一种有损压缩车牌图像重建算法

图像经过JEPG格式压缩后易存在方块伪影。针对此类有损压缩车牌图像,给出一种基于卷积神经网络的重建方法,据以通过非线性映射和重建减少压缩伪影。卷积神经网络分为特征提取层、特征增强层、非线性映射层和重建层。其中,特征提取层采用三个不同尺寸的卷积核提取特征,并对其进行融合,由此可捕捉更多图像细节信息。实验结果表明,采用该网络结构重建有损压缩车牌图像的效果较好,能明显减少重建后的方块伪影。     

基于卷积神经网络的高铁车轮损伤识别方法研究

对列车运行过程中的实测振动响应数据进行分析,设计卷积神经网络结构,基于不同标签数据开展网络训练,进行损伤特征提取,实现长期、快速的高铁车轮损伤识别.由于卷积神经网络的黑箱特性,较难理解其损伤识别机理,借助梯度上升方法对卷积神经网络的卷积核进行可视化,通过互功率谱密度对卷积核的响应进行分析寻求特征提取的物理解释.最终将识别结果与深度神经网络、循环神经网络结果对比,卷积神经网络识别精度较高,损伤识别平均正确率达99.40%,精度提高幅度约6%.且卷积神经网络训练参数量较少,在高铁车轮损伤识别方面具有轻型高效的特点.     

多尺度卷积神经网络的单幅图像去雨方法

雨天气会影响户外拍摄图像质量,模糊和覆盖图像信息.为提高受雨天气影响的户外拍摄图像的清晰度,恢复图像特征信息,提高很多计算机视觉算法在雨天气条件下的准确性,提出一种基于多尺度卷积神经网络的单幅图像去雨方法.首先建立多尺度卷积神经网络网络结构,通过多尺度卷积提取图像信息,用于去除雨线和重建图像,然后结合雨线在图像中的低饱和度、高亮度的特征,对网络进行训练,获取网络最优参数值,最终得到可以有效去除雨线的卷积神经网络.实验结果表明:提出的方法相较于现有算法有更好的雨线去除效果,并且可以更好地保持图像的原有信息,避免图像模糊现象.同时,利用多尺度卷积提取图像特征信息可以使特征信息更加丰富,有利于提升卷积神经网络的去雨能力.     

一种改进的卷积神经网络SAR目标识别算法

针对卷积神经网络在标签数据不足条件下易发生的过拟合现象及噪声条件下的合成孔径雷达目标识别问题,提出了一种改进的卷积神经网络目标识别算法．首先利用数据增强技术扩增训练集,以提高网络泛化能力;其次利用零相位成分分析对目标进行特征提取,得到一组特征集对卷积神经网络进行预训练．为优化网络结构,防止过拟合现象,在网络中采用了修正线性单元、Dropout、正则化、单位卷积核等稀疏性技术．实验表明,算法对各类目标及其变形目标子类具有较好的识别性能,并对噪声有较强的鲁棒性,是一种有效的目标识别算法．     

基于量子卷积神经网络的图像识别新模型

为了解决卷积神经网络对内存和时间效率要求越来越高的问题,提出一种面向数字图像分类的新模型,该模型为基于强纠缠参数化线路的量子卷积神经网络。首先对经典图像进行预处理和量子比特编码,提取图像的特征信息,并将其制备为量子态作为量子卷积神经网络模型的输入。通过设计模型量子卷积层、量子池化层、量子全连接层结构,高效提炼主要特征信息,最后对模型输出执行Z基测量,根据期望值完成图像分类。实验数据集为MNIST数据,{0,1}分类和{2,7}分类准确率均达到了100%。对比结果表明,采用平均池化下采样的三层网络结构的QCNN模型具有更高的测试精度。     

大气低频声信号识别深度学习方法研究

针对全面禁核试低频声监测中需要对大气低频声信号进行有效识别的问题,对深度神经网络中的卷积神经网络进行了研究,提出了一种将低频声信号转换为图像,然后采用卷积神经网络进行识别,并对学习过程进行改进的方法。将该方法与基于人工设计特征的支持向量机方法进行了对比实验,实验结果表明,在训练数据集不大的情况下,通过改进学习过程的卷积神经网络可以挖掘出信号的潜在特征,具有和支持向量机同等的识别能力。     

基于注意力残差卷积网络的视频超分辨率重构

目前卷积神经网络已经成为视频超分辨率重构的主流方法。针对目前方法存在着细节信息恢复效果不理想、感知质量差的缺点,提出了一种结合注意力机制的残差卷积网络。通过一维通道注意力与二维空间注意力增强目标物体特征映射,完善重构图像的细节信息,并为单一像素计算一维分离卷积核,显著减少网络计算负担。采用特征损失与像素损失组合函数来训练神经网络以产生高质量的视频帧。实验结果表明,通过PSNR,SSIM和感知距离将所提模型与当前最先进的模型进行比较,该模型能够获得最优的感知距离,重构图像拥有较高的感知质量。     

CNN图像标题生成

图像标题生成任务需要生成一个有意义的句子来准确地描述该图像的内容,而现有研究通常采用卷积神经网络编码图像信息、循环神经网络来编码文本信息,由于循环神经网络的“串行特性”,导致模型的性能低。为解决该问题,基于卷积神经网络来构建一种模型,采用不同结构的卷积神经网络来同时处理两个模态的数据,得益于卷积运算的“并行特性”,该模型的运行效率有明显提升。在两个公开数据集上进行了实验,实验结果在指定的评价指标上也有一定的提升,表明了该模型对于处理图像标题生成任务的有效性。     

基于深度学习的星载SAR工作模式鉴别

针对传统星载合成孔径雷达（SAR）工作模式反演方法在识别准确率和时效性上存在局限性的问题,根据SAR信号的特点,提出基于一维卷积神经网络的星载SAR工作模式识别模型. 该模型以星载SAR信号脉冲峰值幅度作为输入,利用卷积神经网络的自主学习和模式识别能力,避免了传统方法的人为影响因素,能够学习原始信号更具有代表性的特征,最终实现星载SAR工作模式的有效识别. 在设计一维卷积神经网络结构时,参考了现有性能较优的卷积神经网络,根据网络训练过程中准确率和损失值的反馈,调整设置了较优的参数以训练得到具有良好识别性能的模型. 基于仿真数据的对比实验表明,该模型相较于传统反演方法具有更高的识别准确率,同时对于主旁瓣信号和不同侦收条件均具有较优的鲁棒性和抗噪性.     

管道漏磁图像的卷积核信息熵相似度约束方法

为了提高卷积神经网络中卷积核对管道漏磁图像的特征学习能力,提出一种基于信息熵相似度约束的卷积核优化方法.建立一种信息熵相似度约束规则,通过判定条件对权值相近或相似度过高的卷积核进行优化.搭建实验平台并建立样本数据库进行实验,该方法可优化其特征提取能力,得到具有区分目标和背景语义信息能力的优化卷积核.结果表明,优化卷积核对目标具有较强的特征提取能力,能提高网络分类准确率和工作效率,实验结果与理论分析具有很好的一致性.     

Design and Optimization of Winograd Convolution on Array Accelerator

With the rapid development and popularization of artificial intelligence technology, convolutional neural network(CNN) is applied in many fields, and begins to replace most traditional algorithms and gradually deploys to terminal devices. However, the huge data movement and computational complexity of CNN bring huge power consumption and performance challenges to the hardware, which hinders the application of CNN in embedded devices such as smartphones and smart cars. This paper implements a convolutional neural network accelerator based on Winograd convolution algorithm on field-programmable gate array (FPGA). Firstly, a convolution kernel decomposition method for Winograd convolution is proposed. The convolution kernel larger than 3×3 is divided into multiple 3×3 convolution kernels for convolution operation, and the unsynchronized long convolution operation is processed. Then, we design Winograd convolution array and use configurable multiplier to flexibly realize multiplication for data with different accuracy. Experimental results on VGG16 and AlexNet network show that our accelerator has the most energy efficient and 101 times that of the CPU, 5.8 times that of the GPU. At the same time, it has higher energy efficiency than other convolutional neural network accelerators.     

Convolutional Neural Network Based on Spatial Pyramid for Image Classification

A novel convolutional neural network based on spatial pyramid for image classification is proposed. The network exploits image features with spatial pyramid representation. First, it extracts global features from an original image, and then different layers of grids are utilized to extract feature maps from different convolutional layers. Inspired by the spatial pyramid, the new network contains two parts, one of which is just like a standard convolutional neural network, composing of alternating convolutions and subsampling layers. But those convolution layers would be averagely pooled by the grid way to obtain feature maps, and then concatenated into a feature vector individually. Finally, those vectors are sequentially concatenated into a total feature vector as the last feature to the fully connection layer. This generated feature vector derives benefits from the classic and previous convolution layer, while the size of the grid adjusting the weight of the feature maps improves the recognition efficiency of the network. Experimental results demonstrate that this model improves the accuracy and applicability compared with the traditional model.     

基于改进CNN的阀门泄漏超声信号识别方法

为了检测输气管道阀门泄漏，对改进AlexNet网络结构进行了研究，提出了基于改进卷积神经网络（CNN）的阀门泄漏超声信号识别方法.针对泄漏信号短时稳定的窄带线谱特征，从图像邻域信息密度角度出发，将卷积核形状由图像识别领域通常使用的"正方形"改进为"扁横状".同时，对AlexNet层数进行优化，重新确定卷积核和全连接层神经元数目，并选择小尺寸卷积核，在减少参数量的同时增加网络容量和模型复杂度，防止模型出现过拟合.分别建立二分类和不同泄漏量下的多分类模型，通过输气管道实验平台采集阀门泄漏数据集，生成对应时频图样本，包括不同阀门开度、不同管道压力下的泄漏及背景声信号.结果表明，对比传统的CNN分类模型，改进CNN分类模型在测试集上取得了更高的识别性能.     

基于深度卷积神经网络的图像自编码算法

针对目前图像编码的研究工作更加重视信息无损性,而没有体现出社交网络图像区分度的问题,本研究提出一种新颖的基于深度卷积神经网络的社交网络图像自编码算法,将深度卷积神经网络提取特征的能力与社交网络中图像的特点相结合,得到性能良好的图像自编码。结合社交网络图片的特性与聚类算法,先将图片进行聚类得到距离信息,再利用深度卷积神经网络学习图片的距离信息,提取深度卷积神经网络中的全连接层作为编码,重复以上步骤,并得到最终的图像编码。试验结果表明,本研究提出的算法在图像搜索中的效果好于其他算法,更利于在社交网络图像搜索中使用。     

基于PSO-ConvK卷积神经网络的肺部肿瘤图像识别

针对卷积核随机初始化以及梯度下降法训练卷积神经网络易陷入局部最值问题,提出粒子群算法优化卷积核(particle swarm optimization-convolution kernel, PSO-ConvK)的图像识别方法。使用参数迁移法构造卷积神经网络,并提取卷积核,利用PSO不断更新粒子的速度和位置,寻找全局最优值以初始化卷积核,将其传递到卷积神经网络,用肺部肿瘤数据训练卷积神经网络,结合梯度下降法修正网络权重,使得PSO算法的全局优化能力与梯度下降法的局部搜索能力相结合。试验通过批次大小、迭代次数以及网络层数3个角度验证方法的有效性,并与高斯函数优化卷积核进行对比。结果显示, PSO优化卷积核的识别率始终高于随机化卷积核和高斯卷积核,识别率最终达到98.3%,具有一定的可行性和优越性。     

一种高性能可重构深度卷积神经网络加速器

由于深度卷积神经网络的卷积层通道规模及卷积核尺寸多样,现有加速器面对这些多样性很难实现高效计算。为此,基于生物脑神经元机制提出了一种深度卷积神经网络加速器。该加速器拥有类脑神经元电路的多种分簇方式及链路组织方式,可以应对不同通道规模。设计了3种卷积计算映射,可以应对不同卷积核大小;实现了局部存储区数据的高效复用,可大量减少数据搬移,提高了计算性能。分别以目标分类和目标检测网络进行测试,该加速器的计算性能分别达498.6×10 ⁹次/秒和571.3×10 ⁹次/秒;能效分别为582.0×10 ⁹次/(秒·瓦)和651.7×10 ⁹次/(秒·瓦)。