基于多尺度特征注意力机制的人脸表情识别

针对传统卷积神经网络在人脸表情识别过程中存在有效特征提取针对性不强、识别准确率不高的问题,提出一种基于多尺度特征注意力机制的人脸表情识别方法。用两层卷积层提取浅层特征信息;在Inception结构基础上并行加入空洞卷积,用来提取人脸表情的多尺度特征信息;引入通道注意力机制,提升模型对重要特征信息的表示能力;最后,将得到的特征输入Softmax层进行分类。通过在公开数据集FER2013和CK+上进行仿真实验,分别取得了68.8%和96.04%的识别准确率,结果表明该方法相比许多经典算法有更好的识别效果。     

一种基于CNN-SE-ELM的年龄和性别识别模型

基于人脸图像识别年龄及性别是当前人工智能研究的热点之一。提出一种综合卷积神经网络CNN、挤压-激励网络SENet及极限学习机ELM的混合模型。模型中的卷积层用于从人脸图像中提取面部特征,SENet层用于优化卷积层提取的特征,误差最小化极限学习机（EM-ELM）用作分类器以实现面部图像的年龄及性别识别。与现有的流行模型相比,所提模型由于采用了CNN+SENet架构能够从面部图像中提取到更具代表性及最优的特征映射,而EM-ELM的极速计算使得模型更快速、更高效。在多个非限制人脸数据集上的实验结果表明, 相比近期其他基于深度学习的相关模型,所提模型具有更高的识别准确率和更快的识别速度。     

基于多特征融合密集残差CNN的人脸表情识别

传统人脸表情识别主要基于人工提取特征,其存在算法鲁棒性较差、易受人脸身份信息干扰等问题,以及传统卷积神经网络不能充分提取人脸表情特征的现状。对此提出一种基于多特征融合密集残差卷积神经网络的人脸表情识别。该方法能够充分利用神经网络中每层的特征,在密集块中,对于每一个卷积层,其前面所有卷积层的输出都将作为本卷积层的输入。然后将每个密集块的输出送入到全连接层中进行特征融合,经过Softmax分类器分类。在CK+和FER2013数据集上进行多次实验,与传统的机器学习方法相比,该方法具有较高的准确率与较强的鲁棒性。     

基于InceptionV3和特征融合的人脸活体检测

针对身份验证中经常出现的照片欺诈问题,提出了一种基于InceptionV3和特征融合的人脸活体检测模型——InceptionV3_FF。首先,在ImageNet数据集上预训练InceptionV3模型;其次,从InceptionV3模型的不同层得到图像的浅层、中层和深层特征;然后,将不同的特征进行融合得到最终的特征;最后,使用全连接层对特征进行分类,从而实现端到端的训练。InceptionV3_FF模型在NUAA数据集和自制的STAR数据集上进行仿真实验,实验结果表明,InceptionV3_FF模型在NUAA数据集和STAR数据集上分别取得了99.96%和98.85%的准确率,高于InceptionV3迁移学习和迁移微调模型;而与非线性扩散卷积神经网络（ND-CNN）、扩散核（DK）、异构内核卷积神经网络（HK-CNN）等模型相比,InceptionV3_FF模型在NUAA数据集上的准确率更高,具备一定的优越性。InceptionV3_FF模型对数据集中随机抽取的单张图片进行识别时,仅需4 ms。InceptionV3_FF模型和OpenCV结合构成的活体检测系统可以对真假人脸进行识别。     

基于深度可分卷积神经网络的实时人脸表情和性别分类

针对目前普通卷积神经网络（CNN）在表情和性别识别任务中出现的训练过程复杂、耗时过长、实时性差等问题,提出一种深度可分卷积神经网络的实时人脸表情和性别识别模型。首先,利用多任务级联卷积网络（MTCNN）对不同尺度输入图像进行人脸检测,并利用核相关滤波（KCF）对检测到的人脸位置进行跟踪进而提高检测速度。然后,设置不同尺度卷积核的瓶颈层,用通道合并的特征融合方式形成核卷积单元,以具有残差块和可分卷积单元的深度可分卷积神经网络提取多样化特征,并减少参数数量,轻量化模型结构;使用实时启用的反向传播可视化来揭示权重动态的变化并评估了学习的特征。最后,将表情识别和性别识别两个网络并联融合,实现表情和性别的实时识别。实验结果表明,所提出的网络模型在FER-2013数据集上取得73.8%的识别率,在CK+数据集上的识别率达到96%,在IMDB数据集中性别分类的准确率达到96%;模型的整体处理帧率达到80 frame/s,与结合支持向量机的全连接卷积神经网络方法所得结果相比,有着1.5倍的提升。因此针对数量、分辨率、大小等差异较大的数据集,该网络模型检测快,训练时间短,特征提取简单,具有较高的识别率和实时性。     

CPU环境下快速精确的人脸检测方法

近年来人脸检测在使用深度学习方法的情况下,取得了显著的突破.然而人脸检测在CPU上实时运行并且保持很高的精度依然是一个很大的挑战.本文提出一种轻量的卷积网络模型,可以加快卷积神经网络提取特征的速度;对相邻卷积层进行特征融合,在融合后的多个卷积层检测人脸;为了使每一层的anchor密度相同,对anchor做了稠密化处理;修改了人脸检测分类损失函数,使其更关注比较难分类的样本.在公开数据集FDDB的实验表明,在本文提出的神经网络模型下准确率达到了95.9%,并且可以在CPU上实时检测.     

采用支路辅助学习的人脸表情识别

人脸表情识别属于一种细粒度识别,模型需要同时聚焦于浅层与深层特征。针对独立结构的卷积神经网络对细粒度特征的提取、融合能力不足的问题,提出一种基于支路辅助学习的网络结构。在基础网络的输入层引入一条支路辅助网络,该网络将逐层使用金字塔卷积块提取全局特征;通过特征映射模块不断将支路提取到的决策信息传导至基础网络,辅助基础网络提取细节特征;在模型输出层采用特征拼接的方式将支路网络与主路网络融合。将所提出的网络在公开人脸表情数据集CK+、JAFFE、FER2013和MMEW上进行识别实验,结果表明：支路辅助学习模块能够有效提升基础网络的特征提取能力和泛化能力,提出的方法识别率达到了98.89%、94.80%、71.88%和86.67%,比仅采用基础网络（例如：ResNet50）进行识别提高了3.49、2.2、5.51和1.48个百分点。     

改进视觉Transformer的人脸识别方法

目前大多数人脸识别方法依赖于卷积神经网络，通过级联的形式构建多层处理单元，利用卷积操作融合局部特征，忽略了人脸全局语义信息，缺乏对人脸重点区域的关注度。针对上述问题，提出一种基于改进视觉Transformer的人脸识别方法，引入Shuffle Transformer作为特征提取骨干网络，通过自注意力机制以及Shuffle操作捕捉特征图全局信息，建立特征点之间的长距离依赖关系，提高模型的特征感知能力；同时，结合ArcFace损失函数和中心损失函数的特点，设计融合损失作为目标函数，利用类内约束扩大角度间隔，提高特征空间的辨别性。该方法在LFW、CALFW、CPLFW、AgeDB-30和CFP五个具有挑战性的基准测试人脸数据集上分别取得了99.83%、95.87%、90.05%、98.05%、97.23%的平均准确率，能够有效提升人脸特征提取能力，识别效果优于同等规模卷积神经网络。     

基于改进CNN的年龄和性别识别

人脸图像的年龄和性别识别是人脸分析的重要任务,在真实多变场景下完成识别依然面临挑战。改进深度卷积神经网络（Convolutional Neural Network,CNN）,将首层大尺寸卷积核替换为级联3[×]3卷积核;采用跨连卷积层融合中层和高层抽象特征;加入Batch Normalization（BN）层,设置较高的学习率和较小的Dropout比率;采用1[×]1卷积核与全局平均池化（Global Average Pooling）取代全连接层。实验表明,所提方法与主流的年龄性别识别方法比较具有较好的识别率,在Adience数据集上,年龄识别精度达到89.8%,性别识别精度达到93.3%。     

多尺度融合注意力机制的人脸表情识别网络

针对在人脸表情识别中普通卷积神经网络难以提取有效特征、网络模型参数复杂等问题,提出了一种多尺度融合注意力机制网络（multi-scale integrated attention network,MIANet）。为了同时增加网络的宽度和深度又避免冗余计算,在网络中引入Inception结构,用于提取图像的多尺度特征信息。使用高效通道注意机制（efficient channel attention,ECA）,强调与面部表情相关的区域抑制不相关的背景区域,提高重要面部特征的表达能力。在卷积层中采用深度可分离卷积,减少网络参数,防止过拟合。使用提出的方法在公开数据集FER-2013和CK+上进行实验,分别取得了95.76%和72.28%的准确率。实验结果表明,该方法识别效果较好,泛化能力较强,在人脸表情识别中对网络结构设置和参数配置方面具有一定的参考价值。     

融合LeNet-5和Siamese神经网络模型的人脸认证算法研究

基于人脸信息的身份认证对于个人安全和社会稳定都具有非常重要的意义。传统的人脸认证方法依赖人工构造视觉特征,易受外界条件影响,识别精度不高。深度学习模型以自主学习方式进行特征提取,能从复杂的数据中提取到人脸的隐性特征。然而大部分深度学习人脸认证方法需大量带有身份标记的训练样本,额外增加了标记数据的成本。针对以上问题,提出了融合LeNet-5和Siamese神经网络模型的人脸认证算法。该算法在Siamese神经网络框架基础上,引入LeNet-5卷积神经网络,将单分支LeNet-5卷积网络扩充为结构相同且参数共享的双分支LeNet-5卷积网络,通过缩小卷积核、增加卷积层来调整网络结构,使用Contrastive Loss函数对融合网络进行训练。实验结果表明,该算法在不同的人脸数据集上,均获取较高的识别精度。     

基于卷积特征和贝叶斯分类器的人脸识别

为解决传统人脸识别算法特征提取困难的问题,提出了基于卷积特征和贝叶斯分类器的人脸识别方法,利用卷积神经网络提取人脸特征,通过主成分分析法对特征降维,最后利用贝叶斯分类器进行判别分类,在ORL（olivetti research laboratory）人脸库上进行实验,获得了99.00%的识别准确率。实验结果表明,卷积神经网络提取的人脸图像特征具有很强的辨识度,与PCA（principal component analysis）和贝叶斯分类器结合之后可有效提高人脸识别的准确率。     

基于深度学习的抗年龄干扰人脸识别EI北大核心CSCD

随着年龄的增长,人脸的形状、纹理等特征会随之发生较明显的改变从而造成显著的类内干扰,这使得人脸识别的性能大大降低.为了解决上述问题,本文基于深度卷积神经网络将年龄估计任务和人脸识别任务相结合,提出了一种抗年龄干扰的人脸识别新方法AD-CNN(Age decomposition convolution neural network),首先将卷积块注意力模型(Convolutional block attention module,CBAM)嵌入到残差网络中以学习更具有代表性的面部特征,随后利用线性回归指导年龄估计任务,提取出年龄干扰因子,通过多层感知机将整个面部特征与年龄干扰特征投影到同一线性可分空间,最后从面部稳定的特征中将年龄干扰分离,得到与年龄无关的面部特征,并采用改进后的角度损失函数基于年龄无关的身份特征进行人脸识别任务,从而达到抑制年龄干扰的目的.本文在MORPH和FGNET数据集上的识别正确率分别达到了98.93%,和90.0%,充分证实了本文所提方法的先进性和有效性.     

改进的CNN在太阳能电池板缺陷检测中的应用

由于太阳能电池板生产工艺的复杂性,容易在多个环节产生断栅、开焊、隐裂等缺陷。提出一种改进的卷积神经网络方法来检测电池板缺陷,首先,改进的卷积神经网络采用一种新的损失函数,在新的损失函数中引入平衡因子ε,以提高网络的识别率。其次,将卷积神经网络和随机森林相结合,随机森林分类器替换卷积层的输出层,可以增强网络的泛化能力。仿真结果表明,改进的卷积神经网络能够快速、准确地识别出电池板的缺陷和缺陷类别,识别准确率高达96.48%,相比与传统的卷积神经网络提高了2.63%,能够满足工业过程中电池板缺陷检测的需求。     

基于3D卷积神经网络的动态手势识别

传统的2D卷积神经网络在进行视频识别时容易丢失目标在时间维度上的相关特征信息,导致识别准确率降低。针对该问题,本文采用3D卷积网络作为基本的网络框架,使用3D卷积核进行卷积操作提取视频中的时空特征,同时集成多个3D卷积神经网络模型对动态手势进行识别。为了提高模型的收敛速度和训练的稳定性,运用批量归一化（BN）技术优化网络,使优化后的网络训练时间缩短。实验结果表明,本文方法对于动态手势的识别具有较好的识别结果,在Sheffield Kinect Gesture (SKIG)数据集上识别准确率达到98.06%。与单独使用RGB信息、深度信息以及传统2D CNN相比,手势识别率均有所提高,验证了本文方法的可行性和有效性。     

基于轻量级网络的实时人脸识别算法研究

为了在嵌入式和移动设备上实现高精度的实时人脸识别,对常见的网络在人脸识别方面的优缺点进行了分析,提出了一种高效的深度卷积神经网络模型Lightfacenet。在网络中结合深度可分离卷积、逐点卷积、瓶颈结构和挤压与激励结构提出了轻量化神经网络单元,使网络在保证有一定准确率的情况下有效地解决深层的神经网络带来的参数冗余和计算量大的问题,再通过改进的非线性激活函数进一步提高网络的准确性。该神经网络在保留卷积神经网络部分优点的同时也很好地平衡了网络的缺点。在同样的实验环境下,Lightfacenet网络既实现了非常高的识别精度,也在模型推理速度上达到实时的效果。在使用MS-Celeb-1M数据集训练后,该模型在LFW数据集上达到了99.50%的准确率,其效果已经可以与现在的大型卷积神经网络媲美。对于面部识别,Lightfacenet比目前最先进的移动卷积神经网络在保证准确率的情况下提高了效率。     

融合卷积神经网络与多层感知器的鞍部识别方法

针对传统鞍部识别方法中特征选择困难及未考虑鞍部与其它地形要素的共生关系等问题,利用深度卷积神经网络的特征自学习性能,提出了一种卷积神经网络与多层感知器相结合的混合模型实现DEM数据中的鞍部要素识别.首先设计改进的卷积神经网络模型自动提取鞍部的深度特征,经过Softmax分类器得到候选鞍部点,再运用多层感知器对候选鞍部点的位置进行精细回归,标识出最终的鞍部要素坐标.通过自建的鞍部样本集SADDLE-100训练网络模型,并在三种不同的山地样区进行实验,实验结果表明该方法比其它鞍部识别方法的漏提率减少约50%,正确识别率提高6.7%,在一定程度上避免了人工选择特征造成的鞍部语义信息缺失现象,为DEM中的点状要素识别提供了新的技术途径.     

基于注意力机制和图卷积的小样本分类网络

深度神经网络在有着大量标注数据的图像识别任务上已经占据了统治地位,但是在只有少量标注数据的数据集上训练一个好的网络仍然是一个据有挑战性的任务.如何从有限的标注数据中学习已经成为了一个有着很多应用场景的热点问题.目前有很多解决小样本分类任务的方法,但是仍然存在识别准确率低的问题,根本原因是在小样本学习中,神经网络只能接收少量有标签的数据,导致神经网络不能获取足够的用来识别的信息.因此,提出了一种基于注意力机制和图卷积网络的小样本分类模型.这个模型不仅能够更好地提取特征,而且能够充分利用提取的特征对目标图像进行分类.通过注意力机制,能够指导神经网络关注更有用的信息,而图卷积使得网络能够利用支撑集中其他类别的信息做出更准确的判断.经过大量的实验,证明了提出的模型在Omniglot数据集和mini-ImageNet数据集上的分类准确率都超过了基于传统神经网络的关系网络.     

正立和倒立面孔的混合识别

目的 改变正立和倒立面孔只是一种简单倒置关系的观点,研究基于视觉神经整体和局部信息流的正立和倒立面孔混合识别。方法 模拟视觉信息流在视通路中的传递和处理过程,首先构建底层神经网络,建立敏感纹理特征以及对称卷积核的机制,实现正立和倒立面孔图像的去除冗余和预处理;接着提出一种基于局部区域提取的池化神经网络层的概念,构建多局部特征融合的网络结构,实现局部信息的压缩提取和融合;最后根据高级视觉皮层中左右半脑协作的特点,提出一种融合整体和局部信息的预测函数。结果 以AT&T数据库为例,本文方法在经典卷积神经网络模型上增加了多局部特征融合的网络结构,识别准确率从98%提高到100%,表明局部信息能够提高对正立面孔识别的能力;同时采用合适的训练数据集,调节融合时整体与局部信息的关系比,结合使用合适模型训练方式,该模型对正立和倒立面孔的识别率分别为100%和93%,表明对正立和倒立面孔识别具有良好的特性。结论 本文方法说明了整体和局部特征的两条视觉通路虽然分别在正立和倒立面孔识别上起了决定性的作用,但它们并不是孤立存在的,两条通路所刻画的面孔信息应该是一种互补式的关系。不仅为面孔识别提供一种新思路,而且将有助于对视觉神经机制的进一步理解。     

一种改进的LeNet-5嵌入式人脸识别方法

给出了一种基于LeNet-5改进的人脸识别方法,以其能适用于资源及计算能力有限的嵌入式系统.把典型卷积神经网络LeNet-5的结构,设计为由两个卷积采样层、一个全连接隐藏层和一个分类输出层,降低了网络结构复杂度.而且减少了卷积核的个数、改进了池化方式以及分类输出方式,降低了计算复杂度.实验证明,在保证训练和测试精度的同时,该方法提高了在嵌入式平台上进行单人脸识别的速度.