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。     

面向改进尺度缩放网络的绝缘子识别

目的 在电力系统中，准确地识别绝缘子目标是保障输电线路正常运行的重要前提。针对传统方法无法自动提取绝缘子特征，以及深度学习网络提取绝缘子语义信息不足的问题，提出了一种基于改进多尺度网络的绝缘子识别模型，同时满足自动识别和增强语义信息的要求。方法 改进工作主要分为3部分，首先，采用特征融合的方法，增强特征提取网络生成的特征图的语义信息；其次，特征提取后，为了避免经过多次卷积、池化操作，较小尺度绝缘子语义信息损失严重，因此，扩大网络中的小尺度特征图，进一步丰富较小尺度绝缘子的语义信息；最后，为了更好地识别尺度差异较大的绝缘子，改进锚点框的参数。完成改进工作后，通过边框回归得到绝缘子的准确位置信息，最终识别出绝缘子。结果 实验数据集由复合、玻璃和陶瓷3种材质的绝缘子构成，共有4 350幅图像。在实验数据集上进行识别，实验结果与3种不同结构的多尺度网络模型相比，模型结构最优，识别准确率为96.28%，与传统的Faster RCNN（faster region convolutional neural network）、改进的Faster RCNN等方法相比，识别准确率提高了1.98%~11.99%不等。结论 本文提出的改进模型使绝缘子识别准确率显著提高，为之后的输电线路检测工作夯实基础。     

基于改进的YOLO算法的交通标志识别

为了解决交通标志识别易受光照、遮挡和小目标影响的问题，对YOLOv5-P6算法进行改进，提出了一种新的交通标志识别算法。算法采用加权双向特征金字塔网络，提高特征提取能力，增加了跨层连接并对传递的特征进行权重调整，更好地融合道路交通标志的通道特征；使用空洞空间池化金字塔模块提取多尺度上下文信息，进一步增大感受野从而改善语义分割的效果；引入改进的跨阶段局部网络，使模块更加简洁；在训练过程中加入随机裁剪技术，并采用图像缩放、图像切变以及代数运算对检测效果不理想的类别进行实例扩充，缓解模型的过拟合问题。在TT100K数据集上应用本算法，识别精度达到90.02%,与传统的YOLOv5模型相比提高了4.72%,帧处理速率达到36.07FPS。     

CNN多层特征融合与ELM的乳腺疾病诊断方法

针对传统计算机辅助诊断方法准确率低、耗时长的问题,提出卷积神经网络（Convolutional Neural Networks,CNN）多层特征融合与极限学习机（Extreme Learning Machine,ELM）的乳腺疾病诊断方法。利用CNN从乳腺X光图像中提取多层特征;提出多尺度池化操作将各层提取的特征进行融合;使用极限学习机分类器进行乳腺疾病的快速诊断。实验结果表明,该乳腺疾病检测方法平均准确率高达97.13%,诊断时间是6.43 ms。该方法能有效地提高乳腺疾病诊断的准确率,缩短诊断时间,且具有较好的鲁棒性和泛化能力。     

面向多尺度坦克装甲车辆目标检测的改进Faster R-CNN算法

复杂战场环境下的图像目标检测技术,是未来发展目标自动检测与跟踪一体化坦克火控系统需要解决的关键性问题.针对FasterR-CNN算法在小尺度坦克装甲车辆目标检测方面存在的问题,提出一种改进算法.首先采用尺度依赖区域建议网络(RPN),根据目标尺度分布情况在不同深度的卷积层上设置合理大小的滑动窗口,使RPN能够提取出更加精确的建议区域;其次提出一种选择性池化策略,根据尺度依赖RPN产生建议区域的大小选择合适深度的卷积层特征进行ROI池化,为后续的检测子网络保留足够的目标信息.在TankVOC4000图像库中从目标召回率、检测精度和速度等角度进行实验的结果表明,通过合理地利用多个层次上的卷积特征,文中算法对多种尺度的坦克装甲目标均取得了良好的检测效果,检测精度和速度均优于原Faster R-CNN算法,能够更好地满足实际应用需求.     

复杂场景下基于复合胶囊网络的交通标志识别

针对复杂场景中交通标志被遮挡,用单一模型特征提取方法获取的图像信息不充分的问题,提出一种复合胶囊网络的交通标志识别方法.将残差网络中的多尺度思想引入胶囊网络卷积层,在主胶囊层中加入双通道池化,对动态路由算法的计算方式进行优化,提高特征提取的效果和预测值的输出概率.在GTSRB数据集上的测试结果表明,改进后的复合胶囊网络识别精度达到99.21％,相对于其它识别算法性能有所提升,验证了该模型的有效性.     

面向多尺度交通标志的快速识别算法

由于光照、尺寸形变等因素,在自然条件下实时准确地检测和识别多尺度交通标志一直具有挑战性.针对该问题,论文提出一个面向多尺度交通标志的快速识别算法.首先,论文采用了一种基于多通道融合的输入方式,解决原始图像直接输入导致局部边缘刻画不明显的问题;同时,论文研究了一种注意力机制与多尺度特征相结合的交通标志检测算法.通过FPN网络获取多尺度特征图,同时在每个尺度的特征图中通过RPN网络定位出候选目标区域,最后候选目标区域的上下文信息与提取的目标多尺度特征进行拼接,该方法对小尺度的交通标志检测效果显著;最后,论文构建了一个多辅支卷积神经网络,在保持精度情况下,加快了交通标志的识别速度.实验表明,论文的方法有效地降低了交通标志的漏检率,同时显著提升了多尺度交通标志识别的实时性和准确性.     

基于多尺度池化卷积神经网络的疲劳检测方法研究

针对视觉特征分析疲劳检测问题,设计了一种级联深度学习的检测系统结构,并提出基于多尺度池化的卷积神经网络疲劳状态检测模型。首先通过深度学习模型MTCNN进行人脸检测,提取出眼睛和嘴巴区域;针对眼睛和嘴巴的状态表征和识别问题,提出一种基于ResNet的多尺度池化模型（MSP）对眼睛和嘴巴状态进行训练;实时检测时,将眼睛嘴巴区域通过训练好的卷积神经网络模型进行状态识别,最后基于PERCLOS和提出的嘴巴张合频率（FOM）对驾驶员进行疲劳判定。实验结果表明,该算法具有较高的检测准确率,同时满足实时性要求,且对复杂环境具有较高的鲁棒性。     

不同池化模型的卷积神经网络学习性能研究

目的 基于卷积神经网络的深度学习算法在图像处理领域正引起广泛关注。为了进一步提高卷积神经网络特征提取的准确度,加快参数收敛速度,优化网络学习性能,通过对比不同的池化模型对学习性能的影响提出一种动态自适应的改进池化算法。方法 构建卷积神经网络模型,使用不同的池化模型对网络进行训练,并检验在不同迭代次数下的学习结果。在现有算法准确率不高和收敛速度较慢的情况下,通过使用不同的池化模型对网络进行训练,从而构建一种新的动态自适应池化模型,并研究在不同迭代次数下其对识别准确率和收敛速度的影响。结果 通过对比实验发现,使用动态自适应池化算法的卷积神经网络学习性能最优,在手写数字集上的收敛速度最高可以提升18.55%,而模型对图像的误识率最多可以降低20%。结论 动态自适应池化算法不但使卷积神经网络对特征的提取更加精确,而且很大程度地提高了收敛速度和模型准确率,从而达到优化网络学习性能的目的。这种模型可以进一步拓展到其他与卷积神经网络相关的深度学习算法。     

基于改进的双向长短期记忆网络的视频摘要生成模型

针对传统视频摘要方法往往没有考虑时序信息以及提取的视频特征过于复杂、易出现过拟合现象的问题,提出一种基于改进的双向长短期记忆（BiLSTM）网络的视频摘要生成模型。首先,通过卷积神经网络（CNN）提取视频帧的深度特征,而且为了使生成的视频摘要更具多样性,采用BiLSTM网络将深度特征识别任务转换为视频帧的时序特征标注任务,让模型获得更多上下文信息;其次,考虑到生成的视频摘要应当具有代表性,因此通过融合最大池化在降低特征维度的同时突出关键信息以淡化冗余信息,使模型能够学习具有代表性的特征,而特征维度的降低也减少了全连接层需要的参数,避免了过拟合问题;最后,预测视频帧的重要性分数并转换为镜头分数,以此选取关键镜头生成视频摘要。实验结果表明,在标准数据集TvSum和SumMe上,改进后的视频摘要生成模型能提升生成视频摘要的准确性;而且它的F1-score值也比基于长短期记忆（LSTM）网络的视频摘要模型DPPLSTM在两个数据集上分别提高1.4和0.3个百分点。     

注意力分层双线性池化残差网络的表情识别

由于人脸表情图像具有细微的类间差异信息和类内公有信息,提取具有判别性的局部特征成为关键问题,为此提出了一种注意力分层双线性池化残差网络。该模型采用有效的通道注意力机制显式地建模各通道的重要程度,为输出特征图分配不同的权重,按权重值大小定位显著区域。并添加了一个新的分层双线性池化层,集成多个跨层双线性特征来捕获层间部分特征关系,以端到端的深度学习方式在特征图中进行空间池化,使所提网络模型更适合精细的面部表情分类。分别在FER-2013和CK+数据集上对设计的网络进行实验,最高识别率分别为73.84%和98.79%,达到了具有竞争性的分类准确率,适用于细微的面部表情图像识别任务。     

基于多尺度分层双线性池化网络的细粒度表情识别模型

人脸表情细微的类间差异和显著的类内变化增加了人脸表情识别难度。构建一个基于多尺度双线性池化神经网络的识别模型。设计3种不同尺度网络提取人脸表情全局特征,并引入分层双线性池化层,集成多个同一网络及不同网络的多尺度跨层双线性特征以捕获不同层级间的部分特征关系,从而增强模型对面部表情细微特征的表征及判别能力。同时,使用逐层反卷积融合多层特征信息,解决神经网络通过多层卷积层、池化层提取特征时丢失部分关键特征的问题。实验结果表明,该模型在FER2013和CK+公开数据集上的识别率分别为73.725%、98.28%,优于SLPM、CL、JNS等人脸表情识别模型。     

基于改进Faster R_CNN的苹果叶片病害检测模型

在实际条件下,苹果叶片病害图像背景复杂且病斑较小,难以进行实时检测。针对该问题,提出一种改进的Faster R_CNN模型。通过特征金字塔网络将具有细节信息的浅层特征和具有语义信息的深层特征融合,以提取丰富的苹果叶片病害特征。同时采用精确感兴趣区域池化,避免感兴趣区域池化中2次量化操作对病斑较小的苹果叶片病害造成像素偏差。实验结果表明,该模型能对自然条件下5种苹果叶片病害进行有效检测,平均精度均值达82.48%,与Faster R_CNN、YOLOv3和Mask R_CNN模型相比,其平均精度均值分别提高了6.01、14.12和5.06个百分点。     

基于多尺度特征迁移学习的步态识别研究

为了解决行人步态数据集样本量较少、单特征或多特征融合的步态识别算法特征描述不足的问题,提出了一种基于多尺度特征深度迁移学习的行人步态识别方法。该算法步骤包括：改进VGG-16网络,去除网络中最后一个最大池化层（Maxpool Layer）,融合空间金字塔池化网络结构（SPP）获取行人步态能量图（GEI）的多尺度信息,利用Imagenet数据集预训练此网络模型,将提取特征能力迁移至行人步态识别网络模型中,采用行人步态样本集微调网络,修改网络中的全连接层参数,应用于行人步态识别研究。该方法在中科院自动化研究所的CASIA-B步态数据集上的识别精度达到了95.7%,与单一步态特征的步态识别方法以及融合多种步态特征的识别方法相比,步态识别率有了明显提升,表明该方法有更好的识别性能。     

基于高低维度特征融合的双通道卷积神经网络

为了充分利用图像中所隐藏的特征信息,提出将低级维度特征融合在全连接层,构建出融合了高低级维度特征的双通道卷积神经网络。首先构建一个传统的双通道卷积神经网络,在两通道上设置不同大小的卷积核,将双通道的池化层分别连接到全连接层,同时将两通道卷积神经网络的第一池化层提取的特征也直接送到全连接层,使提取得到的初级和高级特征图在全连接层上进行融合,融合后的数据输入到Softmax分类器进行分类。不同算法在fashion-mnist和CIFAR-10数据库上的对比仿真结果表明,本文模型获得了较高的分类准确率。     

SAR变体目标识别的卷积神经网络法

目的 深度学习已经大量应用于合成孔径宽达（SAR）图像目标识别领域,但大多数工作是基于MSTAR数据集的标准操作条件展开研究。当将深度学习应用于同类含变体目标时,例如T72子类,由于目标间差异小,所以仍存在着较大的挑战。本文从极大限度地保留SAR图像输入特征出发,设计一种适用于SAR变体目标识别的深度卷积神经网络结构。方法 设计网络主要由多尺度空间特征提取模块和DenseNet中的稠密块、转移层构成。多尺度特征提取模块置于网络底层,通过使用尺寸分别为1×1、3×3、5×5、7×7、9×9的卷积核,提取丰富空间特征的同时保留输入图像信息。为使输入图像信息更加有效地向后传递,基于DenseNet中的稠密块和转移层进行后续网络层设计。在对训练样本进行样本扩充基础上,分析了输入图像分辨率及目标存在平移和不同噪声水平等情况对模型识别精度的影响,与用于SAR图像目标识别的深度模型识别精度在标准操作条件下进行了对比分析。结果 实验结果表明,对T72 8类变体目标进行分类,设计的模型能够取得95.48%的识别精度,在存在目标平移和不同噪声水平情况下,平均识别精度分别达到了94.61%和86.36%。对10类目标（包括不含变体和含变体情况）在进行数据增强的情况下进行模型训练与测试,分别达到了99.38%和98.81%的识别精度,略优于其他对比模型结构识别精度。结论 提出的模型可以充分利用输入图像以及各卷积层输出的特征,学习目标图像的细节差异,不仅适用于SAR图像变体目标的识别任务,同时在标准操作条件下的识别任务也取得了较高的识别结果。     

基于自适应卷积滤波的网络近邻入侵检测算法

深度无线传感组合网络中的近邻路由节点入侵具有载荷快速变化性,难以对新出现的攻击类型和网络异常行为进行有效识别,因此提出一种基于自适应卷积滤波的网络近邻入侵检测算法。在深度无线传感组合网络的传输信道中进行网络流量采集,构建网络入侵信号模型,在时间和频率上分析网络入侵信号的能量密度和攻击强度等特征信息,构建自适应卷积滤波器进行网络传输信息的盲源滤波和异常特征提取;采用联合时频分析方法进行网络近邻入侵特征信息的频谱参量估计,根据频谱特征的异常分布状态进行无线传感组合网络近邻入侵检测。仿真实验结果表明,采用该方法进行网络入侵检测的准确率较高,对未知的网络流量样本序列具有较高的识别能力和泛化能力,且所提算法优于传统的HHT检测算法、能量管理检测方法。     

基于胶囊网络的三维模型识别

为解决传统卷积神经网络中大量池化层的引入导致特征信息丢失的问题,依据胶囊网络(CapsNet)使用向量神经元保存特征空间信息的特性,提出了一种用以识别三维模型的网络模型3DSPNCapsNet。使用新的网络结构,提取更具代表性的特征的同时降低了模型复杂度,并提出基于动态路由(DR)算法的DRL算法来优化胶囊权重的迭代计算过程。在ModelNet10上的实验结果表明,相比3DCapsNet以及VoxNet,该网络取得了更好的识别效果,在原始测试集上3DSPNCapsNet的平均识别准确率达到95%,同时验证了该网络对旋转三维模型的识别能力。适当扩展旋转训练集之后,所提网络对各角度旋转模型的平均识别率达到81%。实验结果表明,3DSPNCapsNet对三维模型及其旋转具有良好的识别能力。