In 2016-2017, TUS, the world's first experiment for testing the possibility of registering ultra-high energy cosmic rays (UHECRs) by their fluorescent radiation in the night atmosphere of Earth was carried out. Since 2019, the Russian-Italian fluorescence telescope (FT) Mini-EUSO ("UV Atmosphere") has been operating on the ISS. The stratospheric experiment EUSO-SPB2, which will employ an FT for registering UHECRs, is planned for 2023. We show how a simple convolutional neural network can be effectively used to find track-like events in the variety of data obtained with such instruments.
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成像Cherenkov Telescopes Taiga-IACT位于共和国Buryatia的Tunka山谷，在短时间内积累了大量数据，必须有效和快速地分析。这种分析方法之一是机器学习，近年来已经证明了许多技术和科学领域的有效性。这项工作的目的是研究机器学习应用程序的可能性，解决Taiga-IACT设置的任务：鉴定宇宙射线的主要粒子和重建它们的物理参数。在该工作中，应用了卷积神经网络（CNN）的方法来处理和分析与Corsika模拟的Monte-Carlo事件。还考虑了处理的各种CNN架构。已经证明，该方法在确定广泛的空气淋浴（EAS）的主要颗粒类型和伽马射线能量的重建中提供了良好的结果。在立体观察的情况下，结果得到了显着改善。
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在这项工作中，我们详细描述了深度学习和计算机视觉如何帮助检测AirTender系统的故障事件，AirTender系统是售后摩托车阻尼系统组件。监测飞行员运行的最有效方法之一是在其表面上寻找油污渍。从实时图像开始，首先在摩托车悬架系统中检测到Airtender，然后二进制分类器确定Airtender是否在溢出油。该检测是在YOLO5架构的帮助下进行的，而分类是在适当设计的卷积神经网络油网40的帮助下进行的。为了更清楚地检测油的泄漏，我们用荧光染料稀释了荧光染料，激发波长峰值约为390 nm。然后用合适的紫外线LED照亮飞行员。整个系统是设计低成本检测设置的尝试。船上设备（例如迷你计算机）被放置在悬架系统附近，并连接到全高清摄像头框架架上。板载设备通过我们的神经网络算法，然后能够将AirTender定位并分类为正常功能（非泄漏图像）或异常（泄漏图像）。
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提出了一个深度学习模型，以便在未来60分钟的五分钟时间分辨率下以闪电的形式出现。该模型基于反复横向的结构，该结构使其能够识别并预测对流的时空发展，包括雷暴细胞的运动，生长和衰变。预测是在固定网格上执行的，而无需使用风暴对象检测和跟踪。从瑞士和周围的区域收集的输入数据包括地面雷达数据，可见/红外卫星数据以及衍生的云产品，闪电检测，数值天气预测和数字高程模型数据。我们分析了不同的替代损失功能，班级加权策略和模型特征，为将来的研究提供了指南，以最佳地选择损失功能，并正确校准其模型的概率预测。基于这些分析，我们在这项研究中使用焦点损失，但得出结论，它仅在交叉熵方面提供了较小的好处，如果模型的重新校准不实用，这是一个可行的选择。该模型在60分钟的现有周期内实现了0.45的像素临界成功指数（CSI）为0.45，以预测8 km的闪电发生，范围从5分钟的CSI到5分钟的提前时间到CSI到CSI的0.32在A处。收货时间60分钟。
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射频干扰（RFI）缓解仍然是寻找无线电技术的主要挑战。典型的缓解策略包括原点方向（DOO）滤波器，如果在天空上的多个方向上检测到信号，则将信号分类为RFI。这些分类通常依赖于信号属性的估计，例如频率和频率漂移速率。卷积神经网络（CNNS）提供了对现有过滤器的有希望的补充，因为它们可以接受培训以直接分析动态光谱，而不是依赖于推断的信号属性。在这项工作中，我们编译了由标记的动态谱的图像组组成的几个数据集，并且我们设计和训练了可以确定在另一扫描中检测到的信号是否在另一扫描中检测到的CNN。基于CNN的DOO滤波器优于基线2D相关模型以及现有的DOO过滤器在一系列指标范围内，分别具有99.15％和97.81％的精度和召回值。我们发现CNN在标称情况下将传统的DOO过滤器施加6-16倍，减少了需要目视检查的信号数。
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我们使用神经网络研究几种简化的暗物质（DM）模型及其在LHC的签名。我们专注于通常的单声角加上缺失的横向能量通道，但要训练算法我们在2D直方图中组织数据而不是逐个事件阵列。这导致较大的性能提升，以区分标准模型（SM）和SM以及新物理信号。我们使用KineMatic单速仪功能作为输入数据，允许我们描述具有单个数据示例的模型的系列。我们发现神经网络性能不依赖于模拟的后台事件数量，如果它们作为$ s / \ sqrt {b} $函数呈现，其中$ s $和$ b $是信号和背景的数量每直方图的事件分别。这提供了对方法的灵活性，因为在这种情况下测试特定模型只需要了解新物理单次横截面。此外，我们还在关于真实DM性质的错误假设下讨论网络性能。最后，我们提出了多模型分类器以更普遍的方式搜索和识别新信号，对于下一个LHC运行。
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通过图像差异发现新瞬态的能力而无需直接人类干预是观察天文学的重要任务。对于此类图像分类问题，机器学习技术（例如卷积神经网络（CNN））表现出了显着的成功。在这项工作中，我们介绍了来自Dark Energy Survey Supernova计划（DES-SN）的CNN上的图像上自动瞬态识别的结果，其主要重点是使用IA型超新星用于宇宙学。通过对CNN进行架构搜索，我们可以从工件（图像缺陷，错误分配等）中确定有效选择非艺术的网络（例如，超新星，可变星，AGN等），可实现先前工作的效率在随机的森林中，无需花费任何特征识别的努力。 CNN还可以帮助我们确定一个标记错误的图像的子集。在此子集中对图像进行重新标记，与CNN的结果分类明显优于以前的结果。
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可以使用成像型大气Cherenkov望远镜（IACTS）来检测由高能量颗粒产生的广泛的空气淋浴，可以使用成像氛围来检测。可以分析IACT图像以区分由伽马射线和HADRONs引起的事件，并推断出事件的参数，例如初级粒子的能量。我们使用卷积神经网络（CNNS）从TAIGA实验的望远镜分析蒙特卡罗模拟图像。该分析包括对对应于由伽马射线引起的淋浴和估计伽马射线的能量的图像的选择。我们使用来自两个望远镜的图像和CNNS使用来自两个望远镜的图像的图像进行比较CNN的性能。
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目前，由精确的径向速度（RV）观察结果受到恒星活性引入的虚假RV信号的限制。我们表明，诸如线性回归和神经网络之类的机器学习技术可以有效地从RV观测中删除活动信号（由于星形/张图引起的）。先前的工作着重于使用高斯工艺回归等建模技术仔细地过滤活性信号（例如Haywood等人，2014年）。取而代之的是，我们仅使用对光谱线平均形状的更改进行系统地删除活动信号，也没有有关收集观测值的信息。我们对模拟数据（使用SOAP 2.0软件生成； Dumusque等人，2014年生成）和从Harps-N太阳能望远镜（Dumusque等，2015; Phillips等人2015; 2016; Collier训练）培训了机器学习模型。 Cameron等人2019）。我们发现，这些技术可以从模拟数据（将RV散射从82 cm/s提高到3 cm/s）以及从HARPS-N太阳能望远镜中几乎每天进行的600多种真实观察结果来预测和消除恒星活动（将RV散射从82 cm/s提高到3 cm/s）。 （将RV散射从1.753 m/s提高到1.039 m/s，提高了约1.7倍）。将来，这些或类似的技术可能会从太阳系以外的恒星观察中去除活动信号，并最终有助于检测到阳光状恒星周围可居住的区域质量系外行星。
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本文介绍了频率卷积神经网络（CNN），用于快速，无创的2D剪切波速度（VS）成像的近表面地质材料。在频速度域中运行，可以在用于生成CNN输入的线性阵列，主动源实验测试配置中具有显着的灵活性，这些配置是归一化的分散图像。与波场图像不同，标准化的分散图像对实验测试配置相对不敏感，可容纳各种源类型，源偏移，接收器数量和接收器间距。我们通过将其应用于经典的近乎表面地球物理学问题，即成像两层，起伏的土壤 - 旁质界面的界面来证明频率CNN的有效性。最近，通过开发一个时间距离CNN来研究这个问题，该问题表现出了很大的希望，但在使用不同的现场测试配置方面缺乏灵活性。本文中，新的频道CNN显示出与时距CNN的可比精度，同时提供了更大的灵活性来处理各种现场应用程序。使用100,000个合成近表面模型对频率速度CNN进行了训练，验证和测试。首先，使用训练集的合成近表面模型测试了提议的频率CNN跨各种采集配置概括跨各种采集配置的能力，然后应用于在Austin的Hornsby Bend在Austin的Hornsby Bend收集的实验场数据美国德克萨斯州，美国。当针对更广泛的地质条件范围充分开发时，提出的CNN最终可以用作当前伪2D表面波成像技术的快速，端到端替代方案，或开发用于完整波形倒置的启动模型。
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我们提出了一种基于机器学习的新型方法，用于从干涉数据中检测出星系尺度的重力透镜，特别是使用国际Lofar望远镜（ILT）采用的方法，该镜头是在150 MHz的频率上观察到北部无线电天空，该频率是350的角度分辨率。 MAS和90 Ujy Beam-1（1 Sigma）的灵敏度。我们开发并测试了几个卷积神经网络，以确定给定样品被归类为镜头或非镜头事件的概率和不确定性。通过对包括逼真的镜头和非镜头无线电源的模拟干涉成像数据集进行训练和测试，我们发现可以恢复95.3％的镜头样品（真正的正速率），仅污染仅为0.008来自非静态样品（假阳性速率）的含量。考虑到预期的镜头概率，结果导致了92.2％的镜头事件的样品纯度。我们发现，当镜头图像之间的最大图像分离大于合成光束尺寸的3倍时，网络结构是最健壮的，并且镜头图像具有至少与20个Sigma（点源）的总磁通密度相等）检测。对于ILT，这对应于爱因斯坦半径大于0.5 ARCSEC和一个无线电源群体的镜头样品，其150 MHz通量密度超过2 MJY。通过应用这些标准和我们的镜头检测算法，我们希望发现Lofar两米天空调查中包含的绝大多数星系尺度重力透镜系统。
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分布式声音传感器（DAS）是有效的设备，在许多应用区域中广泛使用，用于记录各种事件的信号，这些事件沿光纤沿光纤沿着非常高的空间分辨率。为了正确地检测和识别记录的事件，具有高计算需求的高级信号处理算法至关重要。卷积神经网络是提取空间信息的高功能工具，非常适合DAS中的事件识别应用。长期术语内存（LSTM）是处理顺序数据的有效仪器。在这项研究中，我们提出了一种多输入的多输出，两个阶段特征提取方法，该方法将这些神经网络体系结构的能力与转移学习的能力结合在一起，以将压电传感器应用于光纤上的振动进行分类。首先，我们从相位-OTDR记录中提取了差幅度和相位信息，并将它们存储在时间空间数据矩阵中。然后，我们在第一阶段使用了最先进的预训练的CNN作为特征提取器。在第二阶段，我们使用LSTMS进一步分析了CNN提取的特征。最后，我们使用密集层来对提取的特征进行分类。为了观察使用的CNN体系结构的效果，我们通过五个最先进的预训练模型（VGG-16，Resnet-50，Densenet-121，Mobilenet和Inception-V3）测试了模型。结果表明，在我们的框架中使用VGG-16体系结构可以在50个培训中获得100％的分类精度，并在我们的相位数据集中获得最佳结果。这项研究的结果表明，与LSTM结合的预训练的CNN非常适合分析差分振幅和相位信息，在时间空间数据矩阵中表示，这对于DAS应用中的事件识别操作很有希望。
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Ligo被认为是有史以来最敏感和复杂的引力实验。其主要目标是通过观察其4公里臂的长度的距离比Proton直径小10,000倍的距离来检测来自宇宙中最强事件的引力波。由于其灵敏度，Ligo容易发生出外部噪声的干扰，这影响收集的数据以检测引力波。这些噪音通常被利加社区称为故障。该研究的一般目标是评估各种深度转移学习模型的性能即resnet101，resnet101v2，resnet152，resnet50，resnet50v2，vgg16，vgg19，xception，Inceptionresnetv2和densenet169在Grainational-Wave数据中的毛刺波形检测中。 vgg19型号录制了Hight Auc-Roc，98.98％。另一方面，Resnet152记录了93.954％的最低AUC-ROC，其在识别数据集中的几乎一半的课程时表现不佳。还观察到，vgg19，densenet169和vgg16的较少复杂的模型比大多数更复杂的模型更好地执行，这可能表明在识别毛刺波形时可能是优选的较差的模型。
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Delimiting salt inclusions from migrated images is a time-consuming activity that relies on highly human-curated analysis and is subject to interpretation errors or limitations of the methods available. We propose to use migrated images produced from an inaccurate velocity model (with a reasonable approximation of sediment velocity, but without salt inclusions) to predict the correct salt inclusions shape using a Convolutional Neural Network (CNN). Our approach relies on subsurface Common Image Gathers to focus the sediments' reflections around the zero offset and to spread the energy of salt reflections over large offsets. Using synthetic data, we trained a U-Net to use common-offset subsurface images as input channels for the CNN and the correct salt-masks as network output. The network learned to predict the salt inclusions masks with high accuracy; moreover, it also performed well when applied to synthetic benchmark data sets that were not previously introduced. Our training process tuned the U-Net to successfully learn the shape of complex salt bodies from partially focused subsurface offset images.
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到目前为止，我们的太阳系超出了未经证实的月亮（令人瞩目的魅力）。exoMoons为我们提供了新的可能居住的地方，这些地方也可能在古典居住区之外。但到目前为止，寻找exoMoons需要多种计算能力，因为采用经典统计方法。结果表明，通过使用深度学习和卷积神经网络（CNNS），可以使用与合成光曲线的卷曲曲线训练来找到膨胀型签名，与没有运输的真实光曲线合并。发现通过组合合成和观察的光曲线训练的CNN可以用于在开普勒数据集或比较数据集中找到更大或等于大约2-3个地球半径的卫星。在未来的任务中使用神经网络，如行星横向和恒星（柏拉图）可能能够检测exoMoons。
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尽管地面望远镜已经发现了许多近地的物体，但观测值却错过了一些快速移动的物体，尤其是那些近地检测限制的物体。我们开发了一个卷积神经网络，用于检测微弱的快速移动近地物体。它是通过模拟产生的人造条纹训练的，并且能够在模拟数据上找到这些小行星条纹的精度为98.7％，虚假正率为0.02％。该程序用于在2019年的四个晚上搜索来自Zwicky瞬态设施（ZTF）的图像数据，并确定了六个先前未被发现的小行星。我们的检测的视觉幅度范围为〜19.0-20.3，运动速率范围为〜6.8-24 dEG/天，与其他ZTF检测相比，这非常微弱。我们的小行星的大小也〜1-51 m，在近距离接近时〜5-60个月距距离〜5-60个月距离距离，假设其反照率值遵循已知的小行星的反照率分布函数。使用纯模拟的数据集来训练我们的模型，使该程序能够在检测微弱和快速移动的对象方面获得灵敏度，同时仍然能够恢复几乎所有使用真实检测来训练神经网络的神经网络几乎所有发现。我们的方法可以被任何观测员用于检测快速移动的小行星条纹。
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近年来，新发现的矿物沉积物数量和不同矿物质需求的增加有LED探索地质学家，寻找在矿物勘探的每个阶段加工不同数据类型的更有效和创新的方法。作为主要步骤，诸如岩性单元，改变类型，结构和指示剂矿物的各种特征被映射以辅助靶向矿床的决策。不同类型的遥感数据集如卫星和空气传播数据，使得可以克服与映射地质特征相关的常见问题。从不同平台获得的遥感数据量的快速增加鼓励科学家培养先进，创新和强大的数据处理方法。机器学习方法可以帮助处理广泛的遥感数据集，并确定诸如反射连续体和感兴趣的特征的组件之间的关系。这些方法在处理频谱和地面真理测量中是稳健的，用于噪声和不确定性。近年来，通过补充与遥感数据集的地质调查进行了许多研究，现在在地球科学研究中突出。本文对一些流行的和最近建立的机器学习方法的实施和适应提供了全面的审查，用于处理不同类型的遥感数据，并调查其用于检测各种矿床类型的应用。我们展示了组合遥感数据和机器学习方法的高能力，以映射对于提供潜在地图至关重要的不同地质特征。此外，我们发现高级方法的范围来处理新一代遥感数据，以创建改进的矿物前景图。
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机器学习和计算机视觉是动态增长的领域，事实证明，它们能够解决非常复杂的任务。它们也可以用于监测蜜蜂菌落和检查其健康状态，在这种情况至关重要之前，可以确定潜在的危险状态，或者更好地计划定期的蜜蜂殖民地检查，从而节省大量费用。在本文中，我们介绍了用于蜜蜂监视的最先进的计算机视觉和机器学习应用程序。我们还证明了这些方法的潜力，作为自动蜜蜂计数器算法的一个例子。该论文针对的是兽医和养育专业人士和专家，他们可能不熟悉机器学习来向他们介绍其可能性，因此，每个应用程序都通过与基本方法相关的简短理论介绍和动机来打开。我们希望本文能够激发其他科学家将机器学习技术用于蜜蜂监测中的其他应用。
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在2015年和2019年之间，地平线的成员2020年资助的创新培训网络名为“Amva4newphysics”，研究了高能量物理问题的先进多变量分析方法和统计学习工具的定制和应用，并开发了完全新的。其中许多方法已成功地用于提高Cern大型Hadron撞机的地图集和CMS实验所执行的数据分析的敏感性;其他几个人，仍然在测试阶段，承诺进一步提高基本物理参数测量的精确度以及新现象的搜索范围。在本文中，在研究和开发的那些中，最相关的新工具以及对其性能的评估。
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光学成像通常用于行业和学术界的科学和技术应用。在图像传感中，通过数字化图像的计算分析来执行一个测量，例如对象的位置。新兴的图像感应范例通过设计光学组件来执行不进行成像而是编码，从而打破了数据收集和分析之间的描述。通过将图像光学地编码为适合有效分析后的压缩，低维的潜在空间，这些图像传感器可以以更少的像素和更少的光子来工作，从而可以允许更高的直通量，较低的延迟操作。光学神经网络（ONNS）提供了一个平台，用于处理模拟，光学域中的数据。然而，基于ONN的传感器仅限于线性处理，但是非线性是深度的先决条件，而多层NNS在许多任务上的表现都大大优于浅色。在这里，我们使用商业图像增强器作为平行光电子，光学到光学非线性激活函数，实现用于图像传感的多层预处理器。我们证明，非线性ONN前处理器可以达到高达800：1的压缩率，同时仍然可以在几个代表性的计算机视觉任务中高精度，包括机器视觉基准测试，流程度图像分类以及对对象中对象的识别，场景。在所有情况下，我们都会发现ONN的非线性和深度使其能够胜过纯线性ONN编码器。尽管我们的实验专门用于ONN传感器的光线图像，但替代ONN平台应促进一系列ONN传感器。这些ONN传感器可能通过在空间，时间和/或光谱尺寸中预处处理的光学信息来超越常规传感器，并可能具有相干和量子质量，所有这些都在光学域中。
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