融合深度特征和语义邻域的自动图像标注*

传统图像标注方法中人工选取特征费时费力,传统标签传播算法忽视语义近邻,导致视觉相似而语义不相似,影响标注效果.针对上述问题,文中提出融合深度特征和语义邻域的自动图像标注方法.首先构建基于深度卷积神经网络的统一、自适应深度特征提取框架,然后对训练集划分语义组并建立待标注图像的邻域图像集,最后根据视觉距离计算邻域图像各标签的贡献值并排序得到标注关键词.在基准数据集上实验表明,相比传统人工综合特征,文中提出的深度特征维数更低,效果更好.文中方法改善传统视觉近邻标注方法中的视觉相似而语义不相似的问题,有效提升准确率和准确预测的标签总数.     

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。     

基于深度学习中间层卷积特征的图像标注

针对基于深度特征的图像标注模型训练复杂、时空开销大的不足,提出一种由深 度学习中间层特征表示图像视觉特征、由正例样本均值向量表示语义概念的图像标注方法。首 先,通过预训练深度学习模型的中间层直接输出卷积结果作为低层视觉特征,并采用稀疏编码 方式表示图像;然后,采用正例均值向量法为每个文本词汇构造视觉特征向量,从而构造出文 本词汇的视觉特征向量库;最后,计算测试图像与所有文本词汇的视觉特征向量相似度,并取 相似度最大的若干词汇作为标注词。多个数据集上的实验证明了所提出方法的有效性,就 F1 值而言,该方法在 IAPR TC-12 数据集上的标注性能比采用端到端深度特征的 2PKNN 和 JEC 分 别提高 32%和 60%。     

基于多特征融合与CELM的场景分类算法

场景分类对于场景图像的语义解译至关重要,是遥感领域近期的主要研究课题之一。针对大部分图像分类方法中提取的特征结构单一,依赖于大量人工标记的数据以及分类器的训练过程缓慢等问题,提出了一种基于多特征融合与约束极限学习机（constrained extreme learning machines,CELM）的场景图像分类方法。该方法采用三种不同结构的预训练卷积神经网络,利用特定数据集对其进行微调,将微调后网络提取到的三种特征进行融合并送入CELM分类器进行分类,最终得到图像的类别标签。以SIRI-WHU、WHU-RS19与UC-Merced数据集作为实验数据集,在预训练卷积神经网络、单一特征和传统分类器上进行的对比实验表明,基于多特征融合与CELM相结合的方法产生了较好的分类效果,三种数据集上的总分类精度分别高达99.25%、98.26%与97.70%。     

基于域自适应的云南重彩画无监督情感识别

计算机视觉中,深度学习之所以取得如此巨大的突破,均得益于可获得的大规模标记数据集,而在图像情感分析中,由于情感语义的模糊性,导致图像情感标注困难,公开可获得图像情感数据集较少,其规模也小,制约了基于深度学习的图像情感分析性能。情感语义具有其特有的有序性和极性分组特征,而已有的图像情感分析方法中很少关注到情感语义的这些本质特征。基于域自适方法,考虑情感语义的本质特征,提出一种基于推土机距离的情感语义对齐方式,将带标记的情感数据集的训练模型更好地迁移到无标记的情感数据集上,实现无监督的图像情感分析,解决情感数据集标注困难的问题。该方法应用于创建的云南重彩画数据集,实验结果表明,其能有效地对齐源域和目标域数据,实现无监督的情感数据集自动标注,有利于扩充图像情感数据集规模。     

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。     

基于自发表情数据集预训练的多任务深度网络表情识别方法

为了更好地将现有深度卷积神经网络应用于表情识别,提出将构建自然表情图像集预训练和多任务深度学习相结合的方法。首先,利用社交网络图像构建一个自发面部表情数据集,对现有深度卷积神经网络进行预训练;然后,以双层树分类器替换输出层的平面softmax分类器,构建深度多任务人脸表情识别模型。实验结果表明,本文提出的方法有效提高了人脸表情识别准确率。     

联合Fisher核编码和卷积神经网络的影像场景分类

针对高分辨率遥感影像场景分类中使用中、低层特征不能有效表达高分影像的语义信息,造成分类精度不高的问题,提出了一种联合Fisher核编码和卷积神经网络的高分影像场景分类方法。首先利用Fisher核编码框架提取影像的中层语义特征,然后利用深度卷积神经网络提取影像高层语义特征,最后融合中、高层特征利用支持向量机进行分类。实验采用迁移学习方法来克服深度卷积神经网络对训练数据量的需求。实验数据采用UC-Merced 21类和WHURS 19类2个高分影像数据集。实验结果表明,中、高层融合特征包含更丰富的场景信息,增加了目标的可区分性,相比已有方法,该方法能够有效提高分类精度;迁移学习方法能够克服深度卷积神经网络对训练数据量的依赖性。     

融合多特征的深度学习标注方法

缩小图像低层视觉特征与高层语义之间的鸿沟,以提高图像语义自动标注的精度,是研究大规模图像数据管理的关键。提出一种融合多特征的深度学习图像自动标注方法,将图像视觉特征以不同权重组合成词包,根据输入输出变量优化深度信念网络,完成大规模图像数据语义自动标注。在通用Corel图像数据集上的实验表明,融合多特征的深度学习图像自动标注方法,考虑图像不同特征的影响,提高了图像自动标注的精度。     

混合生成式和判别式模型的图像自动标注

目的 由于图像检索中存在着低层特征和高层语义之间的“语义鸿沟”,图像自动标注成为当前的关键性问题.为缩减语义鸿沟,提出了一种混合生成式和判别式模型的图像自动标注方法.方法 在生成式学习阶段,采用连续的概率潜在语义分析模型对图像进行建模,可得到相应的模型参数和每幅图像的主题分布.将这个主题分布作为每幅图像的中间表示向量,那么图像自动标注的问题就转化为一个基于多标记学习的分类问题.在判别式学习阶段,使用构造集群分类器链的方法对图像的中间表示向量进行学习,在建立分类器链的同时也集成了标注关键词之间的上下文信息,因而能够取得更高的标注精度和更好的检索效果.结果 在两个基准数据集上进行的实验表明,本文方法在Corel5k数据集上的平均精度、平均召回率分别达到0.28和0.32,在IAPR-TC12数据集上则达到0.29和0.18,其性能优于大多数当前先进的图像自动标注方法.此外,从精度—召回率曲线上看,本文方法也优于几种典型的具有代表性的标注方法.结论 提出了一种基于混合学习策略的图像自动标注方法,集成了生成式模型和判别式模型各自的优点,并在图像语义检索的任务中表现出良好的有效性和鲁棒性.本文方法和技术不仅能应用于图像检索和识别的领域,经过适当的改进之后也能在跨媒体检索和数据挖掘领域发挥重要作用.     

融合深度图像的卷积神经网络语义分割方法

该文提出了一种基于深度学习框架的图像语义分割方法,通过使用由相对深度点对标注训练的网络模型,实现了基于彩色图像的深度图像预测,并将其与原彩色图像共同输入到包含带孔卷积的全卷积神经网络中。考虑到彩色图像与深度图像作为物体不同的属性表征,在特征图上用合并连接操 作而非传统的相加操作对其进行融合,为后续卷积层提供特征图输入时保持了两种表征的差异。在两个数据集上的实验结果表明,该法可以有效提升语义分割的性能。     

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。     

集成视觉特征和语义信息的相关反馈方法

为了有效地利用图像检索系统的语义分类信息和视觉特征,提出一种基于Bayes的集成视觉特征和语义信息的相关反馈检索方法.首先,将图像库的数据经语义监督的视觉特征聚类算法划分为小的聚类,每个聚类内数据的视觉特征相似并且语义类别相同;然后以聚类为单位标注正负反馈的实例,这显著区别于以单个图像为单位的相关反馈过程;最后分别以基于视觉特征的Bayes分类器和基于语义的Bayes分类器修正相似距离.在图像库上的实验表明,只用较少的反馈次数就可以达到较高的检索准确率.     

基于编码器-解码器的半监督图像语义分割

基于深度卷积神经网络的图像语义分割方法需要大量像素级标注的训练数据,但标注的过程费时又费力.本文基于生成对抗网络提出一种编码-解码结构的半监督图像语义分割方法,其中编码器-解码器模块作为生成器,整个网络通过耦合标准多分类交叉熵损失和对抗损失进行训练.为充分利用浅层网络包含的丰富的语义信息,本文将编码器中不同尺度的特征输入到分类器,并将得到的不同粒度的分类结果融合,进而优化目标边界.此外,鉴别器通过发现无标签数据分割结果中的可信区域,以此提供额外的监督信号,来实现半监督学习.在PASCAL VOC 2012和Cityscapes上的实验表明,本文提出的方法优于现有的半监督图像语义分割方法.     

基于多分类器协同学习的卷积神经网络训练算法

卷积神经网络(CNN)是一类重要的深度神经网络,然而其训练过程需要大量的已标记样本,从而限制了其实际应用。针对这一问题,分析了CNN分类器的协同学习过程,给出了基于迭代进化的分类器协同训练算法CAMC。该算法结合了CNN和多分类器协同训练的优势,首先采用不同的卷积核提取出多种样本特征以产生不同的CNN分类器;然后利用少量的已标记样本和大量的未标记样本对多个分类器进行协同训练,以持续提高分类性能。在人脸表情标准数据集上的实验结果表明,相对于传统的表情特征识别法LBP和Gabor,CAMC能够在分类过程中利用未标记样本持续实现性能提升,从而具有更高的分类准确率。     

一种基于前向无监督卷积神经网络的人脸表示学习方法

当前基于深度卷积神经网络的人脸表示学习方法需要利用海量的有标注的人脸数据。在实际应用中,精确标注人脸的身份非常困难。因此,提出了一种基于前向无监督卷积神经网络的人脸表示学习方法。其中,基于K-means聚类获取训练样本虚拟标签,再利用线性判别分析进行卷积核学习。提出的网络结构简单有效,训练阶段不需要反向传递,训练速度显著优于有监督的深度卷积神经网络。实验结果表明,提出的方法在真实条件下的人脸数据集LFW和经典的Feret数据集上取得了优于当前主流的无监督特征学习方法和局部特征描述子的性能。     

基于决策树C4.5集成算法的图像自动标注

集成学习逐渐成为机器学习的研究热点。针对决策树C4.5集成算法中基分类器多样性差的问题,提出了修正矩阵Correction Matrix –C4.5(CMC4.5)集成学习算法,并将其应用于图像自动标注。算法首先对特征子集进行多样性处理,然后通过构造修正矩阵依次得到基分类器C4.5全新训练数据集,实现训练数据集之间的多样性和属性特征完整性,完成集成算法。对比实验表明,CMC4.5集成学习方法大大提高了分类准确率。将CMC4.5集成学习与图像标注相结合,实现了基于CMC4.5的图像自动标注。     

基于改进稀疏栈式编码的车型识别

为了提高稀疏栈式编码对车型识别确率,提出了一种基于改进稀疏栈式编码的车型识别方法。使用逐层无监督方法来训练网络结构,并从大量的无标记的数据集中学习得到特征字典,在稀疏栈式编码的基础上引入卷积和池化模块,把学习得到的特征字典作为卷积核,通过对含有车辆的图像进行卷积和池化操作获得图像的特征图;最后通过使用softmax分类器在少量标签数据集上进行有监督的微调。在BIT-Vehicle数据集上的实验结果表明,改进后的算法优于传统稀疏栈式编码算法,在标注较少的数据集中,识别的准确率优于神经网络算法。     

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。     

基于迁移学习与多标签平滑策略的图像自动标注

针对图像标注数据集标签分布不平衡问题,提出了基于标签平滑策略的多标签平滑单元（MLSU）。MLSU在网络模型训练过程中自动平滑数据集中的高频标签,使网络适当提升了低频标签的输出值,从而提升了低频标注词的标注性能。为解决图像标注数据集样本数量不足造成网络过拟合的问题,提出了基于迁移学习的卷积神经网络（CNN）模型。首先利用互联网上的大型公共图像数据集对深度网络进行预训练,然后利用目标数据集对网络参数进行微调,构建了一个多标签平滑卷积神经网络模型（CNN-MLSU）。分别在Corel5K和IAPR TC-12图像标注数据集上进行实验,在Corel5K数据集上,CNN-MLSU较卷积神经网络回归方法（CNN-R）的平均准确率与平均召回率分别提升了5个百分点和8个百分点;在IAPR TC-12数据集上,CNN-MLSU较两场K最邻近模型（2PKNN_ML）的平均召回率提升了6个百分点。实验结果表明,基于迁移学习的CNN-MLSU方法能有效地预防网络过拟合,同时提升了低频词的标注效果。