Visual structural inspections are an inseparable part of post-earthquake damage assessments. With unmanned aerial vehicles (UAVs) establishing a new frontier in visual inspections, there are major computational challenges in processing the collected massive amounts of high-resolution visual data. We propose twin deep learning models that can provide accurate high-resolution structural components and damage segmentation masks efficiently. The traditional approach to cope with high memory computational demands is to either uniformly downsample the raw images at the price of losing fine local details or cropping smaller parts of the images leading to a loss of global contextual information. Therefore, our twin models comprising Trainable Resizing for high-resolution Segmentation Network (TRS-Net) and DmgFormer approaches the global and local semantics from different perspectives. TRS-Net is a compound, high-resolution segmentation architecture equipped with learnable downsampler and upsampler modules to minimize information loss for optimal performance and efficiency. DmgFormer utilizes a transformer backbone and a convolutional decoder head with skip connections on a grid of crops aiming for high precision learning without downsizing. An augmented inference technique is used to boost performance further and reduce the possible loss of context due to grid cropping. Comprehensive experiments have been performed on the 3D physics-based graphics models (PBGMs) synthetic environments in the QuakeCity dataset. The proposed framework is evaluated using several metrics on three segmentation tasks: component type, component damage state, and global damage (crack, rebar, spalling). The models were developed as part of the 2nd International Competition for Structural Health Monitoring.
Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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2023.05a
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pp.173-173
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2023
The Mekong River Basin (MRB) is a crucial watershed in Asia, impacting over 60 million people across six developing nations. Accurate satellite-based precipitation products (SPPs) are essential for effective hydrological and watershed management in this region. However, the performance of SPPs has been varied and limited. The APHRODITE product, a unique gauge-based dataset for MRB, is widely used but is only available until 2015. In this study, we present a novel framework for correcting SPPs in the MRB by employing a deep learning approach that combines convolutional neural networks and encoder-decoder architecture to address pixel-by-pixel bias and enhance accuracy. The DLF was applied to four widely used SPPs (TRMM, CMORPH, CHIRPS, and PERSIANN-CDR) in MRB. For the original SPPs, the TRMM product outperformed the other SPPs. Results revealed that the DLF effectively bridged the spatial-temporal gap between the SPPs and the gauge-based dataset (APHRODITE). Among the four corrected products, ADJ-TRMM demonstrated the best performance, followed by ADJ-CDR, ADJ-CHIRPS, and ADJ-CMORPH. The DLF offered a robust and adaptable solution for bias correction in the MRB and beyond, capable of detecting intricate patterns and learning from data to make appropriate adjustments. With the discontinuation of the APHRODITE product, DLF represents a promising solution for generating a more current and reliable dataset for MRB research. This research showcased the potential of deep learning-based methods for improving the accuracy of SPPs, particularly in regions like the MRB, where gauge-based datasets are limited or discontinued.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.17
no.3
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pp.881-895
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2023
Modern image inpainting techniques based on deep learning have achieved remarkable performance, and more and more people are working on repairing more complex and larger missing areas, although this is still challenging, especially for facial image inpainting. For a face image with a huge missing area, there are very few valid pixels available; however, people have an ability to imagine the complete picture in their mind according to their subjective will. It is important to simulate this capability while maintaining the identity features of the face as much as possible. To achieve this goal, we propose a three-stage network model, which we refer to as the identity and structure feature refinement network (ISFRNet). ISFRNet is based on 1) a pre-trained pSp-styleGAN model that generates an extremely realistic face image with rich structural features; 2) a shallow structured network with a small receptive field; and 3) a modified U-net with two encoders and a decoder, which has a large receptive field. We choose structural similarity index (SSIM), peak signal-to-noise ratio (PSNR), L1 Loss and learned perceptual image patch similarity (LPIPS) to evaluate our model. When the missing region is 20%-40%, the above four metric scores of our model are 28.12, 0.942, 0.015 and 0.090, respectively. When the lost area is between 40% and 60%, the metric scores are 23.31, 0.840, 0.053 and 0.177, respectively. Our inpainting network not only guarantees excellent face identity feature recovery but also exhibits state-of-the-art performance compared to other multi-stage refinement models.
Journal of the Korea Institute of Information Security & Cryptology
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v.34
no.3
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pp.379-392
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2024
With the rapid increase in data, saving storage space and improving the efficiency of data transmission have become critical issues, making the research on the efficiency of data compression technologies increasingly important. Lossless algorithms can precisely restore original data but have limited compression ratios, whereas lossy algorithms provide higher compression rates at the expense of some data loss. There has been active research in data compression using deep learning-based algorithms, especially the autoencoder model. This study proposes a new side-channel analysis data compressor utilizing autoencoders. This compressor achieves higher compression rates than Deflate while maintaining the characteristics of side-channel data. The encoder, using locally connected layers, effectively preserves the temporal characteristics of side-channel data, and the decoder maintains fast decompression times with a multi-layer perceptron. Through correlation power analysis, the proposed compressor has been proven to compress data without losing the characteristics of side-channel data.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.18
no.2
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pp.348-369
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2024
With the advancement of Industry 4.0 and Industrial Internet of Things (IIoT), manufacturing increasingly seeks automation and intelligence. Temperature and vibration monitoring are essential for machinery health. Traditional abnormal state detection methodologies often overlook the intricate frequency characteristics inherent in vibration time series and are susceptible to erroneously reconstructing temperature abnormalities due to the highly similar waveforms. To address these limitations, we introduce synergistic, end-to-end, unsupervised Frequency-Time Domain Memory-Enhanced Autoencoders (FTD-MAE) capable of identifying abnormalities in both temperature and vibration datasets. This model is adept at accommodating time series with variable frequency complexities and mitigates the risk of overgeneralization. Initially, the frequency domain encoder processes the spectrogram generated through Short-Time Fourier Transform (STFT), while the time domain encoder interprets the raw time series. This results in two disparate sets of latent representations. Subsequently, these are subjected to a memory mechanism and a limiting function, which numerically constrain each memory term. These processed terms are then amalgamated to create two unified, novel representations that the decoder leverages to produce reconstructed samples. Furthermore, the model employs Spectral Entropy to dynamically assess the frequency complexity of the time series, which, in turn, calibrates the weightage attributed to the loss functions of the individual branches, thereby generating definitive abnormal scores. Through extensive experiments, FTD-MAE achieved an average ACC and F1 of 0.9826 and 0.9808 on the CMHS and CWRU datasets, respectively. Compared to the best representative model, the ACC increased by 0.2114 and the F1 by 0.1876.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.18
no.4
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pp.938-958
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2024
Unsupervised Video Object Segmentation (UVOS) is a highly challenging problem in computer vision as the annotation of the target object in the testing video is unknown at all. The main difficulty is to effectively handle the complicated and changeable motion state of the target object and the confusion of similar background objects in video sequence. In this paper, we propose a novel deep Dual-stream Co-enhanced Network (DC-Net) for UVOS via bidirectional motion cues refinement and multi-level feature aggregation, which can fully take advantage of motion cues and effectively integrate different level features to produce high-quality segmentation mask. DC-Net is a dual-stream architecture where the two streams are co-enhanced by each other. One is a motion stream with a Motion-cues Refine Module (MRM), which learns from bidirectional optical flow images and produces fine-grained and complete distinctive motion saliency map, and the other is an appearance stream with a Multi-level Feature Aggregation Module (MFAM) and a Context Attention Module (CAM) which are designed to integrate the different level features effectively. Specifically, the motion saliency map obtained by the motion stream is fused with each stage of the decoder in the appearance stream to improve the segmentation, and in turn the segmentation loss in the appearance stream feeds back into the motion stream to enhance the motion refinement. Experimental results on three datasets (Davis2016, VideoSD, SegTrack-v2) demonstrate that DC-Net has achieved comparable results with some state-of-the-art methods.
Baek-gyeom Seong;Xiongzhe Han;Seung-hwa Yu;Chun-gu Lee;Yeongho Kang;Hyun Ho Woo;Hunsuk Lee;Dae-Hyun Lee
Journal of Drive and Control
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v.21
no.2
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pp.53-64
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2024
Global population growth has resulted in an increased demand for food production. Simultaneously, aging rural communities have led to a decrease in the workforce, thereby increasing the demand for automation in agriculture. Drones are particularly useful for unmanned pest control fields. However, the current method of uniform spraying leads to environmental damage due to overuse of pesticides and drift by wind. To address this issue, it is necessary to enhance spraying performance through precise performance evaluation. Therefore, as a foundational study aimed at optimizing drone-based pest control technologies, this research evaluated water-sensitive paper (WSP) via density map estimation using convolutional neural networks (CNN) with a encoder-decoder structure. To achieve more accurate estimation, this study implemented multi-task learning, incorporating an additional classifier for image segmentation alongside the density map estimation classifier. The proposed model in this study resulted in a R-squared (R2) of 0.976 for coverage area in the evaluation data set, demonstrating satisfactory performance in evaluating WSP at various density levels. Further research is needed to improve the accuracy of spray result estimations and develop a real-time assessment technology in the field.
Zain Ul Abideen;Xiaodong Sun;Chao Sun;Hafiz Shafiq Ur Rehman Khalil
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.18
no.7
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pp.1726-1748
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2024
Trajectory planning is vital for autonomous systems like robotics and UAVs, as it determines optimal, safe paths considering physical limitations, environmental factors, and agent interactions. Recent advancements in trajectory planning and future location prediction stem from rapid progress in machine learning and optimization algorithms. In this paper, we proposed a novel framework for Spatial-temporal transformer-based feed-forward neural networks (STTFFNs). From the traffic flow local area point of view, skip-gram model is trained on trajectory data to generate embeddings that capture the high-level features of different trajectories. These embeddings can then be used as input to a transformer-based trajectory planning model, which can generate trajectories for new objects based on the embeddings of similar trajectories in the training data. In the next step, distant regions, we embedded feedforward network is responsible for generating the distant trajectories by taking as input a set of features that represent the object's current state and historical data. One advantage of using feedforward networks for distant trajectory planning is their ability to capture long-term dependencies in the data. In the final step of forecasting for future locations, the encoder and decoder are crucial parts of the proposed technique. Spatial destinations are encoded utilizing location-based social networks(LBSN) based on visiting semantic locations. The model has been specially trained to forecast future locations using precise longitude and latitude values. Following rigorous testing on two real-world datasets, Porto and Manhattan, it was discovered that the model outperformed a prediction accuracy of 8.7% previous state-of-the-art methods.
Seo, Kwang-Deok;Jung, Soon-Heung;Kim, Jin-Soo;Kim, Jae-Gon
The Journal of Korean Institute of Communications and Information Sciences
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v.31
no.12C
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pp.1173-1183
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2006
In this paper, we propose an efficient method for improving visual quality of AR-FGS (Adaptive Reference FGS) which is adopted as a key scheme for SVC (Scalable Video Coding) or H.264 scalable extension. The standard FGS (Fine Granularity Scalability) adopts AR-FGS that introduces temporal prediction into FGS layer by using a high quality reference signal which is constructed by the weighted average between the base layer reconstructed imageand enhancement reference to improve the coding efficiency in the FGS layer. However, when the enhancement stream is truncated at certain bitstream position in transmission, the rest of the data of the FGS layer will not be available at the FGS decoder. Thus the most noticeable problem of using the enhancement layer in prediction is the degraded visual quality caused by drifting because of the mismatch between the reference frame used by the FGS encoder and that by the decoder. To solve this problem, we exploit the principle of cyclical block coding that is used to encode quantized transform coefficients in a cyclical manner in the FGS layer. Encoding block coefficients in a cyclical manner places 'higher-value' bits earlier in the bitstream. The quantized transform coefficients included in the ealry coding cycle of cyclical block coding have higher probability to be correctly received and decoded than the others included in the later cycle of the cyclical block coding. Therefore, we can minimize visual quality degradation caused by bitstream truncation by adjusting weighting factor to control the contribution of the bitstream produced in each coding cycle of cyclical block coding when constructing the enhancement layer reference frame. It is shown by simulations that the improved AR-FGS scheme outperforms the standard AR-FGS by about 1 dB in maximum in the reconstructed visual quality.
Rainfall-runoff prediction studies using deep learning while considering catchment attributes have been gaining attention. In this study, we selected two models: the Transformer model, which is suitable for large-scale data training through the self-attention mechanism, and the LSTM-based multi-state-vector sequence-to-sequence (LSTM-MSV-S2S) model with an encoder-decoder structure. These models were constructed to incorporate catchment attributes and predict the inflow of 10 multi-purpose dam watersheds in South Korea. The experimental design consisted of three training methods: Single-basin Training (ST), Pretraining (PT), and Pretraining-Finetuning (PT-FT). The input data for the models included 10 selected watershed attributes along with meteorological data. The inflow prediction performance was compared based on the training methods. The results showed that the Transformer model outperformed the LSTM-MSV-S2S model when using the PT and PT-FT methods, with the PT-FT method yielding the highest performance. The LSTM-MSV-S2S model showed better performance than the Transformer when using the ST method; however, it showed lower performance when using the PT and PT-FT methods. Additionally, the embedding layer activation vectors and raw catchment attributes were used to cluster watersheds and analyze whether the models learned the similarities between them. The Transformer model demonstrated improved performance among watersheds with similar activation vectors, proving that utilizing information from other pre-trained watersheds enhances the prediction performance. This study compared the suitable models and training methods for each multi-purpose dam and highlighted the necessity of constructing deep learning models using PT and PT-FT methods for domestic watersheds. Furthermore, the results confirmed that the Transformer model outperforms the LSTM-MSV-S2S model when applying PT and PT-FT methods.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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