双分支多注意力机制的锐度感知分类网络

基于卷积神经网络的图像分类方法的关键是提取有区分性的重点特征.为了提高重点特征的关注度，增强网络泛化能力，文中提出双分支多注意力机制的锐度感知分类网络(Double-Branch Multi-attention Mechanism Based Sharpness-Aware Classification Network, DAMSNet).该网络以ResNet-34残差网络为基础，首先，修改ResNet-34残差网络输入层卷积核尺寸，删除最大池化层，减小原始图像特征的损失.再者，提出双分支多注意力机制模块，嵌入残差分支中，从全局特征和局部特征上提取图像在通道域和空间域的上下文信息.然后，引入锐度感知最小化算法，结合随机梯度下降优化器，同时最小化损失值和损失锐度，寻找具有一致低损失的邻域参数，提高网络泛化能力.在CIFAR-10、CIFAR-100、SVHN数据集上的实验表明，文中网络不仅具有较高的分类精度，而且有效提升泛化能力.     

基于空间注意力残差网络的图像超分辨率重建模型

卷积神经网络中的层次特征可以为图像重建提供重要信息。然而，现有的一些图像超分辨率重建方法没有充分利用卷积网络中的层次特征。针对该问题，本文提出一种基于空间注意力残差网络的模型（Residual Network Based on Spatial Attention, SARN）。具体来说，首先设计一种空间注意力残差模块（Spatial Attention Residual Block, SARB），将增强型空间注意力模块（Enhanced Spatial Attention, ESA）融入残差模块中，网络可以获得更有效的高频信息；其次融入特征融合机制，将网络各层获得的特征进行融合，提高网络中层次特征的利用率；最后，将融合后特征输入重建网络，得到最终的重建图像。实验结果表明，该模型无论在客观指标上，还是主观视觉效果上均优于对比算法，这说明本文提出的模型可以有效地利用图像中的层次特征，从而获得较好的超分辨率重建效果。     

基于深度卷积长短时神经网络的视频帧预测

针对视频帧预测中难以准确预测空间结构信息细节的问题，通过对卷积长短时记忆（LSTM）神经网络的改进，提出了一种深度卷积长短时神经网络的方法。首先，将输入序列图像输入到两个不同通道的深度卷积LSTM网络组成的编码网络中，由编码网络学习输入序列图像的位置信息变化特征和空间结构信息变化特征；然后，将学习到的变化特征输入到与编码网络通道数对应的解码网络中，由解码网络输出预测的下一张图；最后，将这张图输入回解码网络中，预测接下来的一张图，循环预先设定的次后输出全部的预测图。与卷积LSTM神经网络相比，在Moving-MNIST数据集上的实验中，相同训练步数下所提方法不仅保留了位置信息预测准确的特点，而且空间结构信息细节表征能力更强。同时，将卷积门控循环单元（GRU）神经网络的卷积层加深后，该方法在空间结构信息细节表征上也取得了提升，检验了该方法思想的通用性。     

改进的卷积神经网络单幅图像超分辨率重建

针对经典的基于卷积神经网络的单幅图像超分辨率重建方法网络较浅、提取的特征少、重建图像模糊等问题，提出了一种改进的卷积神经网络的单幅图像超分辨率重建方法，设计了由密集残差网络和反卷积网络组成的新型深度卷积神经网络结构。原始低分辨率图像输入网络，利用密集残差学习网络获取更丰富的有效特征并加快特征梯度流动，其次通过反卷积层将图像特征上采样到目标图像大小，再利用密集残差学习高维特征，最后融合不同卷积核提取的特征得到最终的重建图像。在Set5和Set14数据集上进行了实验，并和Bicubic、K-SVD、SelfEx、SRCNN等经典重建方法进行了对比，重建出的图像在整体清晰度和边缘锐度方面更好，另外峰值信噪比（PSNR）平均分别提高了2.69?dB、1.68?dB、0.74?dB和0.61?dB。实验结果表明，该方法能够获取更丰富的细节信息，得到更好的视觉效果，达到了图像超分辨率的增强任务。     

基于自适应级联的注意力网络的超分辨率重建

深度卷积神经网络显著提升了单图像超分辨率的性能. 通常, 网络越深, 性能越好. 然而加深网络往往会急剧增加参数量和计算负荷, 限制了在资源受限的移动设备上的应用. 提出一个基于轻量级自适应级联的注意力网络的单图像超分辨率方法. 特别地提出了局部像素级注意力模块, 给输入特征的每一个特征通道上的像素点都赋以不同的权值, 从而为重建高质量图像选取更精确的高频信息. 此外, 设计了自适应的级联残差连接, 可以自适应地结合网络产生的层次特征, 能够更好地进行特征重用. 最后, 为了充分利用网络产生的信息, 提出了多尺度全局自适应重建模块. 多尺度全局自适应重建模块使用不同大小的卷积核处理网络在不同深度处产生的信息, 提高了重建质量. 与当前最好的类似方法相比, 该方法的参数量更小, 客观和主观度量显著更好.     

并行注意力机制在图像语义分割中的应用

在卷积神经网络中融入注意力机制越来越成为语义分割强化特征学习的重要方法。提出了一种融合了局部注意力和全局注意力的卷积神经网络。输入图像经主干网络的特征提取,并行输入给局部注意力和全局注意力模块。局部注意力模块以编码-解码结构实现多尺寸的局部特征融合,全局注意力模块根据每个像素与其所在特征图上所有像素的相关性捕获全局信息。融合两个注意力模块不仅减少了局部信息的丢失,而且捕获了具有长距离依赖的全局信息,有效提升了特征提取的能力。采用一种数据相关的上采样方法代替双线性插值法恢复特征图至输入尺寸,同时改善了分割效果。采用Dice Loss损失函数并针对样本不平衡问题在类别损失前加入权重系数进一步改善了分割效果。该方法在药丸污点数据集、药丸缺损数据集以及走廊数据集上分别得到了96.39%、93.44%、96.28%的平均交并比结果。     

改进Res2Net和注意力机制的高光谱图像分类

针对目前以卷积神经网络（CNN）为框架的高光谱图像分类模型参数量多，训练时间长，对样本数量依赖性大的问题，提出了一种改进Res2Net和注意力机制的高光谱图像分类模型。该模型首先使用主成分分析（PCA）对原始图像的通道维度进行降维，将降维后的数据输入三维空洞卷积层，并添加空间注意力模块以强化空间纹理特征；将所得特征映射输入两组空间-深度可分离残差结构结合通道注意力模块中，使用全局平均池化层将输出映射转换成一维向量；经过Softmax分类器获得分类标签。实验结果显示，该模型参数数量少，收敛速度快，使用少量训练样本在Indian Pines和Pavia University数据集上总体分类精度（OA）分别为98.95%和99.46%。     

分层特征融合注意力网络图像超分辨率重建

目的 深层卷积神经网络在单幅图像超分辨率任务中取得了巨大成功。从3个卷积层的超分辨率重建卷积神经网络（super-resolution convolutional neural network,SRCNN）到超过300层的残差注意力网络（residual channel attention network,RCAN）,网络的深度和整体性能有了显著提高。然而,尽管深层网络方法提高了重建图像的质量,但因计算量大、实时性差等问题并不适合真实场景。针对该问题,本文提出轻量级的层次特征融合空间注意力网络来快速重建图像的高频细节。方法 网络由浅层特征提取层、分层特征融合层、上采样层和重建层组成。浅层特征提取层使用1个卷积层提取浅层特征,并对特征通道进行扩充;分层特征融合层由局部特征融合和全局特征融合组成,整个网络包含9个残差注意力块（residual attention block,RAB）,每3个构成一个残差注意力组,分别在组内和组间进行局部特征融合和全局特征融合。在每个残差注意力块内部,首先使用卷积层提取特征,再使用空间注意力模块对特征图的不同空间位置分配不同的权重,提高高频区域特征的注意力,以快速恢复高频细节信息;上采样层使用亚像素卷积对特征图进行上采样,将特征图放大到目标图像的尺寸;重建层使用1个卷积层进行重建,得到重建后的高分辨率图像。结果 在Set5、Set14、BSD（Berkeley segmentation dataset）100、Urban100和Manga109测试数据集上进行测试。当放大因子为4时,峰值信噪比分别为31.98 dB、28.40 dB、27.45 dB、25.77 dB和29.37 dB。本文算法比其他同等规模的网络在测试结果上有明显提升。结论 本文提出的多层特征融合注意力网络,通过结合空间注意力模块和分层特征融合结构的优势,可以快速恢复图像的高频细节并且具有较小的计算复杂度。     

改进残差网络的肾细胞癌ISUP分级研究

术前预测透明细胞肾细胞癌（clear cell renal cell carcinoma,ccRCC）的分级可有效评估患者的预后并指导临床治疗,但实现精准预测是目前本领域内的一项重要问题。该研究首先确定最优建模的CT类型与网络层数,提出了一种基于改进残差网络的ccRCC的CT影像分级模型,具体包括：利用大卷积操作对图像进行原始特征提取,利用混合注意力模块通过计算特征图中当前空间和临近空间以及当前空间和远距离空间之间的信息交互获取更多有用的特征,使得原始图像特征图在通道维度与空间维度上进行自适应特征细化,利用四个深度卷积网络层提取图像深度特征,并利用改进通道注意力模块产生通道注意力特征图信息,提取更多通道上的交互信息。实验结果表明,增强CT实质期图像和34层残差网络最有利于分级预测模型的开发,所提出的模型的总体加权准确率、AUC、精度、召回率和F1分数分别为90.8%、0.897、90.5%、90.8%、90.9%,各项指标优于其他常见网络结构,因此,该模型在预测ccRCC的国际泌尿病理学学会（International Society of Urological Pathology,I...     

一种改进的室内场景语义分割网络

针对目前室内场景语义分割网络无法很好融合图像的RGB信息和深度信息的问题,提出一种改进的室内场景语义分割网络。为使网络能够有选择性地融合图像的深度特征和RGB特征,引入注意力机制的思想,设计了特征融合模块。该模块能够根据深度特征图和RGB特征图的特点,学习性地调整网络参数,更有效地对深度特征和RGB特征进行融合;同时使用多尺度联合训练,加速网络收敛,提高分割准确率。通过在SUNRGB-D和NYUDV2数据集上验证,相比于包含深度敏感全连接条件随机场的RGB-D全卷积神经网络（DFCN-DCRF）、深度感知卷积神经网络（Depth-aware CNN）、多路径精炼网络（RefineNet）等目前主流的语义分割网络,所提网络具有更高的分割精度,平均交并比（mIoU）分别达到46.6%和48.0%。     

无人机目标分类的深度卷积网络设计与优化

针对传统无人机目标分类方法效率低、特征提取能力不足和适应性差等问题,通过对无人机自身特点和现有分类方法的分析,提出了引入注意力机制优化深度卷积神经网络的无人机分类方法.设计多组对比实验,根据实验效果设计出模型结构为3层卷积层、3层池化层、2层全连接层的卷积神经网络进行训练,得到最优的无人机目标分类模型,再引入卷积注意力模块对特征图元素进行加强和抑制,引入批归一化层加速模型收敛,提升泛化能力.实验结果表明:引入卷积注意力模块和批归一化层优化后的无人机目标分类模型的识别率达到92.44％,较优化前提升1.5％,相比于其它神经网络模型具有识别率高、收敛速度快的优点,可以基本满足实际场景中无人机目标分类的要求.     

基于数据关联感知的无监督深度融合指针网络模型

为了提高组合优化问题可行解集合的收敛性和泛化性,根据不同无监督学习策略的特点,提出一种基于数据关联感知的深度融合指针网络模型(DMAG-PN),模型通过指针网络框架将Mogrifier LSTM、多头注意力机制与图卷积神经网络三者融合.首先,编码器模块中的嵌入层对输入序列进行编码,引入多头注意力机制获取编码矩阵中的特征信息;然后构建数据关联模型探索序列节点间的关联性,采用图卷积神经网络获取其多维度关联特征信息并融合互补,旨在生成多个嵌入有效捕捉序列深层的节点特征和边缘特征;最后,基于多头注意力机制的解码器模块以节点嵌入数据和融合图嵌入数据作为输入,生成选择下一个未访问节点的全局概率分布.采用对称旅行商问题作为测试问题,与当前先进算法进行对比,实验结果表明,所提出DMAG-PN模型在泛化性和求解精确性方面获得较大的改进与提高,预训练好的DMAG-PN模型能够直接对大规模实例进行端到端的求解,避免传统算法迭代搜索的过程,具有较高的求解效率.     

结合全局注意力机制的实时语义分割网络

针对轻量化网络结构从特征图提取有效语义信息不足,以及语义信息与空间细节信息融合模块设计不合理而导致分割精度降低的问题,本文提出一种结合全局注意力机制的实时语义分割网络(global attention mechanism with real time semantic segmentation network ,GaSeNet)。首先在双分支结构的语义分支中引入全局注意力机制,在通道与空间两个维度引导卷积神经网来关注与分割任务相关的语义类别,以提取更多有效语义信息;其次在空间细节分支设计混合空洞卷积块,在卷积核大小不变的情况下扩大感受野,以获取更多全局空间细节信息,弥补关键特征信息损失。然后重新设计特征融合模块,引入深度聚合金塔池化,将不同尺度的特征图深度融合,从而提高网络的语义分割性能。最后将所提出的方法在CamVid数据集和Vaihingen数据集上进行实验,通过与最新的语义分割方法对比分析可知,GaSeNet在分割精度上分别提高了4.29%、16.06%,实验结果验证了本文方法处理实时语义分割问题的有效性。     

Bi-branch deconvolution-based convolutional neural network for image classification

With the rise of deep neural network, convolutional neural networks show superior performances on many different computer vision recognition tasks. The convolution is used as one of the most efficient ways for extracting the details features of an image, while the deconvolution is mostly used for semantic segmentation and significance detection to obtain the contour information of the image and rarely used for image classification. In this paper, we propose a novel network named bi-branch deconvolution-based convolutional neural network (BB-deconvNet), which is constructed by mainly stacking a proposed simple module named Zoom. The Zoom module has two branches to extract multi-scale features from the same feature map. Especially, the deconvolution is borrowed to one of the branches, which can provide distinct features differently from regular convolution through the zoom of learned feature maps. To verify the effectiveness of the proposed network, we conduct several experiments on three object classification benchmarks (CIFAR-10, CIFAR-100, SVHN). The BB-deconvNet shows encouraging performances compared with other state-of-the-art deep CNNs.     

结合特征图切分的图像语义分割

目的 基于全卷积神经网络的图像语义分割研究已成为该领域的主流研究方向。然而,在该网络框架中由于特征图的多次下采样使得图像分辨率逐渐下降,致使小目标丢失,边缘粗糙,语义分割结果较差。为解决或缓解该问题,提出一种基于特征图切分的图像语义分割方法。方法 本文方法主要包含中间层特征图切分与相对应的特征提取两部分操作。特征图切分模块主要针对中间层特征图,将其切分成若干等份,同时将每一份上采样至原特征图大小,使每个切分区域的分辨率增大;然后,各个切分特征图通过参数共享的特征提取模块,该模块中的多尺度卷积与注意力机制,有效利用各切块的上下文信息与判别信息,使其更关注局部区域的小目标物体,提高小目标物体的判别力。进一步,再将提取的特征与网络原输出相融合,从而能够更高效地进行中间层特征复用,对小目标识别定位、分割边缘精细化以及网络语义判别力有明显改善。结果 在两个城市道路数据集CamVid以及GATECH上进行验证实验,论证本文方法的有效性。在CamVid数据集上平均交并比达到66.3%,在GATECH上平均交并比达到52.6%。结论 基于特征图切分的图像分割方法,更好地利用了图像的空间区域分布信息,增强了网络对于不同空间位置的语义类别判定能力以及小目标物体的关注度,提供更有效的上下文信息和全局信息,提高了网络对于小目标物体的判别能力,改善了网络整体分割性能。     

基于空洞卷积与特征增强的单阶段目标检测算法

基于卷积神经网络目标检测算法的浅层特征图包含丰富的细节信息,但缺乏语义信息,而深层特征图则相反。为充分利用浅层和深层特征图特征,解决多尺度目标检测问题,提出一种新的单阶段目标检测算法（AFE-SSD）。以SSD算法为基础,分别对该算法中相邻的2个特征图进行特征融合,从而丰富浅层特征层的语义信息。通过对并行空洞卷积机制进行改进,构建多尺度特征提取模块,将融合后的特征图通入多尺度特征提取模块的方式丰富其多尺度信息,同时提升主干网络的特征提取能力。在PASCAL VOC2007测试集上的实验结果表明,AFE-SSD算法的mAP为79.8%,检测速度为58.8 frame/s,与SSD、DSSD算法相比,mAP分别提升了2.4和1.2个百分点,验证了所提特征融合方式及多尺度提取模块的有效性。     

多成本融合的立体匹配网络

立体匹配网络中的特征提取是提高双目视觉立体匹配精确度的关键步骤。为充分提取图像特征信息,结合密集空洞卷积、空间金字塔池化和堆叠沙漏的特点,构建一种多成本融合的立体匹配网络DCNet。引入密集空洞卷积和空间金字塔池化方法提取多尺度特征信息,同时使用轻量化注意力模块优化多尺度特征信息,构建多特征融合的匹配代价卷。在此基础上,利用3D卷积神经网络和堆叠沙漏网络聚合匹配代价信息,并通过回归的方式生成视差图。实验结果表明,该网络在KITTI2015数据集上的误匹配率为2.12%,相比PSMNet、DisNetC、PDSNet等网络,在特征提取部分能够获得更丰富的特征信息,且提升特征匹配的效果。     

基于膨胀卷积神经网络模型的中文分词方法

目前,许多深度神经网络模型以双向长短时记忆网络结构处理中文分词任务,存在输入特征不够丰富、语义理解不全、计算速度慢的问题。针对以上问题,该文提出一种基于膨胀卷积神经网络模型的中文分词方法。通过加入汉字字根信息并用卷积神经网络提取特征来丰富输入特征;使用膨胀卷积神经网络模型并加入残差结构进行训练,能够更好理解语义信息并提高计算速度。基于Bakeoff 2005语料库的4个数据集设计实验,与双向长短时记忆网络模型的中文分词方法做对比,实验表明该文提出的模型取得了更好的分词效果,并具有更快的计算速度。     

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%。