YOLOv3和双线性特征融合的细粒度图像分类

目的 细粒度图像分类是计算机视觉领域具有挑战性的课题,目的是将一个大的类别分为更详细的子类别,在工业和学术方面都有着十分广泛的研究需求。为了改善细粒度图像分类过程中不相关背景干扰和类别差异特征难以提取的问题,提出了一种将目标检测方法YOLOv3（you only look once）和双线性融合网络相结合的细粒度分类优化算法,以此提高细粒度图像分类的性能。方法 利用重新训练过的目标检测算法YOLOv3粗略确定目标在图像中的位置;使用背景抑制方法消除目标以外的信息干扰;利用融合不同通道、不同层级卷积层特征的方法对经典的细粒度分类算法双线性卷积神经网络（bilinear convolutional neural network,B-CNN）进行改进,优化分类性能,通过融合双线性网络中不同卷积层的特征向量,得到更加丰富的互补信息,从而提高细粒度分类精度。结果 实验结果表明,在CUB-200-2011（Caltech-UCSD Birds-200-2011）、Cars196和Aircrafts100数据集中,本文算法的分类准确率分别为86.3%、92.8%和89.0%,比经典的B-CNN细粒度分类算法分别提高了2.2%、1.5%和4.9%,验证了本文算法的有效性。同时,与已有细粒度图像分类算法相比也表现出一定的优势。结论 改进算法使用YOLOv3有效滤除了大量无关背景,通过特征融合方法来改进双线性卷积神经分类网络,丰富特征信息,使分类的结果更加精准。     

聚焦—识别网络架构的细粒度图像分类

目的 细粒度图像分类是指对一个大类别进行更细致的子类划分,如区分鸟的种类、车的品牌款式、狗的品种等。针对细粒度图像分类中的无关信息太多和背景干扰问题,本文利用深度卷积网络构建了细粒度图像聚焦—识别的联合学习框架,通过去除背景、突出待识别目标、自动定位有区分度的区域,从而提高细粒度图像分类识别率。方法 首先基于Yolov2（youonly look once v2）的网络快速检测出目标物体,消除背景干扰和无关信息对分类结果的影响,实现聚焦判别性区域,之后将检测到的物体（即Yolov2的输出）输入双线性卷积神经网络进行训练和分类。此网络框架可以实现端到端的训练,且只依赖于类别标注信息,而无需借助其他的人工标注信息。结果 在细粒度图像库CUB-200-2011、Cars196和Aircrafts100上进行实验验证,本文模型的分类精度分别达到84.5%、92%和88.4%,与同类型分类算法得到的最高分类精度相比,准确度分别提升了0.4%、0.7%和3.9%,比使用两个相同D（dence）-Net网络的方法分别高出0.5%、1.4%和4.5%。结论 使用聚焦—识别深度学习框架提取有区分度的区域对细粒度图像分类有积极作用,能够滤除大部分对细粒度图像分类没有贡献的区域,使得网络能够学习到更多有利于细粒度图像分类的特征,从而降低背景干扰对分类结果的影响,提高模型的识别率。     

自上而下注意图分割的细粒度图像分类

目的 针对细粒度图像分类中的背景干扰问题,提出一种利用自上而下注意图分割的分类模型。方法 首先,利用卷积神经网络对细粒度图像库进行初分类,得到基本网络模型。再对网络模型进行可视化分析,发现仅有部分图像区域对目标类别有贡献,利用学习好的基本网络计算图像像素对相关类别的空间支持度,生成自上而下注意图,检测图像中的关键区域。再用注意图初始化GraphCut算法,分割出关键的目标区域,从而提高图像的判别性。最后,对分割图像提取CNN特征实现细粒度分类。结果 该模型仅使用图像的类别标注信息,在公开的细粒度图像库Cars196和Aircrafts100上进行实验验证,最后得到的平均分类正确率分别为86.74%和84.70%。这一结果表明,在GoogLeNet模型基础上引入注意信息能够进一步提高细粒度图像分类的正确率。结论 基于自上而下注意图的语义分割策略,提高了细粒度图像的分类性能。由于不需要目标窗口和部位的标注信息,所以该模型具有通用性和鲁棒性,适用于显著性目标检测、前景分割和细粒度图像分类应用。     

结合双语义数据增强与目标定位的细粒度图像分类

细粒度图像分类旨在对属于同一基础类别的图像进行更细致的子类划分,其较大的类内差异和较小的类间差异使得提取局部关键特征成为关键所在。提出一种结合双语义数据增强与目标定位的细粒度图像分类算法。为充分提取具有区分度的局部关键特征,在训练阶段基于双线性注意力池化和卷积块注意模块构建注意力学习模块和信息增益模块,分别获取目标局部细节信息和目标重要轮廓这2类不同语义层次的数据,以双语义数据增强的方式提高模型准确率。同时,在测试阶段构建目标定位模块,使模型聚焦于分类目标整体,从而进一步提高分类准确率。实验结果表明,该算法在CUB-200-2011、FGVC Aircraft和Stanford Cars数据集中分别达到89.5%、93.6%和94.7%的分类准确率,较基准网络Inception-V3、双线性注意力池化特征聚合方式以及B-CNN、RA-CNN、MA-CNN等算法具有更好的分类性能。     

基于B-CNN算法的汽车数据集细粒度图像分类分析

为了提高计算机视觉领域细粒度分类方法性能,采用双线性卷积神经网络(B-CNN)对其进行建模研究.以StanfordCars汽车数据集为研究对象,开展细粒度图像分类分析.对B-CNN进行阐述.应用了组归一化、dropout技巧,调整可训练参数,并在汽车数据集上进行试验.比较了经典卷积神经网络和B-CNN.在网络训练中,合...     

深度区域网络方法的细粒度图像分类

目的 在细粒度视觉识别中,难点是对处于相同层级的大类,区分其具有微小差异的子类,为实现准确的分类精度,通常要求具有专业知识,所以细粒度图像分类为计算机视觉的研究提出更高的要求。为了方便普通人在不具备专业知识和专业技能的情况下能够区分物种细粒度类别,进而提出一种基于深度区域网络的卷积神经网络结构。方法 该结构基于深度区域网络,首先,进行深度特征提取任务,使用VGG16层网络和残差101层网络两种结构作为特征提取网络,用于提取深层共享特征,产生特征映射。其次,使用区域建议网络结构,在特征映射上进行卷积,产生目标区域;同时使用兴趣区域（RoI）池化层对特征映射进行最大值池化,实现网络共享。之后将池化后的目标区域输入到区域卷积网络中进行细粒度类别预测和目标边界回归,最终输出网络预测类别及回归边框点坐标。同时还进行了局部遮挡实验,检测局部遮挡部位对于分类正确性的影响,分析局部信息对于鸟类分类的影响情况。结果 该模型针对CUB_200_2011鸟类数据库进行实验,该数据库包含200种细粒度鸟类类别,11 788幅鸟类图片。经过训练及测试,实现VGG16+R-CNN （RPN）和Res101+R-CNN （RPN）两种结构验证正确率分别为90.88%和91.72%,两种结构Top-5验证正确率都超过98%。本文模拟现实环境遮挡情况进行鸟类局部特征遮挡实验,检测分类效果。结论 基于深度区域网络的卷积神经网络模型,提高了细粒度鸟类图像的分类性能,在细粒度鸟类图像的分类上,具有分类精度高、泛化能力好和鲁棒性强的优势,实验发现头部信息对于细粒度鸟类分类识别非常重要。     

基于稀疏化双线性卷积神经网络的细粒度图像分类

针对双线性卷积神经网络(B-CNN)在细粒度图像分类中因参数过多、复杂度过高而导致的过拟合问题,提出稀疏化B-CNN.首先对B-CNN的每个特征通道引入比例因子,在训练中采用正则化方法对其稀疏.然后利用比例因子的大小判别特征通道的重要性.最后将不重要特征通道按一定比例裁剪,消除网络过拟合,提高关键特征的显著性.稀疏化B-CNN属于弱监督学习,可实现端到端训练.在FGVC-aircraft、Stanford dogs、Stanford cars这3个细粒度图像数据集上的实验表明,稀疏化B-CNN的准确率高于B-CNN,也优于或基本接近其它通用的细粒度图像分类算法.     

选择性卷积特征融合的花卉图像分类

目的 针对花卉图像标注样本缺乏、标注成本高、传统基于深度学习的细粒度图像分类方法无法较好地定位花卉目标区域等问题,提出一种基于选择性深度卷积特征融合的无监督花卉图像分类方法。方法 构建基于选择性深度卷积特征融合的花卉图像分类网络。首先运用保持长宽比的尺寸归一化方法对花卉图像进行预处理,使得图像的尺寸相同,且目标不变形、不丢失图像细节信息;之后运用由ImageNet预训练好的深度卷积神经网络VGG-16模型对预处理的花卉图像进行特征学习,根据特征图的响应值分布选取有效的深度卷积特征,并将多层深度卷积特征进行融合;最后运用softmax分类层进行分类。结果 在Oxford 102 Flowers数据集上做了对比实验,将本文方法与传统的基于深度学习模型的花卉图像分类方法进行对比,本文方法的分类准确率达85.55%,较深度学习模型Xception高27.67%。结论 提出了基于选择性卷积特征融合的花卉图像分类方法,该方法采用无监督的方式定位花卉图像中的显著区域,去除了背景和噪声部分对花卉目标的干扰,提高了花卉图像分类的准确率,适用于处理缺乏带标注的样本时的花卉图像分类问题。     

基于熵加权K-means全局信息聚类的高光谱图像分类

目的 高光谱图像波段数目巨大，导致在解译及分类过程中出现“维数灾难”的现象。针对该问题，在K-means聚类算法基础上，考虑各个波段对不同聚类的重要程度，同时顾及类间信息，提出一种基于熵加权K-means全局信息聚类的高光谱图像分类算法。方法 首先，引入波段权重，用来刻画各个波段对不同聚类的重要程度，并定义熵信息测度表达该权重。其次，为避免局部最优聚类，引入类间距离测度实现全局最优聚类。最后，将上述两类测度引入K-means聚类目标函数，通过最小化目标函数得到最优分类结果。结果 为了验证提出的高光谱图像分类方法的有效性，对Salinas高光谱图像和Pavia University高光谱图像标准图中的地物类别根据其光谱反射率差异程度进行合并，将合并后的标准图作为新的标准分类图。分别采用本文算法和传统K-means算法对Salinas高光谱图像和Pavia University高光谱图像进行实验，并定性、定量地评价和分析了实验结果。对于图像中合并后的地物类别，光谱反射率差异程度大，从视觉上看，本文算法较传统K-means算法有更好的分类结果；从分类精度看，本文算法的总精度分别为92.20%和82.96%， K-means算法的总精度分别为83.39%和67.06%，较K-means算法增长8.81%和15.9%。结论 提出一种基于熵加权K-means全局信息聚类的高光谱图像分类算法，实验结果表明，本文算法对高光谱图像中具有不同光谱反射率差异程度的各类地物目标均能取得很好的分类结果。     

高分辨卫星图像卷积神经网络分类模型

目的 卫星图像往往目标、背景复杂而且带有噪声,因此使用人工选取的特征进行卫星图像的分类就变得十分困难。提出一种新的使用卷积神经网络进行卫星图像分类的方案。使用卷积神经网络可以提取卫星图像的高层特征,进而提高卫星图像分类的识别率。方法 首先,提出一个包含六类图像的新的卫星图像数据集来解决卷积神经网络的有标签训练样本不足的问题。其次,使用了一种直接训练卷积神经网络模型和3种预训练卷积神经网络模型来进行卫星图像分类。直接训练模型直接在文章提出的数据集上进行训练,预训练模型先在ILSVRC（the ImageNet large scale visual recognition challenge）-2012数据集上进行预训练,然后在提出的卫星图像数据集上进行微调训练。完成微调的模型用于卫星图像分类。结果 提出的微调预训练卷积神经网络深层模型具有最高的分类正确率。在提出的数据集上,深层卷积神经网络模型达到了99.50%的识别率。在数据集UC Merced Land Use上,深层卷积神经网络模型达到了96.44%的识别率。结论 本文提出的数据集具有一般性和代表性,使用的深层卷积神经网络模型具有很强的特征提取能力和分类能力,且是一种端到端的分类模型,不需要堆叠其他模型或分类器。在高分辨卫星图像的分类上,本文模型和对比模型相比取得了更有说服力的结果。     

基于球结构的完全二叉树SVM多类分类算法*

针对一般的SVM方法不能有效地处理不平衡样本数据及现有的偏二叉树结构SVM分类器速度慢的这两个问题,提出了一种基于球结构的完全二叉树SVM多分类算法。该算法利用球结构的SVM考虑了每个类的分布情况,能有效地处理不平衡样本数据;构建完全二叉树结构,使得同层节点所代表的SVM分类器可以并行工作,能提高其训练和分类速度,分类速度相当于折半查找。实例验证两者结合后的算法可实现准确且高效的多类分类。     

SVM based adaptive learning method for text classification from positive and unlabeled documents

Automatic text classification is one of the most important tools in Information Retrieval. This paper presents a novel text classifier using positive and unlabeled examples. The primary challenge of this problem as compared with the classical text classification problem is that no labeled negative documents are available in the training example set. Firstly, we identify many more reliable negative documents by an improved 1-DNF algorithm with a very low error rate. Secondly, we build a set of classifiers by iteratively applying the SVM algorithm on a training data set, which is augmented during iteration. Thirdly, different from previous PU-oriented text classification works, we adopt the weighted vote of all classifiers generated in the iteration steps to construct the final classifier instead of choosing one of the classifiers as the final classifier. Finally, we discuss an approach to evaluate the weighted vote of all classifiers generated in the iteration steps to construct the final classifier based on PSO (Particle Swarm Optimization), which can discover the best combination of the weights. In addition, we built a focused crawler based on link-contexts guided by different classifiers to evaluate our method. Several comprehensive experiments have been conducted using the Reuters data set and thousands of web pages. Experimental results show that our method increases the performance (F₁-measure) compared with PEBL, and a focused web crawler guided by our PSO-based classifier outperforms other several classifiers both in harvest rate and target recall.     

基于OC-SVM的大型数据集分类方法

支持向量机是最有效的分类技术之一,具有很高的分类精度和良好的泛化能力,但其应用于大型数据集时的训练过程还是非常复杂。对此提出了一种基于单类支持向量机的分类方法。采用随机选择算法来约简训练集,以达到提高训练速度的目的;同时,通过恢复超球体交集中样本在原始数据中的邻域来保证支持向量机的分类精度。实验证明,该方法能在较大程度上减小计算复杂度,从而提高大型数据集中的训练速度。     

基于对支持向量机的多类分类算法在入侵检测中的应用

针对基于传统支持向量机(SVM)的多类分类算法在处理大规模数据时训练速度上存在的弱势,提出了一种基于对支持向量机(TWSVM)的多类分类算法。该算法结合二叉树SVM多类分类思想,通过在二叉树节点处构造基于TWSVM的分类器来达到分类目的。为减少二叉树SVM的误差累积,算法分类前首先通过聚类算法得到各类的聚类中心,通过比较各聚类中心之间的距离来衡量样本的差异以决定二叉树节点处类别的分离顺序,最后将算法用于网络入侵检测。实验结果表明,该算法不仅保持了较高的检测精度,在训练速度上还表现了一定优势,尤其在处理稍大规模数据时,这种优势更为明显,是传统二叉树SVM多类分类算法训练速度的近两倍,为入侵检测领域大规模数据处理提供了有效参考价值。     

基于快速SVM的大规模网络流量分类方法

支持向量机方法具有良好的分类准确率、稳定性与泛化性,在网络流量分类领域已有初步应用,但在面对大规模网络流量分类问题时却存在计算复杂度高、分类器训练速度慢的缺陷。为此,提出一种基于比特压缩的快速SVM方法,利用比特压缩算法对初始训练样本集进行聚合与压缩,建立具有权重信息的新样本集,在损失尽量少原始样本信息的前提下缩减样本集规模,进一步利用基于权重的SVM算法训练流量分类器。通过大规模样本集流量分类实验对比,快速SVM方法能在损失较少分类准确率的情况下,较大程度地缩减流量分类器的训练时间以及未知样本的预测时间,同时,在无过度压缩前提下,其分类准确率优于同等压缩比例下的随机取样SVM方法。本方法在保留SVM方法较好分类稳定性与泛化性能的同时,有效提升了其应对大规模流量分类问题的能力。     

应用级联多分类器的高光谱图像分类

目的 高光谱分类任务中,由于波段数量较多,图像中存在包含噪声以及各类地物样本分布不均匀等问题,导致分类精度与训练效率不能平衡,在小样本上分类精度低。因此,提出一种基于级联多分类器的高光谱图像分类方法。方法 首先采用主成分分析方法将高度相关的高维特征合成无关的低维特征,以加快Gabor滤波器提取纹理特征的速度;然后使用Gabor滤波器提取图像在各个尺寸、方向上的纹理信息,每一个滤波器会生成一张特征图,在特征图中以待分类样本为中心取一个d×d的邻域,计算该邻域内数据的均值和方差来作为待分类样本的空间信息,再将空间信息和光谱信息融合,以降低光线与噪声的影响;最后将谱—空联合特征输入级联多分类器中,得到预测样本关于类别的概率分布的平均值。结果 实验采用Indian Pines、Pavia University和Salinas 3个数据集,与经典算法如支持向量机和卷积神经网络进行比较,并利用总体分类精度、平均分类精度和Kappa系数作为评价标准进行分析。本文方法总体分类精度在3个数据集上分别达到97.24%、99.57%和99.46%,相对于基于径向基神经网络（RBF）核函数的支持向量机方法提高了13.2%、4.8%和5.68%,相对于加入谱—空联合特征的RBF-SVM （radial basis function-support vector machine）方法提高了2.18%、0.36%和0.83%,相对于卷积神经网络方法提高了3.27%、3.2%和0.3%;Kappa系数分别是0.968 6、0.994 3和0.995 6,亦有提高。结论 实验结果表明,本文方法应用于高光谱图像分类具有较优的分类效果,训练效率较高,无需依赖GPU,而且在小样本上也具有较高的分类精度。     

基于Kmeans与SVM结合的遥感图像全自动分类方法*

遥感图像分类方法通常采用监督的学习算法,它需要人工选取训练样本,比较繁琐,而且有时很难得到;而非监督学习算法的分类精度通常很难令人满意.针对这些缺陷,提出一种基于K-means与支持向量机(SVM)结合的遥感图像全自动分类方法.首先使用K-means聚类算法对样本进行初始聚类,根据每类中样本数及其稀疏程度选取一些点作为标记的学习样本训练SVM分类器,然后用SVM对原始数据重新分类.Iris数据和遥感数据的实验结果均验证了新方法的有效性.     

高光谱图像分类的自适应决策融合方法

目的 目前高光谱图像决策融合方法主要采用以多数票决（majority vote，MV）为代表的硬决策融合和以对数意见池（logarithmic opinion pool，LOGP）为代表的软决策融合策略。由于这些方法均使用统一的权重系数进行决策融合，没有对子分类器各自的分类性能进行评估而优化分配权重系数，势必会影响最终的分类精度。针对该问题，本文对多数票决和对数意见池融合策略进行了改进，提出了面向高光谱图像分类的自适应决策融合方法。方法 根据相关系数矩阵对高光谱图像进行波段分组，对每组波段进行空谱联合特征提取；利用高斯混合模型（Gaussian mixture model，GMM）或支持向量机（support vector machine，SVM）分类器对各组空谱联合特征进行分类；最后，采用本文研究的两种基于权重系数优化分配的自适应融合策略对子分类器的分类结果进行决策融合，使得分类精度低的波段组和异常值对最终分类结果的影响达到最小。结果 对两个公开的高光谱数据集分别采用多种特征和两种分类器组合进行实验验证。实验结果表明，在相同特征和分类器条件下，本文提出的自适应多数票决策融合策略（adjust majority vote，adjustMV）、自适应对数意见池决策融合策略（adjust logarithmic opinion pool，adjustLOGP）比传统的MV决策融合策略、LOGP决策融合策略对两个数据集的分类精度均有大幅度提高。Indian Pines数据集上，adjustMV算法的分类精度比相应的MV算法平均提高了1.2%，adjustLOGP算法的分类精度比相应的LOGP算法平均提高了7.38%；Pavia University数据集上，adjustMV算法的分类精度比相应的MV算法平均提高了2.1%，adjustLOGP算法的分类精度比相应的LOGP算法平均提高了4.5%。结论 本文提出的自适应权重决策融合策略为性能较优的子分类器（即对应于分类精度高的波段组）赋予较大的权重，降低了性能较差的子分类器与噪声波段对决策融合结果的影响，从而大幅度提高分类精度。所研究的决策融合策略的复杂度和计算成本均较低，在噪声环境中具有更强的鲁棒性，同时在一定程度上解决了高光谱图像分类应用中普遍存在的小样本问题。     

壁画图像分类中的分组多实例学习方法

针对壁画图像具有较大类内差异的特点,提出一种分组策略,将样本空间划分为不同的子空间,每一个子空间中的所有训练样本训练分类器模型,测试阶段,根据测试样本落到的子空间来选择不同的分类模型对测试样本进行分类。在各个子空间训练分类器时,为了克服壁画图像较强背景噪音的影响,我们将每一幅壁画图像样本看作多个实例的组成,采用多实例学习的方式来训练分类器。训练过程中,我们引入隐变量用于标识每一个实例,隐变量的存在使得分类器的优化问题不是一个凸问题,因此我们无法用梯度下降法去直接求解,本文中我们采用迭代的方式训练Latent SVM作为每一个子空间的分类器。实验证明了本文的分类模型能够较大程度的解决壁画图像的类内差异以及背景噪音对分类结果造成的影响。