融合极端学习机的判别性分析字典学习算法

研究表明,端学习机和判别性字典学习算法在图像分类领域极具有高效和准确的优势。然而,这两种方法也具有各自的缺点,极端学习机对噪声的鲁棒性较差,判别性字典学习算法在分类过程中耗时较长。为统一这种互补性以提高分类性能,文中提出了一种融合极端学习机的判别性分析字典学习模型。该模型利用迭代优化算法学习最优的判别性分析字典和极端学习机分类器。为验证所提算法的有效性,利用人脸数据集进行分类。实验结果表明,与目前较为流行的字典学习算法和极端学习机相比,所提算法在分类过程中具有更好的效果。     

鲁棒可预测判别字典学习人脸识别方法

提出一种可预测判别K-SVD网络模型(DKSVDN)并用于人脸识别问题。该模型构造了一种新颖的字典结构,包含类别标签字典和描述字典,以兼顾判别和重构性能。相应的稀疏编码向量由标签编码向量和描述编码向量组成。针对样本稀疏编码时间效率低的问题,利用预测神经网络与判别字典学习模型协同训练的方法来加速预测稀疏编码。此外,针对DKSVDN还特别引入一种拟梦境的训练方法用于提升模型在训练集多样性不足时的鲁棒性。通过在主流人脸数据集上的对比实验证明了该模型的优良性能。     

基于Fisher准则字典学习的压缩感知人脸识别算法

稀疏表示人脸识别算法在字典构造时易丢失大量分类信息且L1范数最小化计算量较大.针对此问题,提出一种基于Fisher准则字典学习和最小二乘法的压缩感知人脸识别算法.该算法首先由Fisher判别准则对训练样本训练得到字典;然后通过最小二乘法解L2范数最小化问题,得到人脸在该字典上的编码系数;最后结合各类别重构误差和编码系数对人脸分类.在公共人脸库上的测试结果表明,文中算法有较高的识别率,并有效提高识别速度.     

稀疏综合字典学习的小样本人脸识别

传统以字典学习为基础的小样本人脸识别方法存在字典低辨别性、弱鲁棒性等缺点,对此,本文提出稀疏综合字典学习模型。该模型有效利用和生成人脸变化,以镜像原理及Fisher准则扩充训练样本多样性,通过构造混合特色字典、扩充干扰字典以及低秩字典原子,提取不同类别数据之间的共性、特殊性和异常情况,从而提高算法识别率以及对表情变化、姿态变化、遮挡等异常情况的处理能力。在AR、YALEB、LFW等人脸数据库进行仿真实验,实验结果验证了算法的有效性和可行性。     

面向乳腺病理图像分类的非相干字典学习及稀疏表示算法

针对乳腺病理图像分类,提出一种非相干字典学习及其稀疏表示算法.首先针对不同类别的图像,基于在线字典学习算法分别学习各类特定的子字典;其次利用紧框架建立一种非相干字典学习模型,通过交替投影优化字典的相干性、秩与紧框架性,从而有效地约束字典的格拉姆矩阵与参考格拉姆矩阵的距离,获得判别性更强的非相干字典;最后采用子空间旋转方法优化非相干字典的稀疏表示性能.利用乳腺癌数据集BreaKHis进行实验的结果证明,该算法所学习的非相干字典能平衡字典的判别性与稀疏表示性能,在良性肿瘤与恶性肿瘤图像分类上获得了86.0%的分类精度;在良性肿瘤图像中的腺病与纤维腺瘤的分类上获得92.5%的分类精度.     

一种基于直推判别字典学习的零样本分类方法

零样本分类的目标是对训练阶段未出现过的类别的样本进行识别和分类,其主要思路是,借助类别语义信息,将可见类别的知识转移到未见类别中.提出了一种直推式的字典学习方法,包含以下两个步骤：首先,提出一个判别字典学习模型,对带标签的可见类别样本的视觉特征和类别语义特征建立映射关系模型;然后,针对可见类别和未见类别不同引起的域偏移问题,提出了一个基于直推学习的修正模型.通过在3个基准数据集（AwA,CUB和SUN）上的实验结果,证明了该方法的有效性和先进性.     

流形结构化半监督扩展字典学习的旋转设备故障诊断

针对有标签数据不足及传统故障诊断模型判别性差的问题,本文提出一种流形结构化半监督扩展字典学习(MS-SSEDL)的故障诊断方法.首先,为改善缺少有标签数据而导致模型的识别性能较差问题,在MS-SSEDL模型中提出无标签数据重构误差项,利用无标签数据学习置信度矩阵,从而学习得到扩展字典以增强字典学习的表示性.然后,为增强MS-SSEDL模型的判别性,通过保存数据的流形结构,学习数据中内在几何信息的稀疏表示,增强信号表示能力及字典判别性.最后,在数字图像、轴承故障及齿轮故障公共数据集的实验表明所提MS-SSEDL方法比其他先进方法的识别性能更优越.     

面向人脸识别的判别低秩字典学习算法

人脸识别是计算机视觉和模式识别领域的一个研究热点,有着十分广泛的应用前景.人脸识别任务在训练样本和测试样本同时包含噪声的情况下存在识别精度不高的问题,为此本文提出一个新的判别低秩字典学习和低秩稀疏表示算法（Discriminative Low-Rank Dictionary Learning for Low-Rank Sparse Representation,DLRD_LRSR）.本文方法在模型中约束每个子字典和稀疏表示低秩避免噪声干扰,并引入了判别重构误差项增强系数的判别性.为验证算法的有效性,本文在3个公开人脸数据集上进行了实验评估,结果表明与现有字典学习算法相比,本文算法能够更好的解决训练样本和测试样本同时存在噪声的人脸识别问题.     

基于余类零空间与最近距离的人脸识别算法

提出了一种新的人脸识别算法,即基于余类零空间与最近距离的人脸识别算法. 通过构建不同类别的人脸图像的余类零空间与子空间,可以将不同类别的人脸最大化地区别出来. 本算法的主要思想在于：测试图像与所属类别图像的子空间之间的距离最小,而与所属类别的图像的余类零空间距离最大. 本算法基于ORL数据集与AR数据集进行了测试. 从这些人脸数据集上的测试结果可以看出,本文提出的算法在PCA降维方法的基础上,比一些常见的算法所使用的判别方式更有效,如最近邻分类器（NN）所使用的最近距离判别方式、最近空间分类器（NS）所使用的最近空间距离判别方式、最近最远子空间分类器（NFS）所使用的最近最远空间距离判别方式等.     

基于局部区域稀疏编码的人脸检测

提出一种基于局部区域稀疏编码的人脸检测方法.首先提取人脸局部区域作为训练样本;然后学习得到一个具有较强判别性的字典,字典中的每个基与人脸各局部区域有明确的对应关系;接着,基于各检测窗口稀疏编码的响应判断人脸某一局部区域是否出现;最后,利用人脸局部区域的检测结果和位置约束进行投票,完成人脸定位.该方法的创新在于将稀疏编码和基于部件模型的思想相结合,实现人脸检测.在Caltech 和BioID 人脸数据库的实验结果表明:该方法适用于小样本问题,且在遮挡、复杂表情、人脸偏转等情况下具有较好的检测效果.     

结合层次分割和跨域字典学习的服装检索

目的 针对现有的跨场景服装检索框架在服装躯干部分检索问题上,因服装款式识别优化存在服装信息丢失和跨场景款式识别的问题,提出一种新的服装分割方法和基于跨域字典学习的服装款式识别。方法 首先,提出基于超像素融合和姿态估计相结合的方法分割出完整的服装,用完整的服装进行检索可以最大限度地保留服装信息。然后,在服装款式识别时,通过学习服装商品数据集与日常服装图像数据的中间数据集字典,使其逐渐适应日常服装图像数据的方式,调节字典的适应性,进而提高不同场景下的服装款式识别的准确性。另外,由于目前国际缺少细粒度标注的大型服装数据库,本文构建了2个细粒度标注的服装数据库。结果 在公认的Fashionista服装数据集及本文构建的数据库上验证本文方法并与目前国际上流行的方法进行对比,本文方法在上下装检索中精度达到62.1%和63.4%,本文方法在服装分割、款式识别,检索方面的准确度要优于当前前沿的方法。结论 针对现有的跨场景服装检索框架分割服装不准确的问题,提出一种新的层次服装过分割融合方法及域自适应跨域服装款式识别方法,保证了服装的完整性,提高了跨场景服装检索及款式识别的精度,适用于日常服装检索。     

基于核字典学习的图像分类

航拍图像往往具有场景复杂、数据维度大的特点,对于该类图像的自动分类一直是研究的热点。针对航拍原始数据特征维度过高和数据线性不可分的问题,在字典学习和稀疏表示的基础上提出了一种结合核字典学习和线性鉴别分析的目标识别方法。首先学习核字典并通过核字典获取目标样本的稀疏表示,挖掘数据的内部结构;其次采用线性鉴别分析,加强稀疏表示的可分性;最后利用支持向量机对目标进行分类。实验结果表明,与传统基于子空间特征提取的算法和基于字典学习的算法相比,基于核字典学习与鉴别分析的算法分类性能优越。     

基于Gabor特征和支持向量引导字典学习的人脸识别

稀疏编码中的字典学习在稀疏表示的图像识别中扮演着重要的作用。由于Gabor特征对表情、光照和姿态等变化具有一定的鲁棒性,提出一种基于Gabor特征和支持向量引导字典学习（GSVGDL）的稀疏表示人脸识别算法。先提取图像的Gabor特征,然后用增广Gabor特征矩阵来构造初始字典。字典学习模型中综合了重构误差项、判别项和正则化项,判别项公式化定义为所有编码向量对平方距离的加权总和;通过字典学习同时得到字典原子与类别标签相对应的结构化字典和线性分类器。该字典学习方法能够自适应地为不同的编码向量对分配不同的权值,提高了字典的判别性能。实验结果表明该方法具有很好的识别精度和较高的识别效率。     

结构化低秩字典学习的人脸识别

目的 现实中采集到的人脸图像通常受到光照、遮挡等环境因素的影响,使得同一类的人脸图像具有不同程度的差异性,不同类的人脸图像又具有不同程度的相似性,这极大地影响了人脸识别的准确性。为了解决上述问题对人脸识别造成的影响,在低秩矩阵恢复理论的基础上提出了具有识别力的结构化低秩字典学习的人脸识别算法。方法 该算法基于训练样本的标签信息将低秩正则化以及结构化稀疏同时引入到学习的具有识别力的字典上。在字典学习过程中,首先利用样本的重建误差约束样本与字典之间的关系;其次将Fisher准则应用到稀疏编码过程中,使其编码系数具有识别能力;由于训练样本中的噪声信息会影响字典的识别力,所以在低秩矩阵恢复理论的基础上将低秩正则化应用到字典学习过程中;接着,在字典学习过程中加入了结构化稀疏使其不丢失结构信息以保证对样本进行最优分类;最后再利用误差重构法对测试样本进行分类识别。结果 本文算法在AR以及ORL人脸数据库上分别进行了实验仿真。在AR人脸数据库中,为了分析样本不同维数对实验结果造成的影响,选取了第一时期拍摄的每人6幅图像,包括1幅围巾遮挡,2幅墨镜遮挡以及3幅脸部表情变化以及光照变化（未被遮挡）的图像作为训练样本,同时选取相同组合的样本图像作为测试样本,无论哪种方法,图像的维度越高识别率越高。对比SRC （sparse representation based on classification）算法与DKSVD （discriminative K-means singular value decomposition）算法的识别率可知,DKSVD算法通过字典学习减缓了训练样本中的不确定因素对识别结果的影响;对比DLRD_SR （discriminative low-rank dictionary learning for sparse representation）算法与FDDL （Fisher discriminative dictionary learning）算法的识别率可知,当图像有遮挡等噪声信息存在时,字典低秩化可以提高至少5.8%的识别率;对比本文算法与DLRD_SR算法可知,在字典学习的过程中加入Fisher准则后识别率显著提高,同时理想稀疏值能保证对样本进行最优的分类。当样本图像的维度达到500维时人脸图像在有围巾、墨镜遮挡的情况下识别率可达到85.2%;其中墨镜和围巾的遮挡程度分别可以看成是人脸图像的20%和40%,为了验证本文算法在不同脸部表情变化、光照改变以及遮挡情况下的有效性,根据训练样本的具体图像组合情况进行实验。无论哪种样本图像组合,本文算法在有遮挡存在的样本识别中具有显著优势。在训练样本只包含脸部表情变化、光照变化以及墨镜遮挡图像的情况下,本文算法的识别率高于其他算法至少2.7%,在训练样本只包含脸部表情变化、光照变化以及围巾遮挡图像的情况下,本文算法的识别率高于其他算法至少3.6%,在训练样本包含脸部表情变化、光照变化、围巾遮挡以及墨镜遮挡图像的情况下,其识别率高于其他算法至少1.9%。在ORL人脸数据库中,人脸图像在无遮挡的情况下识别率达到95.2%,稍低于FDDL算法的识别率;在随机块遮挡程度达到20%时,相比较于SRC算法、DKSVD算法、FDDL算法以及DLRD_SR算法,本文算法的识别率最高;当随机块遮挡程度达到50%时,以上算法的识别率均不高,但本文算法的其识别率仍然最高。结论 本文算法在人脸图像受到遮挡等因素的影响时具有一定的鲁棒性,实验结果表明该算法在人脸识别方面具有可行性。     

Face recognition based on dictionary learning and subspace learning

Dictionary learning plays an important role in sparse representation based face recognition. Many dictionary learning algorithms have been successfully applied to face recognition. However, for corrupted data because of noise or face variations (e.g. occlusion and large pose variation), their performances decline due to the disparity between domains. In this paper, we propose a face recognition algorithm based on dictionary learning and subspace learning (DLSL). In DLSL, a new subspace learning algorithm (SL) is proposed by using sparse constraint, low-rank technology and our label relaxation model to reduce the disparity between domains. Meanwhile, we propose a high-performance dictionary learning algorithm (HPDL) by constructing the embedding term, non-local self-similarity term, and time complexity drop term. In the obtained subspace, we use HPDL to classify these mapped test samples. DLSL is compared with other 28 algorithms on FRGC, LFW, CVL, Yale B and AR face databases. Experimental results show that DLSL achieves better performance than those 28 algorithms, including many state-of-the-art algorithms, such as recurrent regression neural network (RRNN), multimodal deep face recognition (MDFR) and projective low-rank representation (PLR).     

基于红外图像识别技术的道路与桥梁故障诊断

针对传统道路与桥梁故障诊断方法识别效率低、数据误差大等问题,提出了一种基于红外线图像识别的智能监控系统,并采用装有红外对射光栅的故障监控机进行监测,实现图像识别、数据管理和应用为一体化。该系统包含分层图像融合框架,采用逐层深度学习技术挖掘图像的细节信息,提取图像的关键信息进行词典学习。根据形态相似性,将源图像分为平滑、随机和主方向的面片。分别采用基于Max-L1和L2-范数的加权平均融合规则对三个图像块组的高频分量和低频分量进行融合。将融合后的低频分量和高频分量进行组合,得到最终的融合结果。对比实验验证了所提出的图像融合方案的实用性和可靠性,在相同的图像分割参数下,本模型计算得到的故障监测率为94.14%。     

面向运动想象脑电信号识别的多层判别字典对学习方法

面向运动想象的脑机接口（brain computer interface,BCI）能够利用自主想象的特定动作触发脑电信号直接实时控制外部电子设备。运动想象脑电信号（motor imagery electroencephalogram,MI-EEG）存在信噪比低、类内差异大、类间差异小等特点,导致MI-EEG的识别率较低且不稳定。针对这一问题,提出了多层判别字典对学习（multilayer discriminant dictionary pair learning,MDDPL）方法。与基于字典学习的MI-EEG识别方法不同,MDDPL将字典对学习融入多层学习模型,通过一系列非线性方法将数据投影到更具判别力的子空间。在综合字典和分析字典的共同作用下,前一层的编码向量作为当前层的输入,同时在每一层模型上构建基于分析字典的多分类项,以保证稀疏编码的分类误差最小化,增强模型的类别区分能力。另外,对最后一层的稀疏编码施加低秩约束,以保证同类编码的紧凑性和相似性。在目标式求解中,使用交替更新策略得到每个参数的解析解,使得参数同时得到最优解。在国际BCI竞赛数据集上的实验结果表明,MDDPL方法在所有对比算法中取得了最佳的分类性能。     

改进标签一致KSVD字典学习的人脸识别算法

针对噪声污染、光照变化等复杂环境下人脸图像识别问题,提出一种改进标签一致KSVD字典学习的人脸识别算法。该算法通过改变标签一致KSVD算法的字典更新方式,用主成分分析算法分解误差项,用最大特征值对应的特征向量修改字典原子。通过字典学习过程得到原子与类别标签对应的判别性字典。目标函数综合了重建误差、稀疏编码误差和分类误差。最后,在分类阶段利用学习到的字典和分类器参数对测试样本进行分类。在有光照变化的Extend Yale B人脸库、表情变化以及遮挡影响的AR人脸库上分别取得了99.01%和97.94%的平均识别率。同时,在有噪声存在的情况下,该算法具有较好的鲁棒性。     

基于块对角化表示的多视角字典对学习

字典学习作为一种高效的特征学习技术被广泛应用于多视角分类中.现有的多视角字典学习方法大多只利用多视角数据的部分信息,且只学习一种类型的字典.实际上,多视角数据的相关性信息和多样性信息同样重要,且仅考虑一种合成型字典或解析型字典的学习算法不能同时满足处理速度、可解释性以及应用范围的要求.针对上述问题,提出了一种基于块对角...