基于结构深度学习群的空间目标识别技术研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    61471297
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    82.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    F0116.图像信息处理
  • 结题年份:
    2018
  • 批准年份:
    2014
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2015-01-01 至2018-12-31

项目摘要

Space surveillance has long been recognized as playing a significant and prominent role in space exploration and national defense. Traditional space surveillance systems, however, are founded on ground-based radar and telescope networks, and hence have their intrinsic limitations. With the advances of space technologies, an increasing amount of resources have been devoted to developing space-based space surveillance (SBSS) systems, in which automated space target recognition using space imaging is an essential step. The challenges of space imaging-based space target recognition mainly arise from two clauses. First, due to the limited imaging hardware and orbit properties of both the imaging platform and target, space images are usually suffered from limited resolution, noise, inhomogeneous illumination, complex background and relatively heavy blur. Second, space targets are exceptionally diverse in shape, structure and functions. Therefore, conventional recognition techniques, which are largely based on "shallow" models such as perceptrons, support vector machines, decision trees and boosted classifiers, can hardly address these challenges successfully. This project aims to provide a holistic solution to space imaging-based automated space target recognition using the deep learning theory, for which novel models and algorithms will be developed. There will be three research components. First, we will develop a deep network-based unified image restoration and segmentation (DN-UIRS) model, which enables low-quality image restoration via constrained sparse reconstruction and critical target parts delineation via the joint use of the Markov random field model and deep belief network. Second, since very limited image samples can be captured for each target, we will incorporate network structure optimization and transfer learning methods into deep convolutional neural networks to create a novel deep learning (DL-SSL) model for small sample learning problems, and will apply this model to classifying the detected critical target parts. Third, as a single classifier may not be capable of identifying an extremely large number of space targets, we will design the structured deep learning group (SDLG) model for space target recognition, and will develop a novel population-based optimization technique called the social network algorithm (SNA), which mimics the information distribution and learning mechanism of social networks on the internet, for the joint and harmonious optimization of the SDLP model. The success of this project will advance the deep learning theory and techniques to improve the automated space image understanding and space target surveillance, which will in turn result in immediate impact to SBSS research and applications, as well as bring in significant benefits to space exploration and our national defense.
构建天基航天器和空间碎片监测系统,对宇航探索和空间安全都有重要意义。其中,利用空间平台获取的光学图像,进行空间目标识别,是天基空间监测的核心任务和关键技术之一。受载荷、功耗、轨道和速度等限制,空间平台对目标成像的距离远,时间短,视角变化大;因此空间图像模糊性高,分辨率低,光照不均,背景复杂,且目标在序列图像中存在明显的平移、旋转和尺度变化。本项目将针对这些挑战,提出一套基于空间图像的空间目标深度学习识别技术:针对图像低质量,提出基于自编码网络和深度信念网络的图像分割模型,提取目标局部构件;针对目标图像样本少,提出基于结构优化和迁移学习的小样本深度卷积网络模型,识别目标局部构件;针对目标形态复杂种类繁多,提出结构深度学习群模型,并设计社交网络算法对其进行联合协同优化,实现深度学习模型的并行训练和增量式学习,提高空间目标识别精度。研究成果将拓展深度学习的理论和应用领域,提高天基空间监测的水平。

结项摘要

构建天基航天器和空间碎片监测系统,对宇航探索和空间安全都有重要意义。其中,利用空间平台获取的光学图像,进行空间目标识别,是天基空间监测的核心任务和关键技术之一。受载荷、功耗、轨道和速度等限制,空间平台对目标成像的距离远,时间短,视角变化大;因此空间图像模糊性高,分辨率低,光照不均,背景复杂,且目标在序列图像中存在明显的平移、旋转和尺度变化。本项目针对这些挑战,重点探索了如何将目标区域的光滑性和连续性约束与深度学习模型相结合更好的解决目标分割问题,如何使用预训练和先验信息构造小样本深度卷积网络模型,以及设计网络群体优化算法对深度学习模型的结构进行联合优化,从并联或串联的深度集成学习、与传统方法相结合的深度学习、与领域先验知识相结合的深度学习、深度对抗学习、协同深度学习和深度注意力学习这六个方面着手,提出了一套用于空间目标检测、分割和分类识别的深度学习新模型和新方法,其中包括用于空间目标局部构件提取的图像增强及分割联合深度网络模型、用于空间目标局部构件分类的小样本深度卷积网络模型、用于空间目标分割、特征提取和识别的深度学习模型和基于仿生群体优化算法的深度学习模型结构优化算法。项目期间,构造了STK和ISS这两个来源不同的仿真数据库;累计申请发明专利13项,已获授权1项;在本领域一流国际学术期刊和会议发表(含录用)论文56篇,包括30篇期刊论文和26篇会议论文;其中,以第一作者或通讯作者身份发表论文40篇,包括16篇期刊论文和24篇会议论文。以第一作者或通讯作者身份在中科院认定的顶级和一区期刊IEEE-TMI和Information Fusion上各发表论文1篇,在IEEE-JBHI和Applied Soft Computing等二区期刊发表论文7篇,在其它SCI期刊6篇。本项目的成果提高了空间目标的识别精度,拓展了深度学习的理论和应用,为空间监视和空间碎片监测提供了潜在的技术支持。

项目成果

期刊论文数量(30)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(26)
专利数量(13)
Normalized Non-Negative Sparse Encoder for Fast Image Representation
用于快速图像表示的归一化非负稀疏编码器
  • DOI:
    10.1109/tcsvt.2018.2852731
  • 发表时间:
    2019-07
  • 期刊:
    IEEE Transactions on Circuits and Systems for Video Technology
  • 影响因子:
    8.4
  • 作者:
    Shizhou Zhang;Jinjun Wang;Weiwei Shi;Yihong Gong;Yong Xia;Yanning Zhang
  • 通讯作者:
    Yanning Zhang
GA-SVM based feature selection and parameter optimization in hospitalization expense modeling
基于GA-SVM的住院费用建模特征选择与参数优化
  • DOI:
    10.1016/j.asoc.2018.11.001
  • 发表时间:
    2019-02-01
  • 期刊:
    APPLIED SOFT COMPUTING
  • 影响因子:
    8.7
  • 作者:
    Zhou Tao;Lu Huiling;Yong Xia
  • 通讯作者:
    Yong Xia
Cell image segmentation using bacterial foraging optimization
使用细菌觅食优化进行细胞图像分割
  • DOI:
    10.1016/j.asoc.2017.05.019
  • 发表时间:
    2017-09-01
  • 期刊:
    APPLIED SOFT COMPUTING
  • 影响因子:
    8.7
  • 作者:
    Pan, Yongsheng;Xia, Yong;Fulham, Michael
  • 通讯作者:
    Fulham, Michael
Pedestrian search in surveillance videos by learning discriminative deep features
通过学习判别性深度特征在监控视频中进行行人搜索
  • DOI:
    10.1016/j.neucom.2017.12.042
  • 发表时间:
    2017-12
  • 期刊:
    Neurocomputing
  • 影响因子:
    6
  • 作者:
    Zhang Shizhou;Cheng De;Gong Yihong;Shi Dahu;Qiu Xi;Xia Yong;Zhang Yanning
  • 通讯作者:
    Zhang Yanning
Affective Image Classification by Jointly Using Interpretable Art Features and Learned Semantic Annotations
联合使用可解释的艺术特征和学习的语义注释进行情感图像分类
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    Journal of Visual Communication and Image Representation
  • 影响因子:
    2.6
  • 作者:
    Xuan Liu;Na Li;Yong Xia
  • 通讯作者:
    Yong Xia

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其他文献

羧甲基壳聚糖对Nd~(3+)的吸附性能
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  • 作者:
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双模式涡旋光束的轨道角动量的精确识别
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    --
  • 发表时间:
    2018
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    物理
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  • 作者:
    夏勇;汪海玲;许亮;印建平
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    印建平
基于粗糙集特征级的融合肺结节检测算法
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    --
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
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  • 影响因子:
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  • 作者:
    张俊杰;周涛;夏勇;王文文
  • 通讯作者:
    王文文
贵州水银洞卡林型金矿床方解石稀土元素地球化学特征与找矿意义
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
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  • 期刊:
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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    徐碧良;谭亲平;夏勇;赵亦猛;陈明;王泽鹏
  • 通讯作者:
    王泽鹏

其他文献

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夏勇的其他基金

基于自集成、域关联和人机协同的胸片智能诊断技术
  • 批准号:
    62171377
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智能化肺结节辅助诊断中的人工智能技术研究
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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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