基于视觉词典的单目视觉闭环检测算法

针对移动机器人单目视觉同步定位与地图构建中的闭环检测问题,文中设计一种基于视觉词典的闭环检测算法。算法对采集的每帧图像通过SURF进行特征提取,应用模糊K均值算法对检测的视觉特征向量进行分类,在线构建表征图像的视觉词典。为精确表征局部视觉特征与视觉单词间的相似关联,利用混合高斯模型建立视觉词典中的每一视觉单词的概率模型,实现图像基于视觉词典的概率向量表示,通过向量的内积来计算图像间的相似度。为保证闭环检测的成功率,应用贝叶斯滤波融合历史闭环检测与相似度信息来计算闭环假设的后验概率分布。另外,引入浅层记忆与深度记忆两种内存管理机制来保证算法执行的快速性。实验结果证明该方法的有效性。     

基于形式概念分析的图像场景语义标注模型

为生成有效表示图像场景语义的视觉词典,提高场景语义标注性能,提出一种基于形式概念分析(FCA)的图像场景语义标注模型。该方法首先将训练图像集与其初始的视觉词典抽象为形式背景,采用信息熵标识了各视觉单词的权重,并分别构造了各场景类别概念格结构;然后再利用各视觉单词权重的均值刻画概念格内涵上各组合视觉单词标注图像的贡献,按照类别视觉词典生成阈值,从格结构上有效提取了标注各类场景图像语义的视觉词典;最后,利用K最近邻标注测试图像的场景语义。在Fei-Fei Scene 13类自然场景图像数据集上进行实验,并与Fei-Fei方法和Bai方法相比,结果表明该方法在β=0.05和γ=15时,标注分类精度更优。     

基于加权特征空间信息视觉词典的图像检索模型

针对传统的视觉词袋模型中视觉词典对底层特征量化时容易引入量化误差,以及视觉单词的适用性不足等问题,提出了基于加权特征空间信息视觉词典的图像检索模型。从产生视觉词典的常用聚类算法入手,分析和探讨了聚类算法的特点,考虑聚类过程中特征空间的特征分布统计信息,通过实验对不同的加权方式进行对比,得出效果较好的均值加权方案,据此对视觉单词的重要程度加权,提高视觉词典的描述能力。对比实验表明,在ImageNet图像数据集上,相对于同源视觉词典,非同源视觉词典对视觉空间的划分影响较小,且基于加权特征空间信息视觉词典在大数据集上更加有效。     

基于全局优化策略的场景分类算法

提出一种基于全局优化策略的场景分类算法.该算法基于整幅图像提取全局场景特征——空间包络特征.从图像块中提取视觉单词,且定义隐变量表示该视觉单词语义,然后引入隐状态结构图描述整幅图像的视觉单词上下文;在场景分类策略上,构造由相容函数组成的目标函数,其中相容函数度量全局场景特征、隐变量与场景类别标记的相容度,通过求解目标函数的全局最优解推断图像的场景类别标记.在标准场景图像库上的对比实验表明该算法优于当前有代表性的场景分类算法.     

基于概念格层次分析的视觉词典生成方法

视觉词典容量是影响图像场景分类精度的重要因素之一,大容量的视觉词典因计算量较大影响了分类的效率,而小容量的视觉词典由于多义词问题的严重致使场景分类精度降低.针对该问题,提出一种基于概念格层次分析的视觉词典生成方法.首先生成关于训练图像视觉词包模型的初始视觉词典;然后在构造的概念格上利用概念格的概念层次性,通过动态地调整外延数阈值,获取粒度大小不同容量的描述图像各场景语义的约简视觉词典;最后对各类约简视觉单词构成向量进行异或,删除多义词,进而生成有效描述图像场景语义的视觉词典.实验结果表明,文中方法是有效的.     

词包模型中视觉单词歧义性分析

传统词包(BOW)模型中的视觉单词是通过无监督聚类图像块的特征向量得到的,没有考虑视觉单词的语义信息和语义性质。为解决该问题,提出一种基于文本分类的视觉单词歧义性分析方法。利用传统BOW模型生成初始视觉单词词汇表,使用文档频率、χ2分布和信息增益这3种文本分类方法分析单词语义性质,剔除具有低类别信息的歧义性单词,并采用支持向量机分类器实现图像分类。实验结果表明,该方法具有较高的分类精度。     

基于词袋模型的迁移学习算法

在分类新类别图像时,词袋模型总需要重新学习视觉词典及分类器,而不能充分利用已经学习好的视觉词典。运用迁移学习的思想,提出一种视觉短语的迁移学习算法。这种视觉短语不仅包含图像的局部不变特征,而且包含特征间的空间结构信息,能更有效地描述不同类别图像之间的共同特征。在分类新类别图像时,算法通过迁移视觉短语而不是重新学习视觉词典,来完成图像分类任务。实验结果证明这种迁移算法能有效地利用已有知识,在分类新类别图像时取得很好的效果,而且还能适用于仅有少量训练样本的图像分类任务。     

基于快速低秩编码与局部约束的图像分类算法

针对快速低秩编码算法存在特征重建误差较大,以及特征间局部约束条件丢失的问题,提出一种强化局部约束的快速低秩编码算法。首先,使用聚类算法对图像中特征进行聚类,得到局部相似特征集合及其对应的聚类中心;其次,在视觉词典中采取K最近邻（KNN）策略查找聚类中心对应的K个视觉单词,并将其组成对应的视觉词典;最后,使用快速低秩编码算法获得局部相似特征集合对应的特征编码。改进算法在Scene-15和Caltech-101图像库上的分类准确率比快速低秩编码算法提高4%到8%,编码效率比稀疏编码算法提高5~6倍。实验结果表明,改进算法使得局部相似特征具有相似编码,从而更加准确地表达图像内容,能有效提高分类准确率及编码效率。     

基于监督核哈希生成视觉词袋模型的图像分类

为了解决大规模数据集下传统视觉词袋模型生成时间长、内存消耗大且分类精度低等问题,提出了基于监督核哈希(Supervised Hashing with Kernels,KSH)的视觉词袋模型.首先,提取图像的SIFT特征点,构造特征点样本集.然后,学习KSH函数,将距离相近的特征点映射成相同的哈希码,每一个哈希码代表聚类中心,构成视觉词典.最后,利用生成的视觉词典,将图像表示为直方图向量,并应用于图像分类.在标准数据集上的实验结果表明,该模型生成的视觉词典具有较好的区分度,有效地提高了图像分类的精度和效率.     

一种用于图像分类的多视觉短语学习方法

针对词袋图像表示模型的语义区分性和描述能力有限的问题,以及由于传统的基于词袋模型的分类方法性能容易受到图像中背景、遮挡等因素影响的问题,本文提出了一种用于图像分类的多视觉短语学习方法.通过构建具有语义区分性和空间相关性的视觉短语取代视觉单词,以改善图像的词袋模型表示的准确性.在此基础上,结合多示例学习思想,提出一种多视觉短语学习方法,使最终的分类模型能反映图像类别的区域特性.在一些标准测试集合如Calrech-101[1]和Scene-15[2]上的实验结果验证了本文所提方法的有效性,分类性能分别相对提高了约9％和7％.     

一种基于视觉单词的图像检索方法

基于内容的图像检索技术最主要的问题是图像的低层特征和高层语义之间存在着"语义鸿沟"。受文本内容分析的启发,有研究学者借鉴传统词典中用文本单词组合解释术语的思路,将图像视为视觉单词的组合,利用一系列视觉单词的组合来描述图像的语义内容。为此,利用SIFT进行图像的视觉单词特征提取,然后构建视觉单词库,最后实现了一个基于视觉单词的图像检索系统。实验结果表明,该方法在一定程度上提高了图像检索的查准率。     

基于语义词典和词频信息的文本相似度计算

为了克服传统的文本相似算法缺乏综合考虑语义理解和词语出现频率的缺点,在基于语义词典的词语相似度计算的基础上,提出了一种基于语义词典和词频信息的文本相似度(TSSDWFI)算法。通过计算两文本词语间的扩展相似度,找出文本词语间最大的相似度配对,从而计算出文本间的相似度。这种相似度计算方法利用语义词典,既考虑了不同文本间词语的相似度关系,又考虑了词语在各自文本中的词频高低。实验结果表明,与传统的语义算法和基于空间向量的文本相似度计算方法相比,TSSDWFI算法计算的文本相似度的准确度有了进一步提高。     

基于视觉误差与语义属性的零样本图像分类

在图像分类的实际应用过程中,部分类别可能完全没有带标签的训练数据。零样本学习（ZSL）的目的是将带标签类别的图像特征等知识迁移到无标签的类别上,实现无标签类别的正确分类。现有方法在测试时无法显式地区分输入图像属于已知类还是未知类,很大程度上导致未知类在传统设定下的ZSL和广义设定下的ZSL（GZSL）上的预测效果相差甚远。为此,提出一种融合视觉误差与属性语义信息的方法来缓解零样本图像分类中的预测偏置问题。首先,设计一种半监督学习方式的生成对抗网络架构来获取视觉误差信息,由此预测图像是否属于已知类;然后,提出融合属性语义信息的零样本图像分类网络来实现零样本图像分类;最后,测试融合视觉误差与属性语义的零样本图像分类方法在数据集AwA2和CUB上的效果。实验结果表明,与对比模型相比,所提方法有效缓解了预测偏置问题,其调和指标H在AwA2（Animal with Attributes）上提升了31.7个百分点,在CUB（Caltech-UCSD-Birds-200-2011）上提升了8.7个百分点。     

多特征证据理论融合的视觉词典构建

现有的视觉词典构建方法一般是将多个特征构成整个向量并通过聚类形成视觉词典,这种方法在视觉聚类的过程中只考虑了特征的整体相似性而忽略了不同特征对构建视觉词典的影响。提出了一种基于Dempster-Shafer（D-S）证据理论的多特征融合的视觉词典构建方法。该方法应用证据理论融合不同特征的视觉相似性,构造出更加精确的视觉词典。在证据理论的基础上,使用两种特征实现了对视觉词典的再分,使得相似的特征更好地集中在一类中。与传统视觉词典构建方法相比,本文方法获得了更好的结果。应用以上视觉词典构造方法并将之应用于分类实验,在支持向量机与朴素贝叶斯分类器上取得的分类实验结果表明,应用本文方法构建的视觉词典能有效提高视觉词典的精确度,分类效果得到了很大的提高。     

高光谱图像分类的融合分层深度网络联合稀疏表示算法

在高光谱图像分类领域中每个像素的局部邻域一旦包含来自不同类别的样本,联合稀疏表示将受邻域内字典原子与测试样本之间同谱异类的影响,严重降低分类性能.根据高光谱图像的特点,文中提出融合分层深度网络的联合稀疏表示算法.在光谱和空间特征学习之间交替提取判别性光谱信息和空间信息,构建兼具空谱特征的学习字典,用于联合稀疏表示.在分类过程中将学习字典与测试样本间的相关系数与分类误差融合并决策.在两个高光谱遥感数据集上的实验验证文中算法的有效性.     

基于Logistic函数的《同义词词林》语义相似度计算

目前,词语语义相似度计算结果与人工判别结果存在一定差距主要是因为基于知识本体的语义相似度计算一般都是从数学计算的角度直接利用语义分类词典,而没有从词汇学角度充分利用词典中的语言学知识。因而提出运用语义场理论分析《同义词词林》中词语间的组织关系,阐述深度对语义相似度的决定性作用及分支信息的辅助作用。并且在《词林》深度与分支信息相结合的基础上,提出Logistic函数计算模型。运用上述方法对MC30语义相似度的计算结果与人工标注值之间的皮尔逊相关系数达到0.9540;均方根误差为0.0191;对RG65语义相似度的计算结果与人工标注值之间的皮尔逊相关系数达到0.9434;均方根误差为0.0193。     

基于模拟退火与贪心策略的平衡聚类算法

针对现实应用通常要求聚类的结果相对平衡的问题,提出了一种基于模拟退火与贪心策略的平衡聚类算法（BCSG）,该算法包括基于模拟退火的初始点选择算法（SACI）与基于贪心策略的平衡聚类算法（BCGS）2个步骤,以提高平衡聚类算法的聚类效果与时间性能。首先基于模拟退火在数据集中快速定位出K个合适的数据点作为平衡聚类初始点,然后每个中心点分阶段贪婪地将距离其最近的数据点加入簇中直至达到簇规模上限。在6个UCI真实数据集与2个公开图像数据集上进行的聚类对比实验结果表明：在簇数目较大时相比Fuzzy C-Means聚类结果平衡度最高提升了50%以上;聚类结果的准确率相比Balanced K-Means、BCLS两个表现较好的算法平均提高了8个百分点;算法时间复杂度也更低,在较大规模的数据集上运行时间比Balanced K-Means最高减少了近40%。实验结果表明BCSG具有更佳的聚类效果和时间性能。     

基于未知类语义约束自编码的零样本图像分类

为缓解传统零样本图像分类模型中存在的领域偏移问题,提出一种基于未知类语义约束自编码的零样本图像分类模型.首先,利用预训练的ResNet101网络提取所有已知类和未知类图像的视觉特征;其次,通过编码器将提取的图像深度视觉特征从视觉空间映射到语义空间;然后,通过解码器将映射后得到的语义向量重构为视觉特征向量,在语义自编码器的训练过程中,利用未知类图像的聚类视觉中心和未知类语义类原型的分布对齐施加约束,以缓解领域偏移问题;最后,基于经编码器预测得到的测试图像语义向量和各测试类语义类原型之间的相似性,采用最近邻算法实现零样本图像分类.在AwA2和CUB数据集上的实验结果表明,所提出模型具有较高的分类准确度.