基于频谱空间域特征注意的音乐流派分类算法

为了提升深度卷积神经网络对音乐频谱流派特征的提取效果,提出一种基于频谱空间域特征注意的音乐流派分类算法模型DCNN-SSA。DCNN-SSA模型通过对不同音乐梅尔谱图的流派特征在空间域上进行有效标注,并且改变网络结构,从而在提升特征提取效果的同时确保模型的有效性,进而提升音乐流派分类的准确率。首先,将原始音频信号进行梅尔滤波,以模拟人耳的滤波操作对音乐的音强及节奏变化进行有效过滤,所生成的梅尔谱图进行切割后输入网络;然后,通过深化网络层数、改变卷积结构及增加空间注意力机制对模型在流派特征提取上进行增强;最后,通过在数据集上进行多批次的训练与验证来有效提取并学习音乐流派特征,从而得到可以对音乐流派进行有效分类的模型。在GTZAN数据集上的实验结果表明,基于空间注意的音乐流派分类算法与其他深度学习模型相比,在音乐流派分类准确率和模型收敛效果上有所提高,准确率提升了5.36个百分点～10.44个百分点。     

基于改进CNN-LSTM的网络入侵检测模型研究

针对网络入侵检测模型特征提取算法复杂、训练参数过多、检测结果不理想等问题,提出一种改进卷积神经网络与长短期记忆网络结合的网络入侵检测方法(GCNN-LSTM)。首先,使用卷积神经网络对流量数据做特征选择,并选择全局池化层代替其中的全连接层;其次,结合长短期记忆网络强大的时间序列学习能力对改进卷积神经网络选择后的特征进行学习分类,以期在网络异常数据检测方面获得更好的效率和准确率。实验结果表明,提出的模型在UNSW-NB15数据集上有着较好的检测效果。在同等条件下,使用传统卷积神经网络的模型准确率为84.97%,训练时间为76.3 s;本模型准确率达到了88.96%,训练时间为61.1 s。     

深度卷积神经网络在心音分类方法中的应用

通过分析心音信号对心脏早期的病理状态进行确诊具有重要的意义。提出了一种基于深度卷积神经网络的心音分类方法。将心音信号转化成具有时频特性的梅尔频谱系数（Mel Frequency Spectral Coefficient,MFSC）特征图,将其作为深度卷积神经网络模型的输入;利用深度卷积神经网络对MFSC特征图进行训练,引入中心损失函数建立最优的深度学习模型;测试阶段,先将心音信号转换成多张二维MFSC特征图,然后利用训练好的深度学习模型对其分类,最后利用多数表决原则判断心音信号的类别。针对人工标注的训练样本有限,导致模型训练正确率不高的问题,以心音的二维MFSC特征图为对象分别从时间域和频率域进行随机屏蔽处理进而扩充训练样本。实验结果表明,该方法在PASCAL心音数据集上进行测试,对正常、杂音、早搏三种心音的分类性能明显优于现有最好的方法。     

Gabor特征与深度信念网络结合的人脸识别方法

提出了一种基于Gabor特征和深度信念网络(DBN)的人脸识别方法,通过提取Gabor人脸图像的不同尺度图进行卷积融合,将融合后的特征图作为DBN的输入数据,训练多层来获得更加抽象的特征表达,整个训练的过程中采用交差熵来微调DBN,模型的最顶层结合Softmax回归分类器对抽取后的特征进行分类.在AR人脸库测试的实验结果表明:将Gabor特征与DBN结合应用于人脸识别,其准确率可高达92.7％,与其他浅层学习模型相比,DBN学习了数据的高层特征的同时还降低了特征维数,提高了分类器的分类精度,最终有效改善了人脸识别率.     

基于增强AlexNet的音乐流派识别研究

针对机器学习模型对音乐流派特征识别能力较弱的问题,提出了一种基于深度卷积神经网络的音乐流派识别(DCNN-MGR)模型。该模型首先通过快速傅里叶变换提取音频信息,生成可以输入DCNN的频谱并切割生成频谱切片。然后通过融合带泄露整流(Leaky ReLU)函数、双曲正切(Tanh)函数和Softplus分类器对AlexNet进行增强。其次将生成的频谱切片输入增强的AlexNet进行多批次的训练与验证,提取并学习音乐特征,得到可以有效分辨音乐特征的网络模型。最后使用输出模型进行音乐流派识别测试。实验结果表明,增强的AlexNet在音乐特征识别准确率和网络收敛效果上明显优于AlexNet及其他常用的DCNN、DCNN-MGR模型在音乐流派识别准确率上比其他机器学习模型提升了4%~20%。     

CT影像识别的卷积神经网络模型

针对传统分类方法分割精度低、特征提取耗时等问题,构建一个适用于CT肺结节良恶性分类的卷积神经网络模型.首先确定网络深度、卷积核数目和卷积核大小等参数,构建卷积神经网络初始模型;然后选择激活函数类型、学习率和学习率衰减策略等训练参数;最后提出对感兴趣区域划分局部子区域的方式增强样本进行训练.在LIDC-IDRI数据集上进行实验的结果表明,准确率、特异性、敏感性及AUC值分别达到92.50%,0.91,0.94和0.93;对恶性结节的识别能力明显优于其他网络模型.     

基于改进CNN卷积神经网络的音乐识别模型构建

针对音乐识别准确率低的问题,提出一种基于深度哈希学习的音乐识别方法。通过预处理音乐信号获取梅尔声谱图,将其作为CNN的输入,并在卷积层提取卷积特征图;然后利用卷积特征图的空间细节和语义信息,将其输入到LSTM和哈希层。对损失函数进行改进,并保留哈希码语义相似性和平衡性;在以上基础上,使用softmax对特征图进行识别和分类。通过对比实验证明,基于深度哈希学习的音乐识别方法比其他方法效果更好,性能更佳。     

卷积神经网络自动分类手机外壳划痕

塑料手机外壳出厂合格检测时, 使用传统的人工辨别外观缺陷, 费时费力. 利用深度学习的卷积神经网络模型训练一个分类器, 实现手机外壳外观出现的划痕缺陷自动化检测, 可以极大的提高工作效率. 实验首先建立基本的卷积神经网络模型, 训练模型获得识别基线, 再设计修改逐步提高检测准确率. 为了解决小数据集训练中的模型过拟合和提高检测精度, 综合使用了丢弃层、数据增强技术和批量标准化, 减少参数量, 并应用迁移学习等方法. 实验结果证明, 分类器模型能有效提升准确率, 在小数据集上达到非常好的划痕缺陷识别效果.     

双核压缩激活神经网络艺术图像分类

目的 为了充分提取版画、中国画、油画、水彩画和水粉画等艺术图像的整体风格和局部细节特征,实现计算机自动分类检索艺术图像的需求,提出通过双核压缩激活模块（double kernel squeeze-and-excitation,DKSE）和深度可分离卷积搭建卷积神经网络对艺术图像进行分类。方法 根据SKNet（selective kernel networks）自适应调节感受野提取图像整体与细节特征的结构特点和SENet（squeeze-and-excitation networks）增强通道特征的特点构建DKSE模块,利用DKSE模块分支上的卷积核提取输入图像的整体特征与局部细节特征;将分支上的特征图进行特征融合,并对融合后的特征图进行特征压缩和激活处理;将处理后的特征加权映射到不同分支的特征图上并进行特征融合;通过DKSE模块与深度可分离卷积搭建卷积神经网络对艺术图像进行分类。结果 使用本文网络模型对有无数据增强（5类艺术图像数据增强后共25 634幅）处理的数据分类,数据增强后的分类准确率比未增强处理的准确率高9.21%。将本文方法与其他网络模型和传统分类方法相比,本文方法的分类准确率达到86.55%,比传统分类方法高26.35%。当DKSE模块分支上的卷积核为1×1和5×5,且放在本文网络模型第3个深度可分离卷积后,分类准确率达到87.58%。结论 DKSE模块可以有效提高模型分类性能,充分提取艺术图像的整体与局部细节特征,比传统网络模型具有更好的分类准确率。     

面向目标6DoF姿态与尺寸估计的全卷积神经网络模型

针对6DoF姿态估计需要收集与标注大量数据训练神经网络提出一种小数据集下面向目标6DoF姿态与尺寸估计的全卷积神经网络模型以降低人工操作成本。首先采用注意力机制与特征金字塔相结合的方式通过区域建议网络提取感兴趣区域,将该区域输入并行融合全卷积网络获得掩膜图;其次通过增加跳跃连接丰富每个卷积后的特征信息,将其融合并通过分类获得预测标准化坐标空间图;最后将得到的掩膜图与标准化坐标空间图通过三维点云配准获得目标的6DoF姿态与尺寸。实验表明,该方法在小数据集下较PVN3D方法精度提升约2.6%,较GPVPose方法精度提升约1%。     

基于预测对抗网络的图像二分类模型

正未标记学习仅使用无标签样本和正样本训练一个二分类器, 而生成式对抗网络(generative adversarial networks, GAN)中通过对抗性训练得到一个图像生成器. 为将GAN的对抗训练方法迁移到正未标记学习中以提升正未标记学习的效果, 可将GAN中的生成器替换为分类器C, 在无标签数据集中挑选样本以欺骗判别器D, 对C与D进行迭代优化. 本文提出基于以Jensen-Shannon散度(JS散度)为目标函数的JS-PAN模型. 最后, 结合数据分布特点及现状需求, 说明了PAN模型在医疗诊断图像二分类应用的合理性及高性能. 在MNIST, CIFAR-10数据集上的实验结果显示: KL-PAN模型与同类正未标记学习模型对比有更高的精确度(ACC)及F1-score; 对称化改进后, JS-PAN模型在两个指标上均有所提升, 因此JS-PAN模型的提出更具有合理性. 在Med-MNIST的3个子图像数据集上的实验显示: KL-PAN模型与4个benchmark有监督模型有几乎相同的ACC, JS-PAN也有更高表现. 因此, 综合PAN模型的出色分类效果及医疗诊断数据的分布特征, PAN作为半监督学习方法可获得更快、更好的效果, 在医学图像的二分类的任务上具有更高的性能.     

基于参数迁移和卷积循环神经网络的语音情感识别

在语音情感识别研究中,已有基于深度学习的方法大多没有针对语音时频两域的特征进行建模,且存在网络模型训练时间长、识别准确性不高等问题。语谱图是语音信号转换后具有时频两域的特殊图像,为了充分提取语谱图时频两域的情感特征,提出了一种基于参数迁移和卷积循环神经网络的语音情感识别模型。该模型把语谱图作为网络的输入,引入AlexNet网络模型并迁移其预训练的卷积层权重参数,将卷积神经网络输出的特征图重构后输入LSTM（Long Short-Term Memory）网络进行训练。实验结果表明,所提方法加快了网络训练的速度,并提高了情感识别的准确率。     

基于SAE和GNDO-SVM的脑电信号情绪识别

情感计算是现代人机交互中的关键问题, 随着人工智能的发展, 基于脑电信号(electroencephalogram, EEG)的情绪识别已经成为重要的研究方向. 为了提高情绪识别的分类精度, 本研究引入堆叠自动编码器(stacked auto-encoder, SAE)对EEG多通道信号进行深度特征提取, 并提出一种基于广义正态分布优化的支持向量机(generalized normal distribution optimization based support vector machine, GNDO-SVM)情绪识别模型. 实验结果表明, 与基于遗传算法、粒子群算法和麻雀搜索算法优化的支持向量机模型相比, 所提出的GNDO-SVM模型具有更优的分类性能, 基于SAE深度特征的情感识别准确率达到了90.94%, 表明SAE能够有效地挖掘EEG信号不同通道间的深度相关性信息. 因此, 利用SAE深度特征结合GNDO-SVM模型可以有效地实现EEG信号的情绪识别.     

高光谱图像小样本分类的卷积神经网络方法

目的 与传统分类方法相比,基于深度学习的高光谱图像分类方法能够提取出高光谱图像更深层次的特征。针对现有深度学习的分类方法网络结构简单、特征提取不够充分的问题,提出一种堆叠像元空间变换信息的数据扩充方法,用于解决训练样本不足的问题,并提出一种基于不同尺度的双通道3维卷积神经网络的高光谱图像分类模型,来提取高光谱图像的本质空谱特征。方法 通过对高光谱图像的每一像元及其邻域像元进行旋转、行列变换等操作,丰富中心像元的潜在空间信息,达到数据集扩充的作用。将扩充之后的像素块输入到不同尺度的双通道3维卷积神经网络学习训练集的深层特征,实现更高精度的分类。结果 5次重复实验后取平均的结果表明,在随机选取了10%训练样本并通过8倍数据扩充的情况下,Indian Pines数据集实现了98.34%的总体分类精度,Pavia University数据集总体分类精度达到99.63%,同时对比了不同算法的运行时间,在保证分类精度的前提下,本文算法的运行时间短于对比算法,保证了分类模型的稳定性、高效性。结论 本文提出的基于双通道卷积神经网络的高光谱图像分类模型,既解决了训练样本不足的问题,又综合了高光谱图像的光谱特征和空间特征,提高了高光谱图像的分类精度。     

基于卷积神经网络与迁移学习的碳钢石墨化自动评级研究

为实现碳钢石墨化的智能化评级,基于卷积神经网络与迁移学习的方法构建了碳钢金相图像的自动分类模型;首先通过几何变换和像素调整的数据增强方法建立了碳钢石墨化图像数据集;然后采用统一扩展网络宽度、深度和分辨率方式来协调精度与效率的轻量级EfficientNet网络作为主干特征提取网络,构建碳钢石墨化图像评级模型,并在训练阶段利用迁移学习与参数微调的方法来提高模型的训练效率;最后使用测试数据集对模型的分类精度与复杂度进行了验证实验,结果表明该模型能快速准确地对碳钢石墨化程度进行自动评级,在仅需12 MB内存的情况下,便可实现97.01%的评级准确率,单幅金相图像的平均检测时间也仅需10.27 ms,满足现场检测的精度与实时性要求。     

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。     

基于多时序特征和卷积神经网络的农作物分类

近年来,以卷积神经网络为主的深度学习模型在各种遥感应用中都显示出巨大的潜力。以加州帝国郡为研究区,以Landsat 8 OLI年内时序遥感影像计算时序植被指数NDVI、EVI、RVI以及TVI,组合后输入到构建的一维卷积神经网络 模型,以实现作物的高精度精细分类。为了验证卷积模型的优越性,另搭建了基于递归神经网络及其变体的深度学习模型。结果表明：①引入其他时序特征后,能够有效地提高卷积神经网络的分类精度。NDVI+EVI+TVI+RVI组合特征总体精度和Kappa系数最高,分别是89.667 4%和0.856 0,对比NDVI时序特征总体精度和Kappa系数提高了近4%和0.6。②在与其他深度学习模型的对比中,一维卷积神经网络分类精度最高,能够从时序数据中较为准确捕捉作物时序特征信息,尽管递归神经网络被广泛应用于序列数据的研究,但分类结果要略差于卷积神经网络。实验表明在NDVI的基础上引入其他植被指数辅助,能够有效地提高分类精度。基于一维卷积神经网络的深度学习框架为长时间序列分类任务提供了一种有效且高效的方法。     

提高小样本高光谱图像分类性能的变维卷积神经网络

目的 为了解决基于卷积神经网络的算法对高光谱图像小样本分类精度较低、模型结构复杂和计算量大的问题,提出了一种变维卷积神经网络。方法 变维卷积神经网络对高光谱分类过程可根据内部特征图维度的变化分为空—谱信息融合、降维、混合特征提取与空—谱联合分类的过程。这种变维结构通过改变特征映射的维度,简化了网络结构并减少了计算量,并通过对空—谱信息的充分提取提高了卷积神经网络对小样本高光谱图像分类的精度。结果 实验分为变维卷积神经网络的性能分析实验与分类性能对比实验,所用的数据集为Indian Pines和Pavia University Scene数据集。通过实验可知,变维卷积神经网络对高光谱小样本可取得较高的分类精度,在Indian Pines和Pavia University Scene数据集上的总体分类精度分别为87.87%和98.18%,与其他分类算法对比有较明显的性能优势。结论 实验结果表明,合理的参数优化可有效提高变维卷积神经网络的分类精度,这种变维模型可较大程度提高对高光谱图像中小样本数据的分类性能,并可进一步推广到其他与高光谱图像相关的深度学习分类模型中。     

基于深度学习的小样本声目标识别方法

声目标分类识别是声源识别领域的核心问题,然而,在应用深层神经网络进行声目标分类识别时,从少量样本中学习(样本复杂度较低)是一个具有挑战性的问题;针对此问题,提出了一种基于深度学习的小样本声目标识别方法,该方法将手工设计特征和对数梅尔声谱特征结合到一起,扩充了深度学习模型的可利用特征量,提高了声信号识别效率和精度;在实验验证中,该方法在测试集上实现了87.6%的识别精度;更进一步地,用较少量的训练样本对该方法和其它几种主流的深度学习模型的性能进行了比较验证,结果表明,该方法只需要更少量的数据即可实现同样的识别精度,在声源探测领域具有一定应用价值。