基于卷积神经网络的小样本图像识别方法

为提高仅包含少量训练样本的图像识别准确率,利用卷积神经网络作为图像的特征提取器,提出一种基于卷积神经网络的小样本图像识别方法。在原始小数据集中引入数据增强变换,扩充数据样本的范围;在此基础上将大规模数据集上的源预训练模型在目标小数据集上进行迁移训练,提取除最后全连接层之外的模型权重和图像特征;结合源预训练模型提取的特征,采用层冻结方法,微调目标小规模数据集上的卷积模型,得到最终分类识别结果。实验结果表明,该方法在小规模图像数据集的识别问题中具有较高的准确率和鲁棒性。     

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。     

一种改进残差网络的服装图像识别模型

传统的服装多类别分类方法主要是人工提取图像的颜色、纹理、边缘等特征,这些人工选取特征方法过程繁琐且分类精度较低。深度残差网络可通过增加神经网络的深度获得较高的识别精度被广泛地应用于各个领域。为提高服装图像识别精度问题,提出一种改进深度残差网络模型：改进残差块中卷积层、调整批量归一化层与激活函数层中的排列顺序;引入注意力机制;调整网络卷积核结构。该网络结构在标准数据集Fashion-MNIST和香港中文大学多媒体实验室提供的多类别大型服装数据集（DeepFashion）上进行测试,实验结果表明,所提出的网络模型在服装图像识别分类精度上优于传统的深度残差网络。     

基于深度学习的声信号分类识别方法

提出了一种基于深度学习的声信号分类识别方法,将声场环境中声源目标的识别等效为声场信号—特定声源的端到端学习过程,建立一种以log-mel能量为声信号特征的预提取方法,以深度残差网络作为特征自动提取及分类的声信号分类识别模型。在两个大型数据集上对模型性能进行了验证,实验结果表明,本文提出的深度残差网络模型在DCASE2019数据集和UrbanSound8K数据集上能够实现80.2%和76.4%的识别精度,在声源探测领域具有一定的应用价值。     

基于迁移学习的鱼类识别方法研究

近些年水下图像资源已经引起海洋生态学家对鱼类种群研究的关注,鱼品种的识别既是海洋鱼类资源探测的第一步,也是有效开发利用海洋资源的重要基础,而自动化的鱼品种的分类识别也将提高在该领域的研究效率。利用迁移学习的强大能力和巨大优势,不需要手动计算图像特征,神经网络使用原始图像作为输入,将其运用到鱼类图像的识别方面。该文提出了一种基于AlexNet预训练模型和迁移学习技术的鱼类识别方法,使用预训练的AlexNet网络从鱼类数据集的前景图像中提取特征,对网络模型进行微调,最后利用线性支持向量机分类器完成分类。通过研究卷积神经网络的架构,激活函数和数据增强对识别结果的影响,经过大量对比实验验证了所提出的网络模型的有效性,提高了鱼类识别的准确率。     

多源域混淆的双流深度迁移学习

目的 针对深度学习严重依赖大样本的问题,提出多源域混淆的双流深度迁移学习方法,提升了传统深度迁移学习中迁移特征的适用性。方法 采用多源域的迁移策略,增大源域对目标域迁移特征的覆盖率。提出两阶段适配学习的方法,获得域不变的深层特征表示和域间分类器相似的识别结果,将自然光图像2维特征和深度图像3维特征进行融合,提高小样本数据特征维度的同时抑制了复杂背景对目标识别的干扰。此外,为改善小样本机器学习中分类器的识别性能,在传统的softmax损失中引入中心损失,增强分类损失函数的惩罚监督能力。结果 在公开的少量手势样本数据集上进行对比实验,结果表明,相对于传统的识别模型和迁移模型,基于本文模型进行识别准确率更高,在以DenseNet-169为预训练网络的模型中,识别率达到了97.17%。结论 利用多源域数据集、两阶段适配学习、双流卷积融合以及复合损失函数,构建了多源域混淆的双流深度迁移学习模型。所提模型可增大源域和目标域的数据分布匹配率、丰富目标样本特征维度、提升损失函数的监督性能,改进任意小样本场景迁移特征的适用性。     

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。     

基于预训练模型与无人机可见光影像的树种识别

提高图像质量与利用新的图像分类方法是提高遥感图像树种识别精度两个突破口. 本文基于VGG16的预训练模型与无人机可见光影像进行杉木、马尾松2个树种识别研究. 利用大疆精灵4RTK无人机, 搭载FC6310R相机, 采集南平市和三明市的杉木和马尾松人工纯林彩色图像. 通过图像预处理、标注、裁剪和增强等环节构建UAVTree2k和UAVTree20k两个数据集. 基于UAVTree2k数据集和VGG16模型在ImageNet数据集的预训练模型, 重新训练3个全连接层和Sigmoid层, 研究探讨不同迭代次数、不同批次大小、不同训练集和测试集划分比例对识别精度的影像. 研究结果表明, 当迭代次数为40、批次大小为16、训练集和测试集为6:4时, 模型识别效果最好, 测试精度达到98.63%; 小样本下, 基于VGG16的预训练模型具有良好的特征学习能力.     

改进残差网络在玉米叶片病害图像的分类研究

针对传统的玉米叶片病害图像识别方法正确率不高、速度慢等问题,提出一种基于改进深度残差网络模型的玉米叶片图像识别算法。提出的改进策略有：将传统的ResNet-50模型第一层卷积层中7×7卷积核替换为3个3×3的卷积核;使用LeakyReLU激活函数替代ReLU激活函数;改变残差块中批标准化层、激活函数与卷积层的排列顺序。进行数据预处理,将训练集与测试集的比例划分为4∶1,采用数据增强的方式对训练集进行扩充,将改进的ResNet-50模型经过迁移学习得到在ImageNet上预训练好的权重参数。实验结果表明,改进的网络在玉米叶片病害图像分类中得到了98.3%的正确率,与其他网络模型相比准确率大幅提升,鲁棒性进一步增强,可为玉米叶片病害的识别提供参考。     

基于动态高效网络的花粉图像识别模型

针对花粉图像清晰度不足、形状相近等特性所导致的识别精度低、人工识别低效的问题，提出一种基于动态高效网络的花粉图像识别模型。在ImageNet数据集上使用Noisy Student方法对EfficientNet进行预训练；将训练后的权重迁移到花粉识别模型中；引入动态学习率提升模型的识别精度。采用MixUp和GridMask的方法用于花粉图像数据增强。仿真结果与其它模型进行比较，验证了提出模型具有更好的分类效果。     

基于特征融合和注意力机制的图像超分辨率模型

现有的基于深度学习的单张图像超分辨率(single image super-resolution, SISR)模型通常是通过加深网络层数来提升模型的拟合能力,没有充分提取和复用特征,导致重建图像的质量较低。针对该问题,提出了基于特征融合和注意力机制的图像超分辨率模型。该模型在特征提取模块使用残差中嵌入残差(residual in residual, RIR)的结构,该网络的特征提取模块由包含多个残差块的残差组构成,并且在每个残差组内进行局部特征融合,在每个组之间进行全局特征融合。此外,在每一个残差块中引入坐标注意力模块,在每一个残差组中引入空间注意力模块。经验证,该模型能充分提取特征并且复用特征。实验最终结果表明,该模型在客观评价指标和主观视觉效果上都优于现有的模型。     

联合边路和中路解码特征学习的多描述编码图像增强方法

提出一种联合边路和中路解码特征学习的多描述编码图像增强方法。该方法同时考虑了边路解码图像增强和中路解码图像增强的问题,因而可以通过联合学习优化中路解码和边路解码的特征来实现更好的网络训练。首先,考虑到多描述编码的边路独立解码和中路联合解码的特性,提出一种网络共享的边路低分辨率特征提取网络来有效地提取具有相同内容和差异细节的两个边路解码图像的特征,同时设计一种残差递归补偿网络结构并将其用于边路与中路低分辨率特征提取网络。其次,设计一种多描述边路上采样重建网络,该网络采用部分网络层参数共享策略,该策略能够减小网络模型参数量,同时提高网络的泛化能力。最后,提出一种多描述中路上采样重建网络,将两个边路低分辨率特征与中路低分辨率特征进行深层特征融合来实现多描述压缩图像的增强。大量的实验结果表明：在模型复杂度、客观质量和视觉质量评价方面,所提方法优于很多的图像增强方法如ARCNN、FastARCNN、DnCNN、WSR和DWCNN。     

一种多网络模型融合的烟雾检测方法

为降低云雾等类烟雾目标引起的烟雾检测虚警现象,提出一种多网络模型融合的烟雾检测方法。在采用VGG16网络提取烟雾细节特征的基础上,与ResNet50网络特征提取层进行融合,提取到更多细微特征,采用跳跃连接机制将图像信息传递到神经网络的更深层,避免烟雾图像重要特征的丢失,并解决因梯度消失导致的欠拟合问题。训练过程采用基于同构空间下的特征迁移学习方法,解决小样本训练难题,在新的目标检测领域进行重新训练,更有利于将网络模型融合,重新搭建全连接层输出检测结构,采用随机失活的方法,提高模型泛化能力。实验结果表明,与目前流行的深度卷积网络相比,该方法虚警率低,准确率和召回率高。     

基于深度学习的图像风格转换研究

随着深度学习的发展,图像风格转换任务开始使用卷积神经网络实现。针对传统图像转换网络在转换后,保留纹理细节的能力不足的问题,本文基于Justin等人的风格转换模型,优化了转换网络中的残差结构,并结合生成对抗的思想,改进了风格转换模型,使模型能提取图像中更抽象的特征,并对损失函数进行调整,进一步提升生成图像的质量。实验表明,本文方法在进行图像风格转换时,有效提升了风格化效果并且通过比较在多种评价指标下得到的结果,可知图像质量得到提升。     

利用子空间稀疏特征的超分辨率图像重建算法

在传统超分辨率图像重建算法中,图像的梯度、纹理结构等特征通常是由人工设计的规则提取的,对于结构复杂、内容丰富的图像,这样提取到的特征不能精确地表达图像的全部信息,对图像的边缘和局部细节信息会造成缺失。而且在图像训练过程中,还会出现低分辨率[(LR)]和高分辨率[(HR)]图像特征图数量不一致、特征匹配度较低的问题。因此,如何提取表达能力更强的特征作为源图像的精确表示和训练过程中提高图像特征匹配度对图像的超分辨率重建至关重要。针对上述问题,提出了一种基于[PCANet]模型的超分辨率图像重建算法。首先通过具有高斯内核函数的[PCANet]模型提取图像的深层次特征,并且加入稀疏优化算法,对输出的特征映射矩阵迭代优化,得到其最佳投影矩阵,有效提升了特征映射的鲁棒性。然后利用学习获得的LR滤波器将提取到的图像的深度学习特征分解为多个稀疏特征,使用[ADMM]算法和SA-ADMM算法迭代更新得到其最优解以后,结合[LR]图像的稀疏特征和映射函数估计出HR图像的稀疏特征表示,最后和相应的[HR]滤波器进行卷积求和得到最终的重建图像。实验结果表明,该方法使重建图像的细节信息更好地保留,图像的边缘纹理更加清晰,客观评价指标平均[PSNR]值提高了0.21?dB以上,有效提升了图像重建的质量。     

基于生成对抗网络的机载遥感图像超分辨率重建

为解决机载遥感图像质量易受环境影响的问题,对其进行超分辨率重建,对现有深度学习机载遥感图像超分辨率重建方法存在的特征提取能力差、重建图像边缘平滑、模型训练困难的问题进行改进,增强图像重建效果。将生成对抗网络作为模型的整体框架,使用密集剩余残差块增强模型特征提取能力,增加跳跃连接,有效提取机载遥感图像的浅层和深层特征,引入沃瑟斯坦式生成对抗网络优化模型训练。该方法能够有效对机载遥感图像进行4倍重建,在峰值信噪比评价上较对比方法约有2 dB增益,重建出的机载遥感图像在视觉上更清晰、细节更丰富、边缘更锐利。实验结果表明,该方法有效提升了模型特征提取能力,优化了训练过程,重建的机载遥感图像效果较好。     

Cross-Modal Hashing Retrieval Based on Deep Residual Network

In the era of big data rich in We Media, the single mode retrieval system has been unable to meet people’s demand for information retrieval. This paper proposes a new solution to the problem of feature extraction and unified mapping of different modes: A Cross-Modal Hashing retrieval algorithm based on Deep Residual Network (CMHR-DRN). The model construction is divided into two stages: The first stage is the feature extraction of different modal data, including the use of Deep Residual Network (DRN) to extract the image features, using the method of combining TF-IDF with the full connection network to extract the text features, and the obtained image and text features used as the input of the second stage. In the second stage, the image and text features are mapped into Hash functions by supervised learning, and the image and text features are mapped to the common binary Hamming space. In the process of mapping, the distance measurement of the original distance measurement and the common feature space are kept unchanged as far as possible to improve the accuracy of Cross-Modal Retrieval. In training the model, adaptive moment estimation (Adam) is used to calculate the adaptive learning rate of each parameter, and the stochastic gradient descent (SGD) is calculated to obtain the minimum loss function. The whole training process is completed on Caffe deep learning framework. Experiments show that the proposed algorithm CMHR-DRN based on Deep Residual Network has better retrieval performance and stronger advantages than other Cross-Modal algorithms CMFH, CMDN and CMSSH.     

基于小样本学习的SAR图像识别

深度学习已成为图像识别领域的一个研究热点。与传统图像识别方法不同,深度学习从大量数据中自动学习特征,并且具有强大的自学习能力和高效的特征表达能力。但在小样本条件下,传统的深度学习方法如卷积神经网络难以学习到有效的特征,造成图像识别的准确率较低。因此,提出一种新的小样本条件下的图像识别算法用于解决SAR图像的分类识别。该算法以卷积神经网络为基础,结合自编码器,形成深度卷积自编码网络结构。首先对图像进行预处理,使用2D Gabor滤波增强图像,在此基础上对模型进行训练,最后构建图像分类模型。该算法设计的网络结构能自动学习并提取小样本图像中的有效特征,进而提高识别准确率。在MSTAR数据集的10类目标分类中,选择训练集数据中10%的样本作为新的训练数据,其余数据为验证数据,并且,测试数据在卷积神经网络中的识别准确率为76.38%,而在提出的卷积自编码结构中的识别准确率达到了88.09%。实验结果表明,提出的算法在小样本图像识别中比卷积神经网络模型更加有效。     

基于中值滤波和残差网络的甲状腺结节检测

利用超声图像对甲状腺结节进行检测在医学诊断中具有至关重要的作用。针对传统机器学习方法处理过程中存在噪声复杂、特征提取困难等问题，提出一种基于中值滤波和深度学习残差网络的甲状腺超声图像结节检测方法。采用统计阈值中值滤波方法，提高结节边缘特征，实现超声图像自动增强；构建CNN6-Residual模型提取和筛选结节特征，使用跨层连接和残差学习降低网络训练难度。实验结果表明，该方法检测准确率达到97.03%，具有较高的临床应用价值。     

基于深度语义模型的乳腺X线图像检索

图像特征是基于内容的图像检索（Content-based image retrieval,CBIR）的关键,大部分使用的手工特征难以有效地表示乳腺肿块的特征,底层特征与高层语义之间存在语义鸿沟。为了提高CBIR的检索性能,本文采用深度学习来提取图像的高层语义特征。由于乳腺X线图像的深度卷积特征在空间和特征维度上存在一定的冗余和噪声,本文在词汇树和倒排文件的基础上,对深度特征的空间和语义进行优化,构建了两种不同的深度语义树。为了充分发挥深度卷积特征的识别能力,根据乳腺图像深度特征的局部特性对树节点的权重进行细化,提出了两种节点加权方法,得到了更好的检索结果。本文从乳腺X线图像数据库（Digital database for screening mammography, DDSM）中提取了2 200个感兴趣区域（Region of interest,ROIs）作为数据集,实验结果表明,该方法能够有效提高感兴趣肿块区域的检索精度和分类准确率,并且具有良好的可扩展性。