基于三支决策的二阶段图像分类方法

针对深度学习单一模型不能有效处理不确定性预测结果的问题,文中从三支决策出发,将阴影集理论引入图像分类中,构建两阶段图像分类方法.首先,使用卷积神经网络分类样本,获得隶属度矩阵.然后,使用基于阴影集的样本划分算法处理隶属度矩阵,获得分类结果中存在不确定性的部分,即不确定域,进行延迟决策.最后,使用特征融合技术,将SVM作为分类器进行二次分类,降低分类结果的不确定性,提高分类准确率.在CIFAR-10、Caltech 101数据集上的实验验证文中方法的有效性.     

图像分类的深度卷积神经网络模型综述

图像分类是计算机视觉中的一项重要任务,传统的图像分类方法具有一定的局限性。随着人工智能技术的发展,深度学习技术越来越成熟,利用深度卷积神经网络对图像进行分类成为研究热点,图像分类的深度卷积神经网络结构越来越多样,其性能远远好于传统的图像分类方法。本文立足于图像分类的深度卷积神经网络模型结构,根据模型发展和模型优化的历程,将深度卷积神经网络分为经典深度卷积神经网络模型、注意力机制深度卷积神经网络模型、轻量级深度卷积神经网络模型和神经网络架构搜索模型等4类,并对各类深度卷积神经网络模型结构的构造方法和特点进行了全面综述,对各类分类模型的性能进行了对比与分析。虽然深度卷积神经网络模型的结构设计越来越精妙,模型优化的方法越来越强大,图像分类准确率在不断刷新的同时,模型的参数量也在逐渐降低,训练和推理速度不断加快。然而深度卷积神经网络模型仍有一定的局限性,本文给出了存在的问题和未来可能的研究方向,即深度卷积神经网络模型主要以有监督学习方式进行图像分类,受到数据集质量和规模的限制,无监督式学习和半监督学习方式的深度卷积神经网络模型将是未来的重点研究方向之一;深度卷积神经网络模型的速度和资源消耗仍不尽人意,应用于移动式设备具有一定的挑战性;模型的优化方法以及衡量模型优劣的度量方法有待深入研究;人工设计深度卷积神经网络结构耗时耗力,神经架构搜索方法将是未来深度卷积神经网络模型设计的发展方向。     

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。     

遥感图像飞机目标分类的卷积神经网络方法

目的 遥感图像飞机目标分类,利用可见光遥感图像对飞机类型进行有效区分,对提供军事作战信息有重要意义。针对该问题,目前存在一些传统机器学习方法,但这些方法需人工提取特征,且难以适应真实遥感图像的复杂背景。近年来,深度卷积神经网络方法兴起,网络能自动学习图像特征且泛化能力强,在计算机视觉各领域应用广泛。但深度卷积神经网络在遥感图像飞机分类问题上应用少见。本文旨在将深度卷积神经网络应用于遥感图像飞机目标分类问题。方法 在缺乏公开数据集的情况下,收集了真实可见光遥感图像中的8种飞机数据,按大致4∶1的比例分为训练集和测试集,并对训练集进行合理扩充。然后针对遥感图像与飞机分类的特殊性,结合深度学习卷积神经网络相关理论,有的放矢地设计了一个5层卷积神经网络。结果 首先,在逐步扩充的训练集上分别训练该卷积神经网络,并分别用同一测试集进行测试,实验表明训练集扩充有利于网络训练,测试准确率从72.4%提升至97.2%。在扩充后训练集上,分别对经典传统机器学习方法、经典卷积神经网络LeNet-5和本文设计的卷积神经网络进行训练,并在同一测试集上测试,实验表明该卷积神经网络的分类准确率高于其他两种方法,最终能在测试集上达到97.2%的准确率,其余两者准确率分别为82.3%、88.7%。结论 在少见使用深度卷积神经网络的遥感图像飞机目标分类问题上,本文设计了一个5层卷积神经网络加以应用。实验结果表明,该网络能适应图像场景,自动学习特征,分类效果良好。     

基于卷积神经网络和贝叶斯分类器的句子分类模型

针对传统句子分类模型存在特征提取过程复杂且分类准确率较低等不足,利用当下流行的基于深度学习模型的卷积神经网络在特征提取上的优势,结合传统句子分类方法提出一种基于卷积神经网络和贝叶斯分类器的句子分类模型。该模型首先利用卷积神经网络提取文本特征,其次利用主成分分析法对文本特征进行降维,最后利用贝叶斯分类器进行句子分类。实验结果表明在康奈尔大学公开的影评数据集和斯坦福大学情感分类数据集上,所提出的方法优于只使用深度学习的模型或传统句子分类模型。     

基于深度卷积自编码神经网络的手写数字识别研究

针对提高不同笔体下的手写识别准确率进行了研究,将深度卷积神经网络与自动编码器相结合,设计卷积自编码器网络层数,形成深度卷积自编码神经网络。首先采用双线性插值方法分别对MNIST数据集与一万幅自制中国大学生手写数字图片进行图像预处理,然后先使用单一MNIST数据集对深度卷积自编码神经网络进行训练与测试;最后使用MNIST与自制数据集中5 000幅混合,再次训练该网络,对另外5 000幅进行测试。实验数据表明,所提深度卷积自编码神经网络在MNIST测试集正确率达到99.37%,有效提高了准确率;且5 000幅自制数据集模型测试正确率达99.33%,表明该算法实用性较强,在不同笔体数字上得到了较高的识别准确率,模型准确有效。     

基于权值分布的多模型分类算法研究

为了提高卷积神经网络对图像分类的正确率,对网络结构进行研究,提出了多模型融合卷积神经网络。通过提取单个模型的输出特征向量,进行融合后得到新的输出特征向量,再搭建单层分类器进行图像分类,提高分类准确率。将单个模型与多模型融合的分类准确率进行比较,多模型融合卷积神经网络的分类准确率有所提高。分析了卷积神经网络最后一层全连接层的权值分布,发现同一模型在不同数据集上的权值分布曲线相似,分类效果好的网络模型其权值分布曲线更平缓。     

基于双池化特征加权结构CNN的图像分类

传统的池化方式会造成特征信息丢失,导致卷积神经网络中提取的特征信息不足。为了提高卷积神经网络在图像分类过程中的准确率,优化其学习性能,本文在传统池化方式的基础上提出一种双池化特征加权结构的池化算法,利用最大池化和平均池化2种方式保留更多的有价值的特征信息,并通过遗传算法对模型进行优化。通过训练不同池化方式的卷积神经网络,研究卷积神经网络在不同数据集上的分类准确率和收敛速度。实验在遥感图像数据集NWPU-RESISC45和彩色图像数据集Cifar-10上对采用几种池化方式的卷积神经网络分类结果进行对比验证,结果分析表明：双池化特征加权结构使得卷积神经网络的分类准确率有很大程度的提高,同时模型的收敛速度得到进一步提高。     

高分辨卫星图像卷积神经网络分类模型

目的 卫星图像往往目标、背景复杂而且带有噪声,因此使用人工选取的特征进行卫星图像的分类就变得十分困难。提出一种新的使用卷积神经网络进行卫星图像分类的方案。使用卷积神经网络可以提取卫星图像的高层特征,进而提高卫星图像分类的识别率。方法 首先,提出一个包含六类图像的新的卫星图像数据集来解决卷积神经网络的有标签训练样本不足的问题。其次,使用了一种直接训练卷积神经网络模型和3种预训练卷积神经网络模型来进行卫星图像分类。直接训练模型直接在文章提出的数据集上进行训练,预训练模型先在ILSVRC（the ImageNet large scale visual recognition challenge）-2012数据集上进行预训练,然后在提出的卫星图像数据集上进行微调训练。完成微调的模型用于卫星图像分类。结果 提出的微调预训练卷积神经网络深层模型具有最高的分类正确率。在提出的数据集上,深层卷积神经网络模型达到了99.50%的识别率。在数据集UC Merced Land Use上,深层卷积神经网络模型达到了96.44%的识别率。结论 本文提出的数据集具有一般性和代表性,使用的深层卷积神经网络模型具有很强的特征提取能力和分类能力,且是一种端到端的分类模型,不需要堆叠其他模型或分类器。在高分辨卫星图像的分类上,本文模型和对比模型相比取得了更有说服力的结果。     

基于ROI-KNN卷积神经网络的面部表情识别

深度神经网络已经被证明在图像、语音、文本领域具有挖掘数据深层潜在的分布式表达特征的能力. 通过在多个面部情感数据集上训练深度卷积神经网络和深度稀疏校正神经网络两种深度学习模型, 对深度神经网络在面部情感分类领域的应用作了对比评估. 进而, 引入了面部结构先验知识, 结合感兴趣区域(Region of interest, ROI)和K最近邻算法(K-nearest neighbors, KNN), 提出一种快速、简易的针对面部表情分类的深度学习训练改进方案——ROI-KNN, 该训练方案降低了由于面部表情训练数据过少而导致深度神经网络模型泛化能力不佳的问题, 提高了深度学习在面部表情分类中的鲁棒性, 同时, 显著地降低了测试错误率.     

基于深度可分卷积神经网络的实时人脸表情和性别分类

针对目前普通卷积神经网络（CNN）在表情和性别识别任务中出现的训练过程复杂、耗时过长、实时性差等问题,提出一种深度可分卷积神经网络的实时人脸表情和性别识别模型。首先,利用多任务级联卷积网络（MTCNN）对不同尺度输入图像进行人脸检测,并利用核相关滤波（KCF）对检测到的人脸位置进行跟踪进而提高检测速度。然后,设置不同尺度卷积核的瓶颈层,用通道合并的特征融合方式形成核卷积单元,以具有残差块和可分卷积单元的深度可分卷积神经网络提取多样化特征,并减少参数数量,轻量化模型结构;使用实时启用的反向传播可视化来揭示权重动态的变化并评估了学习的特征。最后,将表情识别和性别识别两个网络并联融合,实现表情和性别的实时识别。实验结果表明,所提出的网络模型在FER-2013数据集上取得73.8%的识别率,在CK+数据集上的识别率达到96%,在IMDB数据集中性别分类的准确率达到96%;模型的整体处理帧率达到80 frame/s,与结合支持向量机的全连接卷积神经网络方法所得结果相比,有着1.5倍的提升。因此针对数量、分辨率、大小等差异较大的数据集,该网络模型检测快,训练时间短,特征提取简单,具有较高的识别率和实时性。     

基于迁移学习的人脸姿态分类方法

人脸姿态分类在智能人机交互、虚拟现实、智能控制以及人脸识别等多个领域都有广泛的应用。由于人脸姿态分类过程中存在不同角度间特征重叠率高的问题,导致其分类精度过低。为提高人脸姿态分类的准确率与鲁棒性,提出了基于迁移学习的人脸姿态分类方法。该方法利用卷积神经网络的特征提取和学习能力,对特征进行识别和分类,从而得到单方向人脸姿态的训练参数。利用迁移学习,将卷积神经网络训练好的参数应用于训练两个方向的人脸姿态模型中。使用该方法在CAS-PEAL数据集上进行了实验,最终结果的准确率达到98.7%,并且与AlexNet、VGGNet和ResNet等网络模型做对比实验,得到了更好的人脸姿态分类效果。实验结果表明,所提出的方法显著提高了人脸姿态分类的准确率与鲁棒性。     

联合结构相似性与类信息的图像分类

针对卷积神经网络训练收敛速度慢的问题，提出了一种加权的联合结构相似性和类信息监督训练的方法。首先，针对小图像，设计一个能有效提取图像高级别信息的卷积神经网络。其次，建立加权的联合结构相似性和类信息损失函数训练卷积神经网络。最后，通过mnist手写数字和cifar10图像分类实验验证所设计网络的有效性。实验结果表明，所设计的网络在mnist手写数字和cifar10数据集上的图像分类错误率分别为0.33%和11%。在未进行扩增mnist数据集的前提下，所设计的网络的性能超过了该数据集上所有单网络的性能；在cifar10数据集上，所设计的网络能以较少的计算量获得较高的图像分类准确率。同时，联合结构相似性和类信息损失的监督训练能加快网络的训练速度。     

卷积神经网络在验证码识别上的应用与研究

针对日前在互联网中被广泛使用的验证码,提出将卷积神经网络引入到验证码识别之中。通过设计新的卷积网络拓扑结构,针对可分割成语验证码提出基于k-means聚类的字符分割方法,以及仿真验证码图片自生成训练集,通过预训练过程使得卷积训练网络具有良好初值,加速收敛并提高模型泛化能力;针对不可分割验证码,省去字符分割操作直接将验证码整体作为卷积模型输入,引入仿射变换、水漫填充等预处理和SVM算法二分类,或者结合多标记学习方法设计卷积拓扑等。最终实验研究证实卷积神经网络对于可分割及不可分割验证码的平均识别准确率均收敛于99%左右。     

基于深度残差网络的人脸表情识别

针对深度卷积神经网络随着卷积层数增加而导致网络模型难以训练和性能退化等问题,提出了一种基于深度残差网络的人脸表情识别方法。该方法利用残差学习单元来改善深度卷积神经网络模型训练寻优的过程,减少模型收敛的时间开销。此外,为了提高网络模型的泛化能力,从KDEF和CK+两种表情数据集上选取表情图像样本组成混合数据集用以训练网络。在混合数据集上采用十折（10-fold）交叉验证方法进行了实验,比较了不同深度的带有残差学习单元的残差网络与不带残差学习单元的常规卷积神经网络的表情识别准确率。当采用74层的深度残差网络时,可以获得90.79%的平均识别准确率。实验结果表明采用残差学习单元构建的深度残差网络可以解决网络深度和模型收敛性之间的矛盾,并能提升表情识别的准确率。     

IIRNet: A lightweight deep neural network using intensely inverted residuals for image recognition

Deep neural networks have achieved great success in many tasks of pattern recognition. However, large model size and high cost in computation limit their applications in resource-limited systems. In this paper, our focus is to design a lightweight and efficient convolutional neural network architecture by directly training the compact network for image recognition. To achieve a good balance among classification accuracy, model size, and computation complexity, we propose a lightweight convolutional neural network architecture named IIRNet for resource-limited systems. The new architecture is built based on Intensely Inverted Residual block (IIR block) to decrease the redundancy of the convolutional blocks. By utilizing two new operations, intensely inverted residual and multi-scale low-redundancy convolutions, IIR block greatly reduces its model size and computational costs while matches the classification accuracy of the state-of-the-art networks. Experiments on CIFAR-10, CIFAR-100, and ImageNet datasets demonstrate the superior performance of IIRNet on the trade-offs among classification accuracy, computation complexity, and model size, compared to the mainstream compact network architectures.