Detection of Construction Workers in Video Frames for Automatic Initialization of Vision Trackers

Vision based tracking can provide the spatial location of construction entities such as equipment, workers, and materials in large scale, congested construction sites. It tracks entities in video streams by inferring their locations based on the entities’ visual features and motion histories. To initiate the process, it is necessary to determine the pixel areas corresponding to the construction entities to be tracked in the following consecutive video frames. In order to fully automate the process, an automated way of initialization is needed. This paper presents the method for construction worker detection which can automatically recognize and localize construction workers in video frames. The method first finds the foreground areas of moving objects using a background subtraction method. Within these foreground areas, construction workers are recognized based on the histogram of oriented gradients (HOG) and histogram of the HSV colors. HOG’s have proved to work effectively for detection of people, and the histogram of HSV colors helps differentiate between pedestrians and construction workers wearing safety vests. Preliminary experiments show that the proposed method has the potential to automate the initialization process of vision based tracking.

Comparison of Image-Based and Time-of-Flight-Based Technologies for 3D Reconstruction of Infrastructure

Image-based (i.e., photo/videogrammetry) and time-of-flight-based (i.e., laser scanning) technologies are typically used to collect spatial data of infrastructure. In order to help architecture, engineering, and construction (AEC) industries make cost-effective decisions in selecting between these two technologies with respect to their settings, this paper makes an attempt to measure the accuracy, quality, time efficiency, and cost of applying image-based and time-of-flight-based technologies to conduct as-built 3D reconstruction of infrastructure. In this paper, a novel comparison method is proposed, and preliminary experiments are conducted. The results reveal that if the accuracy and quality level desired for a particular application is not high (i.e., error < 10 cm, and completeness rate > 80%), image-based technologies constitute a good alternative for time-of-flight-based technologies and significantly reduce the time and cost needed for collecting the data on site.

Mode-localized displacement sensing

We report the construction of a new class of micromachined displacement sensors that employ the phenomenon of vibration-mode localization for monitoring minute inertial displacements. It is demonstrated both theoretically and experimentally that the eigenstate-shifted output signal of such mode-localized displacement sensors may be as high as 1000 times greater than corresponding resonant-frequency variations that serve as the output in the more traditional vibratory resonant micromechanical displacement/motion sensors. The high parametric sensitivities attainable in such mode-localized displacement sensors, together with their inherent advantages of improved environmental robustness and electrical tunability, suggest an alternative approach in achieving improved sensitivity and stability in high-resolution displacement transduction. © 1992-2012 IEEE.

Method of etching

A method of creating micro patterned devices by patterning thin films which are deposited on a substrate. A channel or channels is created on the substrate, the width being of fine enough resolution such that a flowable mask material can be drawn along the channel by capillary forces.

用标准工艺制作金属间氧化层光波导的方法

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在硅衬底上生长无裂纹氮化镓薄膜的方法

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一种用于大面积平面光波回路的控温方法及控温模块

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具有温度补偿效应的环路压控振荡器

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高速目标跟踪方法及其电路系统

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一种基于SOI的光子晶体分束器及制法

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群组通信环境中的密钥管理协议

随着群组通信业务的普及，群组通信的相关安全研究也随之兴起。群组密码学的概念首先由 Desmedt 提出。与传统通信中的密码学方案相比，群组密码学具有很多优点，并已经成功地运用到视频点播和分布式系统等一些应用场景中。群签名，环签名，广播加密等密码学体制作为群组密码学的重要分支都得到了学术界的密切关注。本文的研究工作集中在群组密码学的一个重要组成部分：群组密钥管理，即多个（群组）用户在不安全的开放网络环境中通过一定的协议产生一个共享的会话密钥，为后面的通信提供各种安全性保护。 本文的研究工作主要包含两个方面，群组密钥分发协议和可证明安全的认证群组密钥协商协议。在对已有的群组密钥管理方案进行了大量的调查与分析后，我们在此基础上提出了一些有价值的研究成果。本文的主要成果包括： 1. 在第二章中，提出了一种高效的长期 self-healing 群组密钥分发方案。和已有方案相比，新方案的优势包括：（1）我们避免了使用指数运算, 而只是域上多项式的相关运算；（2）群组管理者广播消息次数比 Staddon 等人和Blundo 等人的方案少一次；（3）用户端存储私钥数目比 Staddon 等人的方案少将近一半；（4）新协议的安全性为无条件安全。 2. 在第三章中，构造了一个从一般群组密钥协商协议向基于口令认证的群组密钥协商协议转换的编译器。编译器的构造利用了对称加密体制，NM-CCA2 和 IK-CCA2 安全的公钥加密体制，以及 UF-CMA 安全的数字签名体制，从而使得编译器可以避免在线/离线字典攻击。 3. 在第四章中，提出了一个基于口令认证的群组密钥协商协议，使得网关在认证服务器的协助下和多个用户之间建立一个会话密钥，同时认证服务器不知道此会话密钥的任何信息（网关和认证服务器之间的信道是专用信道）。由于意识到口令的泄露往往是由于用户的不当使用造成的，所以，不同于已有的基于口令认证的门限密钥协商机制，我们的门限方案是在用户端实施。我们的门限方案要求把用户群组和认证服务器预先共享的口令（称之为群组口令）以秘密共享方式分散共享在群组用户之间，并且每个用户所存储口令的子秘密（share）值依然是一个易记忆的口令（称之为用户口令）。只有不少于 k 个用户一起才能恢复出群组口令。 4. 在第五章中，利用了Unified 模型（把用户长期私钥嵌入到密钥协商过程）构造了一个在 Strong Corruption 模型下可证明安全的强健的认证群组密钥协商协议。和已有类似方案相比，新方案所需要的签名数量明显减少，从而，计算复杂度和通信复杂度也随之降低。另外，新协议是在 Strong Corruption 模型下可证明安全，在此模型下的类似协议比较少。 5. 在第六章中，对 Desmedt 等人提出的 BD-II（树型）群组密钥协商协议做出改进。利用在树中各个节点上应用遮罩函数，我们把由于群组关系变化而对密钥更新所产生的影响限制在一个比较小的群组范围中，从而提高了协议在动态情况下运行的效率。新协议通过四个子算法：初始化，成员加入，成员撤销，子群组合并来分别应对群组密钥协商过程中所遇到的各种（动态）情况。

多项式理想上的特征理论及其在代数密码分析中的应用

多项式理想成员相关的计算，尤其是多项式系统（即非线性代数方程组）的求解技术，在现代科学技术领域中有广泛的应用。在密码学领域，多项式系统的求解技术更是直接带来了一种近年来受到广泛关注的密码分析手段——代数密码分析。自上世纪末以来，代数密码分析一直是密码学的研究热点，且至今已取得一系列重要成果。同时，代数密码分析相关研究也显著推动了多项式系统求解技术本身的发展，使得新的优秀算法如XL算法、F4算法、F5算法等在这一时期不断涌现。 针对多项式理想成员的计算问题，本论文提出了一种新的计算理论：多项式理想上的特征理论。该理论的核心思想源于F5算法中的多项式签名技术，而本论文将这一技术从特定条件下的计算技巧，完善和推广为针对完全一般情况的理论体系，并将其移植到了对于代数密码分析尤其重要的布尔多项式环境下。多项式理想上的特征理论，为每个理想成员分配了一个关于理想生成集唯一的标识（即特征）。由于多项式理想成员的特征与首项之间存在一一对应的关系，使得特征能够为遍历多项式理想所有（线性无关的）成员提供方向性的指引。进而，根据其在多项式理想组织结构中的作用，所有特征被划分为若干类别。通过分别确定各个类别的核心部分，多项式理想成员相关计算中的重复部分能够被自然合并，无效部分能够被预先发现，最终只有核心部分被实际执行，从而显著降低计算的时间和空间开销。通过将该理论应用于不同环境，本论文取得了一系列现实成果。具体包括： 一、对于生成集为单个布尔多项式的情况，得到了一些特有的良好结论。这些结论可被用于帮助高效地计算布尔多项式的零化子和代数免疫阶。实验表明，新的零化子和代数免疫阶算法的性能表现显著优于现有算法，并尤其适合处理现有算法无能为力的变元数较高的情况。这一算法的提出也间接地回答了如何将Groebner基方法应用于零化子计算的问题。 二、关于Groebner基的计算问题，本论文基于特征理论分析了F5算法对输入的齐次性要求，在不影响F5算法本身优点的前提下，得到了无需齐次化的F5算法变体。此外，本论文还给出了F5准则在布尔多项式环境下的更强版本。 三、关于多项式系统的求解问题，本论文以基于特征的计算模式为基础，成功地整合了F4算法和F5算法的核心技术，在保证于最低的代数次数上界内完成求解的同时，实现了无效计算（0约化）的极小化。此外，该算法还融入了XL系列算法中对于布尔多项式特有的有益技术，从而最大限度地整合了同类求解算法的优点。在代数密码分析模拟实验中，该算法的布尔多项式版本取得了良好的结果。

胶体体系的固化及分离过程的计算机模拟

胶体体系是自然界很重要的组成部分，广泛应用于工业生产和日常生活中。胶体体系在固化的过程中，会形成有序的晶体结构或无序的玻璃态结构。对胶体的结晶和玻璃化的认识对研究相变理论，纳米材料以及自组装有着重要的意义。事实上，在这一领域存在着许多悬而未决的问题。另一方面，胶体的分离也是胶体科学研究中不可或缺的步骤。特别是近年来微流器件技术的进步为流体动力学色谱分离方法带来了进一步发展的机会，这为胶体的分离提供了非常有效的实验手段。然而，由于实际应用过程的复杂性，理论方法还不足以深入探讨胶体粒子体系固化和分离的本质。作为一种可以直接反映物理过程的研究方法，计算机模拟成为一种有效的研究胶体粒子固化和分离的手段。 硬球模型是一种最简单的胶体粒子体系，能够很好地描述具有体积排斥作用的胶体粒子的行为，因此，对于胶体粒子体系固化问题，我们采用分子动力学方法研究了硬球粒子体系的固化过程。此外，对于胶体和高分子体系的分离过程，我们主要采用耗散分子动力学（dissipative particle dynamics DPD）进行研究。论文的主要内容包括： 1)采用硬球分子动力学模型，研究了胶体颗粒在不同的压缩速率下得到的堆积态的结构异质性。我们应用Lubachevsky-Stillinger方法，在不同的压缩速率下得到了一系列的结构受限的硬球堆积状态。这些体系的有序度随着压缩速率的减小而增加，而体系的密度则是先增加后减小又增加，在中间压缩速率时出现最小值。通过测量体系中的局域序参量分布，粒子位置的均方根涨落分布和直接观察受限粒子的位置，发现这些状态中包含有无规区域和结晶区域，存在显著的结构异质性。特别的是低密度状态中许多小的有序区域互相连接成贯穿体系的逾渗网络，说明晶区之间的结构不匹配是生成这些状态的重要机理。 2)用DPD方法模拟了线性高分子链和星形高分子链在穿越纳米孔道的输运过程。对复合管道中小管的半径分别为2.5 和2.0 的两种情况进行了研究。在各种情况下我们都发现了存在一个临界流量Jc，只有当流量大于Jc的时候高分子才能进入纳米孔洞。对于线性高分子，长链的高分子进入同样粗细的小管所需要的临界流量比短链大。线性链和星形链在半径是2.0小管子中的临界流量比通过半径2.5的管子的临界流量大，或者近似相同。在半径2.5的小管中，星形高分子的临界流量要大于同等尺寸的线性高分子。此外，我们没有观察到不同接枝数的星形高分子的临界流量之间的差异。出现这种情况的原因可能是DPD模型中粒子间的相互作用势能很软，所以不能很好地体现出不同接枝数的星形高分子在位阻上的差异。 3）我们利用DPD方法模拟了圆柱形管道中线性高分子链的输运过程。比较了模拟得到的高分子保留时间和DG理论预测值之间的差异。发现分子量越大的高分子对DG理论的偏离越显著。计算了高分子链在流动过程中伸长的情况，发现了链的伸长率S与Weissenberg number 有着明确的标度关系。与狭缝中的情况类似，对于圆柱型管道中流动的线性高分子，如果采用修饰过的Peclet number，则能够更好地满足Aris-Taylor分散的标度关系。 4)我们建立了纳米粒子在DPD模拟的动力学模型，研究了在本体溶液中纳米粒子的自扩散系数和速度关联函数对与胶体粒子的半径定性关系。发现纳米粒子的扩散系数随粒子半径的增加而减小。纳米粒子的半径越大，其速度关联函数的衰减越慢，同样大小纳米粒子的质量越大，其速度关联函数衰减得越慢。我们进一步模拟了在狭缝中纳米粒子的输运过程。通过观察流体受限方向的流速曲线，我们发现由于与器壁之间的体积排斥作用，使得纳米粒子远离流体的边界。对Aris-Taylor分散的研究结果表明，在λ不大的时候，应用不同的Peclet numbers 对分散方程结果的影响不大。

SOI波导弯曲损耗改善方法的研究

采用有效折射率方法EIM(Effective Index Method)和二维束传播算法(2D-BPM)对SOI(Silicon-on-insulator)波导弯曲损耗的改善方法进行了模拟分析.模拟发现,在波导连接处引入偏移量和在波导外侧刻槽等两种不同方法都能有效减小弯曲损耗,并且后者的效果更明显.同时通过实验获得了验证.对R=16mm、横向位移为70μm的弯曲波导,通过刻槽方法将插入损耗降低了5dB,基本消除了弯曲所带来的附加损耗.