您当前浏览器版本过低,为了不影响您的使用,建议您使用最新的谷歌浏览器、火狐浏览器、 360浏览器,更换浏览器后使用更流畅!(注意!双核浏览器请切换为极速模式)
400-607-9388

好文推荐|基于牛顿物理增强神经网络的视觉点时空预测

2024-12-17
6922


艾思科蓝官网-版头.gif


640.png


近日,一篇由印度Government College of Engineering and Textile Technology、Bajaj Institute of Technology and Management、Velammal Engineering College和科威特American School of Education等机构学者合作的论文“Newtonian Physics Informed Neural Network (NwPiNN) for Spatio-Temporal Forecast of Visual Data”(译:基于牛顿物理增强神经网络的视觉点时空预测)在国际期刊《以人为中心的智能系统(英文)》(Human-Centric Intelligent Systems, HCIN, eISSN: 2667-1336)上公开发表(DOI:https://doi.org/10.1007/s44230-024-00071-5)。


640 (1).png


▲ 图1 牛顿物理增强神经网络(NwPiNN)的框架图。


一句话概要:

牛顿定律引导神经网络建模运动速度和加速度,提升图像序列的时空预测精度。


研究动机:

时间序列是一个非静态集合的专业术语,集合的数据点之间具有时间维度上的连续性。时间序列预测是指通过统计手段或智能算法来预测未来的数据点。传统方法以统计学为主,常见的模型包括自回归差分移动平均模型(ARIMA)和指数平滑法(SES)。随着机器智能的兴起,以LSTM为代表的时间序列预测模型在工程、医疗、司法等领域被广泛使用。

与大多数工作聚焦于数值点时间序列不同,该工作围绕视觉点,基于历史图像序列不同帧之间的关系来预测下一帧图像。时间序列预测的研究主要关注预测的时间步长和计算效率问题。传统LSTM模型难以预测长序列,而后续提出的Transformer模型虽然可以解决长序列问题,但计算效率较低。最新的研究工作分别从轻量化、可解释、损失设计等不同角度进行了优化。考虑到像素灰度值的预测会受速度和加速度的影响,该工作引入了牛顿定律来优化神经网络模型。


研究方法与发现:

本文提出了一种牛顿物理增强的神经网络(NwPiNN)。该网络采用LSTM作为基本骨架,计算像素灰度值的零阶、一阶和二阶导数,通过如下公式将计算的运动学特征加权融合:


640 (2).png

得出下一帧图像的预测结果。最后,计算预测值和真实值的RMSE损失,训练网络模型。

通过小球在坚硬和弹性表面分别进行弹跳试验,人工合成了两种视觉数据集。提出的NwPiNN方法在合成数据集上与ConvLSTM和CNN-LSTM等现有模型进行了全面对比。结果发现,NwPiNN方法的预测精度在大多数情况下优于ConvLSTM和CNN-LSTM方法,NwPiNN能够更好地捕捉视觉点时间序列中的动态变化。


研究贡献

1)该工作聚焦于视觉点时间序列预测,是对经典数值点时间序列预测的进一步延伸与扩展;

2)引入了牛顿物理定律,增强了模型建模像素灰度值变化速度和加速度的能力,降低了预测误差。


640 (3).png

(编辑:胡开喜)


关于期刊


640 (4).png

Human-Centric Intelligent Systems(eISSN:2667-1336)是一本国际化的,经过严格同行评审的开放获取期刊,致力于传播 “以人为中心的智能系统” 中所有相关理论和实际应用的最新研究成果,并提供以人为中心的计算与分析领域的前沿理论和算法见解。为了鼓励科研成果的传播,本刊暂不收取文章处理费。

期刊主编:西南交通大学李天瑞教授与澳大利亚悉尼科技大学徐贯东教授

顾问委员:东京大学教授,日本国家信息研究所所长Masaru Kitsuregawa与伊利诺伊大学芝加哥分校Philip S. Yu教授


投稿咨询:

HCIN期刊编辑部

Tel:17320182488

邮箱:hcin@editorialoffice.cn


艾思科蓝官网-版尾.jpg


已收藏 0
点赞 3

学术会议

 【IEEE出版/高校联合主办/启动评优】第八届物联网、自动化和人工智能国际学术会议(IoTAAI 2026)
第八届物联网、自动化和人工智能国际学术会议(IoTAAI 2026)将于2026年5月29-31日在中国哈尔滨举行,本会议将围绕“物联网、自动化、人工智能”的最新研究领域展开探讨交流。
2026-05-29
【北航主办,高录用快检索】第十二届机械工程、材料与自动化技术国际学术会议(MMEAT 2026)
第十二届机械工程、材料和自动化技术国际会议(MMEAT 2026)将于2026年6月5日-7日在北京隆重举行,会议把机械工程、材料和自动化技术领域的创新学者和工业专家聚集到一个共同的论坛。
2026-06-05
【IEEE出版|南方科技大学主办】第十一届电气、电子和计算机工程研究国际学术研讨会(ISAEECE 2026)
第十一届电气、电子和计算机工程研究国际学术研讨会(ISAEECE 2026)定于2026年6月12至14日在中国深圳市召开,会议旨在为相关领域专家学者提供一个可交流学术成果,促进合作的平台。
2026-06-12
【本周截稿|SPIE出版|EI稳定】2026通信系统与通信网络国际学术会议(CSACN 2026)
2026通信系统与通信网络国际学术会议(CSACN 2026)将于2026年5月15-17日在中国西双版纳举行。组委会诚挚地邀请您参与,共同探讨通信、信息系统和计算机工程领域的未来发展。
2026-05-15
【杰青报告|ACM出版|EI稳定】2026年第二届人工智能与智能制造国际学术会议(ICAISM 2026)
2026年第二届人工智能与智能制造国际会议(ICAISM 2026)定于2026年5月29-31日在中国重庆举行,旨在为从事“人工智能”与“智能制造”研究的专家、学者、工程师提供交流平台。
2026-05-29
【中南大学主办 | 5.8最终截稿】第二届机电一体化、机器人与人工智能国际学术会议(MRAI 2026)
第二届机电一体化、机器人与人工智能国际学术会议(MRAI 2026)将于2026年5月22-24日在湖南长沙召开。机械工程、工业技术、设计与工业互联网、自动化工程等相关主题欢迎投稿
2026-05-22
相关资讯

不收版面费还给稿酬的60本刊物汇总

不收版面费还给稿酬的60本刊物汇总

45957

4

2026-01-07

Scientific Reports暴跌3区后,700元新神刊崛起!网友亲测:命中高,白菜价

Scientific Reports暴跌3区后,700元新神刊崛起!网友亲测:命中高,白菜价

44138

3

2026-01-16

10本不收版面费:超好发几乎不退稿的知网普刊,录用超快,硕士可独作~

10本不收版面费:超好发几乎不退稿的知网普刊,录用超快,硕士可独作~

4410

4

2026-04-22

143本不收版面费的普刊总览,最快1个月录用,硕士可独作,本科也能发

143本不收版面费的普刊总览,最快1个月录用,硕士可独作,本科也能发

5952

4

2026-04-22

比《CEJ》更 “香” 的期刊,中科院一区Top,IF=10.1,初审3天,30分钟拒稿,这还不好中?

比《CEJ》更 “香” 的期刊,中科院一区Top,IF=10.1,初审3天,30分钟拒稿,这还不好中?

5208

4

2026-04-22

杀疯了!新晋一区TOP黑马!IF:10《International Journal of Biological Sciences》国人占比第一!

杀疯了!新晋一区TOP黑马!IF:10《International Journal of Biological Sciences》国人占比第一!

5224

4

2026-04-22