形状的全尺度可视化表示与识别

目的 视觉目标的形状特征表示和识别是图像领域中的重要问题。在实际应用中,视角、形变、遮挡和噪声等干扰因素造成识别精度较低,且大数据场景需要算法具有较高的学习效率。针对这些问题,本文提出一种全尺度可视化形状表示方法。方法 在尺度空间的所有尺度上对形状轮廓提取形状的不变量特征,获得形状的全尺度特征。将获得的全部特征紧凑地表示为单幅彩色图像,得到形状特征的可视化表示。将表示形状特征的彩色图像输入双路卷积网络模型,完成形状分类和检索任务。结果 通过对原始形状加入旋转、遮挡和噪声等不同干扰的定性实验,验证了本文方法具有旋转和缩放不变性,以及对铰接变换、遮挡和噪声等干扰的鲁棒性。在通用数据集上进行形状分类和形状检索的定量实验,所得准确率在不同数据集上均超过对比算法。在MPEG-7数据集上精度达到99.57%,对比算法的最好结果为98.84%。在铰接和射影变换数据集上皆达到100%的识别精度,而对比算法的最好结果分别为89.75%和95%。结论 本文提出的全尺度可视化形状表示方法,通过一幅彩色图像紧凑地表达了全部形状信息。通过卷积模型既学习了轮廓点间的形状特征关系,又学习了不同尺度间的形状特征关系。本文方法在视角变化、局部遮挡、铰接变形和噪声等干扰下能保持较高的识别正确率,可应用于图像采集干扰较多以及红外或深度图像的目标识别,并适用于大数据场景下的识别任务。     

并行交叉的深度卷积神经网络模型

目的 图像分类与识别是计算机视觉领域的经典问题,是图像检索、目标识别及视频分析理解等技术的基础。目前,基于深度卷积神经网络(CNN)的模型已经在该领域取得了重大突破,其效果远远超过了传统的基于手工特征的模型。但很多深度模型神经元和参数规模巨大,训练困难。为此根据深度CNN模型和人眼视觉原理,提出并设计了一种深度并行交叉CNN模型(PCCNN模型)。方法 该模型在Alex-Net基础上,通过两条深度CNN数据变换流,提取两组深度CNN特征;在模型顶端,经过两次混合交叉,得到1024维的图像特征向量,最后使用Softmax回归对图像进行分类识别。结果 与同类模型相比,该模型所提取的特征更具判别力,具有更好的分类识别性能;在Caltech101上top1识别精度达到63%左右,比VGG16高出近5%,比GoogLeNet高出近10%;在Caltech256上top1识别精度达到46%以上,比VGG16高出近5%,比GoogLeNet高出2.6%。结论 PCCNN模型用于图像分类与识别效果显著,在中等规模的数据集上具有比同类其他模型更好的性能,在大规模数据集上其性能有待于进一步验证;该模型也为其他深度CNN模型的设计提供了一种新的思路,即在控制深度的同时,提取更多的特征信息,提高深度模型性能。     

基于改进深度残差网络的矿井图像分类

精确煤矸分类及识别能力是煤矿智能煤矸分选机器人要解决的关键问题。在通过深度学习图像分类方法的检测煤矸石中,为克服当前残差网络计算量大、复杂度高以及信息丢失的问题,提出了基于改进深度残差网络的图像分类方法。并提出了一种新的损失函数soft-center loss,克服由于softmax分类器对特征的区分判别能力差以及易造成模型过度自信的问题。同时在图像预处理阶段利用CBDNet去噪网络,提高了井下图像的质量,进一步提升了煤矸分类的准确率。实验结果表明,基于改进深度残差网络分类模型相比于其他分类网络模型在井下图像分类准确率提高了4.12%,在公开数据集CIFAR-10准确率提高了1.5%。     

基于改进DenseNet的刺绣图像分类识别的研究

针对中华传统刺绣工艺传承保护问题中的分类任务,传统的刺绣分类方法存在耗时长、精度低以及需要大量掌握专业知识的人力资源等问题;设计了一种基于改进DenseNet的刺绣图像分类识别方法;构建刺绣图像分类识别数据集;采用局部二值模式LBP、Canny算子边缘提取以及Gabor滤波等方式提取纹理特征,将不同特征图与原图合并为四至六通道图像数据集送入网络进行消融试验,扩充了数据集宽度;为稳定训练过程,加速损失收敛速度,提出引入SPP (spatial pyramid pooling)结构优化模型;为提高分类识别精度使用Leaky ReLU激活函数优化ReLU函数;实验结果表明基于改进DenseNet的刺绣图像分类识别方法可解决传统刺绣图像分类方法中存在的问题,改进后的刺绣图像分类模型与基准模型相比准确率提高了8.1%,高达97.39%。     

植物图像识别理论研究

为实现对植物的高效识别与分类,现拟设计一种改进型卷积网络对大规模植物进行提取分类。利用图像算法对提取的植物图像进行增强,提高识别的灵敏度;然后以现有深度神经网络为基础,设计一个门网络,实现数千维输出的深度混合网络;再通过机器学习快速识别并提取探测目标的特征来实现植物的有效识别及分类。根据结果显示,本设计对植物的识别精确度能达到83%。     

基于深度信念网络的社保卡号码识别方法

提出了一种基于深度信念网络(DBN)的社保卡号码识别方法,通过采集社保卡图像,采用模块分割的方法,对社保卡号码区域进行行分割,利用区域生长的方法对行内号码分割,将号码图像灰度化与二值化,并归一化为32×32大小,作为深度信念网络的输入数据,训练3层受限玻尔兹曼机(RBM)来获得更加抽象的特征表达,模型的最顶层结合Softmax回归分类器对抽取后的特征进行分类.实验结果表明:其准确率高达98.3%,与BP神经网络和支持向量机(SVM)模型相比,深度信念网络学习了数据的高层特征的同时降低了特征维数,提高了分类器的分类精度,有效提高了社保卡号码识别率.     

非受限条件下的深度人脸年龄分类

针对非受限条件下人脸图像年龄分类准确度较低的问题,提出了一种基于深度残差网络（ResNets）和大数据集微调的非受限条件下人脸年龄分类方法。首先,选用深度残差网络作为基础卷积神经网络模型处理人脸年龄分类问题;其次,在ImageNet数据集上对深度残差网络预训练,学习基本图像特征的表达;然后,对大规模人脸年龄图像数据集IMDB-WIKI清洗,并建立了IMDB-WIKI-8数据集用于微调深度残差网络,实现一般物体图像到人脸年龄图像的迁移学习,使模型适应于年龄段的分布并提高网络学习能力;最后,在非受限人脸数据集Adience上对微调后的网络模型进行训练和测试,并采用交叉验证方法获取年龄分类准确度。通过34/50/101/152层残差网络对比可知,随着网络层数越深年龄分类准确度越高,并利用152层残差网络获得了Adience数据集上人脸图像年龄分类的最高准确度65.01%。实验结果表明,结合更深层残差网络和大数据集微调,能有效提高人脸图像年龄分类准确度。     

深度置信网络在极化SAR图像分类中的应用

目的 深度置信网络能够从数据中自动学习、提取特征,在特征学习方面具有突出优势。极化SAR图像分类中存在海量特征利用率低、特征选取主观性强的问题。为了解决这一问题,提出一种基于深度置信网络的极化SAR图像分类方法。方法 首先进行海量分类特征提取,获得极化类、辐射类、空间类和子孔径类四类特征构成的特征集;然后在特征集基础上选取样本并构建特征矢量,用以输入到深度置信网络模型之中;最后利用深度置信网络的方法对海量分类特征进行逐层学习抽象,获得有效的分类特征进行分类。结果 采用AIRSAR数据进行实验,分类结果精度达到91.06%。通过与经典Wishart监督分类、逻辑回归分类方法对比,表现了深度置信网络方法在特征学习方面的突出优势,验证了方法的适用性。结论 针对极化SAR图像海量特征的选取与利用,提出了一种新的分类方法,为极化SAR图像分类提供了一种新思路,为深度置信网络获得更广泛地应用进行有益的探索和尝试。     

基于改进全局—局部注意网络的室内场景识别方法

由于卷积神经网络(CNN)大多侧重于全局特征学习,忽略了包含更多细节的局部特征信息,使得室内场景识别的准确率难以提高。针对这一问题,提出了基于改进全局—局部注意网络(GLANet)的室内场景识别方法。首先,利用GLANet捕捉场景图像的全局特征和局部特征,增加图像特征中的细节信息;然后,在局部网络中引入non-local注意力模块,通过注意力图和特征图的卷积来进一步保留图像的细节特征,最后融合网络不同阶段的多种特征进行分类。通过在MIT Indoor67和SUN397数据集上的训练和验证,所提方法的识别准确率与LGN方法相比分别提高了1.98%和3.07%。实验结果表明,该算法能够有效捕获全局语义信息和精细的局部细节,显著提高了识别准确率。     

基于区域卷积神经网络的空中飞行物识别算法

针对飞行物检测中,由于目标背景复杂、姿态不一导致的识别准确率低的问题,提出改进的基于区域卷积神经网络Faster R-CNN的空中飞行物识别算法,使用消色差折射式望远镜ETX80和个人电脑(PC)构建空中飞行物识别系统。首先,构建包含无人机、飞机和飞鸟三种飞行物的数据集,对数据集进行标注和划分;然后,利用ResNet101深度残差网络提取图像特征,并输入构建的深度学习网络模型进行训练,网络模型包括区域建议网络、感兴趣区域池化层和分类层。测试结果证明:该方法能够在不同背景下的无人机、飞机、飞鸟三类空中飞行物的识别上达到良好的效果,检测平均准确率为96.7%,比FasterR-CNN算法提高3.1%。     

Gabor特征与深度信念网络结合的人脸识别方法

提出了一种基于Gabor特征和深度信念网络(DBN)的人脸识别方法,通过提取Gabor人脸图像的不同尺度图进行卷积融合,将融合后的特征图作为DBN的输入数据,训练多层来获得更加抽象的特征表达,整个训练的过程中采用交差熵来微调DBN,模型的最顶层结合Softmax回归分类器对抽取后的特征进行分类.在AR人脸库测试的实验结果表明:将Gabor特征与DBN结合应用于人脸识别,其准确率可高达92.7％,与其他浅层学习模型相比,DBN学习了数据的高层特征的同时还降低了特征维数,提高了分类器的分类精度,最终有效改善了人脸识别率.     

基于稀疏降噪自编码器的深度置信网络

传统的深度置信网络（DBN）采用随机初始化受限玻尔兹曼机（RBM）的权值和偏置的方法初始化网络。虽然这在一定程度上克服了由BP算法带来的易陷入局部最优和训练时间长的问题,但随机初始化仍然会导致网络重构和原始输入的较大差别,这使得网络无论在准确率还是学习效率上都无法得到进一步提升。针对以上问题,提出一种基于稀疏降噪自编码器（SDAE）的深度网络模型,其核心是稀疏降噪自编码器对数据的特征提取。首先,训练稀疏降噪自编码;然后,用训练后得到的权值和偏置来初始化深度置信网络;最后,训练深度置信网络。在Poker Hand 纸牌游戏数据集和MNIST、USPS手写数据集上测试模型性能,在Poker Hand数据集下,方法的误差率比传统的深度置信网络降低46.4%,准确率和召回率依次提升15.56%和14.12%。实验结果表明,所提方法能有效地改善模型性能。     

基于布谷鸟搜索和深度信念网络的肺部肿瘤图像识别算法

针对深度信念网络（DBN）权值随机初始化易使网络陷入局部最优的问题,在传统DBN模型中引入布谷鸟搜索（CS）算法,提出一种基于CS-DBN的肺部肿瘤图像识别算法。首先,利用CS的全局寻优能力对DBN的初始权值进行优化,并在此基础上进行DBN的逐层预训练;然后,利用反向传播（BP）算法对整个网络进行微调,从而使网络权值达到最优;最后,将CS-DBN应用于肺部肿瘤图像的识别,实验从受限玻尔兹曼机（RBM）训练次数、训练批次大小、DBN隐层层数和隐层节点数四个角度将CS-DBN与传统DBN进行比较,以验证该算法的可行性和有效性。实验结果表明,CS-DBN的识别精度明显高于传统DBN,在不同RBM训练次数、训练批次大小、DBN隐层层数和隐层节点数条件下,CS-DBN较传统DBN识别率提高百分点的范围分别是1.13~4.33、2.00~3.34、1.07~3.34和1.40~3.34。CS-DBN能够在一定程度上提高肺部肿瘤的识别精度,从而提高肺部肿瘤计算机辅助诊断性能。     

基于深度置信网络的目标识别方法

针对合成孔径雷达图像预处理鲁棒性不足、特征提取及利用不充分等问题,提出了一种基于深度置信网络的合成孔径雷达(SAR)图像目标自动识别算法。首先提出一种基于双树复小波变换（DT-CWT）的非局部均值图像降斑算法,并结合目标方位角估计实现对原始数据鲁棒的预处理;最后,引入多层深度置信网络提取针对合成孔径雷达目标的深度抽象视觉信息作为特征并完成识别任务。采用3类运动与静止目标的获取与识别(MSTAR)实测数据进行的仿真实验结果表明,所提算法具有较高鲁棒性和识别率。     

基于优化正交匹配追踪和深度置信网的声音识别

针对各种环境声音对声音事件识别的影响,提出一种基于优化的正交匹配追踪（OOMP）和深度置信网（DBN）的声音事件识别方法。首先,利用粒子群优化（PSO）算法优化OMP稀疏分解,在实现正交匹配追踪（OMP）的快速稀疏分解的同时,保留声音信号的主体部分,抑制噪声对声音信号的影响;接着,对重构声音信号提取Mel频率倒谱系数（MFCC）、OMP时-频特征和基音频率（Pitch）特征,组成OOMP的复合特征;最后,使用DBN对提取的OOMP特征进行特征学习,并对40种声音事件在不同环境不同信噪比下进行识别。实验结果表明,OOMP特征结合DBN的方法适用于各种环境声下的声音事件识别,而且能有效地识别各种环境下的声音事件,即使在信噪比（SNR）为0 dB的情况下,仍然能保持平均60%的识别率。     

深度信念网络研究进展

深度信念网络（Deep Belief Networks,DBN）作为深度学习（Deep Learning,DL）中的重要模型,目前已被成功应用于人脸识别、手写字体识别、医学图像分析处理等诸多领域。从深度信念网络出发,主要做了四个方面的工作：第一,从受限玻尔兹曼机以及深度信念网络的网络结构和学习过程两个方面阐述了深度信念网络的基本原理;第二,从网络结构和学习算法两个方面总结了深度信念网络的研究进展：在网络结构方面,从网络深度、RBM结构和DBN级联三个角度进行归纳;在学习算法方面,从基本算法、优化算法和融合方法三个方面进行梳理;第三,对深度信念网络在医学图像分析领域中的应用进行了总结;第四,总结了目前DBN存在的问题。     

基于Gabor小波与深度信念网络的人脸识别方法

特征提取与模式分类是人脸识别的两个关键问题。针对人脸识别中的高维和小样本问题,从人脸特征的提取与降维算法入手,提出基于受限玻尔兹曼机(RBM)的二次特征提取及降维算法模型。首先把图像均匀分成若干局部图像块并进行量化,再对图像进行Gabor小波变换,通过RBM对得到的Gabor人脸特征进行编码,学习数据更本质的特征,从而达到对高维人脸特征降维的目的;并以此为基础提出基于深度信念网络(DBN)的多通道人脸识别算法。在ORL、UMIST和FERET人脸库上对不同样本规模和不同分辨率的图像进行实验,识别结果表明,与采用线性降维和浅层网络的方法相比,所提方法取得了较好的学习效率和很好的识别效果。     

基于火焰彩色纹理复杂度特征的转炉炼钢吹炼状态识别

在基于火焰图像识别的转炉吹炼状态识别过程中,针对已有方法存在火焰彩色纹理信息利用不充分和状态识别率仍需提高的问题,提出一种基于火焰彩色纹理复杂度特征的转炉吹炼状态识别方法.首先,将火焰图像转化到HSI颜色空间下并作非均匀量化;然后,计算H分量和S分量的共生矩阵从而融入火焰图像的颜色信息;其次,利用得到的颜色共生矩阵计算火焰纹理复杂度的特征描述子;最后,应用Canberra距离作为相似度度量准则对吹炼状态进行分类和识别.实验结果表明,与已有的转炉火焰灰度共生矩阵和灰度差分统计方法相比,在满足吹炼识别实时性要求的前提下,所提方法的识别率分别提高了28.33%和3.33%.     

基于优化数据处理的深度信念网络模型的入侵检测方法

针对目前网络中存在的对已知攻击类型的入侵检测具有较高的检测率,但对新出现的攻击类型难以识别的缺陷问题,提出了一种基于优化数据处理的深度信念网络（DBN）模型的入侵检测方法。该方法在不破坏已学习过的知识和不严重影响检测实时性的基础上,分别对数据处理和方法模型进行改进,以解决上述问题。首先,将经过概率质量函数（PMF）编码和MaxMin归一化处理的数据应用于DBN模型中;然后,通过固定其他参数不变而变化一种参数和交叉验证的方式选择相对最优的DBN结构对未知攻击类型进行检测;最后,在NSL-KDD数据集上进行了验证。实验结果表明,数据的优化处理能够使DBN模型提高分类精度,基于DBN的入侵检测方法具有良好的自适应性,对未知样本具有较高的识别能力。在检测实时性上,所提方法与支持向量机（SVM）算法和反向传播（BP）网络算法相当。