A deep learning strategy is developed for fast and accurate gas property measurements using flame emission spectroscopy (FES). Particularly, the short-gated fast FES is essential to resolve fast-evolving combustion behaviors. However, as the exposure time for capturing the flame emission spectrum gets shorter, the signal-to-noise ratio (SNR) decreases, and characteristic spectral features indicating the gas properties become relatively weaker. Then, the property estimation based on the short-gated spectrum is difficult and inaccurate. Denoising convolutional neural networks (CNN) can enhance the SNR of the short-gated spectrum. A new CNN architecture including a reversible down- and up-sampling (DU) operator and a loss function based on proper orthogonal decomposition (POD) coefficients is proposed. For training and testing the CNN, flame chemiluminescence spectra were captured from a stable methane-air flat flame using a portable spectrometer (spectral range: 250 - 850 nm, resolution: 0.5 nm) with varied equivalence ratio (0.8 - 1.2), pressure (1 - 10 bar), and exposure time (0.05, 0.2, 0.4, and 2 s). The long exposure (2 s) spectra were used as the ground truth when training the denoising CNN. A kriging model with POD is trained by the long-gated spectra for calibration, and then the prediction of the gas properties taking the denoised short-gated spectrum as the input: The property prediction errors of pressure and equivalence ratio were remarkably lowered in spite of the low SNR attendant with reduced exposure.

随着Terahertz（THZ）信号产生和辐射方法的最新进展，关节通信和传感应用正在塑造无线系统的未来。为此，预计将在用户设备设备上携带THZ光谱，以识别感兴趣的材料和气态组件。 THZ特异性的信号处理技术应补充这种对THZ感应的重新兴趣，以有效利用THZ频带。在本文中，我们介绍了这些技术的概述，重点是信号预处理（标准的正常差异归一化，最小值 - 最大归一化和Savitzky-Golay滤波），功能提取（主成分分析，部分最小二乘，t，T，T部分，t部分，t部分正方形，T - 分布的随机邻居嵌入和非负矩阵分解）和分类技术（支持向量机器，k-nearest邻居，判别分析和天真的贝叶斯）。我们还通过探索他们在THZ频段的有希望的传感能力来解决深度学习技术的有效性。最后，我们研究了在联合通信和传感的背景下，研究方法的性能和复杂性权衡；我们激励相应的用例，并在该领域提供未来的研究方向。

解决纳米级的形态学化相变对各种学科的许多科学和工业应用至关重要。通过组合全场传输X射线显微镜（TXM）和X射线吸收附近边缘结构（XANES）的TXM-XANES成像技术是通过获取具有多能量X的一系列显微镜图像来操作的新兴工具 - 接合并配合以获得化学图。然而，由于系统误差和用于快速采集的低曝光照明，其能力受到差的信噪比差的限制。在这项工作中，通过利用TXM-XANES成像数据的内在属性和子空间建模，我们引入了一种简单且坚固的去噪方法来提高图像质量，这使得能够快速和高灵敏度的化学成像。对合成和实时数据集的广泛实验证明了该方法的优越性。

A methodology is proposed, which addresses the caveat that line-of-sight emission spectroscopy presents in that it cannot provide spatially resolved temperature measurements in nonhomogeneous temperature fields. The aim of this research is to explore the use of data-driven models in measuring temperature distributions in a spatially resolved manner using emission spectroscopy data. Two categories of data-driven methods are analyzed: (i) Feature engineering and classical machine learning algorithms, and (ii) end-to-end convolutional neural networks (CNN). In total, combinations of fifteen feature groups and fifteen classical machine learning models, and eleven CNN models are considered and their performances explored. The results indicate that the combination of feature engineering and machine learning provides better performance than the direct use of CNN. Notably, feature engineering which is comprised of physics-guided transformation, signal representation-based feature extraction and Principal Component Analysis is found to be the most effective. Moreover, it is shown that when using the extracted features, the ensemble-based, light blender learning model offers the best performance with RMSE, RE, RRMSE and R values of 64.3, 0.017, 0.025 and 0.994, respectively. The proposed method, based on feature engineering and the light blender model, is capable of measuring nonuniform temperature distributions from low-resolution spectra, even when the species concentration distribution in the gas mixtures is unknown.

泊松方程至关重要，以获得用于霍尔效应推进器和炉射线放电的等离子体流体模拟中的自我一致的解决方案，因为泊松解决方案看起来是不稳定的非线性流动方程的源期。作为第一步，使用多尺度架构研究了使用深神经网络的零小小的边界条件的求解2D泊松方程，以分支机构，深度和接收领域的数量定义。一个关键目标是更好地了解神经网络如何学习泊松解决方案，并提供指导方针来实现最佳网络配置，特别是当耦合到具有等离子体源术语的时变欧拉方程时。这里，发现接收领域对于正确捕获场的大拓扑结构至关重要。对多种架构，损失和封锁的调查提供了最佳的网络来准确解决稳定的泊松问题。然后在具有越来越多的节点的网格上监测称为Plasmanet的最佳神经网络求解器的性能，并与经典平行的线性溶剂进行比较。接下来，在电子等离子体振荡测试盒的上下文中，Plasmanet与不稳定的欧拉等离子体流体方程求解器联接。在这一时间不断发展的问题中，需要物理损失来产生稳定的模拟。最终测试了涉及化学和平流的更复杂的放电繁殖案例。应用了先前部分中建立的指导方针，以构建CNN，以解决具有不同边界条件的圆柱形坐标中的相同泊松方程。结果揭示了良好的CNN预测，并利用现代GPU的硬件铺平了新的计算策略，以预测涉及泊松方程的不稳定问题。

Fruit is a key crop in worldwide agriculture feeding millions of people. The standard supply chain of fruit products involves quality checks to guarantee freshness, taste, and, most of all, safety. An important factor that determines fruit quality is its stage of ripening. This is usually manually classified by experts in the field, which makes it a labor-intensive and error-prone process. Thus, there is an arising need for automation in the process of fruit ripeness classification. Many automatic methods have been proposed that employ a variety of feature descriptors for the food item to be graded. Machine learning and deep learning techniques dominate the top-performing methods. Furthermore, deep learning can operate on raw data and thus relieve the users from having to compute complex engineered features, which are often crop-specific. In this survey, we review the latest methods proposed in the literature to automatize fruit ripeness classification, highlighting the most common feature descriptors they operate on.

对医疗保健监控的远程工具的需求从未如此明显。摄像机测量生命体征利用成像装置通过分析人体的图像来计算生理变化。建立光学，机器学习，计算机视觉和医学的进步这些技术以来的数码相机的发明以来已经显着进展。本文介绍了对生理生命体征的相机测量综合调查，描述了它们可以测量的重要标志和实现所做的计算技术。我涵盖了临床和非临床应用以及这些应用需要克服的挑战，以便从概念上推进。最后，我描述了对研究社区可用的当前资源（数据集和代码），并提供了一个全面的网页（https://cameravitals.github.io/），其中包含这些资源的链接以及其中引用的所有文件的分类列表文章。

机器学习（ML）是指根据大量数据预测有意义的输出或对复杂系统进行分类的计算机算法。 ML应用于各个领域，包括自然科学，工程，太空探索甚至游戏开发。本文的重点是在化学和生物海洋学领域使用机器学习。在预测全球固定氮水平，部分二氧化碳压力和其他化学特性时，ML的应用是一种有前途的工具。机器学习还用于生物海洋学领域，可从各种图像（即显微镜，流车和视频记录器），光谱仪和其他信号处理技术中检测浮游形式。此外，ML使用其声学成功地对哺乳动物进行了分类，在特定的环境中检测到濒临灭绝的哺乳动物和鱼类。最重要的是，使用环境数据，ML被证明是预测缺氧条件和有害藻华事件的有效方法，这是对环境监测的重要测量。此外，机器学习被用来为各种物种构建许多对其他研究人员有用的数据库，而创建新算法将帮助海洋研究界更好地理解海洋的化学和生物学。

使用致动万向节的机械图像稳定使得能够捕获长曝光镜头而不会因相机运动而遭受模糊。然而，这些装置通常是物理上繁琐和昂贵的，限制了他们广泛的使用。在这项工作中，我们建议通过输入快速未稳定的相机的输入来数字化地模拟机械稳定的系统。在短曝光的长曝光和低SNR处开发运动模糊之间的折衷，我们通过聚集由未知运动相关的嘈杂短曝光框架来培训估计尖锐的高SNR图像的CNN。我们进一步建议以端到端的方式学习突发的曝光时间，从而平衡噪声和模糊穿过框架。我们展示了这种方法，通过传统的去掩盖单个图像或在合成和实际数据上去除固定曝光突发的传统方法的优势。

间接飞行时间（ITOF）相机是一个有希望的深度传感技术。然而，它们容易出现由多路径干扰（MPI）和低信噪比（SNR）引起的错误。传统方法，在去噪后，通过估计编码深度的瞬态图像来减轻MPI。最近，在不使用中间瞬态表示的情况下，共同去噪和减轻MPI的数据驱动方法已经成为最先进的。在本文中，我们建议重新审视瞬态代表。使用数据驱动的Priors，我们将其插入/推断ITOF频率并使用它们来估计瞬态图像。给定直接TOF（DTOF）传感器捕获瞬态图像，我们将我们的方法命名为ITOF2DTOF。瞬态表示是灵活的。它可以集成与基于规则的深度感测算法，对低SNR具有强大，并且可以处理实际上出现的模糊场景（例如，镜面MPI，光学串扰）。我们在真正深度传感方案中展示了先前方法上的ITOF2DTOF的好处。

图像超分辨率（SR）是重要的图像处理方法之一，可改善计算机视野领域的图像分辨率。在过去的二十年中，在超级分辨率领域取得了重大进展，尤其是通过使用深度学习方法。这项调查是为了在深度学习的角度进行详细的调查，对单像超分辨率的最新进展进行详细的调查，同时还将告知图像超分辨率的初始经典方法。该调查将图像SR方法分类为四个类别，即经典方法，基于学习的方法，无监督学习的方法和特定领域的SR方法。我们还介绍了SR的问题，以提供有关图像质量指标，可用参考数据集和SR挑战的直觉。使用参考数据集评估基于深度学习的方法。一些审查的最先进的图像SR方法包括增强的深SR网络（EDSR），周期循环gan（Cincgan），多尺度残留网络（MSRN），Meta残留密度网络（META-RDN） ，反复反射网络（RBPN），二阶注意网络（SAN），SR反馈网络（SRFBN）和基于小波的残留注意网络（WRAN）。最后，这项调查以研究人员将解决SR的未来方向和趋势和开放问题的未来方向和趋势。

信号处理是几乎任何传感器系统的基本组件，具有不同科学学科的广泛应用。时间序列数据，图像和视频序列包括可以增强和分析信息提取和量化的代表性形式的信号。人工智能和机器学习的最近进步正在转向智能，数据驱动，信号处理的研究。该路线图呈现了最先进的方法和应用程序的关键概述，旨在突出未来的挑战和对下一代测量系统的研究机会。它涵盖了广泛的主题，从基础到工业研究，以简明的主题部分组织，反映了每个研究领域的当前和未来发展的趋势和影响。此外，它为研究人员和资助机构提供了识别新前景的指导。

高光谱成像由于其在捕获丰富的空间和光谱信息的能力上提供了多功能应用，这对于识别物质至关重要。但是，获取高光谱图像的设备昂贵且复杂。因此，已经通过直接从低成本，更多可用的RGB图像重建高光谱信息来提出了许多替代光谱成像方法。我们详细研究了来自广泛的RGB图像的这些最先进的光谱重建方法。对25种方法的系统研究和比较表明，尽管速度较低，但大多数数据驱动的深度学习方法在重建精度和质量方面都优于先前的方法。这项全面的审查可以成为同伴研究人员的富有成果的参考来源，从而进一步启发了相关领域的未来发展方向。

以知情方式监测和管理地球林是解决生物多样性损失和气候变化等挑战的重要要求。虽然森林评估的传统或空中运动提供了在区域一级分析的准确数据，但将其扩展到整个国家，以外的高度分辨率几乎不可能。在这项工作中，我们提出了一种贝叶斯深度学习方法，以10米的分辨率为全国范围的森林结构变量，使用自由可用的卫星图像作为输入。我们的方法将Sentinel-2光学图像和Sentinel-1合成孔径雷达图像共同变换为五种不同的森林结构变量的地图：95th高度百分位，平均高度，密度，基尼系数和分数盖。我们从挪威的41个机载激光扫描任务中培训和测试我们的模型，并证明它能够概括取消测试区域，从而达到11％和15％之间的归一化平均值误差，具体取决于变量。我们的工作也是第一个提出贝叶斯深度学习方法的工作，以预测具有良好校准的不确定性估计的森林结构变量。这些提高了模型的可信度及其适用于需要可靠的信心估计的下游任务，例如知情决策。我们提出了一组广泛的实验，以验证预测地图的准确性以及预测的不确定性的质量。为了展示可扩展性，我们为五个森林结构变量提供挪威地图。

自动化驾驶系统（广告）开辟了汽车行业的新领域，为未来的运输提供了更高的效率和舒适体验的新可能性。然而，在恶劣天气条件下的自主驾驶已经存在，使自动车辆（AVS）长时间保持自主车辆（AVS）或更高的自主权。本文评估了天气在分析和统计方式中为广告传感器带来的影响和挑战，并对恶劣天气条件进行了解决方案。彻底报道了关于对每种天气的感知增强的最先进技术。外部辅助解决方案如V2X技术，当前可用的数据集，模拟器和天气腔室的实验设施中的天气条件覆盖范围明显。通过指出各种主要天气问题，自主驾驶场目前正在面临，近年来审查硬件和计算机科学解决方案，这项调查概述了在不利的天气驾驶条件方面的障碍和方向的障碍和方向。

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。

Wearable sensors for measuring head kinematics can be noisy due to imperfect interfaces with the body. Mouthguards are used to measure head kinematics during impacts in traumatic brain injury (TBI) studies, but deviations from reference kinematics can still occur due to potential looseness. In this study, deep learning is used to compensate for the imperfect interface and improve measurement accuracy. A set of one-dimensional convolutional neural network (1D-CNN) models was developed to denoise mouthguard kinematics measurements along three spatial axes of linear acceleration and angular velocity. The denoised kinematics had significantly reduced errors compared to reference kinematics, and reduced errors in brain injury criteria and tissue strain and strain rate calculated via finite element modeling. The 1D-CNN models were also tested on an on-field dataset of college football impacts and a post-mortem human subject dataset, with similar denoising effects observed. The models can be used to improve detection of head impacts and TBI risk evaluation, and potentially extended to other sensors measuring kinematics.

全球抗菌耐药性（AMR）的增加是对人类健康的严重威胁。为了避免AMR的传播，快速可靠的诊断工具可以促进最佳的抗生素管理。在这方面，拉曼光谱学有望在一步中快速标记和无培养物鉴定以及抗菌敏感性测试（AST）。但是，尽管许多基于拉曼的细菌识别和AST研究表现出了令人印象深刻的结果，但仍必须解决一些缺点。为了弥合概念验证研究和临床应用之间的差距，我们与新的数据增强算法相结合开发了机器学习技术，以快速鉴定最小制备的细菌表型和甲氧西林抗甲氧西林（MR）的区别（MR）的区别甲氧西林敏感（MS）细菌。为此，我们为细菌的超光谱拉曼图像实施了光谱变压器模型。我们表明，我们的模型在精度和训练时间方面都超过了许多分类问题的标准卷积神经网络模型。对于六种MR-MS细菌物种，我们在数据集中达到了超过96美元的分类精度，该数据集由15个不同类别和95.6 $ \％$分类精度。更重要的是，我们的结果仅使用快速，易于生产的培训和测试数据获得

Multispectral imaging has been used for numerous applications in e.g., environmental monitoring, aerospace, defense, and biomedicine. Here, we present a diffractive optical network-based multispectral imaging system trained using deep learning to create a virtual spectral filter array at the output image field-of-view. This diffractive multispectral imager performs spatially-coherent imaging over a large spectrum, and at the same time, routes a pre-determined set of spectral channels onto an array of pixels at the output plane, converting a monochrome focal plane array or image sensor into a multispectral imaging device without any spectral filters or image recovery algorithms. Furthermore, the spectral responsivity of this diffractive multispectral imager is not sensitive to input polarization states. Through numerical simulations, we present different diffractive network designs that achieve snapshot multispectral imaging with 4, 9 and 16 unique spectral bands within the visible spectrum, based on passive spatially-structured diffractive surfaces, with a compact design that axially spans ~72 times the mean wavelength of the spectral band of interest. Moreover, we experimentally demonstrate a diffractive multispectral imager based on a 3D-printed diffractive network that creates at its output image plane a spatially-repeating virtual spectral filter array with 2x2=4 unique bands at terahertz spectrum. Due to their compact form factor and computation-free, power-efficient and polarization-insensitive forward operation, diffractive multispectral imagers can be transformative for various imaging and sensing applications and be used at different parts of the electromagnetic spectrum where high-density and wide-area multispectral pixel arrays are not widely available.

作为混合成像技术，光声显微镜（PAM）成像由于激光强度的最大允许暴露，组织中超声波的衰减以及换能器的固有噪声而受到噪声。去噪是降低噪声的后处理方法，并且可以恢复PAM图像质量。然而，之前的去噪技术通常严重依赖于数学前导者以及手动选择的参数，导致对不同噪声图像的不令人满意和慢的去噪能，这极大地阻碍了实用和临床应用。在这项工作中，我们提出了一种基于深度学习的方法，可以从PAM图像中除去复杂的噪声，没有数学前导者，并手动选择不同输入图像的设置。注意增强的生成对抗性网络用于提取图像特征并去除各种噪声。在合成和实际数据集上证明了所提出的方法，包括幻影（叶静脉）和体内（小鼠耳血管和斑马鱼颜料）实验。结果表明，与先前的PAM去噪方法相比，我们的方法在定性和定量上恢复图像时表现出良好的性能。此外，为256次\ times256 $像素的图像实现了0.016 s的去噪速度。我们的方法对于PAM图像的去噪有效和实用。