基于大数据挖掘与深度学习的中国书法仿写与智能创作的算法研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    61876150
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    62.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    F0610.交叉学科中的人工智能问题
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2018
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2019-01-01 至2022-12-31

项目摘要

Chinese calligraphy is the gem of Chinese traditional art. The effort to design and produce the machine intelligence for automatic processing, deep analysis, and intelligent creation of artistic images in general, and Chinese calligraphic works in particular, is one of the most challenging grand problems in artificial intelligence research. The proposed research aims to leverage big data mining and deep learning methodologies to investigate a series of intelligent algorithm design, modeling and optimization problems in the visual thinking domain that are essential to the activities of computational imitation and generation of Chinese calligraphic works. At the present big-data era, conducting the aforementioned artificial intelligence research for Chinese calligraphy is also beneficial for protecting and advancing traditional Chinese culture, utilizing the timely opportunities offered by the One Belt One Road initiative of the nation. The key distinguishing feature of this proposed study lies in its integrative approach to jointly utilize the power of classical image processing techniques and the potential of contemporary artificial intelligence in its investigation of multiple key scientific problems, which are concerned with a collection of visual thinking modeling, reasoning, algorithm design and optimization tasks undertaken for facsimileing, imitating, and generating Chinese calligraphy artwork via the computational vehicles of big data mining, analysis, and deep learning. The proposed study will sequentially conduct the following main research tasks, including intelligently identifying and extracting strokes from images of Chinese calligraphic artwork, learning representations for shapes and topological structures in calligraphic images, modeling the beauty of calligraphic writings for computational evaluation, machine appreciation and determination of calligraphic writing styles, and ultimately developing the computational intelligence capable of generating realistic imitation of calligraphic artwork for any Chinese characters and using any given writing style as well as the computational intelligence capable of creating aesthetic, novel, and consistent Chinese calligraphic artwork with high performance.
书法是中国传统文化中的瑰宝;而对以书法作品为代表的艺术作品图像进行计算机处理与深度分析,进而实现自动创作的机器智能也是人工智能研究中最具挑战性的核心问题之一。本课题将以大数据挖掘与深度学习为手段,研究计算机书法仿写与创作中一系列形象思维领域内的智能算法设计、建模与优化的问题。在当今大数据的时代,对中国书法艺术开展智能化的研究,也有利于保护与弘扬中国传统文化,并在"一带一路"的时代契机下,促进中华民族的伟大复兴。本课题的特色在于结合经典图像处理与当代人工智能技术,研究中国书法中临摹、仿写与创作过程中所涉及到的多个形象思维建模、推理、算法设计与优化的关键科学问题,先后开展对书法作品图像的智能笔划提取、书写形态与汉字结构的表达学习、书写美观度的评价建模、书写风格的机器鉴赏判定,最终实现以任意书写风格对任意汉字生成逼真的仿写效果,并能自动创作出风格美观、新颖与统一的书法作品的计算智能。

结项摘要

汉字书法是中华文明的瑰宝。近年来,人工智能在汉字理解、仿写与创作中取得了诸多鼓舞人心的创新成果。然而,传统算法在泛化性、鲁棒性及多样性上表现欠佳;而当代深度学习模型对数据依赖严重。具体而言,目前深度学习算法存在以下四个关键挑战:..1)中国书法的书写自由度高、形态变化多样;上述复杂视觉信息蕴含在高维特征空间中,难以被常规机器学习算法有效捕捉并形成可解释的统一形状表达。.2)不少汉字书法作品因年代久远而遭受各类污损,影响了可供机器学习样本的质量与数量。.3)经典书法作品数量与覆盖的汉字数目有限,造成了可供机器学习的中国书法样本整体数量不多,难以充分训练大数据学习算法。.4)书法作品中汉字内容与风格强耦合,共同决定了最终书写形态,加剧了算法对训练样本的依赖性。..针对上述四个瓶颈问题,本课题分别开展了以下的研究内容:..1)提出了以汉字骨架作为汉字书法作品的生成与统一表达的可解释的先验,并设计了智能骨架提取算法,可通过对少量训练数据的学习实现对风格各异、形态迥异的汉字书法的大规模、高质量地骨架提取。.2)提出了基于视觉Transformer网络的退化文档智能修复模型,可基于小样本学习,有效修复低质量文档,提升可供机器学习的书法样本的质量与数量。.3)探索了基于缺失数据填充的汉字书法样本增广新途径,并提出了基于像素块和分位数的缺失数据填充新模型,显著提高了缺失数据推断填充的准确度。.4)提出了基于深度自编码网络的正交非负矩阵分解模型,利用矩阵分解模型解耦数据潜在表征,可实现对汉字内容与风格的精准鲁棒解耦,降低模型对数据的依赖性。..以上算法显著增强了对汉字的视觉感知智能。在此基础上,课题进一步提出了基于上述视觉感知智能的新一代汉字智能仿写与生成模型;较之现有同类方法,可显著提升算法仿写与生成的质量。最后,课题将汉字视觉感知和生成模型迁移应用至跨领域的多个医学视觉感知和分析诊断任务中,验证了本课题提出智能模型的泛化性与通用性。

项目成果

期刊论文数量(10)
专著数量(1)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(1)
专利数量(4)
A Novel Degraded Document Binarization Model through Vision Transformer Network
通过 Vision Transformer 网络的新型降级文档二值化模型
  • DOI:
    10.1016/j.inffus.2022.12.011
  • 发表时间:
    2023
  • 期刊:
    Information Fusion
  • 影响因子:
    18.6
  • 作者:
    Mingming Yang;Songhua Xu
  • 通讯作者:
    Songhua Xu
A Triplet Network Framework Based Automatic Assessment of Simulation Quality for Respiratory Droplet Propagation
基于三元组网络框架的呼吸飞沫传播模拟质量自动评估
  • DOI:
    10.1016/j.patcog.2021.108060
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    Pattern Recognition
  • 影响因子:
    8
  • 作者:
    Jinlong Hu;Songhua Xu;Xiangdong Ding
  • 通讯作者:
    Xiangdong Ding
A Novel Deep Quantile Matrix Completion Model for Top-N Recommendation
一种用于 Top-N 推荐的新型深度分位数矩阵完成模型
  • DOI:
    10.1016/j.knosys.2021.107302
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    Knowledge-Based Systems
  • 影响因子:
    8.8
  • 作者:
    Mingming Yang;Songhua Xu
  • 通讯作者:
    Songhua Xu
A Novel Patch-based Nonlinear Matrix Completion Algorithm for Image Analysis through Convolutional Neural Network
一种基于补丁的新型卷积神经网络图像分析非线性矩阵补全算法
  • DOI:
    10.1016/j.neucom.2020.01.037
  • 发表时间:
    2020-05
  • 期刊:
    Neurocomputing
  • 影响因子:
    6
  • 作者:
    Mingming Yang;Songhua Xu
  • 通讯作者:
    Songhua Xu
The Evolution and Disparities of Online Attitudes Toward COVID-19 Vaccines: Year-long Longitudinal and Cross-sectional Study.
网上对 COVID-19 疫苗态度的演变和差异:长达一年的纵向和横断面研究
  • DOI:
    10.2196/32394
  • 发表时间:
    2022-01-21
  • 期刊:
    Journal of medical Internet research
  • 影响因子:
    7.4
  • 作者:
    Zhang C;Xu S;Li Z;Liu G;Dai D;Dong C
  • 通讯作者:
    Dong C

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其他文献

基于多示例学习的颈椎健康评分方法
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    计算机辅助设计与图形学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    李佳宸;徐颂华;秦学英
  • 通讯作者:
    秦学英

其他文献

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AI项目思路

AI技术路线图

徐颂华的其他基金

支持区域医疗和分级诊疗的数据互操作与隐私保护数学技术
  • 批准号:
    12026609
  • 批准年份:
    2020
  • 资助金额:
    100.0 万元
  • 项目类别:
    数学天元基金项目

相似国自然基金

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AI项目解读示例

课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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