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一种有效的通信网络告警分析方法

齐小刚,胡秋秋,姚旭清,刘立芳

2019, 46(4): 1-8. doi:10.19665/j.issn1001-2400.2019.04.001

摘要 ( 849 )

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以往大多告警分析研究都是假设通信网络中所有告警是平等的,考虑此假设的不合理性,提出了一种加权告警分析方法。首先,根据告警对网络的影响程度,采用熵值法为不同的告警分配不同的权值,并将其转换成适合于数据挖掘的序列数据集;然后,设计了一种加权告警序列模式挖掘算法,并采用了一种新颖的剪枝策略来缩减需要挖掘的数据集大小以提高算法的效率;最后,利用该算法挖掘告警数据中的时序关系。实验结果表明,这种加权告警分析方法在剪枝效果、挖掘重要告警序列模式和执行效率方面具有很好的性能。

三维大规模多进多出系统中导频污染抑制方案

刘灿,李勇朝,张锐,李涛

2019, 46(4): 9-15. doi:10.19665/j.issn1001-2400.2019.04.002

摘要 ( 455 )

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为降低三维大规模多进多出系统中的导频污染,提出了一种基于软导频复用的导频污染抑制方案。通过利用垂直方向上的空间自由度,从地理上将用户划分为相邻小区内垂直信道信息可分离的中心用户和不可分离的边缘用户,并对相邻小区的边缘用户分配正交的导频资源,以消除边缘用户的导频污染;对所有小区的中心用户分配相同的导频资源,并通过改进的信道估计方案降低导频污染,从而提升所有用户的信道估计精度。仿真分析表明,相比于传统的导频分配方案,该方案可以在三维大规模多进多出系统下以较低的复杂度更好地抑制导频污染,提升系统的性能。

一种利用声音能量的两步SDR定位算法

田强,冯大政,李进,胡豪爽

2019, 46(4): 16-21. doi:10.19665/j.issn1001-2400.2019.04.003

摘要 ( 522 )

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针对基于声音能量定位具有高度非线性、非凸特性而难以直接求解的问题,提出了一种两步半正定松弛定位算法。该算法将非线性定位方程转化为关于目标位置和信号发射能量的加权最小二乘估计问题,然后分成两步进行求解:第1步根据最小二乘准则将未知的信号发射能量表示成目标位置的函数,并将其从代价函数中消除;第2步利用凸松弛技术,将非凸的代价函数转化成半正定规划问题,并优化求解出目标位置。从理论上证明了该方法对代价函数的凸松弛变换是紧的。仿真实验表明,与现有的方法相比,该方法具有较高的定位精度,尤其在测量误差较大时具有明显的优势。

一种改进的高光谱端元提取算法及其FPGA实现

张锦涛,雷杰,吴凌云,黄碧莹,李云松

2019, 46(4): 22-27. doi:10.19665/j.issn1001-2400.2019.04.004

摘要 ( 390 )

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自动目标生成算法在迭代更新正交子空间投影矩阵时,面临复杂的求逆运算和不断增长的迭代规模等问题,给算法的高速硬件实现带来困难。在对经典自动目标生成算法深入研究的基础上,采用固定规模的矩阵乘加运算代替复杂的矩阵求逆来更新正交投影算子,提出一种全新的自动目标生成算法的高速硬件实现架构。此外,首次使用高层次综合工具在现场可编程门阵列平台上完成了算法验证。实验结果表明,该硬件实现架构的处理速度达到了严格的实时性,同时保持了与传统算法相同的高检测精度。

平面索牵引机构工作空间解析求解与验证

何世凯,段清娟,李浩,赵萍

2019, 46(4): 28-34. doi:10.19665/j.issn1001-2400.2019.04.005

摘要 ( 298 )

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为求解平面索牵引多体机构的力旋量封闭工作空间边界,提出矩阵零空间的方法。该方法通过对力的雅克比矩阵分析,推导出保证索力的非负条件,并根据此条件求解出力旋量封闭工作空间边界,找到力旋量可行工作空间。使用蒙特卡罗方法优化电机的位置和杆上牵索点的位置,使得力旋量可行工作空间最大,并保证机构的运行轨迹在力旋量可行工作空间的范围内。对平面串联两杆机构的一种构型进行参数优化求解和实验验证,结果表明参数优化后的构型可以保证预期轨迹在力旋量可行工作空间内,解析法可以准确地推导出力旋量封闭工作空间的边界。

采用U-Net卷积网络的桥梁裂缝检测方法

朱苏雅,杜建超,李云松,汪小鹏

2019, 46(4): 35-42. doi:10.19665/j.issn1001-2400.2019.04.006

摘要 ( 650 )

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针对传统的桥梁裂缝检测准确性不高、丢失细节信息、宽度信息获取困难等问题,提出一种采用U-Net卷积网络的像素级、小样本的裂缝检测方法。该方法使用多层卷积自动提取裂缝特征,并利用浅层网络与深层网络叠加的方法实现裂缝局部特征与抽象特征的融合,从而保留裂缝细节特征,使得检测准确性大大提升。对检测结果中出现的背景杂波和伪裂缝,采用阈值法和改进的迪杰斯特拉连接算法来实现裂缝的精细提取。最后,采用八方向搜索法实现裂缝宽度的精确测量。实验证明,所提方法能准确、完整地对桥梁裂缝进行提取,宽度测量准确,可以满足应用需求。

一种环柱天线的索网结构设计与分析方法

刘阳,李团结,陈聪聪,唐雅琼

2019, 46(4): 43-48. doi:10.19665/j.issn1001-2400.2019.04.007

摘要 ( 560 )

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为了解决环柱天线复杂索网结构的网面和预应力设计难题,根据环柱天线结构组成确定了环柱天线索网的几何构型。考虑到索网结构中索段数目即变量个数和种类较多,将索网结构分为前、后索网两部分分别进行预应力设计。根据前索网对称特性进行变量归并,采用力密度法计算前索网预应力分布,完成部分索网节点坐标修正。根据前索网预应力由节点力平衡方程获得其余索网预应力。利用有限元软件对设计结果进行验证,仿真结果显示,采用所述方法设计的网面具有较高的精度,索网结构设计方法是有效的。

机构可验证的密文策略属性基加密方案

于金霞,何旭,闫玺玺

2019, 46(4): 49-57. doi:10.19665/j.issn1001-2400.2019.04.008

摘要 ( 330 )

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针对现实生活中存在的机构合法性的可验证问题,提出一种支持机构可验证的密文策略属性基加密方案。通过引入环签名技术,将多个机构组织成为一个合法的机构群体,并将机构用于证明自身合法性的环签名合理地嵌入用户私钥当中,从而使用户获得对机构合法性进行验证的能力。该方案采用线性秘密分享方案,支持任意的单调访问结构,并在标准模型下基于合数阶群上的困难假设证明了方案的完全安全。经与相关属性基加密方案的对比分析,表明该方案在密文大小、用户私钥大小和双线性对计算量等方面具有一定的性能优势,更加适用于云环境中移动终端等计算能力有限的设备对机构的合法性进行验证。

一种面向物联网节点的综合信任度评估模型

谢丽霞,魏瑞炘

2019, 46(4): 58-65. doi:10.19665/j.issn1001-2400.2019.04.009

摘要 ( 533 )

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针对现有物联网的信任评估模型信任评估准确度较低且不能有效应对节点恶意行为的不足,提出一种面向物联网节点的综合信任度评估模型。首先,设计节点相同质量服务强度评估指标以降低非入侵因素对信任评估的影响; 其次,从节点相似度、评价差异度与节点自身的信任度值方面评估推荐节点的可靠度,并作为推荐信任度的权重; 最后,基于熵计算直接信任度和推荐信任度的自适应权重,计算节点的综合信任度值。实验结果表明,模型在处理恶意服务和恶意推荐行为方面具有一定的优势,且在保证信任度评估有效性的同时可以降低传输能耗。

场效应晶体管短路失效的数值模型

周郁明, 蒋保国, 陈兆权, 王兵

2019, 46(4): 66-73. doi:10.19665/j.issn1001-2400.2019.04.010

摘要 ( 366 )

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为了分析碳化硅和硅两种材料的场效应晶体管的短路失效机理,利用半导体器件模拟软件建立了能够反映碳化硅场效应晶体管和硅场效应晶体管短路失效的数值模型。模型引入了自热效应模拟高电应力下晶体管内部温度变化及热传递过程,引入了福勒-诺德海姆(Fowler-Nordheim)隧穿和蒲尔-弗朗克(Poole-Frenkel)发射模拟氧化层的泄漏电流;短路实验结果验证了所建立的数值模型的准确性。通过对比两种晶体管数值模型在相同的短路条件下栅极驱动电压的变化、晶体管内电流线和温度的分布,结果表明,碳化硅场效应晶体管的短路失效主要是晶体管内的温度传递到表面引起金属电极的熔化以及栅极氧化层的严重退化,而硅场效应晶体管的短路失效是由于寄生双极型晶体管的导通导致其体内泄漏电流不可控而引起的灾难性的破坏。

数据驱动的GMC稀疏增强诊断方法

陈保家,贺王鹏,胡洁,王赓,郭宝龙

2019, 46(4): 74-79. doi:10.19665/j.issn1001-2400.2019.04.011

摘要 ( 351 )

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在机械故障诊断中,针对传统方法提取微弱故障特征时易受强背景噪声干扰而精度低的问题,提出了一种基于数据驱动的广义最小最大凹惩罚函数增强的稀疏特征提取方法。该方法利用非凸的最小最大凹惩罚函数建立无约束优化问题目标函数来提高故障特征的提取精度。该惩罚函数非凸可加强特征的稀疏性,并且证明了保持目标函数整体呈现严格凸性所需要满足的约束条件。将近端算法用于所构造的无约束优化问题的求解。此外,研究了数据驱动的正则化参数设置准则,保证所提出的稀疏特征提取方法具有参数自适应性。在仿真信号和实际故障实验中验证了所提出的自适应稀疏增强的特征提取方法,结果表明所提出的方法可以精准地提取出故障特征且效果更稀疏。

一种低复杂度SCMA多用户检测算法

朱翠涛,吴蓓

2019, 46(4): 80-86. doi:10.19665/j.issn1001-2400.2019.04.012

摘要 ( 353 )

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为了进一步降低稀疏码多址接入系统中多用户检测算法的复杂度,提出了一种基于部分资源块高斯近似的多用户检测算法。首先对资源块优势等级进行比较;然后选择译码优势等级高的 $n$ 个资源块使用加权消息传递算法,剩下的资源块使用高斯近似消息传递算法。同时联合资源块和用户优势等级,在每次迭代后对译码优势等级较高的用户直接译码并剔除,使得后续每轮迭代的复杂度依次降低。仿真结果表明,通过合理选择资源块个数,可以在保证检测性能的同时,有效地降低检测复杂度。因此,提出的算法较好地实现了译码性能和复杂度之间的平衡。

层次型软件定义无线传感器网络资源调度策略

甄岩,赵虎

2019, 46(4): 87-98. doi:10.19665/j.issn1001-2400.2019.04.013

摘要 ( 303 )

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为了解决传统无线传感器网络基于特定任务导致资源利用率及能量效率低下,且无法适应网络拓扑动态变化的问题,提出了针对多任务并发场景的层次型软件定义无线传感器网络资源调度策略。将软件定义网络引入无线传感网实现控制层和数据层解耦,通过灵活的网络资源调度策略同时完成多个任务,在保证监测质量的前提下,最小化网络总能耗;此外,软件定义的主节点可及时获取网络拓扑变化,并通过簇头节点实现簇内资源调度,提高优化效率,并降低能量消耗。结果表明,所提出的全局网络资源调度策略提高了能量效率和资源利用率,簇内资源调度在高效解决网络动态事件的同时降低了主节点的控制开销。

结合FCS的多视图模糊聚类算法

刘永利,郭呈怡,刘静,吴岩

2019, 46(4): 99-106. doi:10.19665/j.issn1001-2400.2019.04.014

摘要 ( 372 )

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多视图模糊聚类综合了数据的不同表示,虽然能够产生更全面、宏观的聚类结果,但是容易受到噪声干扰。为了提高抵抗噪声的能力,提出了一种多视图模糊聚类算法。该算法同时继承了多视图聚类和模糊紧致性分离性聚类算法的优点,能够根据不同视图的重要性协同聚类,同时增强算法的鲁棒性。为了验证算法的有效性,选取4个多视图数据集进行了实验。实验结果表明,该算法不仅能够获得较高的聚类准确率,而且能有效地降低噪声数据对聚类结果的影响。

一种红外热图像目标区域分割的深度学习算法

朱莉,赵俊,傅应锴,张晶,沈惠,张守峰

2019, 46(4): 107-114. doi:10.19665/j.issn1001-2400.2019.04.015

摘要 ( 601 )

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为了解决复杂背景下红外热图像目标区域分割困难的问题,提出了一种利用全卷积网络和稠密条件随机场的深度学习分割算法。首先,利用全卷积网络进行像素级别特征提取,获得粗分割结果;然后,使用稠密条件随机场对粗分割结果进行上下文信息优化的精分割,最终实现目标区域的分割。将该算法应用于实际采集的太阳能板红外热图像数据集,五折交叉验证结果表明,该算法平均查准率为89.96%,平均查全率为94.55%,平均F₁指数为0.911 8,平均J指数为0.868 7。同时,最高查准率为93.35%,最高查全率为97.59%,最高F₁指数为0.956 2,最高J指数为0.912 5,均高于现有的主要算法。该算法耗时短且不需过多的人工干预,能实现复杂背景下红外热图像目标区域的有效分割。

一种压缩型全姿态角四元数的表示方法

刘公绪,蔚保国,史凌峰,刘洪,何瑞,董亚军

2019, 46(4): 115-121. doi:10.19665/j.issn1001-2400.2019.04.016

摘要 ( 325 )

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由于四元数对姿态角的描述具有二重覆盖性,这种非一一映射关系会引起姿态散开问题。针对该问题,提出一种压缩型全姿态角四元数的表示方法。首先引入压缩型姿态角空间和压缩型四元数空间两个概念;然后基于东-北-天坐标系推导了两个空间的一一映射关系;最后通过数值仿真实验验证了所提出方法的有效性。仿真结果表明,所提出的方法既继承了四元数描述姿态角的非奇异性优点,又避免因四元数二重覆盖性引起的姿态散开问题。

一种用于矩形阵列的二维波达方向估计方法

王剑书,樊养余,杜瑞,吕国云

2019, 46(4): 122-129. doi:10.19665/j.issn1001-2400.2019.04.017

摘要 ( 394 )

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针对现有使用均匀矩形阵列或稀疏矩形阵列的二维无格波达方向估计方法的性能欠佳的问题,提出一种基于二阶特普利茨矩阵重构和二维旋转不变参数估计技术的无格波达方向估计方法。使用均匀矩形阵列或稀疏矩形阵列,对其接收信号的协方差矩阵进行二阶特普利茨结构表达,通过log-det稀疏测度与正定约束构造约束优化问题,并使用优化最小算法求解,最后通过二维旋转不变参数估计技术估计源的二维波达方向,即方位角与俯仰角。这种方法需要多次求解半定规划问题,计算复杂度相对较高,但能获得更好的波达方向估计性能。在仿真实验中,这种方法在均匀矩形阵列或稀疏矩形阵列条件下均有非常低的均方根误差,接近克拉美罗界,证明了其良好的波达方向估计性能。

一种时频平滑的深度神经网络语音增强方法

袁文浩,梁春燕,娄迎曦,房超,王志强

2019, 46(4): 130-136. doi:10.19665/j.issn1001-2400.2019.04.018

摘要 ( 356 )

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由于现有的基于深度神经网络的语音增强方法在网络结构的设计上缺乏对语音增强问题自身特点的考虑, 针对这一问题,基于语音增强在时间和频率两个维度上的不同特性,受传统语音增强方法中的含噪语音局部特征计算方法启发,设计了一种在时间和频率两个维度上进行不同处理的时频平滑网络。该网络采用门控循环单元来表达含噪语音在时间上的相关性,同时采用卷积神经网络来表达含噪语音在频率上的相关性,实现了类似传统语音增强方法的时频平滑处理。实验结果表明,这种时频平滑网络在保证语音增强系统因果性的前提下,相比其他网络显著地提高了语音增强性能,增强后的语音具有更好的语音质量和可懂度。

高分辨InSAR中的城市高层建筑特征提取

郭睿,臧博,彭树铭,邢孟道

2019, 46(4): 137-143. doi:10.19665/j.issn1001-2400.2019.04.019

摘要 ( 395 )

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在分米级超高分辨下,为先进干涉合成孔径雷达技术等提供先验信息,可以依据高层建筑在干涉合成孔径雷达图像中的投影有其独有的特性,对城市高层建筑进行更多细节信息的提取。因此提出一种基于图像、感兴趣区域、高层建筑、像素级别的从上至下逐步细化的处理方法,结合高层建筑在超高分辨干涉幅度、干涉系数及缠绕相位中的投影结构和特性,引出高层建筑的方向角和等高同向像素等特征定义,并实现对高层建筑检测及特征提取。采用德国TanDEM-X系统获得的城市高层区域侧视数据进行实验,验证了所提方法的有效性和可行性。

一种薄膜体声波谐振器的设计与验证

申洪霞,欧文

2019, 46(4): 144-149. doi:10.19665/j.issn1001-2400.2019.04.020

摘要 ( 428 )

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为简化薄膜体声波谐振器薄膜厚度的设计,提出一种薄膜体声波谐振器薄膜厚度的设计方法。仿真结构由诱导层和其上层的电极层-压电层-电极层的三明治结构组成。在最优有效机电耦合系数下确定初始薄膜体声波谐振器的薄膜厚度;然后确定诱导层厚度及其相应的频偏值;使用频偏值补偿并联谐振频率,重新计算补偿后的薄膜体声波谐振器中电极层与压电层的最优厚度比值,并使用COMSOL Multiphysics进行仿真验证。当并联谐振频率为3.60 GHz时,100 nm的氮化铝的频偏值为0.20 GHz。氮化铝的有效机电耦合系数最优为5.907%,进行频率补偿后,氮化铝的串联谐振频率和并联谐振频率分别为3.48 GHz和3.60 GHz,设计方法得到了验证。诱导层有效地优化了压电层C轴特性,减少了能量损耗。

利用判别字典学习的视觉跟踪方法

王洪雁,邱贺磊,裴腾达

2019, 46(4): 150-158. doi:10.19665/j.issn1001-2400.2019.04.021

摘要 ( 247 )

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针对复杂背景及遮挡等引起目标跟踪性能显著下降的问题,提出一种目标跟踪方法。该方法首先根据目标时空局部相关性获取目标及背景样本。而后建立字典学习模型:基于误差项捕获遮挡等产生的异常值,利用极大极小凹加函数惩罚稀疏编码及误差矩阵,且对字典施加不一致约束项以提高字典的鲁棒性和判别性。针对所构建的非凸字典学习优化问题,利用优化最小化方法对其求解以获得较好的收敛性。最后,由所得判别字典计算候选目标的重构误差以构建目标观测模型,并基于贝叶斯推理框架实现目标精确跟踪。仿真结果表明,与现有主流算法相比,所提方法在复杂环境下可显著地提高目标跟踪的精度及鲁棒性。

背景变化鲁棒的微弱瞬态信号检测

吴勇,郑伟,牛文龙,杨震

2019, 46(4): 159-166. doi:10.19665/j.issn1001-2400.2019.04.022

摘要 ( 307 )

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在微弱瞬态信号检测中,由于信号完全淹没在背景和噪声中,因此当背景信号发生变化时,传统方法的检测性能会急剧降低。针对上述问题,提出一种基于核函数的对连续背景变化鲁棒的微弱瞬态信号检测方法。利用核函数将信号映射到一个高维空间来解决在原始空间中线性不可分的问题。根据信号和噪声特性对核函数加以约束,使检测方法在能检测出瞬态信号的同时还具有对连续背景变化鲁棒特性。将该方法应用于基于高帧频图像序列的微弱运动点目标检测中,实验证明该方法无论是在稳定背景情况下,还是背景连续变换情况下, 相比传统方法都有更好的检测结果,在背景连续变换的情况下优势更加明显。

分块制造下硬件木马攻击方法及安全性分析

杨亚君,陈章

2019, 46(4): 167-175. doi:10.19665/j.issn1001-2400.2019.04.023

摘要 ( 305 )

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由于硬件木马对芯片的安全性构成了严重威胁,所以研究了分块制造防护芯片遭受硬件木马攻击时的效果。首先提出了分块制造下硬件木马的攻击模型;其次针对此攻击模型提出了两种可能的攻击方法,即改进的近似攻击和基于遗传算法的攻击。这两种方法分别利用了芯片后端设计过程泄露的不同物理信息。实验结果表明,两种攻击方法都能有效地对分块制造下的芯片进行硬件木马植入,其中基于遗传算法的攻击准确率可达到78.62%。同时表明分块制造本身在防护硬件木马攻击上的安全性是不够的,需要采取更多的措施提升分块制造的安全性。

跨介质上行激光传输的蒙特卡罗仿真

刘力,岳鹏,崔宗敏

2019, 46(4): 176-181. doi:10.19665/j.issn1001-2400.2019.04.024

摘要 ( 297 )

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为了研究跨介质上行激光在传输过程中的分布与损耗特性,基于蒙特卡罗方法改进了现有的激光传输模型。假设水下激光为光子的集合且光强服从高斯分布,通过追踪大量光子的传输过程,获得统计结果以分析海面风速和水下传输距离对接收面上的光子分布与权重的影响。结果表明,当海面风速一定时,水下传输距离越远,光子分布越发散,中心位置权重急剧下降;当水下传输距离一定时,较低风速对光子分布影响不大,随着风速增加,光子分布的发散趋势明显。因此可知,海面较大风速和水下较远传输距离对跨介质上行激光传输有较大的影响。

三维集成电路中内存的经时击穿分析与检测

贾鼎成,王磊磊,高薇

2019, 46(4): 182-189. doi:10.19665/j.issn1001-2400.2019.04.025

摘要 ( 295 )

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三维多处理器内存堆叠系统能够显著提升系统性能,但伴随而来的热密度以及散热成为影响电路可靠性的关键问题。为了研究并检测三维集成电路结构中内存的经时击穿效应,笔者采用了一种SPICE物理模型,基于蒙特卡罗仿真的方法,对栅极击穿漏电流造成的电路影响进行了分析。同时根据内存中灵敏放大器的特点,笔者提出了基于45 nm工艺节点的经时击穿检测电路,适用于大规模存储电路集成;并对检测电路在偏置温度不稳定性影响下的工作情况加以分析。实验仿真结果表明,相比字线驱动电路,灵敏放大器更易受到经时击穿的影响。提出的检测电路可以实现对经时击穿的预警功能并完全覆盖灵敏放大器中由击穿诱发的激活出错问题,且对偏置温度不稳定性效应有良好的鲁棒性。

面向公共安全监控的多摄像机车辆重识别

王艳芬,朱绪冉,云霄,孙彦景,石韫开,王赛楠

2019, 46(4): 190-196. doi:10.19665/j.issn1001-2400.2019.04.026

摘要 ( 322 )

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由于现有的车辆重识别方法大多是在已标注车辆边界框的图像间进行的,但在真实场景中无标注信息,同时环境的复杂性、车辆外观的相似性和多样性也是导致重识别精度不高的原因。因此,针对公共安全监控领域中无标注的原始视频,提出一种结合车辆检测与识别的多摄像机车辆重识别方法。首先设计了二值-单点多盒车辆检测网络以获取视频中的车辆边界框,并在线生成候选车辆数据库;其次设计了一种多任务孪生车辆识别网络以提高重识别精度;最后组建“VeRi-1501”车辆数据集。该数据集在现有数据集上扩充车辆身份,并均衡每个车辆身份在不同摄像机下的图像数量。该方法在VeRi-1501数据集和实际交通场景中识别准确且精度高。

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