计算机生成（CG）图像鉴别方法研究进展

 

中国科学院自动化研究所视频内容安全团队构建了一个包含14万张图片的大规模计算机生成图像数据集（Large-Scale CG images Benchmark, NLPR-LSCGB），并提出一种鲁棒的基于纹理感知的CG图像鉴别方法（Robust Texture-aware Computer-generated Image Forensic）。相关成果发表于IEEE Transactions on Image Processing（TIP）。相比于现有数据集数据量小、内容单一的问题，NLPR-LSCGB图像数据集具有较大优势。通过大量实验发现，自然图像和计算机生成图像区别存在于图像的纹理细节中。新方法在已有的数据库及NLPR-LSCGB大规模数据集中性能都超过了现有的方法，充分证明了算法的有效性。

 

MagX: 基于永磁铁的可穿戴、无束缚的手部跟踪技术

 

上海交通大学电子信息与电气工程学院陈东尧等人与合作者在计算机网络领域物联网方向取得新进展。相关成果发表于International Conference on Mobile Computing and Networking (ACM MobiCom 2021)。该研究提供了一种完全不受约束的人体手部跟踪系统Mag-X，该系统利用无源磁铁和一种新型的磁感应平台实现。由于无源磁铁无须维护，因而它们可以永久地戴在用户手上，系统中只有传感器需要充电，与智能手表类似。Mag-X还可以用于其他多种应用场景，来弥补传统的“视觉+机器学习”解决方案的显著不足。例如增强现实（AR）应用中，使用者可以佩戴Mag-X在黑夜或视线受遮挡的情况下实现精准的手部动作跟踪。

 

五次三维流形的Gromov-Witten势函数的多项式结构

 

北京大学数学科学学院郭帅副教授与合作者在BCOV理论的A-模型结构方面取得重要突破。相关成果发表于Annals of Mathematics。镜像对称是近年来现代数学物理方向兴起的一个前沿分支，最早源自于物理学中的弦对偶性。在数学上预言了Calabi-Yau三维流形中有理曲线（亏格0）的计数问题（Gromov-Witten不变量），与其镜像流形上的周期积分，可通过镜像映射这样一座神奇的桥梁建立对应。Yamaguchi-Yau基于BCOV理论给出了一个更为精确的数学描述，该猜想被称为多项式结构猜想。该研究使用NMSP理论在数学上对五次超曲面实现了BCOV猜想的有限生成性质和有限初始条件，并由此证明了Yamaguchi-Yau多项式结构猜想。

 

普适计算无线感知研究进展

 

中国科学院软件研究所软件工程技术研究开发中心团队针对无线感知中距离受限的问题，提出将低功耗、远距离通信的LoRa技术运用于远距离非接触感知的新思路，解决了无线感知距离受限的问题。相关成果发表于ACM UbiComp 2021。该研究将低功耗、远距离通信的LoRa技术运用于远距离非接触感知。利用LoRa接收端配置的双天线，设计基于信号商的降噪算法有效消除了基带信号以及收发不同步带来的误差，大幅提升感知范围，实现了仅需一对LoRa收发设备即可在25米外进行人体呼吸检测。在隔两堵墙的场景下，检测距离依然可达15米，实现远距离感知的目前国际最佳性能。

 

生物振荡系统的调频调幅控制器及最优能量实现

 

复旦大学数学科学学院林伟教授等人提出复杂时空系统节律调制的方法和理论。相关成果发表于Nature Communications。由于各种原因所导致的不正常的频率或振幅会造成节律紊乱进而引起各种生理疾病，如睡眠障碍、二型糖尿病、肥胖等。因此，如何精确调控生物节律的频率和振幅使其恢复正常成为了一个重要的科学问题。该研究系统性地用严格的数学理论和普适的计算方法准确地设计了可用于调节时空生物振荡器内在频率和振幅的控制器。该方法可以普适性地应用于不同尺度带有扩散现象的生物节律模型，实现频率振幅的可算可控。该成果也将有关生物振荡系统频率振幅调制的早期理论成果成功推至“时空复杂系统”之中。

 

基于谐波函数分解的阵列匀场线圈设计理论

 

中国科学院苏州生物医学工程技术研究所杨晓冬课题组与德国弗莱堡大学合作，提出一种基于谐波函数分解的阵列匀场线圈设计理论（Spherical Harmonics Decomposition Method，SHDM），可基于一组阵列线圈设计，适应多种类型的匀场需求。相关成果发表于IEEE Transactions on Biomedical Engineering。通过针对一阶、三阶以及混合的一/二阶场的匀场设计，与标准阵列线圈比较，优化的阵列线圈性能显著提升，包括降低功耗、最大电流幅度和总电流。进一步计算表明，线圈的几何形状在优化中相比标准阵列线圈，结构适应了其最差性能球谐函数场分布，从而获取整体更好的匀场能力。

 

面部表情加工的大脑网络研究进展

 

中国科学院心理研究所脑与认知科学国家重点实验室研究员傅小兰研究组开展了一项元分析研究，重构表情加工的大脑网络。相关成果发表于Neuroscience & Biobehavioral Reviews。元分析采用了GingerALE提供的激活似然性评估（ALE）算法，将96项包含健康成年被试（1794人）报告全脑激活坐标的fMRI与PET的研究纳入此项元分析。表情与中性面孔对比结果显示，腹侧通路而非背侧通路负责表情加工；外显、内隐、被动观看3种实验任务的对比结果发现，左侧梭状回面孔区负责自下而上的表情加工；动态和静态表情加工对比分析表明，腹侧和背侧通路在动态表情加工中都有更强激活。

 

计算机视觉领域研究进展

 

上海科技大学信息学院高盛华课题组针对360度的全景图像视频理解问题，提出一种新型的球状卷积神经网络（Spherical Convolutional Neural Networks）新型深度网络。相关成果发表于IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence。基于360度全景图像视频理解需要考虑投影失真，以便提升图像理解的性能。该新型网络包括球状卷积操作、球状池化操作、球状卷积LSTM单元和球状均方差损失函数（MSE）。相比于标准的卷积神经网络，该网络将等矩阵映射时候导致的物体形状失真考虑其中，可以提取到鲁棒的视觉特征。结果证明，该方法在显著性检测等任务中优于现有模型。

 

过去6000年罗斯海改性绕极深层水入侵及其对海冰和企鹅种群的影响

 

中国科学技术大学环境科学与工程系、极地环境与全球变化安徽省重点实验室谢周清研究小组在企鹅古生态研究领域取得进展。相关成果发表于Geophysical Research Letters。在全球变暖的背景下，企鹅的生存引起广泛的关注。气候变化对企鹅种群的影响是多方位的，大气环流、海洋条件、浮游生物群落等要素相互耦合，大尺度气候模式和局部地形条件共同作用。该项研究采用企鹅粪土沉积物作为南大洋上升流的记录载体，在对大洋环流的状况给出约束的同时，更直接地将海洋与陆地上的生物联系起来，为探究过去大洋环流的变化及其与生态系统的联系提供了新工具。

 

滨海湿地碳汇功能及其对气候变化的响应研究

 

中国科学院烟台海岸带研究所韩广轩研究组基于长期野外定位观测和原位控制试验，在滨海湿地碳汇功能及其对气候变化的响应研究中取得了新进展。系列成果发表于Agricultural and Forest Meterology。在全球气候变化背景下，极端降雨事件发生频次增加，研究降雨量变化、降雨量季节分配及其极端降雨导致的淹水对滨海湿地碳循环长期变化趋势及其机制是准确评估蓝碳功能的关键。8年连续监测数据表明，春季降雨量分配是滨海湿地净生态系统CO2交换（NEE）年际变化的主控因子。另外，极端降雨导致的淹水胁迫降低芦苇湿地植被的光合作用，最终对碳吸收产生抑制作用，极端降雨年份累计CO2吸收能力比正常年份减少了56%。

 

南海海洋热浪事件及其生成机制

 

中国科学院南海海洋研究所热带海洋环境国家重点实验室（LTO）研究员王春团队发现南海夏季海洋热浪的时空分布、变化及其物理机制。相关成果发表于Journal of Geophysical Research-Oceans。夏季西北太平洋副热带高压异常增强并西伸，导致南海夏季风减弱，进而导致越南南部上升流减弱甚至消失。没有上升流及其匹配的东向流的冷水输送后，南海中、南部海域迅速升温，从而引发海洋热浪事件。南海海洋热浪事件导致2010年以来南海珊瑚礁不断白化。2020年夏，我国南海北部湾、西沙群岛、南沙群岛等海域均出现严重珊瑚礁白化事件。未来三大洋相互作用的持续研究是预测、预报南海夏季极端海洋热浪事件时必须考虑的因素。

 

长时间尺度海洋氧化还原演化

 

南京大学魏广祎助理研究员、凌洪飞教授与国内外合作者探索了一种新的独立的能够示踪全球海洋氧化还原状态的指标，重建了长时间尺度下海洋整体氧化还原变化。相关成果发表于Geology。由于早期海水硫酸盐浓度极低，全球范围内海样重晶石沉淀极少，使得溶解Ba大量积累。随着海洋氧化程度的增加，海水中硫酸盐浓度的逐步上升，造成海水重晶石饱和度提高，海洋沉淀重晶石增加，但是随着全球范围内海洋重晶石的大量沉淀，海水溶解Ba浓度逐渐下降。当其浓度下降至接近现代海水水平时，即使远洋海水具有极高的硫酸盐浓度也无法造成重晶石的大量沉淀。

 

大洋岩石圈减薄与初始俯冲的地幔岩石学研究

 

中国地质大学（北京）海洋学院龚小晗、许继峰、史仁灯等人研究了西藏南部代表新特提斯洋俯冲产物的普兰蛇绿岩。相关成果发表于GSA Bulletin。蛇绿岩带是探索俯冲带形成机制的重要窗口。该研究提出普兰蛇绿岩起源与侵位的新模型：新特提斯洋岩石圈在漫长的演化过程中逐步冷却并达到最大厚度（约100km），随后在广泛的地幔柱作用（约140～130Ma）影响下，成熟（厚的）大洋岩石圈逐步被弱化并发生减薄，来自岩石圈深部的石榴石橄榄岩转变为尖晶石橄榄岩。不断减薄的大洋岩石圈形成板内构造薄弱带，进而发育成新的（约130～120Ma）俯冲带，并引发弧前伸展，尖晶石橄榄岩在拆离断层作用下快速剥露至海底。

 

Nrf2通路参与水生动物氧化应激调控的研究进展

 

浙江海洋大学海洋科学与技术学院、国家海洋设施养殖工程技术研究中心严小军和祁鹏志等人介绍了Nrf2的结构以及调控机制，回顾了近年来水生动物Nrf2通路参与氧化应激调控所取得的进展。相关成果发表于《海洋与湖沼》。研究表明，Nrf2在水生动物中广泛存在，Nrf2一经激活入核，在小Maf蛋白的协助下与抗氧化反应元件结合，启动一系列ARE驱动基因的表达，并和孕烷X受体、丝裂原活化蛋白激酶，以及芳烃受体等细胞通路协同作用参与一系列生理过程。Nrf2在水生动物响应环境变化过程中发挥重要的细胞保护机制，有望发展成为抗逆育种潜在的基因靶点。

 

水环境中微塑料污染控制研究

 

中国海洋大学环境科学与工程学院李锋民教授团队与国外合作者成功制备了可降解、能重复利用的甲壳素/碳质纳米材料复合材料，实现了对水环境中微塑料的高效去除。相关成果陆续发表于Chemical Engineering Journal和Journal of hazardous materials。研究团队以甲壳素为原料，掺杂能够通过π-π作用吸附聚苯乙烯的碳质纳米材料，如氧化石墨烯（GO）和氧改性石墨相氮化碳（O-C3N4），构建双交联网络，成功制备出高强度、可压缩的多孔甲壳素基复合材料。GO和O-C3N4的掺杂显著改善了该复合材料的机械性能，有利于吸附中的再生和循环应用。同时其对聚苯乙烯微塑料的吸附性能也得到显著提升，去除率最高可达92%。

 

蓝色食品环境表现

 

上海海洋大学水产与生命学院张文博博士与美国大学、斯德哥尔摩应变中心等单位的合作者将不同来源和生产方式的蓝色食品（来自水产养殖和捕捞的水产品）进行统一的标准化环境影响的研究。相关成果发表于Nature。研究表明，海藻和养殖的双壳类动物，如贻贝和牡蛎，产生的温室气体和营养物质氮磷排放最少，占用的土地和消耗的淡水资源也最少。捕捞渔业也导致很少的营养物质排放，并使用有限的土地和淡水资源，但与养殖鱼类相比，不同的捕捞渔业温室气体排放差异显著，例如沙丁鱼和鳕鱼捕捞渔业温室气体排放相对较低，而比目鱼和龙虾捕捞渔业温室气体排放相对较高。