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                2022年  第39卷  第2期

                专题与综述
                低功耗高精度基准源研究综述
                仲召扬, 李严, 王伟光, 陈鸣, 涂家华
                2022, 39(2): 1-8. doi: 10.19304/J.ISSN1000-7180.2021.0138
                摘要(248) HTML (115) PDF (59)
                摘要:

                本文介绍了基准源电路的发展脉络及研究进展.按照电路功能进行分类,基准源可以分为基准电压源和基准电流源.对于基准电压源,分别对于带隙基准源、混合基准源和CMOS基准源三个类别的发展历程及最新研究成果进行了总结和讨论;分析了这些电路在降低功耗、提高精度方面的创新之处、优点和存在的问题.对于基准电流源,主要讨论了电流直接补偿以及由电压源得到电流源两种设计方法.基于以上讨论,对于基准源未来的发展前景进行了展望.

                SiC肖特基二极管№势垒不均匀分布理论与研究进展
                马跃, 黄玲琴, 邓旭良, 朱靖
                2022, 39(2): 9-18. doi: 10.19304/J.ISSN1000-7180.2021.0779
                摘要(143) HTML (84) PDF (14)
                摘要:

                碳化硅(SiC)半导体具有宽禁带、高临界击穿电场、高热导率等优异的性能,在高温、高频和大功率器件领域具有广阔的应用前景.SiC肖特基二极管是最早商用化的SiC器件,然而,由于决定金属接触性能的肖特基势垒无法得到有效控制,高性能的SiC欧姆接触和肖特基接触制备仍然是SiC肖特基二极管研制中的关键技术难题.基于此,首先对金属/半导体肖特基接触势垒理论和载流子运输机制做了系统分析,根据金属/SiC接触实验中呈现的非理想电学特性,引出SiC肖特基二极管势垒不均匀分布问题;然后对分析势垒不均匀分布的平行传导模型、高斯分布模型、Tung模型、双势垒模型等进行讨论,用各模型分析金属半导体接触呈现的非理想电学特性.接着针对各模型分别综述了SiC肖特基二极管势垒不均匀分布研究的重要进展,探究势垒不均匀分布的形成原因及影响因素;最后,对金属/SiC接触势垒不均匀分布未来的研究方向进行了展望,要进一步提高SiC肖特基二极管的性能及稳定性,金属/SiC接触界面势垒不均匀分布形成机理、电流输运特性及其相互关系还有待进一步深入.

                人工智能与算法
                基于双目视觉的三维目标检测算法研究
                王一强, 陶洋
                2022, 39(2): 19-25. doi: 10.19304/J.ISSN1000-7180.2021.0730
                摘要(176) HTML (83) PDF (46)
                摘要:

                随着无人驾驶技术的革新与发展,三维目标检测技术进入了大众的视野,相比于传统的基于激光雷达和基于单目的三维目标检测算法,基于双目视觉的检测技术具有更高的性价比,但是其检测效果仍待提高.因此,本文提出一种基于改进立体区域卷积神经网络(Stereo Region Convolutional Neural Network,Stereo RCNN)算法的F R-CNN三维目标检测算法.本文所提算法通过在Stereo R-CNN算法的特征提取网络中加入频域通道注意力模块(Frequency Channel Attention Network,FcaNet),使模型从特征多样性的角度出发关注更多与目标相关的语义信息,减轻深层残差网络权重变化所带来的影响,提升网络的特征提取能力.与此同时,引入统一动态样本加权策略,在进行训练时合理分配多任务间的损失权重,在关注“困难”样本重要程度的同时考虑“简单”样本的贡献度,提取目标更为全面的关键特征信息.实验结果表明,改进后的F R-CNN三维目标检测算法较Stereo R-CNN算法在三维目标定位平均精度上提升了3%,在三维目标检测平均精度上提升了约2%.

                融合注意力机制与轻量化DeepLabv3+的非结构化道路识别
                龚志力, 谷玉海, 朱腾腾, 石文天
                2022, 39(2): 26-33. doi: 10.19304/J.ISSN1000-7180.2021.0704
                摘要(248) HTML (95) PDF (43)
                摘要:

                由于非结构化道路特征众多、结构复杂的特点,图像分割以及道路模型等经典算法无法满足非结构化道路识别在实际应用中的准确性和实时性要求.上述难点可通过基于深度学习的语义分割算法有效解决,采用轻量化的特征提取网络,改善特征◣提取网络中离散计算过多问题,优化对参数量和速度的控制,减少DeepLabv3+网络的冗余;针对非结构化道路在图像中空间和通道的分布特性,引入注意力机制对高级特征图和低级特征图处理,以提升网络对特征提取的敏感性和准确性;选用样本类别充足并具代表性且与我国路况相似性强的IDD(India Driving Dataset)非结构化道路数据集,对其中非结构化道路类别进行筛选和预处理并对网络进行训练.实验对比表明,相比于同类网络,参数量最少,准确率和快速性均处于前列;相比于改进前,网络参数量减少93.1%,识别帧率提升116.1%,精确率提高10.1%.

                基于RoBERTa-BiSRU++-AT的微博谣言早期检测模型
                梅侠峰, 吴晓鸰, 吴杰文, 凌捷, HoonHeo
                2022, 39(2): 34-42. doi: 10.19304/J.ISSN1000-7180.2021.0722
                摘要(196) HTML (92) PDF (30)
                摘要:

                针对现有微博谣言检测算法在实用场景中存在滞后性,以及传统深度学习模型特征提取能力不足等问题,提出了基于RoBERTa-BiSRU++-AT的微博谣言早期检测模型,仅使用微博原始文本作为模型输入,不包含任何转发和评论信息或者其他相关特征信息.采用RoBERTa预训练模型学习当前词在特定上下文语境中的动态含义,解决静态词向量无法表示多义词的问题,提升词的语义表征能力;通过双向内置注意力简单循环单元(Simple Recurrent Unit with Built-in Self-Attenttion)进行深层语义特征抽取,自注意力机制可以捕获句子内部词与词之间的依赖关系, 得到更为全面的高维特征;引入软注意力机制计算不同词对分类结果的重要程度,赋予模型聚焦关键特征的能力,解决输出特征对分类结果影响力一致的问题;得到的软注意力特征经Softmax层计算得到分类概率,取概率最大值对应标签为分类结果.在公开的中文微博谣言数据集进行实验,实验结果表明,本文所提出的基于RoBERTa-BiSRU++-AT的模型F1分数达到了98.16%,高于实验对比的其他微博谣言检测算法,证明该模型对微博文本谣言具有更好的早期识别能力.

                基于全局特征和多种局部特征的行人重识别
                朱宽堂, 张建勋, 谭暑秋
                2022, 39(2): 43-50. doi: 10.19304/J.ISSN1000-7180.2021.0837
                摘要(214) HTML (132) PDF (4)
                摘要:

                能否提取具有区别度的行人特征是行人重识别问题的关键所在.该文在ResNet-50的基础上,提出一种使用多种方法提取特征的多分支网络结构(MMNet).该网络将多种方法以一种巧妙的方式组合起来,从而解决行人姿态变化、部分遮挡等引起的行人判别特征信息缺失问题.在第一个分支中提取行人的全局特征,在第二个分支中使用通道注意力模块提取想要关注的局部特征,在第三个分支中将骨干网络提取的特征水平均匀的分割成不同的块,从而提取出不同粒度的局部特征,接着使用批量难样本三元组损失函数和softmax损失函数联合训练模型.最终使用不同分支提取的特征串联在一起作为最终★特征.通过行人的全局特征和多种局部特征相互补充,从而提取出更有区别度的行人特征.算法在Market-1501和DukeMTMC-reID数据集上的平均精度均值和首位命中率分别达到87.7%和95.9%、79.9%和89.2%.试验结果表明,使用多分支网络提取的特征具有互补性,且平均精度均值和首位命中率比大多数行人重识别算法高.

                多子群改进的海洋捕食者算法
                张磊, 刘升, 高文欣, 郭雨鑫
                2022, 39(2): 51-59. doi: 10.19304/J.ISSN1000-7180.2021.0062
                摘要(216) HTML (128) PDF (25)
                摘要:

                文章针对海洋捕食者算法(Marine Predators Algorithm, MPA)求解精度不高和收敛速度〖慢等缺点,提出一种多子群改进的海洋捕食者算法(Multi-subpopulation Marine Predators Algorithm, MSMPA).根据不同适应度值将海洋捕食者种群分为领导者、追随者和衔尾者三个子群.领导者子群保持位置不变,追随者子群进行高斯变异,衔尾者子群由全局最优位置和平均位置矢量生成.使用不同维度的经典基准函数来评估改进海洋捕食者算法的效率.实验结果显示,经过改进的海洋捕食者算法拥有更高的寻优精度和稳定性.

                目标识别与图像处理
                基于局部光照一致性约束的准稠密匹配方法
                王荣超, 张力, 张涛, 慕晓冬
                2022, 39(2): 60-66. doi: 10.19304/J.ISSN1000-7180.2021.0758
                摘要(133) HTML (117) PDF (6)
                摘要:

                稠密匹配是基于立体视觉重建密集三维点云的关键技术,其中误匹配点的剔除是保证匹配准确率的重要手段.针对稠密匹配过程中搜索空间大,易出现误匹配的问题,提出了基于局部光照一致性约束的准稠密匹配方法.该方法将已知匹配点作为种子点,根据种子点及其邻域提供的影像约束进行匹配扩散,从而得到种子点邻域内的匹配点,进而实现图像之间的准稠密匹配.在匹配扩散过程中,首先使用邻域像素差异置信度来去除无明显特征区分的区域,然后基于Retinex理论,在局部范围内引入种子点与其邻域内待匹配像素的光照分量关系,从而约束种子点邻域内待匹配像素的颜色分量,以提前剔除不可能匹配的点,最后使用零均值归一化相关系数进行图像间的匹配相似性度量,从而在保证匹配准确性的同时减少匹配相似性度量的次数,提高了匹配效率.实验表明,算法在Middlebury 2014的training集上取得了较小的平均视差误差;在DTU数据集的scan114及拍摄的图像数据上,算法能够有效地减少稠密匹配的时间,并降低三维重建的重投影误差.

                一种光学遥感图像的快速降噪去霾算法
                许昕健, 唐磊, 匡乃亮, 刘莹玉
                2022, 39(2): 67-74. doi: 10.19304/J.ISSN1000-7180.2021.0416
                摘要(128) HTML (78) PDF (20)
                摘要:

                针对光学遥感成像结果受噪声和雾霾影响而劣化的问题,提出了一种结合多帧融合降噪和暗通道先验法去霾的快速降噪去霾算法.针对星载计算机主频较低,算力有限的特点,本文在降噪阶段,将传统多帧融合算法的逐像素配准改为两级配准,在全局和局部分别使用绝对误差和(SAD)与相位相关配准;提出了一种基于配准结果的配准质量评ω价新方法,减少了评价时间;在去霾阶段,用高斯核与透射率模版卷积,替代了传统的精细化方法.实验结果表明,采用本文提出的算法可以使图像平均峰值信噪比(PSNR)提升8.97 dB,通过计算量优化,去霾耗时减少了73.41%.

                计算机工程与应用
                一种适于多场景人群计数的支持向量机增量学习方ω 法
                宗静, 何亮, 黄斌科
                2022, 39(2): 75-83. doi: 10.19304/J.ISSN1000-7180.2021.0464
                摘要(138) HTML (109) PDF (14)
                摘要:

                在利用WiFi信号实现人群计数中,基于信道状态信息幅度(Channel State Information, CSI)存在分类模型滤波不彻底和准确度差的问题,本文提出了一种基于多接收天线之间相位差扩展矩阵信息的支持向量机(Support Vector Machine, SVM)增量学习算法.首先对CSI原始相位数据执行三重处理, 以便最大程度的消除环境干扰和相位误差;另外提出了一种建立相位差扩展矩阵的思想,加入了不同人数场景的动态特征,提高了人群计数准确性.考虑到新增场景后,原训练数据和新增数据需合并进行重新训练,因训练数据过多会造成计算复杂度过高,为此我们提出了一种基于SVM增量学习分类算法,设计了一个循环迭代过程,实现了对增量数据在线学习的功能,且在提升人群计数准确率和降低计算复杂度方面均取得了较好的效果.算法结果表明,本文方法可实现实时人群计数, 在最大计数误差为1人时,平均计数精度可达95%以上,且随着场景增多在训练识别模型时节约的时间越显著.

                基于改进的EfficientDet的手语识别算法
                杨淑莹, 赵敏, 郭杨杨, 田迪
                2022, 39(2): 84-91. doi: 10.19304/J.ISSN1000-7180.2021.0751
                摘要(162) HTML (121) PDF (17)
                摘要:

                手语识别在聋哑人与正常人的交流中起至关重要的作用.为了解决传统手语识别算法由于手部特征多尺度造成的手势特征提取不充分、特征融合丢失细节信息等问题,提出了基于改进的EfficientDet-D0的手语检测识别算法.该算法首先在EfficientDet-D0的主干网络中增加了空间注意力机制,能更加准确的定位图像中的手部特征;其次在特征融合网络中,为了描述下采样丢失了的高频细节信息,利用拉普拉斯金字塔的思想,在自上而下的融合路径中将细节特征图进行融合,并增加跨级连接,使不同分辨率的特征信息得到充分利用,从而使获取的高级特征图信息更加丰富;最后使用迁移学习技术和Adam优化器训练整个网络.实验结果表明,该模型能够在各种背景下快速准确的识别出手语动作,最终准确率达到94.1%,比传统算法具有更高的准确率和更强的鲁棒性,同时基于该算法设计了手语双向翻译仿真网站,实际应用性强.

                小波阈值函数优化算法在金属零件上的应用
                傅琪, 闫坤, 甘海铭, 胡东华
                2022, 39(2): 92-100. doi: 10.19304/J.ISSN1000-7180.2021.0673
                摘要(146) HTML (94) PDF (3)
                摘要:

                针对传统硬阈值函数在阈值处不连续、传统软阈值函数中小波系数与小波估计系数之间存在恒定偏差的问题,提出一种优化新型阈值函数的图像去噪算法.本文所提算法不仅对高频噪声进行有效去噪,而且兼顾低频←分量,从低频分量中提取少量细节信息,从而提高原图像和重构图像的相似度,之后再对重构图像进行中值滤波.仿真结果表明,相比于传统的软、硬阈值函数,采用本文优化后的阈值函数进行图像去噪,不仅主观上视觉效果更好,而且峰值信噪比(Peak Signal to Noise Ratio, PSNR)值增加了约7 db,结构相似性(Structural Similarity, SSIM)增加了约0.1,均方误差(Mean Square Error, MSE)降低了76%.此外,对含高密度椒盐噪声的图像进行优化阈值函数和加权均值滤波相结合的算法去噪后,仿真结果与单一阈值函数去噪相比,峰值信噪比增加了约5%,均方误差降低了约5.5 %,结构相似性增加了约0.1.

                模拟与混合信号电路
                一种基于压缩感知的无冗余通道时间交织ADC随机化方法
                胡毅, 王于波, 李振国, 姜亦刚, 李靖, 张帆
                2022, 39(2): 101-106. doi: 10.19304/J.ISSN1000-7180.2021.0598
                摘要(402) HTML (83) PDF (14)
                摘要:

                在时间交织ADC结构中,本文基于压缩感知理论提出一种无冗余通道随机化方法.利用随机数决定当前通道ADC是否采样,当有多个通道ADC空闲时随机选择某个通道进行采样,实现时间交织ADC的欠奈奎斯特随机化采样.在√此基础上,基于观测矩阵和正交匹配追踪算法对时间交织ADC的数据进行重建,获得完整的ADC量化结果.通过MATLAB对本文提出的基于压缩感知的时间交织ADC通道随机化方法进行建模,在给定采样时间失配条件下,本方法将时间交织ADC的SFDR从53.1 dB提高到65.5 dB,提升12.4 dB,有效提高了ADC的动态性能.

                一种高精度模拟乘法器的研究与设◥计
                杜承钢, 张晶, 何诗阳, 马奎, 杨发顺
                2022, 39(2): 107-113. doi: 10.19304/J.ISSN1000-7180.2021.0718
                摘要(222) HTML (171) PDF (35)
                摘要:

                带宽、功耗与精度是衡量模拟乘法器性能的三个主要指标.目前采用浮栅晶体管等方法实现的低功耗、高带宽模拟乘法器的精度仅在1%左右,而利用传统Gilbert单元进行设计,其精度可达0.5%.本文针对模拟乘法器精度不够的问题,利用Gilbert单元设计了一种高精度模拟乘法器.首先利用反双曲正切函数电路对Gilbert单元的非线性进行补偿,以提高系统精度;其次,利用线性跨导结构增加电路的输入范围,使其可以得到广泛应用;然后,设计了以负反馈方式连接的二级运算放大器,提高了系统的负载能力,并且利用负反馈结构不但可以引入Z端进行加法运算,而且可以提高系统精度和稳定性;最后,设计了具有较好热稳定性的电流基准电路,为各模块提供合适偏置.通过Cadence仿真验证得到本文电路的工作电压为±15 V、各端输入范ㄨ围为-9 V至9 V、精度可达到0.08%、-3 dB带宽可至14.99 MHz,并且与其他几种经典电路相比,本文电路的精度更高、功耗更低、输入范围更大、-3 dB带宽也得到改善,具有较好的性能优势.

                40 Gb/s高速串行接】口接收机模拟前端电路设计
                吴新, 赵泽亮, 吴次南, 王自强, 李翔宇
                2022, 39(2): 114-120. doi: 10.19304/J.ISSN1000-7180.2021.0662
                摘要(147) HTML (144) PDF (24)
                摘要:

                在高速接口电路中,信道对发射信号的高频分量产生很大衰减,造成接收信号产生符号间干扰(Inter Symbol Interference,ISI),接收机需要使用均衡技术来消除干扰.对于不同的衰减信道,不仅仅奈奎斯特频率处的衰减幅值不同,在奈奎斯特频率前的衰减幅频曲线也是不同的,增大均衡的调节范围可以让补偿与信道衰减更匹配.本文设计了一款用于4电平脉冲幅度调制(4-level Pulse Amplitude Modulation,PAM4)、工作在40 Gbps的接收机模拟前端(Analog Front End,AFE).该前端由连续时间线性均衡器⊙(Continuous Time Linear Equalizer,CTLE)、可变增益放大器(Variable Gain Amplifier,VGA)和缓冲器(Buffer)组成.CTLE采用负反馈电阻电容和电感峰化技术,10 GHz处的增益在6.01 dB至12.46 dB范围内16级可调;VGA采用电流并联的方式对等效跨导进行控制,低频增益在-4.53 dB至5.75 dB范围内16级可调,-3 dB带宽为17.6 GHz;Buffer采用类似CTLE的扩频技术,-3 dB带宽达到25 GHz.整体电路在10 GHz的均衡范围为5.98 dB至11.85 dB.AFE使用65nm CMOS工艺,电源电压为1 V,功耗为15.94 mW,版图核心面积为900 μm*300 μm.