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计算机学报 2011年第03期杂志 文档列表

计算机学报杂志综论

压缩感知研究425-434

摘要：经典的香农采样定理认为,为了不失真地恢复模拟信号,采样频率应该不小于奈奎斯特频率（即模拟信号频谱中的最高频率）的两倍.但是其中除了利用到信号是有限带宽的假设外,没利用任何的其它先验信息.采集到的数据存在很大程度的冗余.Donoho等人提出的压缩感知方法（Compressed Sensing或Compressive Sampling,CS）充分运用了大部分信号在预知的一组基上可以稀疏表示这一先验信息,利用随机投影实现了在远低于奈奎斯特频率的采样频率下对压缩数据的直接采集.该方法不仅为降低采样频率提供了一种新思路,也为其它科学领域的研究提供了新的契机.该文综述性地阐述了压缩感知方法的基本原理,给出了其中的一些约束问题和估计方法,并介绍压缩感知理论的相关问题———矩阵填充,最后讨论了其未来可能的应用前景.

计算机学报杂志研究论文与技术报告

面向非完备决策表的正向近似特征选择加速算法435-442

摘要：正向近似是刻画目标概念组成结构的一种有效方法.文中针对非完备决策表现有特征选择算法计算耗时过大的缺陷,提出了一种基于正向近似的通用特征选择加速算法.该算法不仅对候选属性具有保序性,而且通过在特征选择过程中减少样本数据的规模来降低计算耗时,加速特征选择过程.实验结果进一步验证了加速算法的有效性和高效性.特别指出的是,随着属性的增多和数据量的增大,加速算法的性能通常会更好,可有效应用于海量数据的特征选择.

基于SSVM的递归统计不相关特征抽取算法443-451

摘要：文章旨在研究数据分布未知的高维、小样本问题的特征抽取算法.基于支持向量机原理和特征统计不相关思想,提出基于散度支持向量机（SSVM）的递归统计不相关特征抽取算法,解决现有算法抽取特征之间存在相关性、算法受到样本分布影响等问题.针对高维小样本问题,使用PCA把SSVM优化问题变换到同构低维空间;给出边界鉴别向量集的递归求取方法,把模式高维特征投影到边界鉴别向量集,实现了统计不相关特征的抽取;分析了算法的收敛性和终止条件.文中使用核方法把线性SSVM推广到非线性SSVM,通过KPCA方法把非线性SSVM优化问题转换到低维空间中的等价优化问题,在低维空间抽取不相关非线性特征.仿真结果证明了文中算法的有效性.

基于应用层协议分析的应用层实时主动防御系统452-463

摘要：主动防御是当今网络安全研究领域的一个热点,现有的主动防御技术主要从网络层和传输层的角度来防御攻击.由于新出现的网络攻击主要发生在应用层,这类攻击在网络层和传输层的数据流与正常数据流没有显著区别,导致现有的主动防御技术无法有效应对这一类攻击,因此研究有效的应用层主动防御具有重要的意义.文中提出一种基于隐半马尔可夫模型的应用层风险实时评估方法,该方法通过分析网络中的实时数据流来评估应用层风险.基于上述风险实时评估方法和应用层协议分析,提出一种应用层实时主动防御系统,当系统发现用户的应用层协议行为存在风险时,该系统根据用户行为的风险值对其产生的数据包进行排队控制,自动纠正用户的异常行为,实现应用层主动防御.实验结果表明该系统具有良好的实时主动防御性能.

基于独立时空特征空间的人体运动合成464-472

摘要：如何通过指定约束条件的方式交互式地合成风格化人体运动是计算机动画研究领域的热点和难点,传统的数据驱动办法通常没有全面考虑运动的静态和动态特性.针对这一问题,文中提出人体运动的独立时空特征空间模型,利用一个可变形运动模型和独立特征子空间分析算法提取运动在时空两个域上的特征,并将其封装起来,通过低维子空间进行描述.运动风格的编辑可利用低维运动混合和空时约束优化等方法来实现.该方法充分考虑了运动在时域上的特征,并为用户提供了可编辑接口.文中以各种风格的行走运动为例讨论了该方法的有效性,结果证明效果良好,可用于交互式运动风格编辑.

单遍数据读取的GPU上的多片元效果绘制473-481

摘要：在GPU上进行多片元效果的绘制,已有的方法往往需要对模型进行多遍的数据读取,以进行片元的有效排序.由于往GPU传输数据的带宽限制,多遍的数据读取严重制约了绘制效率的提高.虽然,随着CUDA的出现,已有方法可将数据完全装入GPU进行多片元效果的绘制,但受存储空间的限制,难以处理大规模的模型.对此,文中提出一种只需要单遍数据读取的绘制方法,即将模型进行凸多面体方式的组织,并依据绘制的需求逐个地将凸多面体传输到GPU中,以实现片元的正确排序.在这过程中,及时地进行同像素片元的色彩混合操作,以大幅降低片元排序的空间需求,由此可使用更多的光照参数来增强绘制效果.实验表明,新方法优化了模型的数据读取,可有效提高绘制速度,即便与基于CUDA的一次性装载数据的方法相比,也能提高速度,且能方便地处理大模型和深度层次大的模型.

基于凸集投影法和复数小波包域的遥感图像上采样研究482-488

摘要：造成遥感图像降质的因素很多,包括大气影响、光学模糊、相对运动、传感器因素和下采样等.文中针对遥感图像的特点,改进通常用于多帧图像超分辨率技术中的凸集投影法,应用于单帧遥感图像的上采样,然后对其输出结果使用贝叶斯方法进行调制传递函数（MTF）的自适应估计,并在复数小波包变换域中做进一步的去模糊和降噪处理,从而实现单帧遥感图像的上采样.实验结果表明：基于凸集投影法和复数小波包域的综合方法,能快速有效地对遥感图像进行上采样,尤其对方向性纹理效果明显.

基于自适应球覆盖的散乱点采样与定向489-498

摘要：对散乱点的正确曲面重构至今依然是一个难题,特别是对于一个带有噪声、孤立点、薄壳结构及分布不均匀数据点集.而正确的法向信息在曲面重构中起着至关重要的作用.在文中,作者提出了一个法向量方向一致化的方法,能处理上述特性的数据,实现对曲面重构的数据进行预处理.首先,使用基于自适应球覆盖技术生成原始数据的一个根据曲面几何特征进行分布的采样点集,以保证在重构曲面上保留重要几何特征.然后,借助于球体的相交关系构造出采样点的邻域,实现在非均匀分布的数据上进行法向量方向传播,获得具有正确法向信息的采样点集.文中例子能充分说明文中方法的稳定性和有效性.

基于GPU的快速球面距离变换499-507

摘要：文中提出了一种基于GPU加速的精确计算球面距离变换的算法.球面距离变换在球面网格剖分、气象建模等领域有重要的应用.目前主要的球面距离变换算法是基于有序扩散的,即每个球面像素的距离变换都需要参照相邻像素的信息,因而难以通过并行计算加速.在经度-纬度参数域上,该文给出了依次沿纬线和经线独立扫描进行球面距离变换的理论证明,提出了一种新的球面距离变换算法,称为经纬独立扫描算法.同以往的球面距离变换算法相比,该文提出的算法是完全并行的算法,可以在GPU上实现以提高球面距离变换的性能.最后,该文列举了几个快速球面距离变换的应用.

CFD非结构化网格格心格式数据高质量体绘制方法508-516

摘要：3D非结构化网格格心格式数据是近年流场数值模拟结果的常见形式,目前的可视化方法无法直接绘制此类数据,通常采用外推技术将其转换为格点格式数据后再进行绘制,导致数据精度损失,严重影响绘制质量.在多遍光线投射算法框架下,设计一种非结构化网格格心格式数据直接采样计算方法（避免外推）,使采样过程中的所有计算任务基于原始数据完成,以提高采样计算精度.具体为：设计了基于胞心值和单元梯度的采样点流场数据重构方法;采用基于面通量的格林公式计算单元梯度;考虑流场中物理量的相互关联,首次在流场可视化中引入Roe平均方法,用相邻单元胞心值构造面通量.分析和实验表明,该方法能明显提高采样计算精度,产生高质量的体绘制图像,使用户更准确地洞察和分析流场特性.

一种有效显示隐藏特征的光线投射算法517-525

摘要：提出了一种有效显示隐藏特征的光线投射算法,无需调节复杂的传输函数,便可以有效地显示光线方向上被遮挡的感兴趣的特征.在沿光线方向遍历的过程中,采用低通滤波对光线上采样点的标量值进行平滑,以获得不受噪声干扰的、准确的特征点;根据特征点的深度信息调整当前最大的标量值,以获得能够满足隐藏特征显示的当前最大标量值;计算最大标量差,调整不透明度和颜色的累加值,以提高隐藏特征的可见性.实验结果表明,文中算法相对于传统算法,绘制结果的结构信息丰富,有效地显示了隐藏信息,具有一定的实用性.

计算机辅助乱针绣制作技术研究526-538

摘要：乱针绣是一种极具艺术和文化价值的工艺产品,计算机辅助乱针绣制作对这一文化遗产的传承和发展具有重要意义.文中将计算机辅助乱针绣制作技术归结为绣线颜色子集选择和交叉针迹参数计算两大关键技术问题.首先,提出了基于遗传算法的绣线颜色子集优化选择方法,通过对标准交叉算子和变异算子的改进实现了绣机绣线颜色种类与绣品视觉效果间的有效折衷.其次,设计了计算机辅助乱针绣制作铺色和精绣两阶段针迹生成策略,并分别提出了一种基于图像亮度梯度的铺色交叉针迹参数算法及一种基于试探和混色原理的精绣交叉针迹参数计算方法,降低了机绣少量颜色而造成绣品与原图像间的色差.最后,给出了一个完整的计算机辅助乱针绣制作处理流程,并以实验验证了文中提出方法的有效性,为计算机辅助乱针绣制作技术的进一步研究奠定了基础.

一种面向大尺度变形的非刚性注册算法539-547

摘要：动态几何模型表示了随时间演变的动态对象,通过非刚性注册匹配离散的帧模型是重建动态几何模型的核心问题.文中提出了一种鲁棒的成对非刚性注册算法,算法分为显式对应关系计算与全局变形优化两步：第1步,分析源模型和目标模型的滑动特征,提取显著特征点,建立特征点间的对应关系;第2步,利用显示的对应关系,求解全局变形优化完成非刚性注册,通过最小化能量函数,实现源模型和目标模型的最优匹配.实验表明,对于扫描获取和人工合成的数据,新算法突破了小尺度变形的限制,可以完成大尺度变形模型的成对注册.

三角域上的Plateau-Bézier问题求解新方法548-554

摘要：从极小曲面上平均曲率处处为零出发求解三角域上的Plateau-Bézier问题.首先提出了一种新的线性能量函数,称之为平均曲率平方能量.基于该能量函数的极小化,推导出了内部控制顶点应满足的充要条件.通过造型实例,与基于Dirichlet能量极小化的求解方法进行了比较,发现两者各有千秋.特别地,若给定的边界曲线恰巧为三角域上的调和Bézier曲面的边界曲线,则按照该方法所构造出的曲面便为调和曲面;若给定的边界曲线恰好为等温参数多项式极小曲面的边界曲线,则按照该方法便可重构出该极小曲面.

基于交互式可视组件的分析决策环境研究555-565

摘要：针对人类分析决策活动的分步骤、交互化特点,基于认知心理学相关理论研究了分析决策过程中的人机协同工作模型,提出了基于交互式可视组件的分析决策交互任务框架,建立了交互式可视组件的统一描述,研究了交互式可视组件的实现技术,包括运行过程中信息可视化技术、交互技术和配置过程中的交互历史复用技术等,构建了一个交互式可视组件的分析决策系统,并结合具体企业进行了应用验证.实验结果表明,该系统能够有效地支持分析决策活动.

基于高维数据特征空间的二维嵌入的体数据分类智能界面566-573

摘要：在常规的体数据分类方法中,用户利用体数据的统计信息（例如,多维直方图）交互地分割体数据.由于统计信息的非直观性以及缺少高效地从已有数据的分类结果中提炼、积累有效信息的方法,体数据分类过程仍然不便捷.文中提出一种基于高维数据特征空间的二维嵌入的体数据分类智能界面.方法的核心步骤包括：（1）用户交互选取数据的高维特征并在特征空间实行过分割;（2）对过分割结果的中心点的集合进行多维尺度分析,形成体数据的代表点的保距离二维嵌入;（3）用户在二维嵌入上直接进行数据浏览、分析和分类,完成体分类和传输函数设计.该方法满足实时交互需求,实验结果验证了该方法的有效性和便捷性.

基于非下采样Contourlet变换的视网膜分割574-582

摘要：基于非下采样Contourlet变换（NSCT）良好的多尺度、多方向和平移不变性等优点,提出了一种基于NSCT的视网膜图像分割方法.该方法首先通过分析NSCT变换对血管的系数响应,提出基于NSCT的线状特征提取算法.随后对所提取的特征向量利用高斯混合模型（GMM）进行建模,并采用EM算法估计其参数.最后采用贝叶斯规则对血管和非血管像素进行分类,以达到图像分割的目的.在DRIVE和STARE两个数据库上的实验结果表明,基于NSCT的线状特征提取算法能够很好地表征血管目标,在血管的分割正确率和定位精度等指标上表现出良好的性能.

基于图元旋转不变性和相位统计信息的LBP算法在纹理分类中的研究583-592

摘要：传统的LBP算法缺少对图元的相位分析,因此不能较好地区分由图元旋转形成的同类纹理图像.文中提出了一种融合图元旋转不变性和相位统计信息的纹理分析算法.新算法利用图元旋转不变性的等价类约简纹理特征,减小纹理旋转带来的分类误差,然后利用图元的统计相位特征进一步划分纹理图像分类集,进而解决由旋转不变性带来的欠分类问题.该算法选用均值漂移作为纹理分类工具,并采用Brodatz纹理库作测试.与传统的WTGGD、LBP等算法相比,分类效果有显著的改善.