基于深度卷积自编码神经网络的手写数字识别研究

针对提高不同笔体下的手写识别准确率进行了研究,将深度卷积神经网络与自动编码器相结合,设计卷积自编码器网络层数,形成深度卷积自编码神经网络。首先采用双线性插值方法分别对MNIST数据集与一万幅自制中国大学生手写数字图片进行图像预处理,然后先使用单一MNIST数据集对深度卷积自编码神经网络进行训练与测试;最后使用MNIST与自制数据集中5 000幅混合,再次训练该网络,对另外5 000幅进行测试。实验数据表明,所提深度卷积自编码神经网络在MNIST测试集正确率达到99.37%,有效提高了准确率;且5 000幅自制数据集模型测试正确率达99.33%,表明该算法实用性较强,在不同笔体数字上得到了较高的识别准确率,模型准确有效。     

采煤机健康状态智能评估方法研究

针对现有采煤机健康状态评估方法存在评估指标权重确定受人为因素影响较大导致评估准确率不高、采用单一评估算法存在局部搜索能力弱和抗干扰能力差、寻找全局最优值能力不足等问题,提出了一种基于主成分分析(PCA)与遗传算法(GA)优化BP神经网络算法(PCA-GA-BP算法)的采煤机健康状态智能评估方法。根据采煤机结构和工作原理选择采煤机状态监测点位,获取采煤机健康状态相关的各项状态参数,采用PCA对采煤机状态参数进行数据降维和特征提取,避免BP神经网络输入的复杂化;引入GA对传统BP神经网络寻找全局最优权值;通过训练参数建立基于GA-BP的采煤机健康状态智能评估模型,将降维后的采煤机状态参数自动输入评估模型,通过智能评估算法输出测试结果,实现自学习、自寻优和自主判断采煤机的健康状态。实验结果表明,基于PCA-GA-BP算法的采煤机健康状态智能评估方法可准确、快速和智能评估采煤机健康状态,相比于基于单一BP神经网络的评估方法,训练时间短、评估流程简单且评估准确率高,准确率达97.08%。     

基于DAE+CNN辐射源信号识别算法

针对利用卷积神经网络进行辐射源信号识别过程中时间复杂度高的问题进行研究,提出一种基于降噪自编码器和卷积神经网络结合的算法。首先对雷达辐射源信号进行短时傅里叶变换,获取时频图像;然后对图像进行灰度和阈值二值化处理,将处理后的图像向量化操作输入到降噪自编码器中,提取降噪自编码器隐藏层特征数据完成降维处理,再重构成图片矩阵输入到卷积神经网络中,利用常用的softmax分类器进行分类识别。通过仿真表明,添加降噪自编码器降维处理后的模型相比较原模型,时间复杂度大幅度下降,在SNR=-6 dB,识别效果能达到80%以上,与利用传统降维方式性能相比,识别效果明显提高。     

基于卷积神经网络的交通路标识别

科技的发展,使得适合无人驾驶的交通路标识别变得越来越实际。而利用卷积神经网络进行的交通路标识别是目前最为流行的方法,本文基于该方法进行实验。在现实收集路标图像数据后,利用直方图均衡化等方法实现图片预处理,构成训练集和测试集。然后构建LeNet5结构的卷积神经网络对路标图片训练集进行训练,再利用测试集来检验模型的精准度。在第一次实验中,模型的识别准确率虽然已经高于其他传统识别方法,但是只有87.5%,经过对神经网络的批尺度和卷积核以及训练次数等方面调整后,识别率达到93.2%。     

基于改进空间金字塔池化卷积神经网络的交通标志识别

针对雾天、光照、遮挡和大倾角等因素导致的交通标志识别准确率低、泛化性差等问题,提出一种基于神经网络的轻量级交通标志识别方法。首先,利用图像归一化、仿射变换和限制对比度自适应直方图均衡化（CLAHE）方法进行图像预处理,以提高图像质量;其次,基于卷积神经网络（CNN）,融合空间金字塔结构和批量归一化（BN）方法构建改进空间金字塔池化卷积神经网络（SPPN-CNN）模型,并利用Softmax分类器实现交通标志分类;最后,选用德国交通标志识别数据集（GTSRB）,对比不同图像预处理方法、模型参数和模型结构的训练效果,并验证和测试所提模型。实验结果表明,SPPN-CNN模型的识别精度达到98.04%,损失小于0.1,在低配GPU条件下识别速率大于3 000 frame/s,验证了模型精度高、泛化性强、实时性好的特点。     

基于小样本学习的SAR图像识别

深度学习已成为图像识别领域的一个研究热点。与传统图像识别方法不同,深度学习从大量数据中自动学习特征,并且具有强大的自学习能力和高效的特征表达能力。但在小样本条件下,传统的深度学习方法如卷积神经网络难以学习到有效的特征,造成图像识别的准确率较低。因此,提出一种新的小样本条件下的图像识别算法用于解决SAR图像的分类识别。该算法以卷积神经网络为基础,结合自编码器,形成深度卷积自编码网络结构。首先对图像进行预处理,使用2D Gabor滤波增强图像,在此基础上对模型进行训练,最后构建图像分类模型。该算法设计的网络结构能自动学习并提取小样本图像中的有效特征,进而提高识别准确率。在MSTAR数据集的10类目标分类中,选择训练集数据中10%的样本作为新的训练数据,其余数据为验证数据,并且,测试数据在卷积神经网络中的识别准确率为76.38%,而在提出的卷积自编码结构中的识别准确率达到了88.09%。实验结果表明,提出的算法在小样本图像识别中比卷积神经网络模型更加有效。     

改进胶囊网络优化分层卷积的亚健康识别算法

针对传统卷积神经网络(CNN)为获得高准确率不断堆叠卷积层、池化层致使模型结构复杂、训练时间长且数据处理方式单一的问题,提出改进胶囊网络优化分层卷积的亚健康识别算法。首先,对原始振动数据进行小波降噪和小波包降噪两种数据处理,更好地保留原始信号中对亚健康识别有用的信息;其次,CNN采用分层卷积的思想,并行3个不同尺度的卷积核,多角度地进行特征提取;最后,将卷积核提取的特征输入到剪枝策略的胶囊网络中进行亚健康识别,改进的胶囊网络在保证准确率的同时加快亚健康识别时间,解决CNN结构过于复杂以及识别效果不佳的问题。实验结果表明,提出算法识别准确率高且识别时间较少。     

基于深度残差网络的人脸表情识别

针对深度卷积神经网络随着卷积层数增加而导致网络模型难以训练和性能退化等问题,提出了一种基于深度残差网络的人脸表情识别方法。该方法利用残差学习单元来改善深度卷积神经网络模型训练寻优的过程,减少模型收敛的时间开销。此外,为了提高网络模型的泛化能力,从KDEF和CK+两种表情数据集上选取表情图像样本组成混合数据集用以训练网络。在混合数据集上采用十折（10-fold）交叉验证方法进行了实验,比较了不同深度的带有残差学习单元的残差网络与不带残差学习单元的常规卷积神经网络的表情识别准确率。当采用74层的深度残差网络时,可以获得90.79%的平均识别准确率。实验结果表明采用残差学习单元构建的深度残差网络可以解决网络深度和模型收敛性之间的矛盾,并能提升表情识别的准确率。     

基于降噪自编码器网络与词向量的信息推荐方法

基于降噪自编码器的推荐方法缺乏对项目共现关系的分析能力,且模型存在参数冷启动问题。为此,基于降噪自编码器网络与词向量,提出一种信息推荐方法。将用户看作文档,将用户评价过的项目看作词语,以此构建训练语料。利用词向量模型对语料进行训练,得到隐含上下文信息的项目向量。将所有项目向量作为初始权重构建降噪自编码器神经网络,训练得到模型参数。通过模型预测用户评分完成top-N推荐。在标准数据集上的实验结果表明,该方法能提高推荐准确率,训练速度优于降噪自编码、奇异值矩阵分解和协同过滤推荐方法。     

基于改进空间金字塔池化卷积神经网络的交通标志识别

针对雾天、光照、遮挡和大倾角等因素导致的交通标志识别准确率低、泛化性差等问题，提出一种基于神经网络的轻量级交通标志识别方法。首先，利用图像归一化、仿射变换和限制对比度自适应直方图均衡化（CLAHE）方法进行图像预处理，以提高图像质量；其次，基于卷积神经网络（CNN），融合空间金字塔结构和批量归一化（BN）方法构建改进空间金字塔池化卷积神经网络（SPPN-CNN）模型，并利用Softmax分类器实现交通标志分类；最后，选用德国交通标志识别数据集（GTSRB），对比不同图像预处理方法、模型参数和模型结构的训练效果，并验证和测试所提模型。实验结果表明，SPPN-CNN模型的识别精度达到98.04%，损失小于0.1，在低配GPU条件下识别速率大于3 000 frame/s，验证了模型精度高、泛化性强、实时性好的特点。     

Image spam filtering using convolutional neural networks

Spammers often embed text into images in order to avoid filtering by text-based spam filters, which result in a large number of advertisement spam images. Garbage image recognition has become one of the hotspots in the field of Internet spam filtering research. Its goal is to solve the problem that traditional spam information filtering methods encounter a sharp performance decline or even failure when filtering spam image information. Based on the clustering algorithm, this paper proposes a method to expand the data samples, which greatly improves the number of high-quality training samples and meets the needs of model training. Then, we train a convolutional neural networks using the enlarged data samples to recognize the SPAM in real time. The experimental results show that the accuracy of the model is increased by more than 14% after using the method of data augmentation. The accuracy of the model can be improved by 6% compared with other methods of data augmentation. Combined with convolutional neural networks and the proposed method of data augmentation, the accuracy of our SPAM filtering model is 7–11% higher than that of the traditional method.     

SAR图像目标识别的卷积神经网模型

目的 合成孔径雷达图像目标识别可以有效提高合成孔径雷达数据的利用效率。针对合成孔径雷达图像目标识别滤波处理耗时长、识别精度不高的问题,本文提出一种卷积神经网络模型应用于合成孔径雷达图像目标识别。方法 首先,针对合成孔径雷达图像特点设计特征提取部分的网络结构;其次,代价函数中引入L2范数提高模型的抗噪性能和泛化性;再次,全连接层使用Dropout减小网络的运算量并提高泛化性;最后研究了滤波对于网络模型的收敛速度和准确率的影响。结果 实验使用美国运动和静止目标获取与识别数据库,10类目标识别的实验结果表明改进后的卷积神经网络整体识别率（包含变体）由93.76%提升至98.10%。通过设置4组对比实验说明网络结构的改进和优化的有效性。卷积神经网络噪声抑制实验验证了卷积神经网络的特征提取过程对于SAR图像相干斑噪声有抑制作用,可以省去耗时的滤波处理。结论 本文提出的卷积神经网络模型提高了网络的准确率、泛化性,无需耗时的滤波处理,是一种合成孔径雷达图像目标识别的有效方法。     

基于参数迁移和卷积循环神经网络的语音情感识别

在语音情感识别研究中,已有基于深度学习的方法大多没有针对语音时频两域的特征进行建模,且存在网络模型训练时间长、识别准确性不高等问题。语谱图是语音信号转换后具有时频两域的特殊图像,为了充分提取语谱图时频两域的情感特征,提出了一种基于参数迁移和卷积循环神经网络的语音情感识别模型。该模型把语谱图作为网络的输入,引入AlexNet网络模型并迁移其预训练的卷积层权重参数,将卷积神经网络输出的特征图重构后输入LSTM（Long Short-Term Memory）网络进行训练。实验结果表明,所提方法加快了网络训练的速度,并提高了情感识别的准确率。     

基于双池化特征加权结构CNN的图像分类

传统的池化方式会造成特征信息丢失,导致卷积神经网络中提取的特征信息不足。为了提高卷积神经网络在图像分类过程中的准确率,优化其学习性能,本文在传统池化方式的基础上提出一种双池化特征加权结构的池化算法,利用最大池化和平均池化2种方式保留更多的有价值的特征信息,并通过遗传算法对模型进行优化。通过训练不同池化方式的卷积神经网络,研究卷积神经网络在不同数据集上的分类准确率和收敛速度。实验在遥感图像数据集NWPU-RESISC45和彩色图像数据集Cifar-10上对采用几种池化方式的卷积神经网络分类结果进行对比验证,结果分析表明：双池化特征加权结构使得卷积神经网络的分类准确率有很大程度的提高,同时模型的收敛速度得到进一步提高。     

基于改进卷积神经网络的交通标志识别方法

针对传统卷积神经网络时间成本高的不足,对卷积神经网络进行了改进,减少其卷积核的数量,增加池化方式.为解决真实场景中自动驾驶系统和辅助驾驶系统中的道路交通标志识别问题,将改进的卷积神经网络运用到道路交通标志识别当中,以达到在较短时间内识别出交通标志的目的.以图形数据集GTRSB实景交通标志图像数据作为样本,用改进的卷积神经网络对实景交通标志进行识别,其识别总体准确率达到98.38%.实验结果表明,本方法可以在保持较高识别准确率的同时减少其识别的时间.     

结合卷积神经网络与OpenCV的人脸表情识别

针对实时人脸表情识别模型训练慢、识别速度慢的问题,提出一种OpenCV和卷积神经网络结合进行实时表情识别的方法。人脸表情是多个局部区域特征的集合,而卷积神经网络提取出的特征能更多地关注局部,因此采取卷积神经网络的方式进行模型的训练。所提网络在全连接层中加入了Dropout,能有效预防过拟合现象的发生,并且提升模型泛化能力。实验结果表明此模型的可行性,在fer2013数据集上的准确率达到71.6%。基于以上方法再结合OpenCV构建一个实时表情识别系统,系统实时识别表情的速度为0.4s。所构建的系统相比于现有的其他系统,具有训练速度较快、准确率较高、识别速度较快等优点。     

基于三维卷积神经网络的航运监控事件识别

针对传统的机器学习算法对大数据量的航运监控视频识别分类的效果不佳,以及现有的三维（3D）卷积的识别准确率较低的问题,基于3D卷积神经网络模型,结合较为流行的视觉几何组（VGG）网络结构以及GoogleNet的Inception网络结构,提出了一种基于VGG-16的3D卷积网络并引入Inception模块的VIC3D模型对航运货物实时监控视频进行智能识别。首先,将从摄像头获取到的视频数据处理成图片;然后,将等间隔取帧的视频帧序列按照类别进行分类并构建训练集与测试集;最后,在保证运行环境相同并且训练方式相同的前提下,将结合后的VIC3D模型与原模型分别进行训练,根据测试集的测试结果对各种模型进行比较。实验结果表明,VIC3D模型的识别准确率在原模型的基础上有所提升,相较于组约束循环卷积神经网络（GCRNN）模型的识别准确率提高了11.1个百分点,且每次识别所需时间减少了1.349 s;相较于C3D的两种模型的识别准确率分别提高了14.6个百分点和4.2个百分点。VIC3D模型能有效地应用到航运视频监控项目中。     

基于卷积神经网络的苹果栽培品种识别

针对苹果栽培品种识别分类问题,提供一个包含多个苹果果树品种的叶片图像原始数据集,并且研究构建一种新的深度卷积神经网络分类模型,对其分类准确性、泛化性能和稳定性进行对比验证,以期对苹果栽培品种简便、快速、准确的识别分类提供理论依据和技术支持。以甘肃省平凉市静宁县果树果品研究所苹果良种苗木繁育基地作为实验基地,在其中选取14个苹果果树品种。每个品种选取10棵左右树龄、树势、长势都存在差异的果树,采摘100片左右成熟的、无机械损伤的叶片,然后拍摄叶片图像建立数据集,进而利用卷积神经网络训练识别分类模型。本文针对苹果栽培品种识别分类,提供一个包含14个苹果果树品种共计14394张叶片图像的原始数据集,并且设计实现基于卷积神经网络的识别分类模型。实验结果表明,该识别分类模型有较高的准确率,训练集训练精度可以达到99.88%,验证集验证精度为94.36%,独立测试集的测试精度为90.49%。本文的研究结果可以为现代苹果田间种植及科研试验等实际场景提供力所能及的帮助,为深度卷积神经网络技术在植物品种识别分类实际应用场景提供参考,丰富深度学习在农业上的应用。     

基于改进YOLOv3的手势实时识别方法

针对基于人工建模方式的手势识别方法准确率低、速度慢的问题,提出一种基于改进YOLOv3的静态手势实时识别方法。采用卷积神经网络YOLOv3模型,将通过Kinect设备采集的IR、Registration of RGB、RGB和Depth图像代替常用的RGB图像作为数据集,并融合四类图像的识别结果以提高识别准确率。采用k-means聚类算法对YOLOv3中的初始候选框参数进行优化,从而加快识别速度。在此基础上,利用迁移学习的方法对基础特征提取器进行改进,以缩短模型的训练时间。实验结果表明,该方法对流式视频静态手势的平均识别准确率为99.8%,识别速度高达52 FPS,模型训练时间为12 h,与Faster R-CNN、SSD、YOLOv2等深度学习方法相比,其识别精度更高,识别速度更快。