基于稠密卷积神经网络的烟雾识别方法

针对传统烟雾检测方法中提取的图像特征鲁棒性较差的问题,提出了基于稠密卷积神经网络(DenseNet)的烟雾识别方法。首先,利用卷积操作和特征图融合构建稠密网络块,在卷积层之间设计稠密连接机制,以增强稠密网络块结构内的信息流通和特征重利用;然后,将已构建的稠密网络块叠加成稠密卷积神经网络用于烟雾识别,节省计算资源的同时提升对烟雾图像特征的表达能力;最后,针对烟雾图像数据量较小的问题,采取数据增强技术进一步改善训练模型的识别能力。在公开烟雾数据集上对提出的方法进行实验验证,实验结果表明,所提方法的模型大小只有0.44 MB,在两个测试集上的准确率分别为96.20%和96.81%。     

双通道卷积神经网络在静态手势识别中的应用

针对静态手势识别任务中,传统基于人工提取特征方法耗时耗力,识别率较低,现有卷积神经网络依赖单一卷积核提取特征不够充分的问题,提出双通道卷积神经网络模型。输入手势图片通过两个相互独立的通道进行特征提取,双通道具有尺度不同的卷积核,能够提取输入图像中不同尺度的特征,然后在全连接层进行特征融合,最后经过softmax分类器进行分类。在Thomas Moeslund和Jochen Triesch手势数据库上进行实验验证,结果表明该模型提高了静态手势识别的准确率,增强了卷积神经网络的泛化能力。     

降低参数规模的卷积神经网络模型压缩方法

针对卷积神经网络模型参数规模越来越大导致难以在计算与存储资源有限的嵌入式设备上大规模部署的问题,提出一种降低参数规模的卷积神经网络模型压缩方法。通过分析发现,卷积层参数量与输入输出特征图数量以及卷积核大小有关,而全连接层参数数量众多且难以大幅减少。通过分组卷积减少输入输出特征图数量,通过卷积拆分减小卷积核大小,同时采用全局平均池化层代替全连接层的方法来解决全连接层参数数量众多的问题。将上述方法应用于LeNet5和AlexNet进行实验,实验结果表明通过使用组合压缩方法对LeNet5模型进行最大压缩后,参数规模可减少97%,识别准确率降低了不到2个百分点,而压缩后的AlexNet模型参数规模可减少95%,识别准确率提高了6.72个百分点,在保证卷积神经网络精度的前提下,可大幅减少模型的参数量。     

基于改进CNN的年龄和性别识别

人脸图像的年龄和性别识别是人脸分析的重要任务,在真实多变场景下完成识别依然面临挑战。改进深度卷积神经网络（Convolutional Neural Network,CNN）,将首层大尺寸卷积核替换为级联3[×]3卷积核;采用跨连卷积层融合中层和高层抽象特征;加入Batch Normalization（BN）层,设置较高的学习率和较小的Dropout比率;采用1[×]1卷积核与全局平均池化（Global Average Pooling）取代全连接层。实验表明,所提方法与主流的年龄性别识别方法比较具有较好的识别率,在Adience数据集上,年龄识别精度达到89.8%,性别识别精度达到93.3%。     

基于密集连接空洞卷积神经网络的青藏地区云雪图像分类

为了提高高纬度地区云雪卫星图像的识别准确率,提出了密集连接空洞卷积神经网络与空洞卷积相结合的方法进行云雪卫星图像识别研究。该方法首先采用常规卷积层对图像进行处理得到特征图,然后采用多个密集块和过渡层对特征图进行处理。其中,密集块中采用跨层连接的方式实现了网络中所用层的特征传递,使得大量云雪特征得到重用,同时减轻了训练过程中的梯度消失问题。密集块中的卷积核采用空洞卷积,在减少参数量的同时扩大局部感受野,对云雪的光谱信息进行特征提取。最后,该方法采用平均全局池化层与全连接层得到云雪图像的预测结果。实验结果表明,与其他机器学习方法相比,该方法能够提高卫星云雪图像的识别准确率,具有良好的泛化能力。     

基于3D CNN的鼻咽癌CT图像分割

鼻咽癌CT图像分割是鼻咽癌诊断和治疗的先行任务,然而,由于鼻咽癌细胞的外形多样、灰度不均匀、边界模糊、病变形状复杂等因素使得分割难以准确。针对这一问题,提出了一种基于三维深度卷积神经网络的鼻咽癌CT图像分割方法,三维深度卷积神经网络框架的前5层采用卷积核为3~3的普通卷积,中间6层采用空洞率为2的膨胀卷积,后6层采用空洞率为4的膨胀卷积,每2个卷积层之间有一个残差连接,最后利用Softmax函数对每个像素点进行分类。膨胀卷积有助于得到精确的密集预测和沿物体边界的精细分割图,残差连接使深度卷积神经网络中的信息传播平滑,并能提高训练速度。实验结果表明,在鼻咽癌CT图像分割中该方法与其他主流方法相比有更好的性能。     

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。     

基于卷积神经网络多层特征提取的目标识别

目标识别一直是人工智能领域的热点问题. 为了提高目标识别的效率,提出了基于卷积神经网络多层特征提取的目标识别方法. 该方法将图像输入卷积神经网络进行训练,在网络的每个全连接层分别进行特征提取,将得到的特征依次输入到分类器,对输出结果进行比较. 选取经过修正线性单元relu函数激活的低层全连接层作为特征提取层,比选取高层全连接层特征提取的识别率高. 本文构建了办公用品数据集,实现了基于卷积神经网络多层特征提取的办公用品识别系统. 选择AlexNet卷积神经网络模型的relu6层作为特征选取层,选择最优训练图像数量和最优分类器构建系统,从而证明了该方法的可行性.     

基于多特征融合和卷积神经网络的植物叶片识别

植物叶片识别是植物自动分类识别研究的重要分支和热点,利用卷积神经网络进行图像分类研究已成为主流.为了提高植物叶片识别准确率,提出了基于多特征融合和卷积神经网络的植物叶片图像识别方法.首先对植物叶片图像进行预处理,提取LBP特征和Gabor特征,将多特征相加融合输入网络进行训练,使用卷积神经网络(AlexNet)构架作为分类器,利用全连接层对植物叶片进行识别.为了避免过拟合现象,使用"dropout"方法训练卷积神经网络,通过调节学习率、dropout值、迭代次数优化模型.实验结果表明,基于多特征融合的卷积神经网络植物叶片识别方法对Flavia数据库32种叶片和MEW2014数据库189种叶片识别分类效果较好,平均正确识别率分别为93.25％和96.37％,相比一般的卷积神经网络识别方法,该方法可以提高植物叶片的识别准确率,鲁棒性更强.     

一种基于GMP-LeNet网络的车牌识别方法

车牌识别技术是智能交通管理系统的核心,对它的研究与开发具有重要的商业前景。传统的车牌字符识别方法存在特征提取复杂的问题,而卷积神经网络作为一种高效识别算法,对处理二维车牌图像具有独特的优越性。针对传统卷积神经网络LeNet-5识别车牌图像时,存在训练数据较少、全连接层参数冗余以及网络严重过拟合等一系列的问题,设计了一种全局中间值池化(GMP-LeNet)网络,其使用卷积层代替全连接层,利用Network In Network网络中的1*1卷积核进行通道降维,全局均值池化层直接将降维后的特征图馈送到输出层。实验证明,GMP-LeNet网络能有效抑制过拟合现象,并具有较快的识别速度和较高的鲁棒性,车牌识别率达到了98.5%。     

面向SAR目标识别的深度卷积神经网络结构设计

目的 针对用于SAR （synthetic aperture radar） 目标识别的深度卷积神经网络模型结构的优化设计难题,在分析卷积核宽度对分类性能影响基础上,设计了一种适用于SAR目标识别的深度卷积神经网络结构。方法 首先基于二维随机卷积特征和具有单个隐层的神经网络模型-超限学习机分析了卷积核宽度对SAR图像目标分类性能的影响;然后,基于上述分析结果,在实现空间特征提取的卷积层中采用多个具有不同宽度的卷积核提取目标的多尺度局部特征,设计了一种适用于SAR图像目标识别的深度模型结构;最后,在对MSTAR （moving and stationary target acquisition and recognition） 数据集中的训练样本进行样本扩充基础上,设定了深度模型训练的超参数,进行了深度模型参数训练与分类性能验证。结果 实验结果表明,对于具有较强相干斑噪声的SAR图像而言,采用宽度更大的卷积核能够提取目标的局部特征,提出的模型因能从输入图像提取目标的多尺度局部特征,对于10类目标的分类结果（包含非变形目标和变形目标两种情况）接近或优于已知文献的最优分类结果,目标总体分类精度分别达到了98.39%和97.69%,验证了提出模型结构的有效性。结论 对于SAR图像目标识别,由于与可见光图像具有不同的成像机理,应采用更大的卷积核来提取目标的空间特征用于分类,通过对深度模型进行优化设计能够提高SAR图像目标识别的精度。     

基于Fg-CarNet的车辆型号精细分类研究

车辆型号识别在智能交通系统、涉车刑侦案件侦破等方面具有十分重要的应用前景.针对车辆型号种类繁多、部分型号区分度小等带来的车辆型号精细分类困难的问题,采用车辆正脸图像为数据源,提出一种多分支多维度特征融合的卷积神经网络模型Fg-CarNet（Convolutional neural networks for car fine-grained classification,Fg-CarNet）.该模型根据车正脸图像特征分布特点,将其分为上下两部分并行进行特征提取,并对网络中间层产生的特征进行两个维度的融合,以提取有区分度的特征,提高特征表达能力,通过使用小卷积核以及全局均值池化,使在网络分类准确度提高的同时降低了网络模型参数大小.在CompCars数据集上进行验证,实验结果表明,Fg-CarNet提取的车辆特征在保证网络模型参数最小的同时,车辆型号识别率达到最高,实现了最好的分类效果.     

残差密集空间金字塔网络的城市遥感图像分割

目的 遥感图像语义分割是根据土地覆盖类型对图像中每个像素进行分类,是遥感图像处理领域的一个重要研究方向。由于遥感图像包含的地物尺度差别大、地物边界复杂等原因,准确提取遥感图像特征具有一定难度,使得精确分割遥感图像比较困难。卷积神经网络因其自主分层提取图像特征的特点逐步成为图像处理领域的主流算法,本文将基于残差密集空间金字塔的卷积神经网络应用于城市地区遥感图像分割,以提升高分辨率城市地区遥感影像语义分割的精度。方法 模型将带孔卷积引入残差网络,代替网络中的下采样操作,在扩大特征图感受野的同时能够保持特征图尺寸不变;模型基于密集连接机制级联空间金字塔结构各分支,每个分支的输出都有更加密集的感受野信息;模型利用跳线连接跨层融合网络特征,结合网络中的高层语义特征和低层纹理特征恢复空间信息。结果 基于ISPRS （International Society for Photogrammetry and Remote Sensing） Vaihingen地区遥感数据集展开充分的实验研究,实验结果表明,本文模型在6种不同的地物分类上的平均交并比和平均F₁值分别达到69.88%和81.39%,性能在数学指标和视觉效果上均优于SegNet、pix2pix、Res-shuffling-Net以及SDFCN （symmetrical dense-shortcut fully convolutional network）算法。结论 将密集连接改进空间金字塔池化网络应用于高分辨率遥感图像语义分割,该模型利用了遥感图像不同尺度下的特征、高层语义信息和低层纹理信息,有效提升了城市地区遥感图像分割精度。     

基于体素特征重组网络的三维物体识别

三维物体识别是计算机视觉领域近年来的研究热点,其在自动驾驶、医学影像处 理等方面具有重要的应用前景。针对三维物体的体素表达形式,特征重组卷积神经网络 VFRN 使用了直接连接同一单元中不相邻的卷积层的短连接结构。网络通过独特的特征重组方式,复 用并融合多维特征,提高特征表达能力,以充分提取物体结构特征。同时,网络的短连接结构 有利于梯度信息的传播,加之小卷积核和全局均值池化的使用,进一步提高了网络的泛化能力, 降低了网络模型的参数量和训练难度。ModelNet 数据集上的实验表明,VFRN 克服了体素数据 分辨率低和纹理缺失的问题,使用较少的参数取得了优于现有方法的识别准确率。     

构建带空洞卷积的深度神经网络重建高分辨率图像

为了在滤波器参数保持不变的情形下扩大感受野,在非常深的卷积网络超分辨率模型网络中引入空洞卷积方法.首先,分析不同膨胀系数组合的空洞卷积块的感受野,并选择更好的结构作为空洞卷积块.然后,堆叠卷积块并加入残差连接构成深度卷积网络.最后,使用多种训练技巧对网络进行重新训练.实验表明,对于数据集Set5上较大的扩大因子,文中构建网络可提升重建效果,并在视觉上也有明显优势.