubo 方法,研究了纯净氮化硼单层结构热导率、声子色散关系以及态密度随模拟尺寸的变化规律,并解释了其内部机理。实验发现,氮化硼单层材料热导率随着模拟尺寸的增大而减小,并在单层面积约 4.1 nm×4.1 nm 时收敛于(349±22)W/(m?K),此收敛值远小于平衡态分子动力学计算中石墨烯热导率的收敛尺寸(10 nm×10 nm),这说明氮化硼单层中声子之间的散射大于石墨烯。此外,不同于热导率,氮化硼单层结构的声子色散曲线、态密度几乎不受模拟尺寸的影响。该研究结果可为采用平衡态分子动力学研究氮化硼相关材料的微观导热机理提供重要参考。
2018, 7(2):22-36. DOI: 10.12146/j.issn.2095-3135.201802003
摘要:为验证 Kinect 相机用于腹部肝穿刺介入导航的可行性,开发了一套基于第二代 Kinect 相机 的被动光学定位导航系统。该系统实现了一种无标记术中注册方法,分别从术前腹部 X-射线计算机断层图像和 Kinect 相机获取的彩色及深度图像中提出腹部表面点云数据做匹配,实现术中数据与术前 数据融合。为验证系统的导航精度,分别在 1 个腹部体模和 6 只健康比格犬肝脏区域做了穿刺导航实验,穿刺结果分别统计了靶点配准误差、用户手动误差和靶点定位误差。体模实验显示,靶点配准误 差、用户手动误差和靶点定位误差分别为(4.26±1.94)mm、(2.92±1.67)mm、(5.23±2.29)mm。同 时比较了第一代和第二代 Kinect 相机应用于穿刺导航的性能,实验结果表明,第二代相机的导航精度明显高于第一代。动物实验中得到的靶点定位误差及其横向、径向误差分量为(6.40±2.72)mm、 (4.30±2.51)mm、(3.80±3.11)mm。由实验结果可知,该研究成功验证了 Kinect 相机用于腹部肝穿刺介入手术导航的可行性。
2018, 7(2):37-46. DOI: 10.12146/j.issn.2095-3135.201802004
摘要:该文提出了一种基于空间编码图案的结构光系统参数标定方法。与传统的基于棋盘格图案标 定策略不同的是,该文采用结构光编码图案实现了系统的高精度标定,具体实施步骤包括:(1)根据编码图案的几何分布特性提出了一种编码特征点检测算子,基于检测出的编码特征点构建拓扑结构,利 用仿射变换原理及双线性插值算法提取出编码几何元素图像;(2)将几何元素识别转化为监督分类问题,通过采集大量训练样本训练卷积神经网络,实现编码元素的准确识别和解码过程;(3)利用射影变 换原理建立相机像平面与投影机像平面之间的对应关系,利用此对应关系将标定板上棋盘格角点在相机像平面上的坐标转换至投影机像平面,最终实现了对相机和投影仪内外部参数的同时标定。标定结果显示,该方法对投影仪的标定重投影误差不超过 0.3 像素;三维重建实验结果显示,与传统标定方法相比,该文方法能够显著提升系统的标定和三维重建精度。
刘雪玉 , 汪 鑫 , 姜言冰 , 纪 宁 , 刘盛平 , 李 鹏 , 陈世雄 , 李光林
2018, 7(2):47-56. DOI: 10.12146/j.issn.2095-3135.201802005
摘要:心电图广泛用于人体心脏电活动特性研究和心脏相关疾病的诊断。常规的接触式湿电极普遍 使用导电膏,容易造成受试者的负担感和不适感,且存在皮肤过敏的风险,也不利于心电信号的长期监测。针对这个问题,该文设计了一种通过皮肤与电极感应层之间的容性耦合来获取心电信号的非接触电极,并搭建了基于 ADS1299 的生理信号采集系统,可实现无需导电膏、无需与皮肤直接接触的心电测量。在此基础上,该文全面研究了介于非接触电极和皮肤之间的绝缘层材料及厚度对心电信号的影响。研究结果表明,非接触电极可获取高质量的心电信号,且绝缘层参数对心电信号质量具有显 著的影响:棉布材料作为绝缘层时,心电信号质量最好;绝缘层厚度越小,心电信号质量越好。该研究结果可为非接触电极在移动健康监护中的进一步广泛应用提供重要的实验基础和理论依据。
2018, 7(2):57-68. DOI: 10.12146/j.issn.2095-3135.201802006
摘要:实体识别是将一个或多个数据源中描述同一现实世界实体的数据对象分到同一组的过程,它 在数据清洗、数据集成、数据挖掘中起着至关重要的作用。然而,实体的特征具有随时间演化的特性,这使得实体识别面临巨大的挑战。传统的实体识别方法解决了特征随着时间规律性的改变问题,但没有考虑到数据的不规律变化。该文提出了基于分类的方法解决特征不规律演化的实体识别问题。该方法首先利用机器学习中改进的随机森林的方法计算记录的相似性,接着提出了一个新型的两阶段 聚类算法完成记录聚类过程,最后通过在真实数据集上的对比试验证明了该算法的有效性。通过在真实数据集上的实验,证明了该方法能够有效提高演化实体的识别准确性。
2018, 7(2):69-77. DOI: 10.12146/j.issn.2095-3135.201802007
摘要:跌倒是造成老年人意外伤害或死亡的首要原因,全世界 65 岁以上老人中每年大约有 1/3 发 生过跌倒,对人体尤其是髋关节造成较大伤害。利用充气气囊作为缓冲来减轻伤害是目前跌倒防护最有效的手段。该文对穿戴式跌倒防护安全气囊系统的总体构成、定位精度、充气机构、囊体结构参数 等关键技术展开研究,并完成样机实现。系统由电源模块、主控模块、传感模块、定位模块、通讯模块、充气机构、压缩气瓶和囊体结构等关键部分组成。其中定位模块支持 GPS 和 WIFI 两种位置定位 方式,室外定位精度仅约 7 m,室内定位精度约 60 m。设计出了充气机构以及基于人体髋部结构的仿生吸震囊体的优化结构参数,对 8 g、12 g 和 16 g 等多规格压缩气瓶进行了冲刺可靠性试验,并用高速动态记录仪测得充满气的平均时间为 386.9 ms。此外,采用 MIMICS 软件及人体髋部位置的二维电子计算机断层扫描图片建立了人体髋骨的三维有限元模型,并采用 ANSYS 软件建立髋保护缓冲气囊的有限元模型,分别建立了无防护情况下侧方跌倒和有髋保护缓冲气囊防护情况下侧方跌倒模型。对 比结果显示,髋骨受到的峰值冲击力比不采用任何防护减小了 70%,而能量吸收则减小了 83.8%。
2018, 7(2):78-88. DOI: 10.12146/j.issn.2095-3135.201802008
摘要:5-(4-羧基苯基)-10, 15, 20-三苯基卟啉(TPP)是具有高度对称性和大 π 共轭结构的分子,属于 卟啉衍生物。卟啉是血红素、叶绿素等多种生物成分的关键前体,结构上的特殊性使其呈现出特征的光学特性。该文通过检测不同溶液条件下 TPP 的电子吸收和分子发射光谱的变化,探讨溶液极性、pH 等对其光学性能的影响,测量分子的质子化能力,并与理论计算值互相推演,探究可能出现这些现象的分子结构变化。最后,根据体外溶液和肿瘤细胞中光动力效果预测其在肿瘤的光动力治疗方面 的潜能。
2018, 7(2):92-92. DOI: 10.12146/j.issn.2095-3135.201802010
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