基于Swin Transformer的嵌入式零样本学习算法

零样本学习旨在解决样本缺失情况下的分类问题.以往嵌入式零样本学习算法通常只利用可见类构建嵌入空间,在测试时不可避免会出现过拟合可见类的问题.基于此本文提出了一种基于类别语义相似度的多标签分类损失,该损失可在构建嵌入空间的过程中引导模型同时考虑与当前可见类语义上相似的未见类,进而将语义空间的相似性迁移到最终执行分类的嵌入空间.同时现有零样本学习算法大部分直接使用图像深度特征作为输入,特征提取过程没有考虑语义信息,基于此本文采用Swin Transformer作为骨干网络,输入原始图片利用自注意力机制得到基于语义信息的视觉特征.本文在3个零样本学习基准数据集上进行了大量实验,与目前最先进的算法相比取得了最佳的调和平均精度.     

基于自监督增强特征的直推式零样本图像分类

图像的视觉特征对实现零样本图像分类有至关重要的作用.尽管目前VGG、GoogLeNet和ResNet等网络提取的深度特征在图像分类领域获得了广泛的应用,但其在零样本图像分类问题上的表现并不理想,仍旧存在较大的提升空间.此外,由于零样本学习场景下训练集与测试集不相交的设定,导致分类网络不可避免地存在领域偏移问题.为此,提出一种基于自监督增强特征的直推式零样本图像分类框架.首先,通过辅助任务构造伪标签,利用自监督学习获得图像的自监督特征并将其与无监督深度特征进行特征融合;然后,将融合特征嵌入语义空间中进行零样本图像分类,并获得未见类的初始预测标签;最后,利用未见类特征和预测标签迭代地优化视觉-语义映射.所提出框架组件可选择,框架组件自监督网络、主干网络和降维网络分别选用CFN、VGG16和PCA构成网络.在CUB、SUN和AwA2数据集上的实验结果表明,所提出网络能够增强特征的判别能力,在零样本图像分类问题上表现良好.     

一种基于融合重构的子空间学习的零样本图像分类方法

图像分类是计算机视觉中一个重要的研究子领域.传统的图像分类只能对训练集中出现过的类别样本进行分类.然而现实应用中,新的类别不断涌现,因而需要收集大量新类别带标记的数据,并重新训练分类器.与传统的图像分类方法不同,零样本图像分类能够对训练过程中没有见过的类别的样本进行识别,近年来受到了广泛的关注.零样本图像分类通过语义空间建立起已见类别和未见类别之间的关系,实现知识的迁移,进而完成对训练过程中没有见过的类别样本进行分类.现有的零样本图像分类方法主要是根据已见类别的视觉特征和语义特征,学习从视觉空间到语义空间的映射函数,然后利用学习好的映射函数,将未见类别的视觉特征映射到语义空间,最后在语义空间中用最近邻的方法实现对未见类别的分类.但是由于已见类和未见类的类别差异,以及图像的分布不同,从而容易导致域偏移问题.同时直接学习图像视觉空间到语义空间的映射会导致信息损失问题.为解决零样本图像分类知识迁移过程中的信息损失以及域偏移的问题,本文提出了一种图像分类中基于子空间学习和重构的零样本分类方法.该方法在零样本训练学习阶段,充分利用未见类别已知的信息,来减少域偏移,首先将语义空间中的已见类别和未见类别之间的关系迁移到视觉空间中,学习获得未见类别视觉特征原型.然后根据包含已见类别和未见类别在内的所有类别的视觉特征原型所在的视觉空间和语义特征原型所在的语义空间,学习获得一个潜在类别原型特征空间,并在该潜在子空间中对齐视觉特征和语义特征,使得所有类别在潜在子空间中的表示既包含视觉空间下的可分辨性信息,又包含语义空间下的类别关系信息,同时在子空间的学习过程中利用重构约束,减少信息损失,同时也缓解了域偏移问题.最后零样本分类识别阶段,在不同的空间下根据最近邻算法对未见类别样本图像进行分类.本文的主要贡献在于:一是通过对语义空间中类别间关系的迁移,学习获得视觉空间中未见类别的类别原型,使得在训练过程中充分利用未见类别的信息,一定程度上缓解域偏移问题.二是通过学习一个共享的潜在子空间,该子空间既包含了图像视觉空间中丰富的判别性信息,也包含了语义空间中的类别间关系信息,同时在子空间学习过程中,通过重构,缓解知识迁移过程中信息损失的问题.本文在四个公开的零样本分类数据集上进行对比实验,实验结果表明本文提出的零样本分类方法取得了较高的分类平均准确率,证明了本文方法的有效性.     

基于低秩堆栈式语义自编码器的零样本学习

在图像分类领域,现有的深度学习等方法在训练时需要大量有标注的数据样本,且无法识别在训练阶段未出现的类别。零样本学习能有效缓解此类问题。本研究基于堆栈式自编码器和低秩嵌入,提出了一种新的零样本学习方法,即基于低秩嵌入的堆栈语义自编码器（low-rank stacked semantic auto-encoder,LSSAE）。该模型基于编码-解码机制,编码器学习到一个具有低秩结构的投影函数,用于将图像的视觉特征空间、语义描述空间以及标签进行连接;解码阶段重建原始视觉特征。并通过低秩嵌入,使得学习到的模型在预见未见类别时能共享已见类的语义信息,从而更好地进行分类。本研究在五个常见的数据集上进行实验,结果表明LSSAE的性能优于已有的零样本学习方法,是一种有效的零样本学习方法。     

基于视觉误差与语义属性的零样本图像分类

在图像分类的实际应用过程中,部分类别可能完全没有带标签的训练数据。零样本学习（ZSL）的目的是将带标签类别的图像特征等知识迁移到无标签的类别上,实现无标签类别的正确分类。现有方法在测试时无法显式地区分输入图像属于已知类还是未知类,很大程度上导致未知类在传统设定下的ZSL和广义设定下的ZSL（GZSL）上的预测效果相差甚远。为此,提出一种融合视觉误差与属性语义信息的方法来缓解零样本图像分类中的预测偏置问题。首先,设计一种半监督学习方式的生成对抗网络架构来获取视觉误差信息,由此预测图像是否属于已知类;然后,提出融合属性语义信息的零样本图像分类网络来实现零样本图像分类;最后,测试融合视觉误差与属性语义的零样本图像分类方法在数据集AwA2和CUB上的效果。实验结果表明,与对比模型相比,所提方法有效缓解了预测偏置问题,其调和指标H在AwA2（Animal with Attributes）上提升了31.7个百分点,在CUB（Caltech-UCSD-Birds-200-2011）上提升了8.7个百分点。     

基于双注意力机制的零样本建筑图像分类方法

零样本建筑图像分类是在标记训练样本不足以涵盖所有类的情况下,利用已知建筑类别与未知建筑类别之间的知识迁移对未知类样本进行分类。针对建筑风格分类中标记数据少及局部判别性特征定位不准确的问题,提出一种基于双注意力机制的零样本图像分类方法。该方法首先引入通道注意和空间注意两种模型以增强图像特定区域的表示。其中,通道注意网络学习不同通道权重以定位图像中的建筑物;空间注意网络将位置信息嵌入通道注意图捕获目标中的细节特征,获取具有通道和空间双层维度的特征表示。其次,为减少空间映射过程中出现的信息损失,使用生成器重建视觉特征。最后,设计公共空间嵌入的零样本建筑图像分类模型,在子空间对齐视觉特征和语义特征,通过最近邻匹配实现分类任务。实验结果表明,所提方法较当前零样本学习方法而言,在零样本数据集CUB及建筑风格数据集Architecture Style Dataset上的平均分类准确率分别提高1.3和0.7百分点。     

基于随机传播图卷积模型的零样本图像分类

零样本图像分类旨在识别训练时从未出现过的全新类别(未见类别),为此需要利用辅助信息建模未见类和可见类之间的关系。利用图卷积网络(GCN)进行零样本分类的模型可以借助知识图显式地表达类别之间的关系,但 GCN 易受过平滑影响,导致模型性能下降。针对此问题提出了基于随机传播图卷积模型的零样本图像分类方法。该方法使用随机传播机制处理原始特征以达到特征扰动和数据扩增的目的;利用数据中类别层级生成的知识图建模类别之间的语义关系。其中,图中节点代表类别,节点间的边代表类别之间的关系。再构建 GCN对处理后的特征进行训练,从节点中输出包含未见类别的分类器参数,进而实现零样本图像分类。实验结果表明,该方法可以有效地改善零样本图像分类中的时间消耗、分类精度和泛化性能。     

直推式遥感图像场景零样本分类算法

针对遥感图像场景零样本分类算法中的空间类结构不一致以及域偏移问题,提出基于Sammon嵌入和谱聚类方法结合的直推式遥感图像场景零样本分类算法。首先,基于Sammon嵌入算法修正语义特征空间类原型表示,使其与视觉特征空间类原型结构对齐;其次,借助结构迁移方法得到视觉特征空间测试类原型表示;最后,针对域偏移问题,采用谱聚类方法修正视觉特征空间测试类原型,以适应测试类样本分布特点,提高场景零样本分类准确度。在两个遥感场景集（UCM和AID）上分别获得52.89%和55.93%的最高总体分类准确度,均显著优于对比方法。实验结果表明,通过显著降低视觉特征空间和语义特征空间的场景类别结构不一致性,同时减轻了域偏移问题,可实现语义特征空间类结构知识到视觉特征空间的有效迁移,大幅提升遥感场景零样本分类的准确度。     

基于未知类语义约束自编码的零样本图像分类

为缓解传统零样本图像分类模型中存在的领域偏移问题,提出一种基于未知类语义约束自编码的零样本图像分类模型.首先,利用预训练的ResNet101网络提取所有已知类和未知类图像的视觉特征;其次,通过编码器将提取的图像深度视觉特征从视觉空间映射到语义空间;然后,通过解码器将映射后得到的语义向量重构为视觉特征向量,在语义自编码器的训练过程中,利用未知类图像的聚类视觉中心和未知类语义类原型的分布对齐施加约束,以缓解领域偏移问题;最后,基于经编码器预测得到的测试图像语义向量和各测试类语义类原型之间的相似性,采用最近邻算法实现零样本图像分类.在AwA2和CUB数据集上的实验结果表明,所提出模型具有较高的分类准确度.     

语义匹配网络的小样本学习

针对深度学习领域内通过少量样本难以实现视觉识别的小样本学习问题，提出一种新的语义匹配网络。利用双注意力机制匹配图像的语义信息，并在多尺度分类网络下匹配图像的相似度，提升同类别样本之间的语义相关性，从而获得更加准确的样本类别。实验结果表明，与Siamese Net、Matching Net等网络相比，该语义匹配网络可有效提取样本间的语义信息，提升小样本分类准确率。