融合局部性和非负性的Laplacian稀疏编码的图像分类*

稀疏编码在编码过程中忽略特征之间的局部关系,使编码不稳定,并且优化问题中的减法运算可能会导致特征之间相互抵消.针对上述2个问题,文中提出融合局部性和非负性的Laplacian稀疏编码的图像分类方法.引入局部特征附近的基约束编码,利用非负矩阵分解将非负性加到Laplacian稀疏编码中,利用空间金字塔划分和最大值融合表示最终的图像,并采用多类线性SVM分类图像.本文方法保留特征之间的局部信息,避免特征之间相互抵消,保留更多的特征,从而改善编码的不稳定性.在4个公共数据集上的实验表明,相比其它现有算法,本文方法分类准确率更高.     

非负局部Laplacian稀疏编码和上下文信息的图像分类

目的 稀疏编码是图像特征表示的有效方法,但不足之处是编码不稳定,即相似的特征可能会被编码成不同的码字。且在现有的图像分类方法中,图像特征表示和图像分类是相互独立的过程,提取的图像特征并没有有效保留图像特征之间的语义联系。针对这两个问题,提出非负局部Laplacian稀疏编码和上下文信息的图像分类算法。方法 图像特征表示包含两个阶段,第一阶段利用非负局部的Laplacian稀疏编码方法对局部特征进行编码,并通过最大值融合得到原始的图像表示,从而有效改善编码的不稳定性;第二阶段在所有图像特征表示中随机选择部分图像生成基于上下文信息的联合空间,并通过分类器将图像映射到这些空间中,将映射后的特征表示作为最终的图像表示,使得图像特征之间的上下文信息更多地被保留。结果 在4个公共的图像数据集Corel-10、Scene-15、Caltech-101以及Caltech-256上进行仿真实验,并和目前与稀疏编码相关的算法进行实验对比,分类准确率提高了约3%~18%。结论 本文提出的非负局部Laplacian稀疏编码和上下文信息的图像分类算法,改善了编码的不稳定性并保留了特征之间的相互依赖性。实验结果表明,该算法与现有算法相比的分类效果更好。另外,该方法也适用于图像分割、标注以及检索等计算机视觉领域的应用。     

基于多尺度特征融合Hessian稀疏编码的图像分类算法

针对传统稀疏编码图像分类算法提取单一类型特征,忽略图像的空间结构信息,特征编码时无法充分利用特征拓扑结构信息的问题,提出了基于多尺度特征融合Hessian稀疏编码的图像分类算法（HSC）。首先,对图像进行空间金字塔多尺度划分;其次,在各个子空间层将方向梯度直方图（HOG）和尺度不变特征转换（SIFT）进行有效的融合;然后,为了充分利用特征的拓扑结构信息,在传统稀疏编码目标函数中引入二阶Hessian能量函数作为正则项;最后,利用支持向量机（SVM）进行分类。在Scene15数据集上的实验结果表明,HSC的准确率比局部约束线性编码（LLC）高了3~5个百分点,比支持区别性字典学习（SDDL）等对比方法高了1~3个百分点;在Caltech101数据集上的耗时实验结果表明,HSC的用时比多核学习稀疏编码（MKLSC）少40%左右。所提HSC可以有效提高图像分类准确率,算法的效率也优于对比算法。     

基于分层特征融合的行人分类

针对复杂环境中的行人检测问题,提出了一种有效的基于分层稀疏编码的图像表示方法。首先通过两层稀疏编码模型结合基于K-SVD的深度学习算法来获得图像的稀疏表示,对图像块及同一区域的高阶依赖关系进行了建模,形成一个有效的无监督特征学习方法;然后将得到的稀疏表示与SIFT描述符的稀疏表示进行特征融合,得到了更加全面、更加可判别的图像表示;最后结合SVM分类器应用于行人分类任务。实验结果表明,该行人分类方法对比同类方法在性能上有明显改善。     

基于弹性网和直方图相交的非负局部稀疏编码

针对稀疏编码模型在字典基的选择时忽略了群效应,且欧氏距离不能有效度量特征与字典基之间距离的问题,提出基于弹性网和直方图相交的非负局部稀疏编码方法（EH-NLSC）。首先,在优化函数中引入弹性网模型,消除字典基选择数目的限制,能够选择多组相关特征而排除冗余特征,提高了编码的判别性和有效性。然后,在局部性约束中引入直方图相交,重新定义特征与字典基之间的距离,确保相似的特征可以共享其局部的基。最后采用多类线性支持向量机进行分类。在4个公共数据集上的实验结果表明,与局部线性约束的编码算法（LLC）和基于非负弹性网的稀疏编码算法（NENSC）相比,EH-NLSC的分类准确率分别平均提升了10个百分点和9个百分点,充分体现了其在图像表示和分类中的有效性。     

基于平均区域划分的Laplacian稀疏编码的图像分类

针对稀疏编码方法中编码过程不稳定和金字塔匹配的划分方法无法使得融合后的特征很稀疏这两个问题,提出基于平均区域划分的Laplacian稀疏编码LSCARD(Laplacian sparse coding based on average region division)的图像分类方法。首先,对原始图像进行局部不变特征转化(SIFT)特征提取;然后,在稀疏编码方法中加入Laplacian正则化对局部特征进行编码,使相似的特征具有相似的码字;再利用平均区域划分以及最大值融合将编码后的特征向量进行融合;最后,采用多类SVM分类器对图像进行分类。在几个标准图像数据集上的实验结果表明,LSCARD算法具有更高的分类精度。     

多层AR-LBP与WLD特征融合的SA-CRC人脸识别

针对非对称局部二值模式（AR-LBP）提取的人脸特征有限，以及协同表示分类（CRC）人脸存在的类间干扰，提出以多层AR-LBP特征及联合韦伯局部描述子（WLD）特征进行补充，并以增加CRC中稀疏性来降低类间干扰。提取人脸图像的多层AR-LBP特征并级联，与从原图像提取的WLD特征级联得到多层AR-LBP与WLD融合特征，采用稀疏增强的协同表示分类（SA-CRC）完成人脸分类。在ORL、Yale和GT公开人脸库上，提出的多层AR-LBP与WLD特征融合算法与AR-LBP特征提取算法、WLD特征提取算法以及多层LBP与HOG特征融合算法相比，识别正确率提高了0.7%~42.6%；当利用SA-CRC取代CRC后，识别正确率进一步得到提高。     

基于稀疏自编码特征聚类算法的图像窜改检测

同图复制窜改是图像窜改较为常见的一类,基于块匹配检测方法往往存在准确率低、时间复杂度高等问题,为提高准确率并大幅度降低时间复杂度,应用深度学习特征和聚类算法进行检测。首先用稀疏自编码器训练大量样本集找出同图复制图像的内部规律并得到降维的隐藏层权值矩阵,通过权值矩阵获得检测图像的隐藏层特征,即定义的稀疏自编码特征;用K-means算法一次聚类自编码特征去除图像平滑区域,二次聚类纹理特征获得检测结果,若检测结果中含有少量异常块,通过欧氏距离判断和RANSAC（random sample consensus）算法将异常块去除,从而实现窜改区域的检测。实验结果表明,该算法与其他算法比较综合准确率提升14.3%,时间效率提升72%。将深度学习特征与聚类算法结合使用,使得同图复制窜改在时间效率和准确率上皆有所提升。     

基于属性学习的图像分类研究

图像中所蕴含的属性对于图像识别有着重要作用,以往的传统分类方法往往忽略了这些特性,为此,提出一种将稀疏表示和属性学习结合用于图像分类的新方法。该方法首先对图像特征进行稀疏分解,利用系数稀疏表示重构图像特征,然后将重构的特征数据用于属性学习,通过属性分类器的训练学习完成对目标图像的属性识别,达到识别出图像种类的目的。在植物数据集上的对比试验证实了该算法的有效性和在识别准确率上相对于传统识别算法的提升。     

改进的非负稀疏编码图像基学习算法

图像基学习是图像特征提取与表示的重要方法之一。非负稀疏编码不仅具有标准稀疏编码算法的自适应性、空间的局部性、方向性和频域的带通性,而且更能反应哺乳动物的视觉机制。本文在非负稀疏编码的基础上,利用经验模态分解技术加入了图像的结构信息,提出了结合经验模态分解的非负稀疏编码算法,保证了系数矩阵的稀疏性与所提取图像特征的结构性。学习得到的图像基不仅具有非负稀疏编码的特征,而且更好地表示出图像的结构信息。     

哈希编码结合空间金字塔的图像分类

目的 稀疏编码是当前广泛使用的一种图像表示方法,针对稀疏编码及其改进算法计算过程复杂、费时等问题,提出一种哈希编码结合空间金字塔的图像分类算法。方法 首先,提取图像的局部特征点,构成局部特征点描述集。其次,学习自编码哈希函数,将局部特征点表示为二进制哈希编码。然后,在二进制哈希编码的基础上进行K均值聚类生成二进制视觉词典。最后,结合空间金字塔模型,将图像表示为空间金字塔直方图向量,并应用于图像分类。结果 在常用的Caltech-101和Scene-15数据集上进行实验验证,并和目前与稀疏编码相关的算法进行实验对比。与稀疏编码相关的算法相比,本文算法词典学习时间缩短了50%,在线编码速度提高了1.3～12.4倍,分类正确率提高了1%～5%。结论 提出了一种哈希编码结合空间金字塔的图像分类算法,利用哈希编码代替稀疏编码对局部特征点进行编码,并结合空间金字塔模型用于图像分类。实验结果表明,本文算法词典学习时间更短、编码速度更快,适用于在线词典学习和应用。     

Non-negativity and locality constrained Laplacian sparse coding for image classification

The traditional sparse coding (SC) method has achieved good results in image classification. However, one of its serious weaknesses is that it ignores the relationship between features thus losing spatial information. Moreover, in combinatorial optimisation problems, operations of addition and subtraction are involved, and the use of subtraction may cause features to be cancelled. In this paper, we propose a method called non-negativity and locality constrained Laplacian sparse coding (NLLSC) for image classification. Firstly, non-negative matrix factorisation (NMF) is used in the Laplacian sparse coding (LSC), which is applied to constrain the negativity of both codebook and code coefficient. Secondly, we introduce K-nearest neighbouring codewords for local features because locality is more important than sparseness. Finally, non-negativity and locality constrained operators are introduced to obtain a novel sparse coding for local features, and then in the pooling step, we use spatial pyramid division (SPD) and max pooling (MP) to represent the final images. As for image classification, multi-class linear SVM is adopted. Experiments on several standard image datasets have shown better performance than previous algorithms.     

基于RGB-D融合特征的图像分类

当前经典的图像分类算法大多是基于RGB图像或灰度图像,并没有很好地利用物体或场景的深度信息,针对这个问题,提出了一种基于RGB-D融合特征的图像分类方法。首先,分别提取RGB图像dense SIFT局部特征与深度图Gist全局特征,然后将得到的两种图像特征进行特征融合;其次,使用改进K-means算法对融合特征建立视觉词典,克服了传统K-means算法过度依赖初始点选择的问题,并在图像表示阶段引入LLC稀疏编码对融合特征与其对应的视觉词典进行稀疏编码;最后,利用线性SVM进行图像分类。实验结果表明,所提出的算法能有效地提高图像分类的精度。     

基于多核学习的多特征融合图像分类研究

图像分类任务是计算机视觉中的一个重要研究方向。组合多种特征在一定程度上能够使得图像分类准确度得到提高。然而,如何组合多种图像特征是一个悬而未决的难题。提出了一种基于多类多核学习的多特征融合算法,并应用到图像分类任务。算法在有效地利用多核学习自动选取对当前任务有价值特征的优势的同时,避免了在多核学习中将多类问题分解为多个二分问题。在图像特征表示方面,使用字典自学习方法。实验结果表明,提出的算法能够有效地提高图像分类的准确度。     

无监督混阶栈式稀疏自编码器的图像分类学习

目前多数图像分类的方法是采用监督学习或者半监督学习对图像进行降维,然而监督学习与半监督学习需要图像携带标签信息。针对无标签图像的降维及分类问题,提出采用混阶栈式稀疏自编码器对图像进行无监督降维来实现图像的分类学习。首先,构建一个具有三个隐藏层的串行栈式自编码器网络,对栈式自编码器的每一个隐藏层单独训练,将前一个隐藏层的输出作为后一个隐藏层的输入,对图像数据进行特征提取并实现对数据的降维。其次,将训练好的栈式自编码器的第一个隐藏层和第二个隐藏层的特征进行拼接融合,形成一个包含混阶特征的矩阵。最后,使用支持向量机对降维后的图像特征进行分类,并进行精度评价。在公开的四个图像数据集上将所提方法与七个对比算法进行对比实验,实验结果表明,所提方法能够对无标签图像进行特征提取,实现图像分类学习,减少分类时间,提高图像的分类精度。     

基于改进局部线性特征编码方法的图像分类

特征编码是利用广义视觉词袋模型获得图像稀疏表示的关键步骤。本文研究了两种常用的局部线性特征编码方法即LLC及NSLLC编码方法,并针对其存在的问题,提出了一种利用编码系数非负性约束对其进行改进的方法——NNLLC,并将其应用于图像分类任务中。实验结果表明,该方法能有效改进局部线性特征编码性能,提高图像特征的可区分性,相比于LLC及NSLLC特征编码方法,在图像分类任务中取得了更高的平均分类准确率。     

图拉普拉斯正则化稀疏变换学习图像去噪算法

从噪声图像中恢复干净的图像是对图像进行有效处理与分析的首要前提之一,而去除噪声的同时保持图像的特征则是图像去噪的一个具有挑战性的问题。为了在去除噪声的同时尽量保持图像的局部结构特征,提出了一种基于图拉普拉斯正则化稀疏变换学习的图像去噪算法。通过引入图拉普拉斯正则化对邻域像素进行约束,可以较好地保护相邻像素之间的相关性,从而增强图像的局部平滑性。并且,为了更好地利用图像的非局部信息,在相似图像块度量中引入优化后的稀疏编码,从而寻找到更准确的相似图像块。实验结果表明,无论是在量化指标还是视觉质量上,所提算法均能取得较好的去噪性能。