结构感知深度学习的三维形状分类方法

为了解决复杂、海量三维模型的形状识别问题,提出了一种结构感知深度学习的三维形状分类方法.通过联合学习三维模型的几何结构和空间结构,生成具有结构感知的特征向量表示,该特征向量具有更强的识别力与稳定性,在三维形状分类中取得显著的效果.首先,提取优化的多尺度热核特征,并通过CNN学习模型,有效地获取三维形状的几何结构特征;其次,建立多视图卷积学习网络提取三维形状的空间结构特征;最后,通过联合优化学习生成具有结构感知的深度特征表示.文中采用了C++,Matlab,TensorFlow框架实现,并在公开的三维数据库中进行了大量实验,实验结果表明,文中方法获取的深层结构特征对于复杂拓扑结构、大尺度几何形变的三维形状具有稳定性;与相关方法对比,在三维形状分类中具有更高的分类精度.     

用于骨架行为识别的多维特征嵌合注意力机制

目的 在行为识别任务中,妥善利用时空建模与通道之间的相关性对于捕获丰富的动作信息至关重要。尽管图卷积网络在基于骨架信息的行为识别方面取得了稳步进展,但以往的注意力机制应用于图卷积网络时,其分类效果并未获得明显提升。基于兼顾时空交互与通道依赖关系的重要性,提出了多维特征嵌合注意力机制(multi-dimensional feature fusion attention mechanism, M2FA)。方法 不同于现今广泛应用的行为识别框架研究理念,如卷积块注意力模块(convolutional block attention module, CBAM)、双流自适应图卷积网络(two-stream adaptive graph convolutional network, 2s-AGCN)等,M2FA通过嵌入在注意力机制框架中的特征融合模块显式地获取综合依赖信息。对于给定的特征图,M2FA沿着空间、时间和通道维度使用全局平均池化操作推断相应维度的特征描述符。特征图使用多维特征描述符的融合结果进行过滤学习以达到细化自适应特征的目的,并通过压缩全局动态信息的全局特征分支与仅使用逐点卷积层的局...     

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。     

图像情感分析的层次图卷积网络模型

图像情感分析任务旨在运用机器学习模型自动预测观测者对图像的情感反应。当前基于深度网络的情感分析方法广受关注,主要通过卷积神经网络自动学习图像的深度特征。然而,图像情感是图像全局上下文特征的综合反映,由于卷积核感受野的尺寸限制,无法有效捕捉远距离情感特征间的依赖关系,同时网络中不同层次的情感特征间未能得到有效的融合利用,影响了图像情感分析的准确性。为解决上述问题,文中提出了层次图卷积网络模型,分别在空间和通道维度上构建空间上下文图卷积(SCGCN)模块和动态融合图卷积(DFGCN)模块,有效学习不同层次情感特征内部的全局上下文关联与不同层级特征间的关系依赖,能够有效提升情感分类的准确度。网络结构由4个层级预测分支和1个融合预测分支组成,层级预测分支利用SCGCN学习单层次特征的情感上下文表达,融合预测分支利用DFGCN自适应聚合不同语义层次的上下文情感特征,实现融合推理与分类。在4个情感数据集上进行实验,结果表明,所提方法在情感极性分类和细粒度情感分类上的效果均优于现有的图像情感分类模型。     

基于卦限卷积神经网络的3D点云分析

基于深度学习的三维点云数据分析技术得到了越来越广泛的关注, 然而点云数据的不规则性使得高效提取点云中的局部结构信息仍然是一大研究难点. 本文提出了一种能够作用于局部空间邻域的卦限卷积神经网络(Octant convolutional neural network, Octant-CNN), 它由卦限卷积模块和下采样模块组成. 针对输入点云, 卦限卷积模块在每个点的近邻空间中定位8个卦限内的最近邻点, 接着通过多层卷积操作将8卦限中的几何特征抽象成语义特征, 并将低层几何特征与高层语义特征进行有效融合, 从而实现了利用卷积操作高效提取三维邻域内的局部结构信息; 下采样模块对原始点集进行分组及特征聚合, 从而提高特征的感受野范围, 并且降低网络的计算复杂度. Octant-CNN通过对卦限卷积模块和下采样模块的分层组合, 实现了对三维点云进行由底层到抽象、从局部到全局的特征表示. 实验结果表明, Octant-CNN在对象分类、部件分割、语义分割和目标检测四个场景中均取得了较好的性能.     

基于多粒度特征融合的新型图卷积网络用于方面级情感分析

方面级情感分析是情感分析中的细粒度任务,旨在检测给定句子中方面词的情感极性。随着图卷积网络的兴起,通过依赖树构建的图卷积网络模型被广泛用于该任务,并取得了令人满意的效果。但大多数研究只获取图卷积网络最后一层输出作为分类层的输入,忽略了其他层的节点特征,且深层图卷积网络存在节点平滑问题。近年来,有研究者将图卷积网络的多层节点特征进行集成,提高了情感分类模型的性能。文中结合自适应特征融合与高速公路网络,提出了一种基于多粒度特征融合的高速公路图卷积网络模型,用于方面级情感分析。首先,该模型通过句法依赖结构和双向的上下文信息构建图卷积网络;同时,在图卷积网络引入高速公路网络缓解深层图卷积网络过平滑的问题,加深图卷积网络的深度。然后,使用自适应融合机制从不同深度图卷积网络获得多粒度节点信息。最后,在公共数据集上进行实验,实验结果表明,与基准模型相比,所提模型能更好地捕获更多粒度的句法信息和长距离依存关系。     

融合整体与局部信息的武夷岩茶叶片分类方法

针对武夷岩茶鲜茶叶叶片图像分类问题,提出一种融合整体与局部信息的分类方法。该方法使用两分支并行结构构建了一个整体与局部信息融合的卷积神经网络模型。实验表明,在9个品种共计7330张武夷岩茶鲜茶叶叶片图像数据集上,基于ResNet18构造的两分支并行卷积神经网络模型的分类准确率为96.68%,超过了其他CNN模型的分类准确率。这表明通过融合全局信息、边缘形状信息和纹理局部信息能有效提高分类准确率。     

基于双流骨架信息的人体动作识别方法

针对当前基于二维图像的人体动作识别算法鲁棒性差、识别率不高等问题,提出了一种融合卷积神经网络和图卷积神经网络的双流人体动作识别算法,从人体骨架信息提取动作的时间与空间特征进行人体动作识别。首先,构建人体骨架信息时空图,利用引入注意机制的图卷积网络提取骨架信息的时间和空间特征;其次,构建骨架信息运动图,将卷积神经网络网络提取到骨架运动信息的特征作为时空图卷积网络所提取特征的时间和空间特征的补充;最后,将双流网络进行融合,形成基于双流的、注意力机制的人体动作识别算法。算法增强了骨架信息的表征能力,有效提高了人体动作的识别精度,在NTU-RGB+D60数据集上取得了比较好的结果,Cross-Subject和Cross-View的识别率分别为86.5%和93.5%,相比其他同类算法有一定的提高。     

融合全局结构信息的拓扑优化图卷积网络

基于拓扑优化的图卷积网络(TOGCN)是一类图卷积神经网络(GCNN)模型,它通过网络中的辅助信息优化网络拓扑结构,有利于反映节点间的联系程度;然而TOGCN模型仅注重局部节点之间的关联关系,对网络潜在的全局结构信息关注不足.融合全局特征信息,有助于提高模型的性能和处理信息缺失时的鲁棒性.提出了融合全局结构信息的拓扑优...     

深度特征融合的非刚性三维形状局部匹配

针对海量、异构三维形状匹配与智能检索技术的需求,提出了一种基于级联卷积神经网络(F-PointCNN)深度特征融合的三维形状局部匹配方法.首先,采用特征袋模型,提出几何图像表示方法,该几何图像不仅能够有效区分同类异构的非刚性三维模型,而且能够揭示大尺度不完整三维模型的结构相似性.其次,构建级联卷积神经网络学习框架F-P...     

基于残差边卷积的3D点云分类算法

3D点云的不规则性与无序性使点云的分类仍具有挑战性.针对上述问题,文中设计基于残差边卷积的3D点云分类算法,可直接从点云学习到具有区分度的形状描述子,用于目标分类.首先,设计具有残差学习的边卷积模块,用于点云的特征提取.通过K近邻算法,该边卷积模块在输入点云上构建局部图,使用卷积及最大池化进行局部特征的提取与聚合.然后,通过多层感知器从原始点特征中提取全局特征,并以残差学习的方式与局部特征结合.最后,以该卷积块为基本单元,构建深度神经卷积网络,实现3D点云的分类.文中方法较全面地考虑点云局部特征与全局特征的有机结合,网络具有更深层次的结构,最终得到的形状描述子更抽象,具有更高的区分度.在具有挑战性的ModelNet40、ScanObjectNN数据集上的实验证实文中方法的分类性能较优.     

深度图注意力CNN的三维模型识别

针对现有基于深度学习的三维模型识别方法缺乏结合三维模型的上下文细粒度局部特征,可能造成几何形状极其相似,局部细节信息略有不同的类识别混淆的问题,提出一种基于深度图注意力卷积神经网络的三维模型识别方法。首先,通过引入邻域选择机制挖掘三维模型的细粒度局部特征。其次,通过空间上下文编码机制捕捉多尺度空间上下文信息,且与细粒度局部特征相互补偿以增强特征的完备性。最后,采用一种多头部机制,使图注意力卷积层聚合多个单头部的特征以增强特征的丰富性。此外,设计选择性丢弃算法,根据度量权重值对神经元重要性进行排序,智能地丢弃重要性较低的神经元来防止网络过拟合。算法在ModelNet40数据集上的三维模型识别准确率达到了92.6%,且网络复杂度较低,在三维模型识别准确率和网络复杂度之间达到最佳平衡,优于当前主流方法。     

基于动态图卷积的加权点云分类网络

传统的直接处理点云的PointNet类深度学习网络大多只考虑了点云的全局特征而忽视了点云局部特征,动态图卷积网络DGCNN通过构建[k]近邻图完成了对局部特征的弥补。然而现有的DGCNN使用简单的边缘特征作为局部特征的输入,没有对局部特征进行更深入的研究,且仅使用最大池化处理点云无序性问题,这造成了一定的信息损失。提出加权点云分类网络WDGCNN,使用特征拼接思想优化网络结构以实现多层次特征的融合、通过对[k]近邻图构成的边缘特征设计恰当的加权函数以弱化远点的干扰,相对加强近点的特征、采用最大池化和平均池化相结合的对称函数弥补单独使用最大池化造成的全局信息损失的新方法,实现了模型优化。实验结果表明,在通用点云分类数据集ModelNet40上,WDGCNN相比于DGCNN分类准确率由91.61%达到了93.22%,验证了新方法的有效性。     

基于改进全局—局部注意网络的室内场景识别方法

由于卷积神经网络(CNN)大多侧重于全局特征学习,忽略了包含更多细节的局部特征信息,使得室内场景识别的准确率难以提高。针对这一问题,提出了基于改进全局—局部注意网络(GLANet)的室内场景识别方法。首先,利用GLANet捕捉场景图像的全局特征和局部特征,增加图像特征中的细节信息;然后,在局部网络中引入non-local注意力模块,通过注意力图和特征图的卷积来进一步保留图像的细节特征,最后融合网络不同阶段的多种特征进行分类。通过在MIT Indoor67和SUN397数据集上的训练和验证,所提方法的识别准确率与LGN方法相比分别提高了1.98%和3.07%。实验结果表明,该算法能够有效捕获全局语义信息和精细的局部细节,显著提高了识别准确率。     

3D Shape Recognition Based on Multimodal \newline Relation Modeling

To make full use of the local spatial relation between point cloud and multi-view data to further improve the accuracy of three-dimensional (3D) shape recognition, a 3D shape recognition network based on multimodal relation is proposed. Firstly, a Multimodal Relation Module (MRM) is designed, which can extract the relation information between the local features of any point cloud and that of any multi-view to obtain the corresponding relation features. Then, a cascade pooling consisting of maximum pooling and generalized mean pooling is applied to process the relation feature tensor and obtain the global relation feature. There are two types of multimodal relation modules, which output the point-view relation feature and the view-point relation feature, respectively. The proposed gating module adopts a self-attentive mechanism to find the relation information within the features so that the aggregated global features can be weighted to suppress redundant information. Extensive experiments show that the multimodal relation module can make the network obtain stronger representational ability; the gating module can make the final global feature more discriminative and boost the performance of the retrieval task. The proposed network achieves classification accuracy of 93.8% and 95.0%, as well as average retrieval precision of 90.5% and 93.4% on two standard 3D shape recognition datasets (ModelNet40 and ModelNet10), respectively, which outperforms the existing works.     

面向形状特征的多维度多层级点云分析

目的 3维点云是编码几何信息的主要数据结构,与2维视觉数据不同的是,点云中隐藏了3维物体中重要的形状特征。为更好地从无序的点云中挖掘形状特征,本文提出一种能够端到端且鲁棒地处理点云数据的多维度多层级神经网络(multi-dimensional multi-layer neural network,MM-Net)。方法多维度特征修正与融合(multidimensional feature correction and fusion module,MDCF)模块从多个维度自适应地修正局部特征和逐点特征,并将其整合至高维空间以获得丰富的区域形状。另一方面,多层级特征衔接(multi-layer feature articulation module,MLFA)模块利用多个层级间的远程依赖关系,推理得到网络所需的全局形状。此外设计了两种分别应用于点云分类与分割任务的网络结构MM-Net-C(multi-dimensional multi-layer feature classification network)和MM-Net-S(multi-dimensional multi-layer fe...