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期刊信息/Journal information
自动化学报
中国自动化学会 中国科学院自动化研究所
自动化学报

中国自动化学会 中国科学院自动化研究所

王飞跃

月刊

0254-4156

aas@ia.ac.cn

010-62565763；82614566

100190

北京市海淀区中关村东路95号（北京2728信箱）

自动化学报/Journal Acta Automatica SinicaCSCD北大核心CSTPCDEI
查看更多>>本刊是中国科学院主管，中国自动化学会、中国科学院自动化研究所共同主办的高级学术期刊。本刊主要刊载自动化科学与技术领域的高水平理论性和应用性的科研成果，内容包括：1）自动控制理论；2）系统理论与系统方法；3）自动化技术在国民经济各领域中的创造性应用；4）自动化系统计算机辅助设计；5）机器人与自动化；6）人工智能与智能控制；7）模式识别与图象处理；8）自动控制系统中的新概念、新原理、新方法、新设计；9）信息理论与信息处理技术等。
正式出版
收录年代

    基于计算机视觉的工业金属表面缺陷检测综述

    伍麟郝鸿宇宋友
    1261-1283页
    查看更多>>摘要：针对平面及三维结构金属材料的工业表面缺陷检测，概述了视觉检测技术的基本原理和研究现状，并总结出视觉自动检测系统的关键技术包括光学成像技术、图像预处理技术与缺陷检测器。首先介绍了如何根据检测对象的光学特性选择合适的二维、三维光学成像技术;其次介绍了图像降噪、特征提取、图像分割和拼接等预处理技术的重要作用;然后根据缺陷检测器的实现原理将其分为模板匹配、图像分类、图像语义分割、目标检测和图像异常检测五类，并对其中的经典算法进行了归纳分析。最后，探讨了工业场景下金属表面缺陷检测技术实施中的关键问题，并对该技术的发展趋势进行了展望。

    表面缺陷检测计算机视觉金属表面缺陷自动化检测

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    面向无人机自主着陆的视觉感知与位姿估计方法综述

    马宁曹云峰
    1284-1304页
    查看更多>>摘要：自主着陆技术是制约无人机(Unmanned aerial vehicle，UAV)自主性等级提升中极具挑战性的一项技术。立足于未来基于视觉的无人机自主着陆技术的发展需求，围绕其中的核心问题——着陆场检测与位姿估计，对近十年来国内外无人机自主着陆领域中基于视觉的着陆场检测与位姿估计方法研究进展进行总结。首先，在分析无人机自主着陆应用需求的基础上，指出机器视觉在无人机自主着陆领域的应用优势，并凝练出存在的科学问题;其次，按不同应用场景划分对着陆场检测算法进行梳理;然后，分别对纯视觉、多源信息融合的位姿估计技术研究成果进行归纳;最后，总结该领域有待进一步解决的难点，并对未来的技术发展趋势进行展望。

    自主着陆无人机机器视觉着陆场检测位姿估计信息融合

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    基于特征变换和度量网络的小样本学习算法

    王多瑞杜杨董兰芳胡卫明...
    1305-1314页
    查看更多>>摘要：在小样本分类任务中，每个类别可供训练的样本数量非常有限。因此在特征空间中同类样本分布稀疏，异类样本间边界模糊。提出一种新的基于特征变换和度量网络(Feature transformation and metric networks，FTMN)的小样本学习算法用于小样本分类任务。算法通过嵌入函数将样本映射到特征空间，并计算输入该样本与所属类别中心的特征残差。构造一个特征变换函数对该残差进行学习，使特征空间内的样本特征经过该函数后向同类样本中心靠拢。利用变换后的样本特征更新类别中心，使各类别中心间的距离增大。算法进一步构造了一种新的度量函数，对样本特征中每个局部特征点的度量距离进行联合表达，该函数能够同时对样本特征间的夹角和欧氏距离进行优化。算法在小样本分类任务常用数据集上的优秀表现证明了算法的有效性和泛化性。

    特征变换度量学习小样本学习残差学习

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    高速公路无人驾驶的分层抽样多动态窗口轨迹规划算法

    张琳薛建儒马超李庚欣...
    1315-1332页
    查看更多>>摘要：高速公路无人驾驶轨迹规划面临着实时性强、安全性高的挑战。为此，提出一种分层抽样多动态窗口的轨迹规划算法(Stratified sampling based multi-dynamic window trajectory planner，SMWTP)。首先，用多动态窗口表征可行轨迹的搜索空间，并基于贝叶斯网络构建轨迹概率分布模型。其次，采用先速度后路径的分层抽样策略生成符合动态场景约束的候选轨迹集合。最后，利用引入障碍车辆速度估计不确定性的责任敏感安全模型(Responsibility sensitive safety，RSS)从中选择最优轨迹。大量仿真实验和实际交通场景测试验证了算法的有效性，对比实验结果表明，所提算法性能显著优于人工势场最优轨迹规划算法和多动态窗口模拟退火轨迹规划算法。

    无人驾驶轨迹规划运动规划贝叶斯网络

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    基于全局局部协同的非均匀图像去雾方法

    罗小同杨汶锦曲延云谢源...
    1333-1344页
    查看更多>>摘要：近年来，基于卷积神经网络(Convolutional neural network，CNN)的图像去雾方法在合成数据集上取得了显著的进展，但由于真实场景中存在雾分布不均的问题，卷积运算的局部感受野难以有效捕获到上下文指导信息，从而导致全局结构信息丢失。因此，真实场景下的图像去雾任务面临着巨大的挑战。考虑到Transformer具有捕获长距离语义信息依赖关系的优势，有利于引导全局结构信息重建。然而，标准Transformer结构的高计算复杂度阻碍了其在图像恢复中的应用。针对上述提到的问题，提出一个由Transformer和卷积神经网络组成的双分支协同非均匀图像去雾网络Dehazeformer。Transformer分支用于提取全局结构信息，同时设计稀疏自注意力模块(Sparse self-attention modules，SSM)以降低计算复杂度。卷积神经网络分支用于获取局部信息，从而恢复纹理细节。在真实非均匀有雾场景下的实验结果表明，该方法不管是在客观评价还是在主观视觉效果方面均达到优异的性能。

    图像去雾卷积神经网络Transformer特征融合稀疏自注意力

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    基于料面视频图像分析的高炉异常状态智能感知与识别

    朱霁霖桂卫华蒋朝辉陈致蓬...
    1345-1362页
    查看更多>>摘要：智能感知、精准识别高炉(Blast furnace，BF)异常状态对高炉调控优化和稳定运行至关重要，但高炉内部的黑箱状态致使传统检测方法难以直接感知并准确识别多种高炉异常状态。新型工业内窥镜可获取大量料面视频图像，为直接观测炉内运行状态提供了全新的手段。基于此，提出一种基于料面视频图像分析的高炉异常状态智能感知与识别方法。首先，提出基于多尺度纹理模糊C均值(Multi-scale texture fuzzy C-means，MST-FCM)聚类的高温煤气流区域提取方法，准确获取煤气流图像，并提取煤气流图像多元特征;其次，提出基于特征编码的高维特征降维方法，结合自适应K-means++算法，实现煤气流异常状态的粗粒度感知;在此基础上，通过改进雅可比-傅立叶矩(Jacobi-Fourier moments，JFM)提取煤气流图像深层特征变化趋势，进而提出细粒度煤气流异常状态感知方法;最后，基于煤气流异常状态感知结果，结合料面视频图像，提出多级残差通道注意力模块(Multi-level residual channel attention module，MRCAM)，建立高炉异常状态识别模型ResVGGNet，实现高炉煤气流异常、塌料和悬料的精准在线识别。实验结果表明，所提方法能准确识别不同的高炉异常状态且识别速度快，可为高炉平稳运行提供重要保障。

    高炉料面图像高炉异常状态感知高炉异常状态识别多级残差通道注意力模块

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    隐蔽攻击下信息物理系统的安全输出反馈控制

    张淇瑞孟思琪王兰豪刘坤...
    1363-1372页
    查看更多>>摘要：研究了受到隐蔽攻击的信息物理系统(Cyber-physical system，CPS)安全控制问题。采用KL(Kullback-Lei-bler)散度描述攻击的隐蔽性，并设计动态输出反馈控制器，使系统可达集始终保持在安全区域内，其中可达集定义为系统状态以一定概率属于的集合。首先，给出隐蔽攻击下检测器残差所在范围的一个外椭球近似集;其次，根据该近似集和噪声的范围给出控制器参数与系统椭球形不变可达集的关系;然后，通过设计可逆线性变换并构造凸优化问题，求解安全控制器参数和相应的不变可达集;最后，使用弹簧-质量-阻尼系统进行仿真，验证了所提控制方法的有效性。

    信息物理系统隐蔽攻击安全控制KL散度可达集

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    基于最大-最小策略的纵向联邦学习隐私保护方法

    李荣昌刘涛郑海斌陈晋音...
    1373-1388页
    查看更多>>摘要：纵向联邦学习(Vertical federated learning，VFL)是一种新兴的分布式机器学习技术，在保障隐私性的前提下，利用分散在各个机构的数据实现机器学习模型的联合训练。纵向联邦学习被广泛应用于工业互联网、金融借贷和医疗诊断等诸多领域中，因此保证其隐私安全性具有重要意义。首先，针对纵向联邦学习协议中由于参与方交换的嵌入表示造成的隐私泄漏风险，研究由协作者发起的通用的属性推断攻击。攻击者利用辅助数据和嵌入表示训练一个攻击模型，然后利用训练完成的攻击模型窃取参与方的隐私属性。实验结果表明，纵向联邦学习在训练推理阶段产生的嵌入表示容易泄漏数据隐私。为了应对上述隐私泄漏风险，提出一种基于最大-最小策略的纵向联邦学习隐私保护方法(Privacy preservation method for vertical federated learning based on max-min strategy，PPVFL)，其引入梯度正则组件保证训练过程主任务的预测性能，同时引入重构组件掩藏参与方嵌入表示中包含的隐私属性信息。最后，在钢板缺陷诊断工业场景的实验结果表明，相比于没有任何防御方法的VFL，隐私保护方法将攻击推断准确度从95％下降到55％以下，接近于随机猜测的水平，同时主任务预测准确率仅下降2％。

    纵向联邦学习属性推断攻击隐私保护最大-最小策略工业互联网

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    非平衡数据流在线主动学习方法

    李艳红任霖王素格李德玉...
    1389-1401页
    查看更多>>摘要：数据流分类是数据流挖掘领域一项重要研究任务，目标是从不断变化的海量数据中捕获变化的类结构。目前，几乎没有框架可以同时处理数据流中常见的多类非平衡、概念漂移、异常点和标记样本成本高昂问题。基于此，提出一种非平衡数据流在线主动学习方法(Online active learning method for imbalanced data stream，OALM-IDS)。AdaBoost 是一种将多个弱分类器经过迭代生成强分类器的集成分类方法，AdaBoost。M2引入了弱分类器的置信度，此类方法常用于静态数据。定义了基于非平衡比率和自适应遗忘因子的训练样本重要性度量，从而使AdaBoost。M2方法适用于非平衡数据流，提升了非平衡数据流集成分类器的性能。提出了边际阈值矩阵的自适应调整方法，优化了标签请求策略。将概念漂移程度融入模型构建过程中，定义了基于概念漂移指数的自适应遗忘因子，实现了漂移后的模型重构。在6个人工数据流和4个真实数据流上的对比实验表明，提出的非平衡数据流在线主动学习方法的分类性能优于其他5种非平衡数据流学习方法。

    主动学习数据流分类多类非平衡概念漂移

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    基于多关键点检测加权融合的无人机相对位姿估计算法

    葛泉波李凯张兴国
    1402-1416页
    查看更多>>摘要：针对无人机降落阶段中无人船受水面波浪影响导致图像产生运动模糊以及获取无人机相对位姿精度低且鲁棒性差的问题，提出一种基于多模型关键点加权融合的6D目标位姿估计算法，以提高位姿估计的精度和鲁棒性。首先，基于无人船陀螺仪得到的运动信息设计帧间抖动模型，通过还原图像信息达到降低图像噪声的目的;然后，设计一种多模型的级联回归特征提取算法，通过多模型检测舰载视觉系统获取的图像，以增强特征空间的多样性;同时，将检测过程中关键点定位形状增量集作为融合权重对模型进行加权融合，以提高特征空间的鲁棒性;紧接着，利用EPnP(Efficient perspective-n-point)计算关键点相机坐标系坐标，将PnP(Perspective-n-point)问题转化为ICP(Iterative closest point)问题;最终，基于关键点解集的离散度为关键点赋权，使用ICP算法求解位姿以削弱深度信息对位姿的影响。仿真结果表明，该算法能够建立一个精度更高的特征空间，使得位姿解算时特征映射的损失降低，最终提高位姿解算的精度。

    辅助无人机降落舰载视觉系统6D位姿估计加权融合关键点检测级联特征提取

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