基于注意力机制的弱监督细粒度图像分类

针对细粒度图像分类任务中难以对图中具有鉴别性对象进行有效学习的问题,本文提出了一种基于注意力机制的弱监督细粒度图像分类算法.该算法能有效定位和识别细粒度图像中语义敏感特征.首先在经典卷积神经网络的基础上通过线性融合特征得到对象整体信息的表达,然后通过视觉注意力机制进一步提取特征中具有鉴别性的细节部分,获得更完善的细粒度特征表达.所提算法实现了线性融合和注意力机制的结合,可看作是多网络分支合作训练共同优化的网络模型,从而让网络模型对整体信息和局部信息都有更好的表达能力.在3个公开可用的细粒度识别数据集上进行了验证,实验结果表明,所提方法有效性均优于基线方法,且达到了目前先进的分类水平.     

基于多尺度残差注意网络的轻量级行人属性识别算法

近年来,随着深度学习的蓬勃发展,行人属性识别得到了广泛的研究.但是,由于属性复杂且多样化、图像质量差、视角遮挡等困扰,难以捕获图像中的细粒度属性特征,具有很大的挑战性.对此,基于深度学习,提出多尺度残差注意网络(MRAN)用于行人属性识别,以Resnet50为主体架构,使用轻量级的金字塔卷积提供不同内核大小的并行卷积以完成多尺度信息的提取,嵌入注意力模块以关注属性存在的关键区域并挖掘属性内部联系;其次,使用特征金字塔融合策略,更充分地提取和融合多尺度特征.网络结合了多尺度学习、注意力机制和残差学习的思想,使网络提取出更丰富、更细腻的特征.最后,在PETA和PA100K两个数据集上进行实验研究,结果表明,所提出方法优于现有的研究方法.通过消融研究验证整个网络体系结构的3个组成部分的有效性和先进性,且所提出网络具有高准确性和低复杂度的双向优化.     

基于中层细微特征提取与多尺度特征融合细粒度图像识别

在细粒度视觉识别领域,由于高度近似的类别之间差异细微,图像细微特征的精确提取对识别的准确率有着至关重要的影响。现有的相关热点研究算法中使用注意力机制提取类别特征已经成为一种趋势,然而这些算法忽略了不明显但可区分的细微部分特征,并且孤立了对象不同判别性区域之间的特征关系。针对这些问题,提出了基于中层细微特征提取与多尺度特征融合的图像细粒度识别算法。首先,利用通道与位置信息融合中层特征的权重方差度量提取图像显著特征,之后通过通道平均池化获得掩码矩阵抑制显著特征,并增强其他判别性区域细微特征的提取;然后,通过通道权重信息与像素互补信息获得通道与像素多尺度融合特征,以增强不同判别性区域特征的多样性与丰富性。实验结果表明,所提算法在数据集CUB-200-2011上达到89.52%的Top-1准确率、98.46%的Top-5准确率;在Stanford Cars数据集上达到94.64%的Top-1准确率、98.62%的Top-5准确率;在飞行器细粒度分类（FGVCAircraft）数据集上达到93.20%的Top-1准确率、97.98%的Top-5准确率。与循环协同注意力特征学习网络PCA-Net(...     

基于自适应三线性池化网络的细粒度图像分类

细粒度图像分类的关键在于提取图像中微妙的特征。现有基于弱监督方式的细粒度图像识别方法大多使用专家标注的边界注释辅助定位关键区域,存在标注成本高、训练过程复杂等问题。基于弱监督的双线性卷积神经网络方法因其学习到的特征空间更符合细粒度图像特性而具有一定的有效性,但忽略了层间的相互作用。针对细粒度图像识别领域存在的关键区域识别困难和层间交互关联弱的问题,融合二阶协方差通道注意力机制、自适应特征掩码与自适应三线性池化,提出自适应三线性池化网络ATP-Net,用于细粒度图像分类任务。通过二阶协方差通道注意力机制学习通道上的注意力向量,构建自适应特征掩码模块学习空间维上的注意力矩阵,设计自适应三线性池化模块学习特征的最终表示,以充分利用空间维、通道维上的信息。在CUB-200、Cars-196和Aircraft-100 3个细粒度图像分类数据集上的实验结果表明,ATP-Net的分类精度分别为89.30%、94.20%和91.80%。     

基于深度模型迁移的细粒度图像分类方法

针对细粒度图像分类方法中存在模型复杂度较高、难以利用较深模型等问题,提出深度模型迁移（DMT）分类方法。首先,在粗粒度图像数据集上进行深度模型预训练;然后,使用细粒度图像数据集对预训练模型logits层进行不确切监督学习,使其特征分布向新数据集特征分布方向迁移;最后,将迁移模型导出,在对应的测试集上进行测试。实验结果表明,在STANFORD DOGS、CUB-200-2011、OXFORD FLOWER-102细粒度图像数据集上,DMT分类方法的分类准确率分别达到72.23%、73.33%和96.27%,验证了深度模型迁移方法在细粒度图像分类领域的有效性。     

基于深度学习的计算机显示器电磁信息泄漏识别

本文以计算机显示设备泄漏电磁信号为研究对象,对于人工提取特征识别电磁泄漏信号存在的主观性强、特征冗余的问题,区别于传统基于经验的人工特征提取模式,利用人工智能深度学习方法,使用处理图像的深度学习技术应用于电磁信息泄漏特征识别,提出了一种基于卷积神经网络的识别方法.该方法首先提取电磁泄漏信号的时频谱信息作为卷积神经网络模型的输入,然后利用模型的自学习能力提取深层特征,实现对不同分辨率来源电磁泄漏信号的识别,识别准确率达到98％,单信号检测时间仅需40 ms,验证了卷积神经网络应用于电磁泄漏信号识别的有效性,为电磁泄漏预警与防护提供了重要依据,为电磁泄漏视频信号还原复现提供有力支撑.     

融合局部特征与两阶段注意力权重学习的面部表情识别

面部的局部细节信息在面部表情识别中扮演重要角色,然而现有的方法大多只关注面部表情的高层语义信息而忽略了局部面部区域的细粒度信息。针对这一问题,提出一种融合局部特征与两阶段注意力权重学习的深度卷积神经网络FLF-TAWL(deep convolutional neural network fusing local feature and two-stage attention weight learning),它能自适应地捕捉重要的面部区域从而提升面部表情识别的有效性。该FLF-TAWL由双分支框架构成,一个分支从图像块中提取局部特征,另一个分支从整个表情图像中提取全局特征。首先提出了两阶段注意力权重学习策略,第一阶段粗略学习全局和局部特征的重要性权重,第二阶段进一步细化注意力权重,并将局部和全局特征进行融合;其次,采用一种区域偏向损失函数鼓励最重要的区域以获得较高的注意力权重。在FERPlus、Cohn-Kanada(CK+)以及JAFFE三个数据集上进行了广泛实验,分别获得90.92%、98.90%、97.39%的准确率,实验结果验证了FLF-TAWL模型的有效性和可行性。     

一种结合非局部和多区域注意力机制的细粒度图像识别方法

细粒度图像识别的目标是对细粒度级别的物体子类进行分类,由于不同子类间的差异非常细微,使得细粒度图像识别具有非常大的挑战性。目前细粒度图像识别算法的难度在于如何定位细粒度目标中具有分辨性的部位以及如何更好地提取细粒度级别的细微特征。为此,提出了一种结合非局部和多区域注意力机制的细粒度识别方法。Navigator只利用图像标签便可以较好地定位到一些鉴别性区域,通过融合全局特征以及鉴别性区域特征取得了不错的分类结果。然而,Navigator仍存在缺陷:1)Navigator未考虑不同位置间的联系,因此所提算法通过引入非局部模块与Navigator相结合,来加强模型的全局信息感知能力;2)针对非局部模块未建立特征通道间联系的缺陷,构建基于通道注意力机制的特征提取网络,使得网络关注更加重要的特征通道。最后,所提算法在3个公开的细粒度图像库CUB-200-2011,Stanford Cars和FGVC Aircraft上分别达到了88.1%,94.3%,92.0%的识别精度,并且相比Navigator有明显的精度提升。     

基于YOLOv5模型的大豆叶部斑病识别方法

针对目前大豆叶部病害识别方法存在的准确率低和鲁棒性差等问题，提出了一种基于改进型的YOLOv5-卷积神经网络（Convolutional Neural Network,CNN）的大豆叶片斑病图像识别方法。首先，对采集的大豆叶部病害图像进行预处理；其次，采用改进型深度学习网络提取特征，并训练分类模型，实现对大豆叶部斑病的快速识别；最后，通过和传统机器视觉系统相结合，完成了对大豆叶片斑病的智能化识别。实验结果表明，该研究方法能够有效提高大豆叶部斑病图像的识别精度和稳定性，在实际生产过程中，可根据田间条件选择不同光照强度下的大豆叶片，以验证所提算法的实用性和适用范围。     

基于文本与视觉信息的细粒度图像分类

一般细粒度图像分类只关注图像局部视觉信息,但在一些问题中图像局部的文本 信息对图像分类结果有直接帮助,通过提取图像文本语义信息可以进一步提升图像细分类效果。 我们综合考虑了图像视觉信息与图像局部文本信息,提出一个端到端的分类模型来解决细粒度 图像分类问题。一方面使用深度卷积神经网络获取图像视觉特征,另一方面依据提出的端到端 文本识别网络,提取图像的文本信息,再通过相关性计算模块合并视觉特征与文本特征,送入 分类网络。最终在公共数据集 Con-Text 上测试该方法在图像细分类中的结果,同时也在 SVT 数据集上验证端到端文本识别网络的能力,均较之前方法获得更好的效果。     

CNN和Transformer在细粒度图像识别中的应用综述

细粒度图像识别旨在从类别图像中辨别子类别。由于图像间只有细微差异,这使得识别任务具有挑战性。随着深度学习技术的不断进步,基于深度学习的方法定位局部和表示特征的能力越来越强,其中以卷积神经网络（CNN）和Transformer为基础的各类算法大大提高了细粒度图像识别精度,细粒度图像领域得到了显著发展。为了整理两类方法在细粒度图像识别领域的发展历程,对该领域近年来只运用类别标签的方法进行了综述。介绍了细粒度图像识别的概念,详细阐述了主流细粒度图像数据集;介绍了基于CNN和Transformer的细粒度图像识别方法及其性能;最后,总结了细粒度图像识别未来的研究方向。     

Multiscale recognition of legume varieties based on leaf venation images

In this work we propose an automatic low cost procedure aimed at classifying legume species and varieties based exclusively on the characterization and analysis of the leaf venation network. The identification of leaf venation patterns which are characteristic for each species or variety is not an easy task since in some situations (specially for cultivars from the same species) the vein differences are visually indistinguishable for humans. The proposed procedure takes as input leaf images acquired using a standard scanner, processes the images in order to segment the veins at different scales, and measures different traits on them. We use these features in combination with modern automatic classifiers and feature selection techniques in order to perform recognition. The process was initially applied to recognize three different legumes in order to evaluate the improvements over previous works in the literature, and then it was employed to distinguish three diverse soybean cultivars. The results show the improvements achieved by the usage of the multiscale features. The cultivar recognition is a more challenging problem, since the experts cannot distinguish evident differences in plain sight. However, we achieve acceptable classification results. We also analyze the feature relevance and identify, for each classifier, a small set of distinctive traits to differentiate the species and varieties.     

深度图注意力CNN的三维模型识别

针对现有基于深度学习的三维模型识别方法缺乏结合三维模型的上下文细粒度局部特征,可能造成几何形状极其相似,局部细节信息略有不同的类识别混淆的问题,提出一种基于深度图注意力卷积神经网络的三维模型识别方法。首先,通过引入邻域选择机制挖掘三维模型的细粒度局部特征。其次,通过空间上下文编码机制捕捉多尺度空间上下文信息,且与细粒度局部特征相互补偿以增强特征的完备性。最后,采用一种多头部机制,使图注意力卷积层聚合多个单头部的特征以增强特征的丰富性。此外,设计选择性丢弃算法,根据度量权重值对神经元重要性进行排序,智能地丢弃重要性较低的神经元来防止网络过拟合。算法在ModelNet40数据集上的三维模型识别准确率达到了92.6%,且网络复杂度较低,在三维模型识别准确率和网络复杂度之间达到最佳平衡,优于当前主流方法。     

融合深度残差网络和字典学习的肺炎检测

由于空气污染与吸烟等原因, 肺炎已成为人类死亡率最高的疾病之一. 随着机器学习与深度学习技术在医疗图像检测上的应用, 为临床专家诊断各类疾病提供了帮助. 但由于缺少有效的配对肺部X射线数据集, 以及现有针对肺炎检测的方法均采用不是针对肺炎任务的普遍分类模型, 难以发现肺炎图像与正常图像的细微差别, 导致识别失败. 为此, 本文通过数据裁剪、旋转等方式扩充数据集中的正常图像; 再使用50层深度残差网络对胸部X射线中的浅层肺炎特征进行学习; 然后, 通过两层字典对残差网络学习到的肺炎特征进行更深度的抽象和学习, 发现不同肺部图像之间的微小差别; 最后, 融合残差网络和字典学习提取到的多级肺炎特征, 构建肺炎检测模型. 为了验证算法的有效性, 在Chest X-ray肺炎数据集上评估肺炎检测模型的性能. 根据测试结果, 本文提出模型的检测准确率为97.12%; 指标测试中, 精度与召回率之间的调和平均数上的得分为97.73%. 与现有方法相比, 获得了更高的识别精度.     

多尺度拼图重构网络的食品图像识别

近年来,食品图像识别由于在健康饮食管理、无人餐厅等领域的广泛应用而受到了越来越多的关注.不同于其他物体识别任务,食品图像属于细粒度图像,具有较高的类内差异性和类间相似性,而且食品图像没有固定的语义模式和空间布局,这些特点使得食品图像识别更具挑战性.为此,提出了一种用于食品图像识别的多尺度拼图重构网络（multi-scale jigsaw and reconstruction network,MJR-Net）.MJR-Net由拼图重构模块、特征金字塔模块和通道注意力模块这3部分组成.拼图重构模块使用破坏重构学习方法将原始图像进行破坏和重构,以提取局部的判别性细节特征;特征金字塔模块可以融合不同尺寸的中层特征,以捕获多尺度的局部判别性特征;通道注意力模块对不同特征通道的重要程度进行建模,以增强判别性的视觉模式,减弱噪声干扰.此外,还使用A-softmax和Focal损失,分别从增大类间差异和修正分类样本的角度优化网络.MJR-Net在ETH Food-101,Vireo Food-172和ISIA Food-500这3个食品数据集上进行实验,分别取得了90.82%,91.37%和64.95%的识别准确率.实验结果表明,与其他食品图像识别方法相比,MJR-Net表现出较大的竞争力,并在Vireo Food-172和ISIA Food-500上取得了最优识别性能.全面的消融实验和可视化分析证明了该方法的有效性.     

深度特征融合方法及其在叶片病害识别中的应用

农作物叶片病害的自动识别是计算机视觉技术在农业领域的一个重要应用. 近年来, 深度学习在农作物叶片病害识别上取得了一些进展, 但这些方法都是采用基于单一深度卷积神经网络模型的深度特征表示. 而不同的深度卷积神经网络模型对图像的表征能力的互补性这一有用的特性, 还没有得到关注和研究. 本文提出一种用于融合不同深度特征的网络模型MDFF-Net. MDFF-Net将两个预训练的深度卷积神经网络模型进行并联, 再为各个模型分别设置一个具有相同神经元个数的全连接层, 以将不同模型输出的深度特征变换成相同维度的特征, 再通过2个全连接层的非线性变换, 进一步提升特征融合的效果. 我们选取VGG-16和ResNet-50作为MDFF-Net网络的并联骨干网络, 在一个包含5种苹果叶片病害的公开数据集上进行实验. 实验结果显示, MDFF-Net网络的识别精度为96.59%, 取得了比VGG-16和ResNet-50单一网络更好的识别效果, 证明了该深度特征融合方法的有效性.     

基于迁移学习和批归一化的菜肴图像识别方法

菜肴图像识别属于图像细粒度识别。针对菜肴子类之间差距小、外观差异大且受外界因素影响难以识别问题,提出一种基于迁移学习和批归一化结合的深度学习模型菜肴图像识别方法。以预训练的VGG-16为迁移学习基础,对部分卷积层以及全连接层输出做批归一化处理,最终得到尺度变换和平移后的特征集合。通过迁移学习解决深度学习所带来的过拟合问题,获取比人工特征更具有鉴别性的深度特征;通过批归一化处理缓解深度学习中存在的梯度消失问题。迁移学习的相关实验中以loss、top1、top5准确率为指标;批归一化相关实验中以top1准确率和top5准确率为指标。实验表明,在VireoFood172和UEC-Food100数据集上,所提出的模型与原始模型相比,loss明显下降,准确率有大幅提升,并且与现有方法相比在菜肴图像识别的top1和top5准确率上均有所提升。