基于深度卷积自编码神经网络的手写数字识别研究

针对提高不同笔体下的手写识别准确率进行了研究,将深度卷积神经网络与自动编码器相结合,设计卷积自编码器网络层数,形成深度卷积自编码神经网络。首先采用双线性插值方法分别对MNIST数据集与一万幅自制中国大学生手写数字图片进行图像预处理,然后先使用单一MNIST数据集对深度卷积自编码神经网络进行训练与测试;最后使用MNIST与自制数据集中5 000幅混合,再次训练该网络,对另外5 000幅进行测试。实验数据表明,所提深度卷积自编码神经网络在MNIST测试集正确率达到99.37%,有效提高了准确率;且5 000幅自制数据集模型测试正确率达99.33%,表明该算法实用性较强,在不同笔体数字上得到了较高的识别准确率,模型准确有效。     

基于卷积神经网络的小样本图像识别方法

为提高仅包含少量训练样本的图像识别准确率,利用卷积神经网络作为图像的特征提取器,提出一种基于卷积神经网络的小样本图像识别方法。在原始小数据集中引入数据增强变换,扩充数据样本的范围;在此基础上将大规模数据集上的源预训练模型在目标小数据集上进行迁移训练,提取除最后全连接层之外的模型权重和图像特征;结合源预训练模型提取的特征,采用层冻结方法,微调目标小规模数据集上的卷积模型,得到最终分类识别结果。实验结果表明,该方法在小规模图像数据集的识别问题中具有较高的准确率和鲁棒性。     

遥感图像飞机目标分类的卷积神经网络方法

目的 遥感图像飞机目标分类,利用可见光遥感图像对飞机类型进行有效区分,对提供军事作战信息有重要意义。针对该问题,目前存在一些传统机器学习方法,但这些方法需人工提取特征,且难以适应真实遥感图像的复杂背景。近年来,深度卷积神经网络方法兴起,网络能自动学习图像特征且泛化能力强,在计算机视觉各领域应用广泛。但深度卷积神经网络在遥感图像飞机分类问题上应用少见。本文旨在将深度卷积神经网络应用于遥感图像飞机目标分类问题。方法 在缺乏公开数据集的情况下,收集了真实可见光遥感图像中的8种飞机数据,按大致4∶1的比例分为训练集和测试集,并对训练集进行合理扩充。然后针对遥感图像与飞机分类的特殊性,结合深度学习卷积神经网络相关理论,有的放矢地设计了一个5层卷积神经网络。结果 首先,在逐步扩充的训练集上分别训练该卷积神经网络,并分别用同一测试集进行测试,实验表明训练集扩充有利于网络训练,测试准确率从72.4%提升至97.2%。在扩充后训练集上,分别对经典传统机器学习方法、经典卷积神经网络LeNet-5和本文设计的卷积神经网络进行训练,并在同一测试集上测试,实验表明该卷积神经网络的分类准确率高于其他两种方法,最终能在测试集上达到97.2%的准确率,其余两者准确率分别为82.3%、88.7%。结论 在少见使用深度卷积神经网络的遥感图像飞机目标分类问题上,本文设计了一个5层卷积神经网络加以应用。实验结果表明,该网络能适应图像场景,自动学习特征,分类效果良好。     

改进的深度卷积网络及在碎纸片拼接中的应用

近年来,深度卷积网络在图像识别、语音识别和自然语言处理等领域广泛使用,取得了很好的效果。为解决全部样本均为无标签数据的分类问题,对深度卷积神经网络进行了改进,采用卷积自动编码器学习输入样本的特征,用k-均值聚类器代替深度卷积网络中的分类器,建立了改进的深度卷积网络结构,给出了相应的学习算法,将其用于解决碎纸片拼接问题。实验表明,该方法有效可行,提高了碎纸片拼接的准确性和鲁棒性。     

基于改进CNN的宫颈细胞自动分类算法

本文采用深度学习算法中的卷积神经网络对细胞图像进行识别, 实现对宫颈细胞图像的自动分类. 首先对宫颈细胞进行预处理, 通过细胞核裁剪解决图像输入尺寸不一的问题, 对图像进行翻转平移, 对数据集进行扩充, 并解决样本量不均衡的问题; 接着选取VGG-16网络进行改进, 使用改进后的VGG-16网络进行特征提取, 以及细胞分类; 并采用迁移学习的方法加载预训练网络参数, 进而加快参数收敛速度, 提高分类准确率; 最终通过对网络的训练, 得到了较好的分类结果, 将分类结果与人工提取特征设计分类器的方法相比, 分类的准确率有所提高, 二分类的准确率达97.3%, 七分类的准确率达89%. 实验结果表明: 卷积神经网络对宫颈细胞图像进行自动分类, 分类准确率相比较人工提取特征分类器效果较好, 且分类结果不受分割图像准确率的影响.     

基于改进Sigmoid卷积神经网络的手写体数字识别

深度学习技术在数字识别领域有着普遍的应用。通过深度学习技术构造神经网络模型,运用不同的激活函数搭配不同的参数初始化策略,对MINIST手写数据集进行训练;构建分析模型,识别图像中的数字,将大数据量的图片降维成小数据量图片,同时保证能够有效保留图片特征;通过对图片数据的分析,加入特征转换过程,利用梯度下降优化器,搭建网络结构,将数据降维,有效地避免过拟合;利用交叉熵验证对模型进行编译和训练,对输出的分类结果进行进一步分析,在Sigmoid激活函数的输出层,通过K最近邻分类算法,设置KNN分类器,进一步提高了分类预测的准确率。MNIST数据集上的实验结果显示识别率为96.2%,在输出层引入K最近邻算法KNN(K-Nearst Neighbors)结合传统卷积神经网络(Convolutional Neural Network, CNN)的全连接层与softmax层,经交叉验证得到99.6%的识别率。     

融合判别式深度特征学习的图像识别算法

目的 卷积神经网络在图像识别算法中得到了广泛应用。针对传统卷积神经网络学习到的特征缺少更有效的鉴别能力而导致图像识别性能不佳等问题,提出一种融合线性判别式思想的损失函数LDloss（linear discriminant loss）并用于图像识别中的深度特征提取,以提高特征的鉴别能力,进而改善图像识别性能。方法 首先利用卷积神经网络搭建特征提取所需的深度网络,然后在考虑样本分类误差最小化的基础上,对于图像多分类问题,引入LDA（linear discriminant analysis）思想构建新的损失函数参与卷积神经网络的训练,来最小化类内特征距离和最大化类间特征距离,以提高特征的鉴别能力,从而进一步提高图像识别性能,分析表明,本文算法可以获得更有助于样本分类的特征。其中,学习过程中采用均值分批迭代更新的策略实现样本均值平稳更新。结果 该算法在MNIST数据集和CK+数据库上分别取得了99.53%和94.73%的平均识别率,与现有算法相比较有一定的提升。同时,与传统的损失函数Softmax loss和Hinge loss对比,采用LDloss的深度网络在MNIST数据集上分别提升了0.2%和0.3%,在CK+数据库上分别提升了9.21%和24.28%。结论 本文提出一种新的融合判别式深度特征学习算法,该算法能有效地提高深度网络的可鉴别能力,从而提高图像识别精度,并且在测试阶段,与Softmax loss相比也不需要额外的计算量。     

基于深度卷积神经网络的图像检索算法研究

为解决卷积神经网络在提取图像特征时所造成的特征信息损失,提高图像检索的准确率,提出了一种基于改进卷积神经网络LeNet-L的图像检索算法。首先,改进LeNet-5卷积神经网络结构,增加网络结构深度。然后,对深度卷积神经网络模型LeNet-L进行预训练,得到训练好的网络模型,进而提取出图像高层语义特征。最后,通过距离函数比较待检图像与图像库的相似度,得出相似图像。在Corel数据集上,与原模型以及传统的SVM主动学习图像检索方法相比,该图像检索方法有较高的准确性。经实验结果表明,改进后的卷积神经网络具有更好的检索效果。     

自适应增强卷积神经网络图像识别

目的 为了进一步提高卷积神经网络的收敛性能和识别精度,增强泛化能力,提出一种自适应增强卷积神经网络图像识别算法。方法 构建自适应增强模型,分析卷积神经网络分类识别过程中误差产生的原因和误差反馈模式,针对分类误差进行有目的地训练,实现分类特征基于迭代次数和识别结果的自适应增强以及卷积神经网络权值的优化调整。自适应增强卷积神经网络与多种算法在收敛速度和识别精度等性能上进行对比,并在多种数据集上检测自适应卷积神经网络的泛化能力。结果 通过对比实验可知,自适应增强卷积神经网络算法可以在很大程度上优化收敛效果,提高收敛速度和识别精度,收敛时在手写数字数据集上的误识率可降低20.93%,在手写字母和高光谱图像数据集上的误识率可降低11.82%和15.12%;与不同卷积神经网络优化算法对比,误识率比动态自适应池化算法和双重优化算法最多可降低58.29%和43.50%;基于不同梯度算法的优化,误识率最多可降低33.11%;与不同的图像识别算法对比,识别率也有较大程度提高。结论 实验结果表明,自适应增强卷积神经网络算法可以实现分类特征的自适应增强,对收敛性能和识别精度有较大的提高,对多种数据集有较强的泛化能力。这种自适应增强模型可以进一步推广到其他与卷积神经网络相关的深度学习算法中。     

深度卷积神经网络在Caltech-101图像分类中的相关研究

目前,国内关于评估预训练与微调对卷积神经网络性能影响的研究较少。基于此,提出采用Caffe框架中的Caffe Net网络结构,将卷积神经网络用于图片物体识别。为更直观分析计算过程,将卷积网络中部分隐含层特征进行了可视化,并在Caltech-101数据集上分析了随机初始化与预训练模型初始化条件下深度卷积的分类效果,以及全局微调模式与局部微调模式对图像分类的影响。结果表明,预训练模型初始化能够极大提高收敛速度和识别正确率,全局微调模式能较好地拟合新的样本数据,同样提高了识别正确率。在Caltech-101数据集上获得了95.24%的平均识别率,更加有效地优化了图像识别过程。     

基于稀疏自编码深度神经网络的林火图像分类

针对林火与相似目标很难区分的问题,提出一种基于稀疏自编码深度神经网络的林火图像分类新方法。采用无监督的特征学习算法稀疏自编码从无标签图像小块中学习特征参数,完成深度神经网络的训练;利用学习到的特征从原始大小分类图像中提取特征并卷积和均值池化特征;对卷积和池化后的特征采用softmax回归来训练最终softmax分类器。实验结果表明,跟传统的BP神经网络相比,新方法能够更有效区分林火与红旗、红叶等类似物体。     

基于迭代训练和集成学习的图像分类方法

针对卷积神经网络提取特征信息不完整导致图像分类方法分类精度不高等问题,利用深度学习的方法搭建卷积神经网络模型框架,提出一种基于迭代训练和集成学习的图像分类方法。利用数据增强对图像数据集进行预处理操作,在提取图像特征时,采用一种迭代训练卷积神经网络的方式,得到充分有效的图像特征,在训练分类器时,采用机器学习中集成学习的思想。分别在特征提取后训练分类器,根据各分类器贡献的大小,赋予它们不同的权重值,取得比单个分类器更好的性能,提高图像分类的精度。该方法在Stanford Dogs、UEC FOOD-100和CIFAR-100数据集上的实验结果表明了其较好的分类性能。     

基于降噪自编码神经网络的事件相关电位脑电信号分析方法

提出一种基于降噪自编码神经网络事件相关电位分析方法,首先建立3层神经网络结构,利用降噪自编码对神经网络进行初始化,实现了降噪自编码深度学习模型的无监督学习.从无标签数据中自动学习数据特征,通过优化模型训练得到的权值作为神经网络初始化参数.其次,经过有标签的样本进行网络参数的微调即可完成对神经网络的训练,该方法有效解决了神经网络训练中因随机选择初始化参数,而导致网络易陷入局部极小的缺陷.最后,利用上述神经网络对第3届脑机接口竞赛数据集Data set Ⅱ(事件相关电位脑电信号)进行分类分析.实验结果表明:利用降噪自编码迭代2500次训练神经网络模型,在受试者A和受试者B样本数据叠加5次、10次、15次3种情况下获得的分类准确率分别为73.4%, 87.4%和97.2%.该最高准确率优于其他分类方法,比竞赛第1名联合支持向量机(SVM)分类器(ESVM)提高了0.7%,为事件相关电位脑电信号提供了一种深度学习分析方法.     

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。     

糖尿病性视网膜图像的深度学习分类方法

目的 糖尿病性视网膜病变（DR）是目前比较严重的一种致盲眼病,因此,对糖尿病性视网膜病理图像的自动分类具有重要的临床应用价值。基于人工分类视网膜图像的方法存在判别性特征提取困难、分类性能差、耗时费力且很难得到客观统一的医疗诊断等问题,为此,提出一种基于卷积神经网络和分类器的视网膜病理图像自动分类系统。方法 首先,结合现有的视网膜图像的特点,对图像进行去噪、数据扩增、归一化等预处理操作;其次,在AlexNet网络的基础上,在网络的每一个卷积层和全连接层前引入一个批归一化层,得到一个网络层次更复杂的深度卷积神经网络BNnet。BNnet网络用于视网膜图像的特征提取网络,对其训练时采用迁移学习的策略利用ILSVRC2012数据集对BNnet网络进行预训练,再将训练得到的模型迁移到视网膜图像上再学习,提取用于视网膜分类的深度特征;最后,将提取的特征输入一个由全连接层组成的深度分类器将视网膜图像分为正常的视网膜图像、轻微病变的视网膜图像、中度病变的视网膜图像等5类。结果 实验结果表明,本文方法的分类准确率可达0.93,优于传统的直接训练方法,且具有较好的鲁棒性和泛化性。结论 本文提出的视网膜病理图像分类框架有效地避免了人工特征提取和图像分类的局限性,同时也解决了样本数据不足而导致的过拟合问题。     

图像分类的深度卷积神经网络模型综述

图像分类是计算机视觉中的一项重要任务,传统的图像分类方法具有一定的局限性。随着人工智能技术的发展,深度学习技术越来越成熟,利用深度卷积神经网络对图像进行分类成为研究热点,图像分类的深度卷积神经网络结构越来越多样,其性能远远好于传统的图像分类方法。本文立足于图像分类的深度卷积神经网络模型结构,根据模型发展和模型优化的历程,将深度卷积神经网络分为经典深度卷积神经网络模型、注意力机制深度卷积神经网络模型、轻量级深度卷积神经网络模型和神经网络架构搜索模型等4类,并对各类深度卷积神经网络模型结构的构造方法和特点进行了全面综述,对各类分类模型的性能进行了对比与分析。虽然深度卷积神经网络模型的结构设计越来越精妙,模型优化的方法越来越强大,图像分类准确率在不断刷新的同时,模型的参数量也在逐渐降低,训练和推理速度不断加快。然而深度卷积神经网络模型仍有一定的局限性,本文给出了存在的问题和未来可能的研究方向,即深度卷积神经网络模型主要以有监督学习方式进行图像分类,受到数据集质量和规模的限制,无监督式学习和半监督学习方式的深度卷积神经网络模型将是未来的重点研究方向之一;深度卷积神经网络模型的速度和资源消耗仍不尽人意,应用于移动式设备具有一定的挑战性;模型的优化方法以及衡量模型优劣的度量方法有待深入研究;人工设计深度卷积神经网络结构耗时耗力,神经架构搜索方法将是未来深度卷积神经网络模型设计的发展方向。     

高分辨卫星图像卷积神经网络分类模型

目的 卫星图像往往目标、背景复杂而且带有噪声,因此使用人工选取的特征进行卫星图像的分类就变得十分困难。提出一种新的使用卷积神经网络进行卫星图像分类的方案。使用卷积神经网络可以提取卫星图像的高层特征,进而提高卫星图像分类的识别率。方法 首先,提出一个包含六类图像的新的卫星图像数据集来解决卷积神经网络的有标签训练样本不足的问题。其次,使用了一种直接训练卷积神经网络模型和3种预训练卷积神经网络模型来进行卫星图像分类。直接训练模型直接在文章提出的数据集上进行训练,预训练模型先在ILSVRC（the ImageNet large scale visual recognition challenge）-2012数据集上进行预训练,然后在提出的卫星图像数据集上进行微调训练。完成微调的模型用于卫星图像分类。结果 提出的微调预训练卷积神经网络深层模型具有最高的分类正确率。在提出的数据集上,深层卷积神经网络模型达到了99.50%的识别率。在数据集UC Merced Land Use上,深层卷积神经网络模型达到了96.44%的识别率。结论 本文提出的数据集具有一般性和代表性,使用的深层卷积神经网络模型具有很强的特征提取能力和分类能力,且是一种端到端的分类模型,不需要堆叠其他模型或分类器。在高分辨卫星图像的分类上,本文模型和对比模型相比取得了更有说服力的结果。     

深度学习在图像识别中的应用研究综述

深度学习作为图像识别领域重要的技术手段，有着广阔的应用前景，开展图像识别技术研究对推动计算机视觉及人工智能的发展具有重要的理论价值和现实意义，文中对深度学习在图像识别中的应用给予综述。介绍了深度学习的由来，具体分析了深度信念网络、卷积神经网络、循环神经网络、生成式对抗网络以及胶囊网络等深度学习模型，对各个深度学习模型的改进型模型逐一对比分析。总结近年来深度学习在人脸识别、医学图像识别、遥感图像分类等图像识别应用领域取得的研究成果并探讨了已有研究值得商榷之处，对深度学习在图像识别领域中的发展趋势进行探讨，指出有效使用迁移学习技术识别小样本数据，使用非监督与半监督学习对图像进行识别，如何对视频图像进行有效识别以及强化模型的理论性等是该领域研究的进一步方向。     

Latent Space Representational Learning of Deep Features for Acute Lymphoblastic Leukemia Diagnosis

Acute Lymphoblastic Leukemia (ALL) is a fatal malignancy that is featured by the abnormal increase of immature lymphocytes in blood or bone marrow. Early prognosis of ALL is indispensable for the effectual remediation of this disease. Initial screening of ALL is conducted through manual examination of stained blood smear microscopic images, a process which is time-consuming and prone to errors. Therefore, many deep learning-based computer-aided diagnosis (CAD) systems have been established to automatically diagnose ALL. This paper proposes a novel hybrid deep learning system for ALL diagnosis in blood smear images. The introduced system integrates the proficiency of autoencoder networks in feature representational learning in latent space with the superior feature extraction capability of standard pretrained convolutional neural networks (CNNs) to identify the existence of ALL in blood smears. An augmented set of deep image features are formed from the features extracted by GoogleNet and Inception-v3 CNNs from a hybrid dataset of microscopic blood smear images. A sparse autoencoder network is designed to create an abstract set of significant latent features from the enlarged image feature set. The latent features are used to perform image classification using Support Vector Machine (SVM) classifier. The obtained results show that the latent features improve the classification performance of the proposed ALL diagnosis system over the original image features. Moreover, the classification performance of the system with various sizes of the latent feature set is evaluated. The retrieved results reveal that the introduced ALL diagnosis system superiorly compete the state of the art.     

Automatic segmentation of optic disc in retinal fundus images using semi-supervised deep learning

Diseases of the eye require manual segmentation and examination of the optic disc by ophthalmologists. Though, image segmentation using deep learning techniques is achieving remarkable results, it leverages on large-scale labeled datasets. But, in the field of medical imaging, it is challenging to acquire large labeled datasets. Hence, this article proposes a novel deep learning model to automatically segment the optic disc in retinal fundus images by using the concepts of semi-supervised learning and transfer learning. Initially, a convolutional autoencoder (CAE) is trained to automatically learn features from a large number of unlabeled fundus images available from the Kaggle’s diabetic retinopathy (DR) dataset. The autoencoder (AE) learns the features from the unlabeled images by reconstructing the input images and becomes a pre-trained network (model). After this, the pre-trained autoencoder network is converted into a segmentation network. Later, using transfer learning, the segmentation network is trained with retinal fundus images along with their corresponding optic disc ground truth images from the DRISHTI GS1 and RIM-ONE datasets. The trained segmentation network is then tested on retinal fundus images from the test set of DRISHTI GS1 and RIM-ONE datasets. The experimental results show that the proposed method performs on par with the state-of-the-art methods achieving a 0.967 and 0.902 dice score coefficient on the test set of the DRISHTI GS1 and RIM-ONE datasets respectively. The proposed method also shows that transfer learning and semi-supervised learning overcomes the barrier imposed by the large labeled dataset. The proposed segmentation model can be used in automatic retinal image processing systems for diagnosing diseases of the eye.