应用科学学报

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1. 基于骨骼的脑卒中患者手势识别与康复评估

朱诗逸, 陆小锋

应用科学学报 2025, 43 (5): 817-827. DOI: 10.3969/j.issn.0255-8297.2025.05.009

摘要（326）

PDF（pc）（4642KB）（123）

为实现脑卒中患者手功能康复情况的自动、精准定量评估，本文提出一种基于手部骨骼的手势识别与功能评估方法。首先，利用MediaPipe框架提取手部关键点并连接形成手骨骼模型，将传统的RGB视频数据集转化为手骨骼数据集。然后，通过C3D模型进行训练，实现手功能动作的识别。最后，在正确识别的基础上进一步评估，采用动态时间规整（dynamic time warping,DTW）算法，在实现时序对齐的同时引入空间对齐机制，通过计算患者健侧手与患侧手完成同一动作的DTW距离，量化动作执行的相似度，为每个动作找到最佳阈值作为定量评估的标准。实验结果表明，用骨骼数据代替传统视频数据，使手势识别的准确率提升至99.01%，缩短了训练时间，并结合DTW算法，实现了手功能康复情况的自动评估。

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2. BalChain：一种基于信誉与负载的分片区块链系统

陈强斌, 姚中原, 田浩, 斯雪明

应用科学学报 2025, 43 (5): 863-876. DOI: 10.3969/j.issn.0255-8297.2025.05.012

摘要（295）

PDF（pc）（708KB）（100）

分片技术是提高区块链系统扩展性的重要手段，现有的分片设计往往忽略了分片间负载不均以及节点异质性的问题，从而导致资源浪费和系统性能的下降。为此，本文提出了一种基于信誉与负载的分片区块链系统BalChain，用来提升系统吞吐量和安全性。BalChain采用双链架构，包括交易链和誉载链，分别使用Raft协议和集体签名的拜占庭容错共识机制，确保交易的高效处理和系统的安全防护。本文还提出了一种誉载相配分片算法，根据分片的负载情况动态分配计算资源，充分利用节点的异质性。同时，系统通过Metis图划分算法减少了跨分片交易的发生，进一步提升了交易处理效率。实验结果表明，BalChain在吞吐量、延迟和跨分片交易处理效率等方面均优于现有的分片区块链系统，证明了该设计在实际应用中的有效性和可扩展性。

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3. 一种基于边缘特征引导的低照度图像细节增强方法

江泽涛, 杨建琛, 李孟桐, 程留明, 张路豪

应用科学学报 2025, 43 (6): 948-961. DOI: 10.3969/j.issn.0255-8297.2025.06.005

摘要（294）

PDF（pc）（16759KB）（49）

目前低照度图像增强方法主要采用单一特征重构目标图像，其中堆叠上采样-下采样操作在实现特征缩放时不可避免地造成高频信息的不可逆损失，最终导致增强后的图像存在细节信息模糊的问题。针对这一问题，本文提出一种基于边缘特征引导的低照度图像细节增强方法，该方法包含边缘特征提取模块、增强模块及边缘特征引导模块3个部分，采用Transformer由粗到细并借助边缘特征引导，渐进式地生成高质量的增强图像。首先，边缘特征提取模块通过使用并行窗口的Transformer模块（parallel window transformer block,PWTB）从低照度图像中获取边缘特征，引导图像的增强过程；然后，在增强模块中使用由粗到细的Transformer模块（coarse-to-fine transformer block,CFTB），该模块包括通道Transformer模块(channel transformer block,CTB)和PWTB，分别对全局粗粒度特征与局部细粒度特征进行提取，并对Transformer中前馈网络进行了修改；最后，由边缘特征引导模块将边缘特征嵌入到图像特征空间中，缓解了黑暗区域严重丢失细节的问题。实验结果表明，本文所提出的方法在LOL-v1，LOL-v2-real和LOLv2-synthetic数据集上，峰值信噪比分别达到24.97 dB，23.20 dB和25.92 dB，结构相似性指数分别达到0.873，0.865和0.941，均高于目前的主流方法；在主观质量方面，生成的图像较好地保持了图像细节信息。

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4. 基于模式转换的LPFG气压传感器性能研究

王朝垣, 伍华焱, 周毅, 黄荷雨, 周爱

应用科学学报 2025, 43 (5): 721-729. DOI: 10.3969/j.issn.0255-8297.2025.05.001

摘要（286）

PDF（pc）（5422KB）（159）

本文提出了一种基于模式转换增敏的长周期光纤光栅（long period fiber grating,LPFG）气压传感器，该传感器由LPFG和两层聚合物涂层组成。内层聚乙烯醇（polyvinylalcohol,PVA）的高折射率特性可以将LPFG的工作区间调谐至模式转换区。外层聚二甲基硅氧烷（polydimethylsiloxane,PDMS）具有多孔特性，可作为传感器的气压敏感材料。实验结果表明，当PVA厚度为244 nm时，传感器灵感度达612 pm/kPa，比未激发模式转换的LPFG传感器提升约50倍。PVA和PDMS对温度敏感，因此串联了一个光纤布拉格光栅（fiber Bragg grating,FBG）进行温度补偿。利用模式转换增敏的LPFG气压传感器具有灵敏度高、制备简单等优点，有望应用于高精度气压传感领域。

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5. 基于特征融合网络的两阶段器官分割

黄田田, 马秀丽, 黄微

应用科学学报 2025, 43 (5): 808-816. DOI: 10.3969/j.issn.0255-8297.2025.05.008

摘要（252）

PDF（pc）（3431KB）（61）

由于注释图像的昂贵和稀缺，基于半监督学习的医学图像分割受到了广泛关注，而如何有效利用无标记数据则成为一个极具挑战的任务。为了充分利用无标记数据，同时解决标记数据和无标记数据之间的经验分布不匹配问题，设计了一种基于多尺度特征融合网络的两阶段分割模型。该模型在第一阶段使用标记数据训练一个教师模型，第二阶段联合无标记数据共同训练学生模型。为了提升教师模型的鲁棒性，使用复制-粘贴增强策略来增加数据的多样性。为了缓解在第二阶段生成的伪标签带来的错误指导问题，引入基于分类噪声过程假设的置信学习，减少伪标签引起的潜在偏差。在两个公开器官数据集上进行了综合实验和消融实验，结果表明所提出的模型实现了高精度分割。

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6. 航空影像引导的LiDAR点云语义分割

刘永畅, 杜怡颖, 吴翠莹, 刘亚文

应用科学学报 2025, 43 (6): 922-934. DOI: 10.3969/j.issn.0255-8297.2025.06.003

摘要（250）

PDF（pc）（9323KB）（131）

融合多源数据的点云语义分割模型极大提高了点云在地物混合区域的分类精度，如何有效地融合不同模态的特征是多模态点云语义分割的关键和难点问题。本文针对城市地物提出了一种单视航空影像引导的LiDAR点云语义分割网络（image-guided LiDAR point cloud semantic segmentation network,IG-Net），从航空影像和LiDAR数据中提取多尺度、多层级的特征和上下文信息，利用航空影像特征对LiDAR点云特征进行注意力引导加权融合，强化了点特征表达力，优化了LiDAR点云语义分割结果。在实验数据集上，本文模型得到了较好的效果，与基准模型RandLANet相比，全局精度OA提高了2.32%，平均交并比mIoU提高了2.58%，F1均值提高了2.13%。

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7. 泵浦配置对高锗掺铋硅基光纤U波段放大性能影响研究

田晋敏, 郭梦婷, 李昕, 王璠, 陈慈郢, 张磊, 王孟, 于春雷, 胡丽丽

应用科学学报 2025, 43 (6): 909-921. DOI: 10.3969/j.issn.0255-8297.2025.06.002

摘要（249）

PDF（pc）（2184KB）（110）

本文基于100 m长自研高锗掺铋硅基光纤实现了1 650~1 750 nm的U波段宽带放大，并在1 720 nm处获得了28.34 dB的最高增益。同时，通过实验和数值模拟系统地研究了泵浦配置对掺铋光纤放大器放大性能的影响。模拟与实验结果表明：在低泵浦功率下双向泵浦更有利于获得高增益和低噪声指数。此外，前向泵浦下的增益受输入信号功率的影响较大，双向泵浦下次之，后向泵浦下最为稳定。该研究可为U波段掺铋光纤放大器的设计优化和应用提供参考。

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8. 基于CCDC算法的大兴安岭森林扰动监测

牟泓滔, 张硕, 王淑晴

应用科学学报 2025, 43 (6): 962-977. DOI: 10.3969/j.issn.0255-8297.2025.06.006

摘要（242）

PDF（pc）（12259KB）（48）

大兴安岭是我国北方的关键生态屏障，准确评估其长时序的森林干扰动态，对区域生态监管和“天然林保护工程”成效评估至关重要。然而，传统的双时相遥感变化检测方法难以捕捉大面积森林复杂的年内与年际动态。本研究利用Google Earth Engine (GEE)平台，构建了2000—2021年的Landsat时间序列堆栈。为提升对森林退化、选择性采伐等亚像素级变化的监测敏感性，本研究首先采用光谱混合分析（SMA）对Landsat影像进行逐像元解混，生成了归一化差分分数指数（normalized difference fractional index,NDFI）序列；以NDFI作为连续变化检测与分类（continuous change detection and classification,CCDC）算法的输入，通过对每个像素建立谐波模型拟合变化趋势，并基于统计阈值自动识别时间序列中的突变点，捕捉并细化森林干扰的发生时间与位置。研究结果表明： 1)2000—2021年间，森林干扰总面积为28 958 km²，干扰高发区集中在东北部（呼玛县）和西北部（漠河县）。2)干扰年份呈现明显波动，峰值出现在2002年（4 092 km²）和2013年（4 120 km²）。3)精度验证显示，CCDC算法的总体精度达91%以上，Kappa系数为0.85，与人工解译结果具有高度一致性。本研究实现了大兴安岭地区森林退化的细微干扰监测，可为该地区生态环境监测提供重要的数据支持。

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9. 结合通用轨迹图和多偏好的兴趣点推荐方法

卢菁, 葛聪

应用科学学报 2025, 43 (5): 771-784. DOI: 10.3969/j.issn.0255-8297.2025.05.005

摘要（234）

PDF（pc）（1005KB）（111）

传统兴趣点（point of interest,POI）推荐方法对用户和POI的关联关系挖掘不充分，无法全面捕捉用户偏好；基于图增强的推荐方法虽能挖掘关联关系，却易引入噪声，降低推荐性能。针对这些问题，本文提出了结合通用轨迹图和多偏好的POI推荐方法。首先构建了用户与POI的带权二部图，利用图卷积网络捕捉用户和POI的交互关系，学习用户兴趣偏好；利用兴趣偏好完成用户聚类，进而构建同类型用户通用轨迹图，减少噪声信息影响；利用图卷积网络捕捉同类型用户的群体特征，丰富特征表示。其次，将群体特征与用户当前轨迹中时间类别感知信息、时空上下文信息相结合，利用Transformer挖掘用户的深层行为偏好。再次，构造非线性加性函数并将兴趣偏好和行为偏好动态组合，全面捕捉用户偏好，完成POI推荐。最后，在真实数据集上验证了本文方法的有效性。

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10. 基于FinalBlock与JRC的双流点击率预测模型

巫辰伟, 禹素萍, 范红, 许武军

应用科学学报 2025, 43 (5): 757-770. DOI: 10.3969/j.issn.0255-8297.2025.05.004

摘要（232）

PDF（pc）（674KB）（128）

点击率（click-through rate,CTR）预测是推荐系统中的基本任务之一。双流模型凭借其出色的灵活性和扩展性，以及高效的信息交互与融合能力，广泛应用于主流推荐模型中。为进一步提升其在CTR预测中的性能表现，本文在双流模型结构基础上提出了一种融合因子交互模块（factorized interaction block,FinalBlock）和校准排序损失联合优化算法（jointranking and calibration loss optimization algorithm,JRC）的FJ混合网络（FinalBlock-JRChybrid network,FJHN）模型。首先，通过特征门控层实现差异化特征输入，提升重要特征的权重，并将FinalBlock与多层感知机组合，以强化高阶特征的交互学习能力；其次，采用增强型交互聚合层来融合流级输出，进一步加深特征交互程度；最后，应用改进后的JRC模型计算损失函数，有效提升模型的预测准确性及多应用场景下的适应能力。基于3个公开基准数据集的实验结果表明，与包括自注意力模型在内的多种主流模型相比，FJHN模型在性能上提升显著。

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11. OFDM系统中基于遗传算法的SR-NYQ脉冲成形滤波器设计

李依静, 闻建刚, 邹园萍, 华惊宇, 盛彬

应用科学学报 2025, 43 (5): 730-739. DOI: 10.3969/j.issn.0255-8297.2025.05.002

摘要（227）

PDF（pc）（715KB）（73）

在带限数字通信系统中，平方根奈奎斯特（square-root Nyquist,SR-NYQ）滤波器通常同时应用于系统的发送端和接收端，可以有效减少符号间干扰（inter symbol interference,ISI）。本文提出了一种基于遗传算法（genetic algorithm,GA）的线性相位SR-NYQ滤波器设计方法，其中滤波器ISI、通带和阻带波纹被融合构造为适应度函数。得益于GA强大的全局优化能力，该方法设计的原型滤波器在更加接近奈奎斯特条件的同时，提供了优于传统根升余弦滤波器的设计灵活性。此外，本文设计的SR-NYQ滤波器在正交频分复用系统中作为匹配和成型滤波器进行测试，并与传统的根升余弦滤波器进行对比。仿真对比结果表明，本文所设计的SR-NYQ滤波器具有更好的频率响应，可以显著降低符号错误率。

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12. 通过可迁移性差距提升对抗可迁移性

王金伟, 王海桦, 吴昊, 罗向阳, 马宾

应用科学学报 2025, 43 (5): 799-807. DOI: 10.3969/j.issn.0255-8297.2025.05.007

摘要（227）

PDF（pc）（4935KB）（44）

现有的迁移攻击仅聚焦于经验风险的最大化，未考虑到迁移攻击的期望风险，从而导致迁移性不足，为此本文提出了一种基于可迁移性差距的迁移攻击。将迁移攻击的目标定义为一种期望风险的形式，并进一步定义了可迁移性差距，用来衡量迁移攻击的经验风险和期望风险之间的绝对误差。可以发现，当可迁移性差距较小时，最大化经验风险近似等价于最大化期望风险，从而获得可迁移的对抗样本。所提方案在最大化经验风险的同时，引入对抗机制，在最小化和最大化可迁移性差距之间寻求平衡。这种对抗思想使得该方案能够在最难迁移的情况下寻找到迁移能力最强的攻击算法，因此保证了对抗样本的高度可迁移性。实验结果表明，所提方案的性能优于最新的一些迁移攻击，可实现高可迁移性的对抗样本快速生成。

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13. 基于动态注意力强化学习的可解释学习路径推荐

张晓明, 冯泽嘉, 王会勇, 张晓静

应用科学学报 2026, 44 (1): 110-133. DOI: 10.3969/j.issn.0255-8297.2026.01.008

摘要（214）

PDF（pc）（1455KB）（53）

大规模在线教育的普及使得学习者面临课程选择困难，个性化学习路径推荐面临依赖单一模态数据导致语义表征局限，以及静态知识图谱难以生成动态可解释推荐逻辑的挑战。为解决上述问题，提出一种基于动态注意力强化学习的可解释学习路径推荐（explainable learning path recommendation based on dynamic attention reinforcement learning,ELPR-DARL）框架。首先，构建了异构协同知识图谱，集成课程文本、视觉内容及知识依赖关系，增强跨模态语义对齐能力；其次，设计了邻接节点动态注意力聚合机制，通过偏置修正策略调整实体关系权重，并利用双向交互聚合器融合多阶邻域特征，提升知识推理的细粒度表达能力；最后，提出知识图谱感知的强化学习策略，基于路径连通性奖励函数显式建模用户行为与知识拓扑的关联，生成包含全局奖励与局部注意力权重的可解释路径。基于MOOC数据集上的实验表明，本方法在NDCG、Recall、HR和Precision指标上分别达到22.85%、33.81%、52.01%和6.34%，较次优模型提升2.88%、3.55%、2.42%和3.26%。用户调研显示，80.36%的学习者认为路径解释显著提升了推荐透明度。本研究验证了动态注意力机制与强化学习的协同优化能有效平衡推荐精度与可解释性。

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14. 基于ResNeSt网络的糖网病及糖尿病黄斑水肿联合分级

张爱玲, 杨林英, 闫士举

应用科学学报 2025, 43 (5): 849-862. DOI: 10.3969/j.issn.0255-8297.2025.05.011

摘要（209）

PDF（pc）（1307KB）（34）

糖网病（diabetic retinopathy,DR）和糖尿病黄斑水肿（diabeticmacular edema,DME）是造成人类失明的主要原因。本文基于ResNeSt网络关注DR和DME之间的密切关联以实现两者的联合分级，从而提高分级精度。使用ResNeSt网络的不同层级分别提取DR和DME的共有特征及两者的特有特征，在此基础上利用互关注模块进行特征融合，实现两者的各自分级。在Messidor数据集上，同时使用ResNeSt网络和互关注模块时DR和DME的分级准确率分别为95.6%和95.0%，联合准确率为86.7%；而仅使用ResNeSt网络时两者的分级准确率分别为95.0%和90.8%。在IDRiD数据集上两者的联合准确率为66.3%。数据集的研究结果表明，基于ResNeSt网络对DR和DME进行联合分级可以提高分级精度。

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15. 基于少测点噪声数据重构问题的改进Gappy POD算法

韩佳洁, 苑清扬, 张博, 赵鑫, 兰天, 李郁

应用科学学报 2025, 43 (5): 740-756. DOI: 10.3969/j.issn.0255-8297.2025.05.003

摘要（206）

PDF（pc）（2650KB）（153）

基于数据驱动的Gappy POD（GP）算法是一种解决流动、传热等物理现象中反问题的方法，然而实际数据通常因受到多种噪声污染而影响了Gappy POD算法的精度。伯格斯方程含有流动和传热方程的部分重要形态，以此构建数据库，并对高斯噪声和无规则噪声下，基于普通最小二乘法（ordinary least squares,OLS）、加权最小二乘法（weighted leastsquares,WLS）、总体最小二乘法（total least squares,TLS）及L1正则化的Gappy POD算法的重构精度与稳定性展开研究。研究结果表明，Gappy POD算法可以在仅利用少量残缺数据条件下对一维伯格斯方程实现较高精度的重构；与GP-OLS相比，GP-WLS、GP-TLS和GP-L1的均方根误差显著降低，最大误差明显减小，相关系数更接近于1；在噪声条件下，GP-WLS重构均方根误差比GP-OLS减小到原来的1/27，提高了重构精度； GP-TLS重构均方根误差和最大误差均为最小，分别是0.014 1和0.013 0，数据矩阵和观测向量均存在噪声时的重构性能最好； GP-L1重构的相关系数接近1，提高了算法趋势预测能力，且从添加噪声前后来看，其重构能力变化程度不大，说明GP-L1算法对于异常值和噪声具有较强的抗干扰能力，提高了模型的鲁棒性能。

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16. 中心辅助环芯光纤的模式调控特性及其控制规则

郑晶晶, 叶萧, 宋豫婧, 裴丽, 宁提纲

应用科学学报 2025, 43 (6): 893-908. DOI: 10.3969/j.issn.0255-8297.2025.06.001

摘要（203）

PDF（pc）（12836KB）（76）

近年来空分复用技术广泛用于提升光纤通信容量，空分复用光纤是达成这一目标的关键基础。其中弱耦合少模光纤通过降低模式间耦合，能够有效抑制模间串扰，显著降低传输系统的复杂度与成本。本文回顾了不同结构类型的弱耦合少模光纤,详细介绍了本课题组针对中心辅助环芯光纤的研究，实现了在常规通信光纤芯包折射率差水平下，模式空间简并显著分离、偏振简并基本不分离的设计目标，且具备良好的工艺误差容限；发现了用于调控空间简并模式分离的中心辅助环芯光纤设计规则，揭示了该类光纤通过改变光纤折射率剖面对称性调控特定空间模式简并分离的规律，为同类光纤结构设计提供有益指导。

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17. 基于空间临近的森林样地树木点云分割方法

闫振国, 陈杨, 刘如飞, 王金博, 张佳琦

应用科学学报 2025, 43 (6): 1003-1014. DOI: 10.3969/j.issn.0255-8297.2025.06.009

摘要（197）

PDF（pc）（7027KB）（83）

针对现有基于地面端的树木点云分割方法因局部与全局特征信息融合不足导致分割精度下降的问题，提出了一种基于空间邻近关系的森林样地树木分割方法。首先，通过构建八叉树索引建立空间关系并分离地面点，在此基础上，建立多阶段的随机森林模型实现树木点云渐进式分割，即利用树干截面的二维形态特征及空间特性准确分割树干点云；其次，基于树干点云的分割结果，利用优化的形状函数集合（ensemble of shape functions,ESF）特征描述算子获取树干与对应树冠点云间的空间连通特征，并结合树冠点云的维度特性对树冠点云进行分割；最后，对单棵树木进行结构参数的提取，并与实地测量值进行对比以完成精度评价。本文利用两组移动激光扫描点云进行实验，结果表明两组数据中树木分割的召回率分别为90.57%和90.05%，精确率分别为93.20%和95.47%。

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18. 面向医学图像的电子病历编码域隐藏加密设计

郭昌豪, 李梦, 李豪杰, 王欢欢, 王新菲

应用科学学报 2025, 43 (5): 828-848. DOI: 10.3969/j.issn.0255-8297.2025.05.010

摘要（191）

PDF（pc）（182929KB）（41）

随着远程医疗的快速发展，患者隐私数据的安全管理与传输面临严峻挑战。为实现电子病历与医学图像的统一管理与保密存储，提出了一种针对多模态医疗数据的编码域隐藏加密方案。首先设计了一种基于UTF-8编码与位置数制分解的字符串图像化算法，将电子病历转换为编码图像，保障数据的隐私性和安全性。其次提出一种改进的HiNet可逆网络，将医学图像嵌入编码图像中，并通过引入Kullback-Leibler (KL)散度约束分布距离，提升图像嵌入与重建的精确性和鲁棒性。最后为进一步增强载密图像的安全性，设计了一种基于逻辑-正余弦混沌系统的Bit级加密算法，利用高敏感性和非线性特性实现强加密保护。实验结果表明，所提方案不仅能够有效保障数据的安全性，而且可同时实现电子病历的无损访问与医学图像的高质量恢复，为远程医疗中的多模态数据安全管理提供了更高的保密性。

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19. 基于零参考网络的直升机桨叶低光图像增强

郭彦纯, 熊邦书, 黎文超, 温书远

应用科学学报 2025, 43 (6): 990-1002. DOI: 10.3969/j.issn.0255-8297.2025.06.008

摘要（185）

PDF（pc）（10201KB）（119）

直升机桨叶低光图像增强是直升机桨叶运动参数测量不可或缺的预处理环节。针对图像对比度低、噪声干扰、成对低光/正常光训练数据获取困难等问题，提出了一种基于零参考网络的直升机桨叶低光图像增强方法。首先，构建了基于曝光矫正S曲线的光照矫正模块，利用网络估计的最佳S曲线参数直接增强图像的光照分量；其次，设计了自适应卷积网络提取图像噪声，抑制图像噪声干扰；最后，设计了基于零参考的损失函数，用于整体网络自适应训练，避免对成对训练集的依赖。实验结果表明，本文方法在多个数据集上的客观评价指标和视觉质量均优于当前先进算法，网络计算量仅为1.24 G，满足机载条件下直升机桨叶低光图像实时增强的需求。

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20. 基于去中心化秘密分享机制的公证组跨链协议

程澳, 张抗抗, 潘璇

应用科学学报 2025, 43 (5): 877-892. DOI: 10.3969/j.issn.0255-8297.2025.05.013

摘要（180）

PDF（pc）（1132KB）（83）

区块链技术利用分布式账本与密码学手段为数据隐私与交易安全提供了新的解决思路，其中的公证组跨链模型应用广泛，已成为不同领域中数据交易的解决方案之一。然而中心化的公证组模型具有固有的风险，且容易受到网络波动的影响。为此，提出了一种由公证人共同设计秘密的交易协议。首先改进PageRank算法，削弱公证人选择过程中的中心化程度，然后提出子秘密段表方案来优化阈值签名算法，在保持交易去中心化的同时增强了协议在网络环境波动中的鲁棒性。实验结果表明，在参与交易的公证人个数为50时，优化的节点选择算法对节点整体信誉值的均衡效果相较传统方案提升了47.3%，优化的阈值签名算法相较于标准阈值签名算法，在网络丢包率达70%的情况下，鲁棒性提升了约3倍，且其增加的时间开销和Gas成本可以忽略不计。本文提出的协议在几乎不增加交易成本的情况下，提升了交易的去中心化程度和鲁棒性，具有一定的可行性。

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