应用科学学报

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1. 神经网络剪枝技术研究综述

姜晓勇, 李忠义, 黄朗月, 彭孟乐, 徐书杨

应用科学学报 2022, 40 (5): 838-849. DOI: 10.3969/j.issn.0255-8297.2022.05.013

摘要（3154）

PDF（pc）（1569KB）（1835）

本文梳理了神经网络剪枝技术的起源与研究进展，将其分为对权重参数稀疏化的非结构化剪枝和粗粒度的结构化剪枝，分别介绍了两者近年来具有代表性的方法。由于剪枝减少了模型参数，压缩了模型大小，使得深度模型能应用于嵌入式设备，表现出剪枝在深度学习模型压缩领域中的重要性。针对现有剪枝技术，阐述了一些在实际应用和衡量标准上存在的问题，并对未来的研究发展方向进行了展望。

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2. 基于计算机视觉的水位检测算法

孙维亚, 王达, 许帅, 汪京晔, 马占宇

应用科学学报 2022, 40 (3): 434-447. DOI: 10.3969/j.issn.0255-8297.2022.03.007

摘要（2809）

PDF（pc）（6429KB）（557）

鉴于传统的水位读数方法误差大，成本高，需要一种精确、实时、鲁棒的智能水位检测算法来高效读取水位，为此提出了一种基于计算机视觉的水位检测算法以满足实际需求。首先对拍摄到的图像进行预处理和边缘检测以找出水尺位置，并通过仿射变换对水尺进行矫正。通过两种策略在水尺区域找到水尺关键字的位置，即关键字处理。然后对边缘特征进行投影并检测出水面位置。最后根据关键字处理结果和边缘特征计算得到水面高度。大量实验和实地测试的结果表明：所提算法在基于计算机视觉的水位检测、水尺读数等领域具有理论和应用的双重价值。

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3. 基于CycleGAN的图像隐私保护

谢艺艺, 张玉书, 赵若宇, 温文媖, 周玉倩

应用科学学报 2023, 41 (2): 228-239. DOI: 10.3969/j.issn.0255-8297.2023.02.004

摘要（2484）

PDF（pc）（9135KB）（759）

社交媒体和云平台为图像的传播和存储带来了便利，但同时也引起了人们对于图像隐私的担忧。因此，需要采取一定的措施去保护图像的隐私，以防止隐私被窃取和非法使用。基于上述目标，本文提出了基于循环对抗网络（cycle-consistent generative adversarialnetworks,CycleGAN）的图像隐私保护。为了在图像隐私保护中兼顾可用性，该方法先用图像分割和CycleGAN组合，选择出不同的分割系数来辅助生成不同程度的隐私保护图像。然后利用可逆信息隐藏对生成的隐私保护图像进行信息的嵌入，从而阻止非法使用者在图像重构中提取隐私信息，进而保证了整个过程图像隐私保护和可用性的平衡。本文用PIPA数据集对该方法进行训练和测试，采用峰值信噪比和结构相似性指数作为客观指标对隐私保护的图像进行评估。实验结果表明，本方案在图像隐私保护和可用性两方面都优于其他对比方案。

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4. 无人机激光雷达点云电力杆塔倾斜状态测量

芦竹茂, 龚浩, 金秋衡, 胡庆武, 李加元

应用科学学报 2022, 40 (3): 389-399. DOI: 10.3969/j.issn.0255-8297.2022.03.003

摘要（2425）

PDF（pc）（1603KB）（448）

针对传统杆塔倾斜度测量方法难度大、强度大、效率低的问题，提出了一种基于无人机激光雷达点云的电力杆塔倾斜率精准测量方法。该方法利用无人机LiDAR电力巡线获取的散乱杆塔三维激光点云，通过拟合塔身结构来计算杆塔中心线，进而计算杆塔倾斜率。为验证方法的有效性，挑选了6种类型共18个电力杆塔，分析点云密度对倾斜检测算法的影响，并计算倾斜检测算法的精度。结果显示电力杆塔倾斜角测量的平均相对误差小于0.7°，证明了该方法的有效性和正确性。

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5. 基于水印神经网络的可溯源DNN模型保护方法

刘雅蕾, 和红杰, 陈帆, 刘卓华

应用科学学报 2023, 41 (2): 183-196. DOI: 10.3969/j.issn.0255-8297.2023.02.001

摘要（2425）

PDF（pc）（9105KB）（470）

针对深度神经网络（deep neural networks,DNN）模型安全与版权认证的问题，提出了一种多用户溯源的水印神经网络模型，通过密钥驱动生成水印图像，将其不可见地嵌入待保护目标模型的输出图像中，实现DNN模型的知识产权保护和版权追踪。在待保护的DNN模型中添加一种编解码器网络实现水印的嵌入，并使用双流篡改检测网络作为判别器，解决了模型的输出图像中可能出现的水印残留问题，提升了水印嵌入过程的不可感知性，减少了对DNN模型性能的影响，增强了安全性。此外，通过本文设计的双阶段训练法针对不同用户分发不同的含水印模型，当发生版权纠纷时，使用另一个残差网络可以从输出图像中提取水印图像。实验证明，本方法分发含水印的模型效率较高，并且即使对多个用户分发了嵌入相似水印图像的DNN模型，水印神经网络依然可以成功对模型进行溯源。

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6. 融合音频、文本、表情动作的多模态情感识别

贾宁, 郑纯军

应用科学学报 2023, 41 (1): 55-70. DOI: 10.3969/j.issn.0255-8297.2023.01.005

摘要（2384）

PDF（pc）（1376KB）（527）

针对机器识别人类情感过程中的精度不高、泛化能力不强等问题，提出了一种基于语音、文本和表情动作的3种模态情感识别融合方法。在语音模态中，设计深度波场延拓和改进波动物理模型，模拟长短期记忆（long short-term memory，LSTM）网络的序列信息挖掘过程；在文本模态中，利用含有多头注意力机制的Transformer模型捕捉语义上潜在的情感表达；在表情动作模态中，将提取面部表情和手部动作的序列特征与双向三层含有注意力机制的LSTM模型相结合。最终提出一种多性能指标下的模态融合方案，以实现高精度的、强泛化能力的情感识别。在通用的交互式情感二元运动捕捉语料库IEMOCAP中，将所提出的方法与现有的情感识别算法进行对比，实验结果表明：所提出的算法在单个模态和多个模态中的识别精度均较高，平均精度改善达到16.4%和10.5%，有效提升了人机交互中情感识别的能力。

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7. 基于模糊隶属度的船舶中断航迹关联识别方法

陈兆彤, 陈江平, 潘励

应用科学学报 2023, 41 (2): 296-310. DOI: 10.3969/j.issn.0255-8297.2023.02.010

摘要（2377）

PDF（pc）（2053KB）（452）

为实现对中断的航迹进行准确的关联识别，形成统一的海上态势，提出了基于航迹预测和模糊隶属度评价的航迹关联识别方法。采用多项式拟合方法进行航迹的双向推测，选取位置、航向、速度作为模糊因素集，采用岭型模糊隶属度函数计算预测的航迹点之间各模糊因素的隶属度并加权得到单时刻隶属度，构造加权函数计算综合隶属度，通过阈值门限判断两航迹是否关联。在仿真实验中，所提方法精确率大于90%，召回率大于80%，关联性能优于传统方法。为进一步研究该方法的场景适应性，仿真了不同场景下的船舶航迹雷达监测数据，包括中断区间内船舶运动稳定场景、速度变化场景、航向变化场景等，船舶运动状态稳定时关联结果的召回率大于90%，中断区间内速度变化小于8 km/h时召回率大于84%，航向变化低于25–时召回率大于88%。该方法为解决非合作船舶交叉环境下的中断航迹关联识别问题提供了有效途径。

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8. 基于深度学习的联邦集成算法

罗长银, 陈学斌, 宋尚文, 张淑芬, 刘之瑜

应用科学学报 2022, 40 (3): 493-510. DOI: 10.3969/j.issn.0255-8297.2022.03.012

摘要（2374）

PDF（pc）（1763KB）（340）

联邦学习是多源隐私数据保护领域研究的热点，其框架在满足数据不出本地的情况下，可以训练出多方均满意的共同模型，但存在本地模型参数难以整合且无法在安全的情况下将多源数据充分使用的问题，因此提出基于深度学习的联邦集成算法，将深度学习与集成学习应用到联邦学习的框架下，通过优化本地模型的参数，提高了本地模型准确率；使用不同的集成算法来整合本地模型参数，在提升模型准确率的同时兼顾了多源数据的安全性。实验结果表明：与传统多源数据处理技术相比，该算法在mnist、digits、letter、wine数据集训练模型的准确率依次提升1%、8%、-1%、1%，在保证准确率的同时也提升多源数据与模型的安全性，具有很重要的应用价值。

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9. 基于局部和全局梯度上升的分段后门防御

萧晓彤, 丁建伟, 张琪

应用科学学报 2023, 41 (2): 218-227. DOI: 10.3969/j.issn.0255-8297.2023.02.003

摘要（2359）

PDF（pc）（1267KB）（344）

针对后门触发器趋于隐蔽且难以检测的问题，提出了一种基于局部和全局梯度上升的分段后门防御方法：在训练前期，引入局部梯度上升扩大后门样本与干净样本平均训练损失之差，隔离出少量高精度后门样本，便于后期进行后门遗忘；在后门遗忘阶段，引入全局梯度上升，打破后门样本与目标类别之间的相关性，实现防御。实验基于3个基准数据集GTSRB、Cifar10和MNIST，在宽残差网络上针对6种先进后门攻击进行了大量实验，分段后门防御方法能够将绝大部分攻击的成功率防御至5%以下。另外，实验也证明了分段防御方法在后门数据集与干净数据集上都能训练出干净等效的学习模型。

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10. 基于块分类的密文域多重嵌入可逆信息隐藏算法

张翔宇, 栗风永, 秦川

应用科学学报 2023, 41 (2): 272-283. DOI: 10.3969/j.issn.0255-8297.2023.02.008

摘要（2306）

PDF（pc）（1824KB）（333）

针对现有密文域可逆信息隐藏方法中图像块利用不充分，使得嵌入秘密信息量不高的问题，提出了一种基于块分类的多重嵌入可逆信息隐藏算法。首先将原始图像用流密码加密，加密图像被分成若干个不重叠的块。然后，用最高有效位（most significant bit,MSB）自适应预测算法对块内的第1个像素和其他像素进行预测，将每一个块标记为可用块或非可用块。进一步对可用块进行重构嵌入，同时用中值边缘检测器（median-edge detector,MED）预测算法对非可用块进行二次嵌入，最终实现秘密信息的嵌入。当接收方接收到含密图像时，通过嵌入密钥实现秘密信息的正确提取，同时利用加密密钥恢复原始图像。实验证明，该文提出的方法在相同图像恢复质量的情况下能够显著提升秘密信息的嵌入量，在嵌入容量和图像恢复质量上均优于已有的方法。

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11. 区块链链下支付通道网络的可选择多路径支付方案

刘亚, 杜海洲

应用科学学报 2022, 40 (3): 511-527. DOI: 10.3969/j.issn.0255-8297.2022.03.013

摘要（2288）

PDF（pc）（753KB）（360）

链下支付通道网络存在用户节点无法根据实际需求选择转账方式、单次路由中仅使用单一路径发起交易导致的容错率低等问题。为此，提出一种基于链下支付通道网络的可选择多路径支付方案，可以为用户节点提供基于实际需求的距离最短优先、手续费最低优先以及距离和手续费综合度量3种转发选择；同时基于链下支付通道网络改进了开放最短路径优先协议，并根据节点所选的不同优先级构建多条路径以并行转发支付，相对于已有的方案显著提升了单次路由下转账支付的成功率；最后还设计了接收方节点确认转账成功后可主动释放其他路径的功能，以适当提高支付性能。

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12. 基于MSR和AMSR的红外融合增强算法

刘硕, 瞿崇晓, 祝中科, 张福俊, 范长军

应用科学学报 2022, 40 (3): 423-433. DOI: 10.3969/j.issn.0255-8297.2022.03.006

摘要（2258）

PDF（pc）（3231KB）（324）

红外传感器的成像特点，使得所采集的红外图像存在对比度低、清晰度差、信噪比低、边缘信息模糊等问题。为此提出基于多尺度视网膜（multi-scale retinex,MSR）和自适应多尺度视网膜（adaptive multi-scale retinex,AMSR）的红外融合增强及其优化算法。实验结果表明，所提算法能够有效提高红外图像的对比度和清晰度，在主观视觉效果和客观评价指标上均优于单尺度视网膜算法、MSR算法、AMSR算法。

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13. 一种基于区块链的电子合同共享方案

赵海鸿, 姚中原, 祝卫华, 朱自强, 潘长风, 斯雪明

应用科学学报 2023, 41 (2): 359-368. DOI: 10.3969/j.issn.0255-8297.2023.02.014

摘要（2253）

PDF（pc）（725KB）（293）

为解决电子合同在存储、共享过程中出现的数据被篡改或泄露等问题，提出了一种基于区块链的电子合同共享方案。首先，将智能合约与代理重加密技术相结合，构造出一个代理智能合约来代替传统代理重加密过程中的代理商，去中心化地实现了电子合同的安全共享。其次，利用星际文件系统（inter planetary file system,IPFS）存储电子合同密文，区块链存储电子合同索引地址，有效缓解了区块链的存储压力。最后，从方案对比、安全性等方面对所提方案进行分析。

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14. 基于TS-DFT高速光谱解调的FBG温度分布检测

杨梅, 陈娜, 刘真民, 商娅娜, 刘书朋, 陈振宜, 王廷云

应用科学学报 2023, 41 (2): 252-261. DOI: 10.3969/j.issn.0255-8297.2023.02.006

摘要（2249）

PDF（pc）（2320KB）（245）

基于时间拉伸-色散傅里叶变换（time-stretch dispersive Fourier transformation,TS-DFT）技术实现了光纤布拉格光栅反射谱高速解调。解调系统由锁模激光器、环行器、色散补偿光纤、参考光栅、传感光栅以及数据采集和处理模块组成。实验得到了传感光栅在不同温度场下的时域映射光谱，通过与光谱仪测量光谱对比，验证了系统高速光谱解调能力，解调速率为51.2 MHz。结合光谱反演算法得到了沿光栅轴向的温度分布，空间分辨率为200 mm，实现了传感光栅高速、高空间分辨率温度传感。

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15. EDFA中继长距离共驱半导体激光器混沌同步研究

董红霞, 高华, 王龙生, 杨毅彪, 王安帮

应用科学学报 2022, 40 (3): 361-371. DOI: 10.3969/j.issn.0255-8297.2022.03.001

摘要（2242）

PDF（pc）（2226KB）（266）

该文数值研究了基于EDFA中继和周期色散补偿的长距离共驱半导体激光器混沌同步方案。通过优化驱动光注入条件及激光器弛豫频率失配，实现了同步系数0.98的响应激光器背靠背同步，同时将驱动与响应的相关性降低至0.32，保障了共驱同步安全性。进一步，考虑光纤色散、非线性效应以及EDFA噪声等损伤因素，数值研究了入纤光功率、单跨段光纤长度的最优条件。预期在每百公里光纤链路中色散补偿偏差为5 ps/nm的情况下，可以实现700 km、同步系数0.90的高质量混沌同步。研究结果对长距离混沌激光载波通信及密钥分发具有参考意义。

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16. 基于双流LSTM神经网络的股价趋势预测

吴峰, 谢聪, 姬少培

应用科学学报 2023, 41 (2): 344-358. DOI: 10.3969/j.issn.0255-8297.2023.02.013

摘要（2230）

PDF（pc）（1900KB）（592）

股价波动研究依赖分析金融新闻数据集浅层特征，而忽略了金融新闻句子中单词之间的结构关系，从而导致股价波动预测研究效果不佳。针对该问题，提出了一种基于双流长短时记忆网络（long short term memory network,LSTM）神经网络的股价趋势预测模型（Sent2Vec-DLSTM）。该模型的创新之处在于：提出了基于金融股票新闻数据集和哈佛IV-4情绪词典训练的情感词向量生成模型——Sent2Vec；提出了新型的双流LSTM神经网络（Dual-stream LSTM,DLSTM）。在实验中，首先用标普500指数历史数据以及爬取获得的金融类文章进行标普500指数的趋势预测，然后用VietStock新闻和来自Cophieu68的股票价格数据预测VN指数的变化趋势。结果表明，Sent2Vec-DLSTM相较于现有模型在股价趋势预测中具有更好的效果。

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17. 基于NB-IoT的低功耗野生保护动物监测系统研制

张喜民, 詹海生, 刘强, 袁战军, 张金博

应用科学学报 2023, 41 (2): 262-271. DOI: 10.3969/j.issn.0255-8297.2023.02.007

摘要（2203）

PDF（pc）（10189KB）（381）

针对野生保护动物跟踪与监测的低功耗、远程监测、可定制、低成本要求，提出了基于窄带物联网（narrow band internet of things,NB-IoT）的分布式系统设计方案，给出了高效能耗管理、并发通信处理、网络透传关键技术的解决方法。系统由跟踪器和监测信息系统组成，跟踪器包括NB-IoT通信与定位模块、低功耗微控制器、锂电池太阳能复合供电组件、高效率电源转换器；监测信息系统包括数据通信设备、服务器和监控终端。实验表明：系统能长期远程采集动物的位置并在WEB地图上显示实时位置和活动轨迹，能对数据进行定制化统计分析并生成报表，跟踪器平均功耗小于50 mW，平均定位误差小于20 m。系统监测范围大、成本低，已试用于某野生动物保护站，效果良好。

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18. 抗打印扫描和屏幕拍摄的字形扰动研究进展

王晨, 姚晔, 李黎

应用科学学报 2023, 41 (2): 240-251. DOI: 10.3969/j.issn.0255-8297.2023.02.005

摘要（2202）

PDF（pc）（3084KB）（249）

本文介绍了字形扰动的应用场景，系统梳理了抗打印扫描和屏幕拍摄的字形扰动相关工作，将其分为两类：传统字形扰动方法和深度学习字形扰动方法。根据字符的属性特征，传统字形扰动方法细分为：像素翻转、高度调整、间距调整、笔画调整、特征点调整和骨架轮廓调整。深度学习字形扰动方法通过微调字符的高维特征以嵌入额外的信息，根据生成数据的性质，将其分为生成扰动文本图像和矢量字体两类。从鲁棒性、嵌入容量、复杂性等方面对比分析现有字形扰动方法的特点，最后对字形扰动研究面临的挑战和发展方向进行总结和展望。

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19. 高分遥感影像不同形状建筑物半自动提取与规则化

崔卫红, 李佳, 刘宇

应用科学学报 2022, 40 (3): 372-388. DOI: 10.3969/j.issn.0255-8297.2022.03.002

摘要（2180）

PDF（pc）（8968KB）（532）

现有的高空间分辨率遥感影像交互式建筑物提取方法需要用户在建筑物上勾画出与建筑物大小和形状相近的线，且大多方法只能提取直角建筑物。为降低交互要求并实现不同形状建筑物的精确提取，该文首先在用户少量交互的基础上采用区域生长、高斯混合模型、CannyLines线段检测算法以及基于多星形约束的最大流/最小割分割模型获得建筑物图斑，然后分别针对直角建筑物和非直角建筑物图斑进行规则化，得到与实际建筑物形状一致的提取结果。实验表明，该方法交互简单且建筑物提取精度F₁值可达到0.9，具有较强的鲁棒性。

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20. 基于双域联合编码和秘密共享的密文域可逆信息隐藏

翁科, 秦健豪, 宋天然, 石慧

应用科学学报 2023, 41 (2): 197-217. DOI: 10.3969/j.issn.0255-8297.2023.02.002

摘要（2178）

PDF（pc）（7394KB）（213）

针对如何提高可逆信息隐藏算法的安全性和嵌入容量的问题，提出了一种基于双域联合编码和密码反馈秘密共享的密文域可逆信息隐藏算法。首先，对图像进行中值边缘检测器（median-edge detector,MED）预测，计算最优水平l，并将像素分成可预测像素和不可预测像素；其次，使用双域联合编码分别在像素域和比特域上压缩辅助信息，以便提供更多的可嵌入空间；再次，使用密码反馈秘密共享技术将原始图像加密生成多个加密图像，并将辅助信息和多方的秘密数据嵌入到多个加密图像中；最后，根据提取的辅助信息，100%恢复秘密数据以及原始图像。实验结果表明，该算法显著提高了嵌入容量和安全性。

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