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。     

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.     

结合Fisher判别分析和稀疏编码的图像场景分类

视觉词典法是当前广泛使用的一种图像表示方法,针对传统视觉词典法存在的表示误差大、空间信息丢失以及判别性弱等问题,提出一种基于Fisher判别稀疏编码的图像场景分类算法.首先利用近邻视觉词汇重构局部特征点,构建局部特征点的非负稀疏局部线性编码,从而有效地利用图像的空间信息;然后在非负稀疏局部线性编码的基础上引入Fisher判别约束准则,构建基于Fisher判别约束的非负稀疏局部线性编码模型,以获得图像的判别稀疏向量表示,增强图像稀疏表示的判别性;最后结合支持向量机(SVM)分类器实现场景分类.实验结果表明,该算法提高了图像稀疏表示的特征分类能力以及分类性能,更有利于场景分类任务.     

基于稀疏编码的多模态信息交叉检索

目的 多模态信息交叉检索的根本问题是多模态数据的特征表示。稀疏编码是一种有效的数据特征表示方法,但是当查询数据和被检索数据来自不同模态时,数据间存在分布差异,相似的特征可能被编码为差异显著的稀疏表示,此时传统稀疏编码便不再适用。为此,提出了一种基于稀疏编码的多模态信息交叉检索算法。方法 采用最大均值差异(MMD)以及图拉普拉斯,并将二者加入到稀疏编码的目标函数中来充分利用多模态信息进行编码,模型求解采用特征符号搜索和离散线搜索算法逐个更新稀疏编码系数。结果 在Wikipedia的文本图像对数据上进行实验,并与传统稀疏编码进行比较,实验结果表明,本文算法使交叉检索的平均准确率(MAP)提高了18.7%。结论 本文算法增强了稀疏表示的鲁棒性,提高了多模态交叉检索的准确率,更适用于对多模态数据进行特征提取,并进行进一步的操作,如交叉检索、分类等。     

基于低秩稀疏分解与协作表示的图像分类算法

目前,大部分图像分类算法为了获取较高的性能均需要充分的训练学习过程,然而在实际应用中,往往存在训练样本不足及过拟合等问题。为了避免上述问题出现,在朴素贝叶斯最近邻分类算法的原理框架下,基于非负稀疏编码、低秩稀疏分解以及协作表示提出一种非参数学习的图像分类算法。首先,基于非负稀疏编码和最大值汇聚操作表示图像信息,并构建具有低秩性质的同类训练图像集的局部特征矩阵;其次,采用低秩稀疏分解结合别类标签信息构建两类视觉词典以充分利用同类图像的相关性和差异性;最后基于协作表示表征测试图像并进行分类决策,实验结果验证了所提算法的有效性。     

基于多层非负局部Laplacian稀疏编码的图像分类

针对单层稀疏编码结构对图像特征学习能力的局限性问题,提出了一个基于图像块稀疏表示的深层架构,即多层融合局部性和非负性的Laplacian稀疏编码算法（MLLSC）。对每个图像平均区域划分并进行尺度不变特征变换（SIFT）特征提取,在稀疏编码阶段,在Laplacian稀疏编码的优化函数中添加局部性和非负性,在第一层和第二层分别进行字典学习和稀疏编码,分别得到图像块级、图像级的稀疏表示,为了去除冗余特征,在进行第二层稀疏编码之前进行主成分分析（PCA）降维,最后采用多类线性支持向量机进行分类。在四个标准数据集上进行验证,实验结果表明,MLLSC方法具有高效的特征学习能力,能够捕获图像更深层次的特征信息,相对于单层结构算法准确率提高了3%~13%,相对于多层稀疏编码算法准确率提高了1%~2.3%;并对不同参数进行了对比分析,充分展现了其在图像分类中的有效性。     

基于拉普拉斯非负稀疏编码的图像分类

针对复杂背景下的图像分类问题,结合非负稀疏编码和局部保持投影算法,提出一种拉普拉斯正则化非负稀疏编码算法。相比于已有的稀疏编码算法,该算法不仅能更好地模拟哺乳动物初级视觉系统主视皮层V1区简单细胞感受野的行为,同时也可使相似的特征经过编码后仍然相似,从而保证特征度量的一致性。将该算法与空间金字塔匹配模型相结合应用于图像分类,在多个图像数据库上的实验结果表明,该算法具有较高的分类精度。     

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。     

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。     

基于双重L2稀疏编码的高光谱图像分类

目的 为了有效提高高光谱图像分类的精度,提出了双重L2稀疏编码的高光谱图像分类方法。方法 首先对高光谱图像进行预处理,充分结合图像的空间信息和光谱信息,利用像元的空间连续性,用L2稀疏编码重建图像中每个像元。针对重建的图像数据,依据L2稀疏编码的最小误差和编码系数实现分类。结果 在公开的数据库AVIRIS高光谱图像上进行验证,分类精度为99.44%,与支持向量机（SVM）、K最近邻（KNN）和L1稀疏编码方法比较,有效地提高了分类的准确性。结论 实验结果表明,提出的方法应用于高光谱图像分类具有较好的分类效果。     

压缩感知下溃疡性结肠炎辅助诊断

目的 长期感染溃疡性结肠炎（ulcerative colitis,UC）的患者罹患结肠癌的风险显著提升,因此早期进行结肠镜检测十分必要,但内窥镜图像数量巨大且伴有噪声干扰,需要找到精确的图像特征,为医师提供计算机辅助诊断。为解决UC图像与正常肠道图像的分类问题,提出了一种基于压缩感知和空间金字塔池化结合的图像特征提取方法。方法 使用块递归最小二乘（block recursive least squares,BRLS）进行初始字典训练。提出基于先验知识进行观测矩阵与稀疏字典的交替优化算法,并利用压缩感知框架获得图像的稀疏表示,该框架改善了原来基于稀疏编码的图像分类方法无法精确表示图像的问题,然后结合最大空间金字塔池化方法提取压缩感知空间金字塔池化（compressed sensing spatial pyramid pooling,CSSPP）图像特征,由于压缩感知的引入,获得的图像特征比稀疏编码更加丰富和精确。最后使用线性核支持向量机（support vector machine,SVM）进行图像分类。结果 对Kvasir数据集中的2 000幅真实肠道图像的分类结果表明,该特征的准确率比特征袋（bag of features,BoF）、稀疏编码空间金字塔匹配（sparse coding spatial pyramid matching,SCSPM）和局部约束线性编码（locality-constrained linear coding,LLC）分别提升了12.35%、3.99%和2.27%。结论 本文提出的溃疡性结肠炎辅助诊断模型,综合了压缩感知和空间金字塔池化的优点,获得了较对比方法更加精确的识别感染图像检测结果。     

形状的全尺度可视化表示与识别

目的 视觉目标的形状特征表示和识别是图像领域中的重要问题。在实际应用中,视角、形变、遮挡和噪声等干扰因素造成识别精度较低,且大数据场景需要算法具有较高的学习效率。针对这些问题,本文提出一种全尺度可视化形状表示方法。方法 在尺度空间的所有尺度上对形状轮廓提取形状的不变量特征,获得形状的全尺度特征。将获得的全部特征紧凑地表示为单幅彩色图像,得到形状特征的可视化表示。将表示形状特征的彩色图像输入双路卷积网络模型,完成形状分类和检索任务。结果 通过对原始形状加入旋转、遮挡和噪声等不同干扰的定性实验,验证了本文方法具有旋转和缩放不变性,以及对铰接变换、遮挡和噪声等干扰的鲁棒性。在通用数据集上进行形状分类和形状检索的定量实验,所得准确率在不同数据集上均超过对比算法。在MPEG-7数据集上精度达到99.57%,对比算法的最好结果为98.84%。在铰接和射影变换数据集上皆达到100%的识别精度,而对比算法的最好结果分别为89.75%和95%。结论 本文提出的全尺度可视化形状表示方法,通过一幅彩色图像紧凑地表达了全部形状信息。通过卷积模型既学习了轮廓点间的形状特征关系,又学习了不同尺度间的形状特征关系。本文方法在视角变化、局部遮挡、铰接变形和噪声等干扰下能保持较高的识别正确率,可应用于图像采集干扰较多以及红外或深度图像的目标识别,并适用于大数据场景下的识别任务。     

先验权重共享码本下内窥镜图像大肠病变分类

目的 大肠息肉和溃疡性结肠炎（ulcerative colitis,UC）是常见的大肠疾病,发病率高,检测需求大,且容易在临床中被漏诊和误诊。因此研究用于内窥镜大肠病变图像分类的计算机辅助诊断（computer-aided diagnosis,CAD）系统十分重要。局域约束线性编码（locality constrained linear coding,LLC）在图像分类领域展现了优异的性能,能够完成对内窥镜中病变图像的分类。但是由于肠胃内窥镜图像中存在的一些微小息肉等病理征状与肠壁十分相似,LLC在这一场景下的性能有待提高。方法 由于码本的设计对细微差别检测能力影响大,本文通过改进LLC中的码本来实现更精确的大肠病变分类,其中原始码本被改进为带有先验权重影响的共享码本。主要思想是尝试尽可能多地使用代表私有部分的码本。本文方法重新排列了码本的列,将较少使用的原子排列在码本的后面,成为共享码本。并利用原子使用的频率计算权重,通过在线字典学习的方法,获得具有先验权重的共享码本。利用这一新码本对特征进行编码能实现更为高效精确的图像分类。结果 为避免过拟合,将部分Kvasir数据集与部分医院合作数据集合并使用。实验在2 600幅内窥镜图像上进行正常、息肉和UC图像的三分类实验,与压缩感知空间金字塔池化（compressed sensing spatial pyramid pooling,CSSPP）方法、私有共享字典学习算法（category-specific dictionary and shared dictionary learning,CSDL）、环形空间金字塔模型方法（circular inner ring partitioning,CIRP）、显著性和自适应局部约束线性编码（saliency and adaptive locality constrained linear coding,SALLC）和AlexNet迁移学习的网络比较,本文方法的总体分类准确率为93.82%,较对比方法分别高了2.33%、2.21%、1.91%、0.8%、0.07%。结论 本文所提出的先验权重共享码本,综合了词汇袋模型和共享字典的思想,使得对内窥镜图像中相似图片的分类更加精确。     

图正则化迁移稀疏概念编码的跨域图像分类

为克服不同图像域之间的特征“差异”，跨越分布“鸿沟”，提出了一种基于正则化迁移稀疏概念编码的跨域图像分类方法。将图像域间的分布差异性和标签相关性信息融入稀疏编码模型中，以学习跨域图像的鲁棒性稀疏表示，从高维的图像特征空间中挖掘图像低维流形结构，形成基向量集，构造跨域图像的迁移稀疏概念编码。该方法挖掘不同图像域之间的共同特征表达，实现了图像标签的跨域迁移。通过在多个图像数据库中的比较实验表明，该方法获得更为鲁棒的图像特征表达，其分类性能显著优于其他相关比较方法。     

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.     

多任务分段紧凑特征的车辆检索方法

目的 随着公共安全领域中大规模图像监控及视频数据的增长以及智能交通的发展,车辆检索有着极其重要的应用价值。针对已有车辆检索中自动化和智能化水平低、难以获取精确的检索结果等问题,提出一种多任务分段紧凑特征的车辆检索方法,有效利用车辆基本信息的多样性和关联性实现实时检索。方法 首先,利用相关任务之间的联系提高检索精度和细化图像特征,因此构造了一种多任务深度卷积网络分段学习车辆不同属性的哈希码,将图像语义和图像表示相结合,并采用最小化图像编码使学习到的车辆的不同属性特征更具有鲁棒性;然后,选用特征金字塔网络提取车辆图像的实例特征并利用局部敏感哈希再排序方法对提取到的特征进行检索;最后,针对无法获取查询车辆目标图像的特殊情况,采用跨模态辅助检索方法进行检索。结果 提出的检索方法在3个公开数据集上均优于目前主流的检索方法,其中在CompCars数据集上检索精度达到0.966,在VehicleID数据集上检索精度提升至0.862。结论 本文提出的多任务分段紧凑特征的车辆检索方法既能得到最小化图像编码及图像实例特征,还可在无法获取目标检索图像信息时进行跨模态检索,通过实验对比验证了方法的有效性。