基于多视觉码本的图像表示

基于词袋模型的图像表示方法的有效性主要受限于局部特征的量化误差。文中提出一种基于多视觉码本的图像表示方法,通过综合考虑码本构建和编码方法这两个方面的因素加以改进。具体包括:1)多视觉码本构建,以迭代方式构建多个紧凑且具有互补性的视觉码本;2)图像表示,首先针对多码本的情况,依次从各码本中选择相应的视觉单词并采用线性回归估计编码系数,然后结合图像的空间金字塔结构形成最终的图像表示。在一些标准测试集合的图像分类结果验证文中方法的有效性。     

基于多尺度稀疏表示的场景分类

提出一种基于多尺度稀疏表示的场景分类框架。首先从图像中提取多个尺度的局部特征,然后利用稀疏编码为每个尺度的特征单独学习相应的过完备字典;在图像表示阶段,为图像各尺度上的局部特征依据与其对应尺度的字典进行编码,并按照空间金字塔表示方法和特征各维最大汇总(max pooling)对各尺度上的特征编码分别汇总;最后将不同尺度上汇总的特征串接,形成对图像最终描述的全局向量。在三个常用标准场景库上的分类结果表明,提出的算法由于利用了不同尺度特征间的互补关系,与采用单尺度特征的方法相比,性能有了显著提升。     

基于多特征组合的细粒度图像分类方法

针对单一特征表示的局限性会导致细粒度图像分类准确度不高的问题,提出了一种基于卷积神经网络（CNN）和尺度不变特征转换（SIFT）的多特征组合表示方法,综合考虑对目标整体、关键部位和关键点的特征提取。首先,分别以细粒度图像库中的目标整体和头部区域训练CNN得到两个网络模型,用来提取目标的整体和头部CNN特征;然后,对图像库中所有目标区域提取SIFT关键点并通过K均值（K-means）聚类生成码本,再将每个目标区域的SIFT描述子通过局部特征聚合描述符（VLAD）参照码本编码为特征向量;最后,组合多种特征作为最终的特征表示,采用支持向量机（SVM）对细粒度图像进行分类。使用该方法在CUB-200-2011数据库上进行实验,并与单一的特征表示方法进行了比较。实验结果表明,该方法与基于单一CNN特征的细粒度图像分类相比提升了13.31%的准确度,证明了多特征组合对细粒度图像分类的积极作用。     

基于质心特征和重要敏感区域分类的分形图像压缩算法

图像压缩是数据传输和存储中必不可少的过程,分形图像压缩方法因其压缩方法简单、可任意尺度下重构、解码速度快且压缩比高具有独特优势,但传统分形图像压缩方法存在编码时间过长的缺陷。针对压缩比和恢复效果之间的不平衡问题,在确保图像恢复效果前提下,需要解决编码时间过长的问题。因此,提出了一种基于质心特征和重要敏感区域分类的分形图像压缩算法,通过构造质心特征,将基本分形算法中R块在码本中搜索最小均方误差MSE的问题转换为利用质心特征码本寻找最佳匹配块的问题,简化了块搜索过程,将全局搜索变为局部搜索,同时对重要敏感区域采取全局搜索的方式,以增强恢复图像的视觉效果。实验仿真结果表明,质心特征方法可以有效缩短编码时间,在保证图像恢复效果前提下,本文所提算法相较于基本算法最高可以节省大约64%的编码时间,相较于双交叉和特征方法,可以达到更好的恢复效果。     

基于稀疏编码多尺度空间潜在语义分析的图像分类

传统潜在语义分析方法无法利用图像中区域语义构成的上下文信息来获得图像目标空间分布信息,因此它丢掉了局部特征之间的空间关系信息.而基于最近邻矢量量化来构造共生矩阵具有较大的量化误差,使得特征描述缺乏鲁棒性,影响后续潜在语义分析获得特征的精确性.为了弥补这些不足,文中提出了一种基于稀疏编码的多尺度空间潜在语义分析的图像分类方法.首先通过空间金字塔方法对图像进行空间多尺度划分,然后利用稀疏编码对每个局部块特征进行软量化以形成共生矩阵,之后结合概率潜在语义分析(PLSA)获得每个局部块的潜在语义信息,再利用权值串接每个特定局部块中的语义信息得到图像多尺度空间潜在语义信息,最后用支持向量机(SVM)分类器完成图像的场景分类.在常见图像库上的实验表明,本文提出的基于稀疏编码的多尺度空间潜在语义分析方法平均分类精度比现有诸多方法均有明显提高,验证了其有效性和鲁棒性.实验还表明,空间金字塔匹配、稀疏编码共生矩阵以及PLSA降维这3个模块在该文方法中缺一不可,共同提升图像表征和分类性能.     

局部全局特征耦合与交叉尺度注意的医学图像融合

现有基于深度学习的多模态医学图像融合方法存在全局特征表示能力不足的问题。对此,提出一种基于局部全局特征耦合与交叉尺度注意的医学图像融合方法。该方法由编码器、融合规则和解码器三部分组成。编码器中采用并行的卷积神经网络(CNN)和Transformer双分支网络分别提取图像的局部特征与全局表示。在不同尺度下,通过特征耦合模块将CNN分支的局部特征嵌入Transformer分支的全局特征表示中,最大程度地结合互补特征,同时引入交叉尺度注意模块实现对多尺度特征表示的有效利用。编码器提取待融合原始图像的局部、全局以及多尺度特征表示,根据融合规则融合不同源图像的特征表示后再输入到解码器中生成融合图像。实验结果表明,与CBF、PAPCNN、IFCNN、DenseFuse和U2Fusion方法相比,该方法在特征互信息、空间频率、边缘信息传递因子、结构相似度、感知图像融合质量这5个评价指标上分别平均提高6.29%、3.58%、29.01%、5.34%、5.77%,融合图像保留了更清晰的纹理细节和更高的对比度,便于疾病的诊断与治疗。     

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.     

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。     

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。     

可选特征的快速分形图像编码

目的基本分形图像编码非常耗时,基于子块特征的方法在加快编码速度方面非常有效,提出了一个新的子块特征函数,加快编码速度,改善编码性能。方法首先证明了一个定理,它统一了多个文献提出的理论方法,可以对子块任意定义特征。定理阐述了特征轨迹的长度、分布与编码性能的关系,比较了多个文献算法的优劣,并在定理的基础上定义了一个新的特征。结果实验结果表明,提出的算法在编码性能上较主对角和算法和叉迹算法有一定程度的提高,在PSNR相同情况下该算法具有较短的编码时间,在编码时间相同情况下该算法具有较高的PSNR;在相同的搜索半径内,该算法可找到更多的最佳匹配块;基于子块特征的近邻只是匹配误差极小的必要而非充分条件,当搜索10%的码本容量时,该算法只有约25%的R块找到了其最佳匹配块,当搜索到一半码本容量时,这样的R块数量达到了约80%。结论提出的新子块特征算法较主对角和算法和叉迹算法改善了编码性能,提高了图像质量。     

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。     

一种基于Tabu搜索的模糊学习矢量量化图像编码算法

模糊学习矢量量化算法（FLVQ）虽然解决了硬的竞争学习对初始码本的依赖性问题,但收敛速度变慢,且仍无法克服陷入局部最小。为此在分析模糊学习矢量量化图象编码原理的基础上,探讨了FLVQ算法的几种优化途径,进而进出了一种基于Tabu搜索（TS）的模糊学习矢量量化的新算法（TS－FLVQ）,并给出了该算法的具体实现方法及步骤。该算法首先利用TS技术产生一个面向全局搜索的寻优列表,然后再进行模糊学习以得到最优解,实验结果表明,该算法在收敛速度及编码效果上均较FLVQ有较大的提高。。     

一种基于Tabu搜索的模糊学习矢量量化图象编码算法

模糊学习矢量量化算法 (FL VQ)虽然解决了硬的竞争学习对初始码本的依赖性问题 ,但收敛速度变慢 ,且仍无法克服陷入局部最小 .为此在分析模糊学习矢量量化图象编码原理的基础上 ,探讨了 FL VQ算法的几种优化途径 ,进而提出了一种基于 Tabu搜索 (TS)的模糊学习矢量量化的新算法 (TS- FL VQ) ,并给出了该算法的具体实现方法及步骤 .该算法首先利用 TS技术产生一个面向全局搜索的寻优列表 ,然后再进行模糊学习以得到最优解 .实验结果表明 ,该算法在收敛速度及编码效果上均较 FL VQ有较大的提高 .     

基于非对称局部梯度编码的人脸表情识别

目的 针对局部梯度编码算子(LGC)只能在固定大小邻域内提取图像纹理特征的不足,提出了一种非对称邻域LGC算子(AR-LGC)多尺度融合的表情特征提取方法。方法 首先,对归一化的表情图像进行Gauss滤波处理;然后,对图像进行分块,对每个子块图像中每一像素点,采用不同邻域大小的AR-LGC算子得到两个二进制序列,将两个序列作按位逻辑异或得到一个新的序列,对此序列进行编码,计算每个子块的直方图分布,级联各子块直方图构成人脸表情的特征;最后用SVM分类器进行表情分类识别。结果 该算法在JAFFE库和CK库上进行实验,分别取得了95.24%和96.83%的平均识别率,并与CBP(中心化二值模式)、LBP(局部二值模式)、LGC和AR-LBP(非对称局部二值模式)算法进行了比较,在JAFFE库的平均识别率分别比CBP、LBP、LGC、AR-LBP高5.6%、4.85%、3.71%、2.40%,在CK库的平均识别率分别比CBP、LBP、LGC、AR-LBP高3.66%、2.50%、2.17%、1.66%,实验结果表明,该算法可以较准确地进行人脸表情识别。结论 本文所提的表情特征提取方法通过融合不同梯度不同尺度子邻域间的强度关系,可以很好地表达图像的局部特征和全局特征,与典型的特征提取算法的对比实验也表明了本文算法的有效性,表明本文算法适用于静态人脸表情图像的识别。     

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。     

结合空间结构卷积和注意力机制的三维点云分类网络

目的 三维点云分类作为一项关键任务,在计算机视觉、机器人和自动驾驶等领域有着广泛的应用场景。现有的三维点云分类网络在使用边卷积进行局部特征提取时通常存在输入特征差异性小,空间结构信息提取、融合不充分等问题。针对上述问题,设计了一种结合空间结构卷积和注意力机制的点云分类网络。方法 首先,提出一种空间结构卷积,在边卷积的基础上引入邻接点之间的相对位置信息来降低输入特征相似性,而后从结构和位置两个角度分别进行特征编码,实现更具多样性的局部几何结构捕获。其次,设计了全局特征编码模块,从坐标信息中提炼全局特征信息,同时在网络中融合了注意力机制,用于关联局部和全局特征表示,有效保留了全局特征信息,实现全局特征的适应性调整。最后,将局部几何结构信息和全局位置信息进行有效的融合,获得更具代表性和差异性的特征表征。结果 设计实验在公开数据集ModelNet40上对提出的网络模型的性能进行评估,点云分类总体准确率和平均准确率分别达到93.0%和89.7%,具备良好的分类性能和预测效率。实验结果表明,空间结构卷积的使用有效增加了输入特征的多样性,位置和结构的单独编码有效提高了局部特征的表达能力。同时,提出的注意力加权方式在保留全局特征前提下实现了局部特征和全局特征的关联。结论 提出的网络有较强的细粒度特征提取能力,具有良好的分类性能。