KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.15
no.5
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pp.1610-1629
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2021
Failures frequently occurred in manufacturing machines due to complex and changeable manufacturing environments, increasing the downtime and maintenance costs. This manuscript develops a novel deep learning-based method named Multi-Domain Convolutional Neural Network (MDCNN) to deal with this challenging task with vibration signals. The proposed MDCNN consists of time-domain, frequency-domain, and statistical-domain feature channels. The Time-domain channel is to model the hidden patterns of signals in the time domain. The frequency-domain channel uses Discrete Wavelet Transformation (DWT) to obtain the rich feature representations of signals in the frequency domain. The statistic-domain channel contains six statistical variables, which is to reflect the signals' macro statistical-domain features, respectively. Firstly, in the proposed MDCNN, time-domain and frequency-domain channels are processed by CNN individually with various filters. Secondly, the CNN extracted features from time, and frequency domains are merged as time-frequency features. Lastly, time-frequency domain features are fused with six statistical variables as the comprehensive features for identifying the fault. Thereby, the proposed method could make full use of those three domain-features for fault diagnosis while keeping high distinguishability due to CNN's utilization. The authors designed massive experiments with 10-folder cross-validation technology to validate the proposed method's effectiveness on the CWRU bearing data set. The experimental results are calculated by ten-time averaged accuracy. They have confirmed that the proposed MDCNN could intelligently, accurately, and timely detect the fault under the complex manufacturing environments, whose accuracy is nearly 100%.
Heart Rate Variability (HRV) analysis is a convenient tool to assess Myocardial Ischemia (MI). The analysis methods of HRV can be divided into time domain and frequency domain analysis. This paper uses wavelet transform as frequency domain analysis in contrast to time domain analysis in short term HRV analysis. ST-T and normal episodes are collected from the European ST-T database and the MIT-BIH Normal Sinus Rhythm database, respectively. An episode can be divided into several segments, each of which is formed by 32 successive RR intervals. Eighteen HRV features are extracted from each segment by the time and frequency domain analysis. To diagnose MI, the Neural Network with Weighted Fuzzy Membership functions (NEWFM) is used with the extracted 18 features. The results show that the average accuracy from time and frequency domain features is 75.29% and 80.93%, respectively.
3D convolution is to stack multiple consecutive frames to form a cube, and then apply the 3D convolution kernel in the cube. In this structure, each feature map of the convolutional layer is connected to multiple adjacent sequential frames in the previous layer, thus capturing the motion information. However, due to the changes of pedestrian posture, motion and position, the convolution at the same place is inappropriate, and when the 3D convolution kernel is convoluted in the time domain, only time domain features of three consecutive frames can be extracted, which is not a good enough to get action information. This paper proposes an action recognition method based on feature fusion of 3D convolutional neural network. Based on the VGG16 network model, sending a pre-acquired optical flow image for learning, then get the time domain features, and then the feature of the time domain is extracted from the features extracted by the 3D convolutional neural network. Finally, the behavior classification is done by the SVM classifier.
In the research of speech recognition, locating the beginning and end of a speech utterance in a background of noise is of great importance. Since the background noise presenting to record will introduce disturbance while we just want to get the stationary parameters to represent the corresponding speech section, in particular, a major source of error in automatic recognition system of isolated words is the inaccurate detection of beginning and ending boundaries of test and reference templates, thus we must find potent method to remove the unnecessary regions of a speech signal. The conventional methods for speech endpoint detection are based on two simple time-domain measurements - short-time energy, and short-time zero-crossing rate, which couldn't guarantee the precise results if in the low signal-to-noise ratio environments. This paper proposes a novel approach that finds the Lyapunov exponent of time-domain waveform. This proposed method has no use for obtaining the frequency-domain parameters for endpoint detection process, e.g. Mel-Scale Features, which have been introduced in other paper. Comparing with the conventional methods based on short-time energy and short-time zero-crossing rate, the novel approach based on time-domain Lyapunov Exponents(LEs) is low complexity and suitable for Digital Isolated Word Recognition System.
The present study proposes an algorithm that can discriminate between normal subjects and paroxysmal atrial fibrillation (PAF) patients, which is conducted using electrocardiogram (ECG) without PAF events. For this, time-domain features and random forest classifier are used. Time-domain features are obtained from Poincare plot, Lorenz plot of ${\delta}RR$ interval, and morphology analysis. Afterward, three features are selected in total through feature selection. PAF patients and normal subjects are classified using random forest. The classification result showed that sensitivity and specificity were 81.82% and 95.24% respectively, the positive predictive value and negative predictive value were 96.43% and 76.92% respectively, and accuracy was 87.04%. The proposed algorithm had an advantage in terms of the computation requirement compared to existing algorithm, so it has suggested applicability in the more efficient prediction of PAF.
Signal decomposition is a computational technique that dissects a signal into its constituent components, providing supplementary information. In this study, the capability of two common signal decomposition techniques, including wavelet-based and empirical mode decomposition, on preterm birth classification was investigated. Ten time-domain features were extracted from the constituent components of electrohysterogram (EHG) signals, including EHG subbands and EHG intrinsic mode functions, and employed for preterm birth classification. Preterm birth classification and anticipation are crucial tasks that can help reduce preterm birth complications. The computational results show that the preterm birth classification obtained using wavelet-based decomposition is superior. This, therefore, implies that EHG subbands decomposed through wavelet-based decomposition provide more applicable information for preterm birth classification. Furthermore, an accuracy of 0.9776 and a specificity of 0.9978, the best performance on preterm birth classification among state-of-the-art signal processing techniques, were obtained using the time-domain features of EHG subbands.
This paper investigated a method for classifying emotional states by using pulse wave signal. It focused on finding effective features for emotional state classification. The emptional states considered here consisted of interest and neutral. Classification experiments utilized 65 and 60 samples of interest and neutral states respectively. We have investigated 19 features derived from pulse wave signals by using both time domain and frequency domain analysis methods with 2 classifiers of minimum distance (normalized Euclidean distanece) and ${\kappa}$-Nearest Neighbour. The Leave-one-out cross validation was used as an evaluation mehtod. Based on experimental results, the most efficient features were a combination of 4 features consisting of (i) the mean of the first differences of the smoothed pulse rate time series signal, (ii) the mean of absolute values of the second differences of thel normalized interbeat intervals, (iii) the root mean square successive difference, and (iv) the power in high frequency range in normalized unit, which provided 80.8% average accuracy with ${\kappa}$-Nearest Neighbour classifier.
Proceedings of the Acoustical Society of Korea Conference
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1994.06a
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pp.674-679
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1994
Acoustic signal such as speech and scattered sound, are generally a nonstationary process whose frequency contents vary at any instant of time. For time-varying signal, whether a nonstationary or a deterministic transient signal, a traditional frequency domain representation does not reveal the contents of signal characteristics and may lead to erroneous results such as the loss of desired characteristics features or the mis-interpretation for a wrong conclusion. A time-frequency domain representation is needed to characterize such signatures. Pseudo Wigner-Ville distribution (PWVD) is ideally suited for portraying nonstationary signal time-frequency domain and carried out by adapting the fast Fourier transform algorithm. In this paper, the important properties of PWVD were investigated using both stationary and nonstationry signatures by numerical examples PWVD was applied to acoustic sigtnatures to demonstrate its application for time-ferquency domain analysis.
This study proposes the analysis and evaluation method of time series ultrasonic signal using the phase space-frequency domain. Features extracted from time series signal analyze quantitatively characteristics of weld defects. For this purpose, analysis objectives in this study are features of time domain and frequency domain. Trajectory changes in the attractor indicated a substantial difference in fractal characteristics resulting from distance shifts such as parts of head and flange even though the types of defects are identified. These differences in characteristics of weld defects enables the evaluation of unique characteristics of defects in the weld zone. In quantitative fractal feature extraction, feature values of 3.848 in the case of part of head(crack) and 4.102 in the case of part of web(side hole) and 3.711 in the case of part of flange(crack) were proposed on the basis of fractal dimension. Proposed phase space-frequency domain method in this study can integrity evaluation for defect signals of rail weld zone such as side hole and crack.
Choi, Mijin;Jung, Hwee Kwon;Taylor, Stuart G.;Farinholt, Kevin M.;Lee, Jung-Ryul;Park, Gyuhae
Journal of the Korean Society for Nondestructive Testing
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v.36
no.2
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pp.93-101
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2016
This paper presents the results obtained using time-series-based methods for structural damage assessment. The methods are applied to a wind turbine blade structure subjected to fatigue loads. A 9 m CX-100 (carbon experimental 100 kW) blade is harmonically excited at its first natural frequency to introduce a failure mode. Consequently, a through-thickness fatigue crack is visually identified at 8.5 million cycles. The time domain data from the piezoelectric active-sensing techniques are measured during the fatigue loadings and used to detect incipient damage. The damage-sensitive features, such as the first four moments and a normality indicator, are extracted from the time domain data. Time series autoregressive models with exogenous inputs are also implemented. These features could efficiently detect a fatigue crack and are less sensitive to operational variations than the other methods.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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