基于卷积神经网络的正则化方法

正则化方法是逆问题求解中经常使用的方法.准确的正则化模型在逆问题求解中具有重要作用.对于不同类型的图像和图像的不同区域,正则化方法的能量约束形式应当不同,但传统的L1,L2正则化方法均基于单一先验假设,对所有图像使用同一能量约束形式.针对传统正则化模型中单一先验假设的缺陷,提出了基于卷积神经网络的正则化方法,并将其应用于图像复原问题.该方法的创新之处在于将图像复原看作一个分类问题,利用卷积神经网络对图像子块的特征进行提取和分类,然后针对不同特征区域采用不同的先验形式进行正则化约束,使正则化方法不再局限于单一的先验假设.实验表明基于卷积神经网络的正则化方法的图像复原结果优于传统的单一先验假设模型.     

基于深度学习的图像超分辨率重建优化研究

文章以图像超分辨率重建为研究对象,围绕深度学习方法中的超分辨率卷积神经网络（Super ResolutionConvolutionalNetwork,SRCNN）展开研究,同时引入基于正则化的优化方法。文章首先对SRCNN的基本框架进行深入研究,其次提出一种正则化优化方法,最后采用DIV2K数据集验证优化方法在图像重建任务中的有效性。实验结果表明,采用正则化优化的SRCNN在保真度和结构相似性方面均取得了显著提升。     

正则化参数求解方法研究

针对BP神经网络算法训练过程中出现的过拟合问题,提出了利用一阶原点矩,二阶原点矩,方差和极大似然估计概念的推广来计算L2正则化中正则化参数λ值的方法。该方法通过对算法数据集[X,Y]中的X矩阵进行运算得到的四个λ值,BP神经网络算法训练时通常采用的是贝叶斯正则化方法,贝叶斯正则化方法存在着对先验分布和数据分布依赖等问题,而利用上述概念的推广计算的参数代入L2正则化的方法简便没有应用条件限制;在BP神经网络手写数字识别的实验中,将该方法与贝叶斯正则化方法应用到实验中后的算法识别结果进行比较,正确率提高了1.14-1.50个百分点;因而计算得到的λ值应用到L2正则化方法与贝叶斯正则化方法相比更能使得BP神经网络算法的泛化能力强,证明了该算法的有效性。     

基于稀疏正则化的卷积神经网络模型剪枝方法

现有卷积神经网络模型剪枝方法仅依靠自身参数信息难以准确评估参数重要性,容易造成参数误剪且影响网络模型整体性能。提出一种改进的卷积神经网络模型剪枝方法,通过对卷积神经网络模型进行稀疏正则化训练,得到参数较稀疏的深度卷积神经网络模型,并结合卷积层和BN层的稀疏性进行结构化剪枝去除冗余滤波器。在CIFAR-10、CIFAR-100和SVHN数据集上的实验结果表明,该方法能有效压缩网络模型规模并降低计算复杂度,尤其在SVHN数据集上,压缩后的VGG-16网络模型在参数量和浮点运算量分别减少97.3%和91.2%的情况下,图像分类准确率仅损失了0.57个百分点。     

基于生成对抗网络的红外图像数据增强

深度学习在视觉任务中的良好表现很大程度上依赖于海量的数据和计算力的提升,但是在很多实际项目中通常难以提供足够的数据来完成任务。针对某些情况下红外图像少且难以获得的问题,提出一种基于彩色图像生成红外图像的方法来获取更多的红外图像数据。首先,用现有的彩色图像和红外图像数据构建成对的数据集;然后,基于卷积神经网络、转置卷积神经网络构建生成对抗网络（GAN）模型的生成器和鉴别器;接着,基于成对的数据集来训练GAN模型,直到生成器和鉴别器之间达到纳什平衡状态;最后,用训练好的生成器将彩色图像从彩色域变换到红外域。基于定量评估标准对实验结果进行了评估,结果表明,所提方法可以生成高质量的红外图像,并且相较于在损失函数中不加正则化项,在损失函数中加入L1和L2正则化约束后,该方法的FID分数值平均分别降低了23.95和20.89。作为一种无监督的数据增强方法,该方法也可以被应用于其他缺少数据的目标识别、目标检测、数据不平衡等视觉任务中。     

基于Prewitt算子的卷积神经网络人脸识别方法

为了提高人脸识别算法的识别性能,提出了基于Prewitt算子的卷积神经网络人脸识别方法。首先通过直方图均衡化和Prewitt算子对人脸图像进行预处理;然后将其输入卷积神经网络进行训练,并采用指数衰减法来设置学习率加快收敛速度,使用L2正则化和Dropout来防止过拟合。该方法在ORL人脸数据库上的识别时间为0.2 s,识别率达到了98.1%。实验结果表明,利用Prewitt算子和改进的卷积神经网络能缩短识别时间,并且能提高识别率,具有一定优越性。     

医学影像疾病诊断的残差神经网络优化算法研究进展

残差神经网络（residual neural network,ResNet）及其优化是深度学习研究的热点之一,在医学图像领域应用广泛,在肿瘤、心脑血管和神经系统疾病等重大疾病的临床诊断、分期、转移、治疗决策和靶区勾画方面取得良好效果。本文对残差神经网络的学习优化进行了总结：阐述了残差神经网络学习算法优化,从激活函数、损失函数、参数优化算法、学习衰减率、归一化和正则化技术等6方面进行总结,其中激活函数的改进方法主要有Sigmoid、tanh、ReLU、PReLU（parameteric ReLU）、随机化ReLU（randomized leaky ReLU,RReLU）、ELU（exponential linear units）、Softplus函数、NoisySoftplus函数以及Maxout共9种;损失函数主要有交叉熵损失、均方损失、欧氏距离损失、对比损失、合页损失、Softmax-Loss、L-Softmax Loss、A-Softmax Loss、L2 Softmax Loss、Cosine Loss、Center Loss和焦点损失共12种;学习率衰减总结了8种,即分段常数衰减、多项式衰减、指数衰减、反时限衰减、自然指数衰减、余弦衰减、线性余弦衰减和噪声线性余弦衰减;归一化算法有批量归一化和提出批量重归一化算法;正则化方法主要有增加输入数据、数据增强、早停法、L1正则化、L2正则化、Dropout和Dropout Connect共7种。综述了残差网络模型在医学图像疾病诊断中的应用研究,梳理了残差神经网络在肺部肿瘤、皮肤疾病、乳腺癌、大脑疾病、糖尿病和血液病等6种疾病诊断中的应用研究;对深度学习在医学图像未来发展进行了总结和展望。     

基于无效卷积核权值回退的神经网络优化方法

在神经网络模型训练过程中,存在部分卷积核退化为无效卷积核,在神经网络推理过程失去作用的问题。针对该问题,提出了一种仅使用单个模型就能在训练过程中激活无效卷积核,提高模型性能的方法。首先将初始模型训练至收敛时刻;然后通过L1正则和卷积核相关性两种方式衡量卷积核的有效性;最后将无效卷积核的权值回退到模型训练的初期阶段并对模型进行重训练。在CIFAR-10、CIFAR-100等图像分类的数据集上的实验结果表明,无论是在残差网络还是在轻量级网络上,提出的方法都能有效地恢复无效卷积核,提高神经网络模型精度。相比之前的方法,该方法在低代价下达到了最佳效果,在图像分类任务上平均提高了0.93%的准确率。     

基于Im2col的并行深度卷积神经网络优化算法

针对大数据环境下并行深度卷积神经网络（DCNN）算法中存在数据冗余特征多、卷积层运算速度慢、损失函数收敛性差等问题,提出了一种基于Im2col方法的并行深度卷积神经网络优化算法IA-PDCNNOA。首先,提出基于Marr-Hildreth算子的并行特征提取策略MHO-PFES,提取数据中的目标特征作为卷积神经网络的输入,有效避免了数据冗余特征多的问题;其次,设计基于Im2col方法的并行模型训练策略IM-PMTS,通过设计马氏距离中心值去除冗余卷积核,并结合MapReduce和Im2col方法并行训练模型,提高了卷积层运算速度;最后提出改进的小批量梯度下降策略IM-BGDS,排除异常节点的训练数据对批梯度的影响,解决了损失函数收敛性差的问题。实验结果表明,IA-PDCNNOA算法在大数据环境下进行深度卷积神经网络计算具有较好的性能表现,适用于大规模数据集的并行化深度卷积神经网络模型训练。     

基于卷积神经网络参数优化的中文情感分析

卷积神经网络模型的训练需要设计者指定大量模型参数,但因模型对各类参数的敏感度不一,导致实验效果不佳。针对上述问题,研究中文文本情感分析,以词向量维度、词向量训练规模、滑动窗口大小和正则化方法等作为不同模型的影响因素,设计单层卷积神经网络,在不同影响因素下分别进行中文情感分类实验,并根据结果得出卷积神经网络在处理中文情感分析时对各类参数的敏感程度和具体的模型参数优化建议。     

SAR图像目标识别的卷积神经网模型

目的 合成孔径雷达图像目标识别可以有效提高合成孔径雷达数据的利用效率。针对合成孔径雷达图像目标识别滤波处理耗时长、识别精度不高的问题,本文提出一种卷积神经网络模型应用于合成孔径雷达图像目标识别。方法 首先,针对合成孔径雷达图像特点设计特征提取部分的网络结构;其次,代价函数中引入L2范数提高模型的抗噪性能和泛化性;再次,全连接层使用Dropout减小网络的运算量并提高泛化性;最后研究了滤波对于网络模型的收敛速度和准确率的影响。结果 实验使用美国运动和静止目标获取与识别数据库,10类目标识别的实验结果表明改进后的卷积神经网络整体识别率（包含变体）由93.76%提升至98.10%。通过设置4组对比实验说明网络结构的改进和优化的有效性。卷积神经网络噪声抑制实验验证了卷积神经网络的特征提取过程对于SAR图像相干斑噪声有抑制作用,可以省去耗时的滤波处理。结论 本文提出的卷积神经网络模型提高了网络的准确率、泛化性,无需耗时的滤波处理,是一种合成孔径雷达图像目标识别的有效方法。     

基于双池化特征加权结构CNN的图像分类

传统的池化方式会造成特征信息丢失,导致卷积神经网络中提取的特征信息不足。为了提高卷积神经网络在图像分类过程中的准确率,优化其学习性能,本文在传统池化方式的基础上提出一种双池化特征加权结构的池化算法,利用最大池化和平均池化2种方式保留更多的有价值的特征信息,并通过遗传算法对模型进行优化。通过训练不同池化方式的卷积神经网络,研究卷积神经网络在不同数据集上的分类准确率和收敛速度。实验在遥感图像数据集NWPU-RESISC45和彩色图像数据集Cifar-10上对采用几种池化方式的卷积神经网络分类结果进行对比验证,结果分析表明：双池化特征加权结构使得卷积神经网络的分类准确率有很大程度的提高,同时模型的收敛速度得到进一步提高。     

高分辨卫星图像卷积神经网络分类模型

目的 卫星图像往往目标、背景复杂而且带有噪声,因此使用人工选取的特征进行卫星图像的分类就变得十分困难。提出一种新的使用卷积神经网络进行卫星图像分类的方案。使用卷积神经网络可以提取卫星图像的高层特征,进而提高卫星图像分类的识别率。方法 首先,提出一个包含六类图像的新的卫星图像数据集来解决卷积神经网络的有标签训练样本不足的问题。其次,使用了一种直接训练卷积神经网络模型和3种预训练卷积神经网络模型来进行卫星图像分类。直接训练模型直接在文章提出的数据集上进行训练,预训练模型先在ILSVRC（the ImageNet large scale visual recognition challenge）-2012数据集上进行预训练,然后在提出的卫星图像数据集上进行微调训练。完成微调的模型用于卫星图像分类。结果 提出的微调预训练卷积神经网络深层模型具有最高的分类正确率。在提出的数据集上,深层卷积神经网络模型达到了99.50%的识别率。在数据集UC Merced Land Use上,深层卷积神经网络模型达到了96.44%的识别率。结论 本文提出的数据集具有一般性和代表性,使用的深层卷积神经网络模型具有很强的特征提取能力和分类能力,且是一种端到端的分类模型,不需要堆叠其他模型或分类器。在高分辨卫星图像的分类上,本文模型和对比模型相比取得了更有说服力的结果。     

面向深度卷积网络的多目标神经演化算法

传统的深度卷积神经网络设计方法依赖于人工设计以及反复试错,只能采用形式单一的网络结构,导致其参数过分冗余,乘法次数巨大.为了自动化地设计出结构灵活多变,网络规模及计算量较小的深度卷积神经网络,本文提出了一种面向深度卷积网络的多目标神经演化算法.该算法将深度神经网络表达成有向图,使用神经演化和多目标优化算法实现了深度、计算量和识别率下的多目标同时优化,同时还引入了线性规划用于将基因编码翻译为卷积层的配置参数,使得演化算法可以自动调整各个网络层的具体配置.演化得到的模型其最深路径上含有36个卷积层,CIFAR-100上Top5精度为86.1%,Top1精度为60.2%,与识别率相近的网络相比,具有结构新颖,乘法次数低等特点.综上,本文提出的方法能够自动生成一系列各具特色的深度神经网络,可根据在深度、计算量和识别率3个指标上的不同应用需求选择适合的深度神经网络,为深度神经网络部署于资源受限的无线传感器网络上提供了一种快速、经济、自动化的设计方法.     

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。     

Fine-tuning deep convolutional neural networks for distinguishing illustrations from photographs

Systems for aggregating illustrations require a function for automatically distinguishing illustrations from photographs as they crawl the network to collect images. A previous attempt to implement this functionality by designing basic features that were deemed useful for classification achieved an accuracy of only about 58%. On the other hand, deep neural networks had been successful in computer vision tasks, and convolutional neural networks (CNNs) had performed good at extracting such useful image features automatically. We evaluated alternative methods to implement this classification functionality with focus on deep neural networks. As the result of experiments, the method that fine-tuned deep convolutional neural network (DCNN) acquired 96.8% accuracy, outperforming the other models including the custom CNN models that were trained from scratch. We conclude that DCNN with fine-tuning is the best method for implementing a function for automatically distinguishing illustrations from photographs.     

基于改进卷积神经网络的电力通信网故障诊断研究

针对当前电力通讯网络故障诊断方法及时性差、准确率低和自我学习能力差等缺陷,提出基于改进卷积神经网络的电力通信网故障诊断方法,结合ReLU和Softplus两个激活函数的特点,对卷积神经网络原有激活函数进行改进,使其同时具备光滑性与稀疏性;采用ReLU函数作为作为卷积层与池化层的激活函数,改进激活函数作为全连接层激活函数的结构模型,基于小波神经网络模型对告警信息进行加权操作,得到不同告警类型和信息影响故障诊断和判定的权重,进一步提升故障诊断的准确率;最后通过仿真试验可以看出,改进卷积神经网络相较贝叶斯分类算法与卷积神经网络具有较高的准确率和稳定性,故障诊断准确率达到99.1%,准确率标准差0.915%,为今后电力通讯网智能化故障诊断研究提供一定的参考。     

基于时域卷积网络的多尺度双线性天气预测模型

针对时域卷积网络(TCN)提取能力受卷积层感受野限制,难以对天气数据中的季节 性信息和长时信息进行有效提取与分析的问题,提出了一个新的基于 TCN 的多尺度双线性天气 预测模型。该模型由 TCN 层和双线性汇合层 2 部分组成,时域卷积层包含双路 TCN,每个 TCN 利用历史观测数据独立提取特征,除卷积核尺度之外,其他网络参数均保持一致。多尺度的 网络组合可以更深入挖掘数据中潜在关联信息;时域卷积层的输出作为双线性汇合层的输入 进行双线性融合,规范化后得到最终输出,即对未来天气的预测值,进一步提升模型的特征 表示能力。在公开的天气预测数据集上与 5 个基准方法进行对比,实验结果表明所提方法的预 测结果准确率更高;此外,对比 TCN,多尺度双线性天气预测模型面对长时数据信息时表现更 加稳定。     

轻量化高精度卷积神经网络的安全帽识别方法

由于施工环境的复杂性,基于机器视觉的安全帽识别方法常常出现误检与漏检的情况。为提高复杂环境下安全帽识别的准确率,同时满足实时性要求,提出一种基于视觉感受野特性的轻量化高精度卷积神经网络。该卷积神经网络以RFBnet网络为基础,增加特征金字塔网络模块,使神经网络同时兼顾浅层语义信息和深层语义信息的表示能力,以实现复杂施工环境下不同形态与大小安全帽的识别。采用SE-Ghost模块在保持网络特征提取能力不变的情况下,对主干网络结构进行轻量化。为验证方法的性能,将基于感受野特性的轻量化卷积神经网络和当前主要卷积神经网络进行实验对比,结果表明,所提网络模型的检测准确率较YOLO-v3、RFBnet-300和RFBnet-512网络分别提高了1.60个百分点、3.62个百分点和0.98个百分点,检测速度达到20?frame/s。     

全卷积神经网络图像语义分割方法综述

图像语义分割是计算机视觉领域的热点研究课题,随着全卷积神经网络的迅速兴起,图像语义分割和全卷积神经网络的融合发展取得了非常卓越的成绩.通过对近年来高质量文献的收集,重点对全卷积神经网络图像语义分割方法进行总结.将收集的文献,按照应用场景的不同,划分为经典语义分割、实时性语义分割和RGBD语义分割,对具有代表性的分割方法...