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。     

基于卷积神经网络的色情图像检测

针对通常使用的色情图像检测方法中难以获取准确的色情图像特征的问题,提出一种以数据为导向基于深度卷积神经网络来获取图像特征的色情图像检测方法。对含色情内容和不含色情内容的图片数据集进行数据增强处理,接着使用Inception模块设计及建立卷积神经网络模型;使用批量随机梯度下降算法训练卷积神经网络获取色情图像特征;使用训练好的模型识别一张图像是否是色情图像。测试集检测正确率达到了99.06%,对比实验表明所设计的网络模型因其参数更少比其他模型更不易过拟合并比其他方法实现了更高的准确率。     

基于深度卷积自编码神经网络的手写数字识别研究

针对提高不同笔体下的手写识别准确率进行了研究,将深度卷积神经网络与自动编码器相结合,设计卷积自编码器网络层数,形成深度卷积自编码神经网络。首先采用双线性插值方法分别对MNIST数据集与一万幅自制中国大学生手写数字图片进行图像预处理,然后先使用单一MNIST数据集对深度卷积自编码神经网络进行训练与测试;最后使用MNIST与自制数据集中5 000幅混合,再次训练该网络,对另外5 000幅进行测试。实验数据表明,所提深度卷积自编码神经网络在MNIST测试集正确率达到99.37%,有效提高了准确率;且5 000幅自制数据集模型测试正确率达99.33%,表明该算法实用性较强,在不同笔体数字上得到了较高的识别准确率,模型准确有效。     

轻量级目标识别深度神经网络及其应用

针对当前一些主流的深度神经网络模型旨在追求准确率的提升,而忽略了模型的实时性及模型大小问题,提出了一种轻量级目标识别深度神经网络。基于深度分离卷积、分组卷积等轻量化的高效卷积方式,设计了用于图像特征提取的不变分辨率卷积模块和下采样模块,并依此构建了深度主干网络,并对网络进行了减枝。在创建的数据集上对视觉感知的目标识别模型进行了实验验证,获得了72.7%的mAP,在NVIDIA 1080Ti GPU上推理速度达到66.7 帧/s。     

以双目图像互为监督的相容解迭代优选算法

在计算机视觉领域的双目立体匹配方向, 基于神经网络的深度学习算法需要场景数据集进行训练, 泛化能力差. 针对这两个问题, 根据神经网络能够模拟函数的特点, 提出一种无需在数据集上训练, 以双目图像互为监督的深度场景相容解迭代优选算法. 该算法使用场景位置猜测网络模拟关于当前双目图像的深度场景相容位置空间, 用与该网络匹配的互监督损失函数通过梯度下降法指导该网络在输入双目图像上迭代学习, 搜索深度场景相容位置空间中的可行解, 整个算法过程无需在数据集上训练. 与CREStereo、PCW-Net、CFNet等算法在Middlebury标准数据集图像上的对比实验表明, 该算法在非遮挡区域的平均误匹配率为2.52%, 在所有区域的平均误匹配率为7.26%, 比对比实验中的其他算法有更低的平均误匹配率.     

基于动态特征蒸馏的水工隧洞缺陷识别方法

针对水工隧洞缺陷识别任务中现有深度卷积神经网络（DCNN）对缺陷图像特征提取能力不足、识别种类少、推理耗时长的问题,提出一种基于动态特征蒸馏的缺陷自主识别方法。首先,通过深度曲线估计网络对图像进行优化,从而改善低照度环境下的图像质量;其次,构建加入注意力机制的动态卷积模块取代传统静态卷积,并且把得到的动态特征用于训练教师网络以获得更好的模型特征提取能力;最后,在知识蒸馏框架中融合鉴别器结构,以构造一种动态特征蒸馏损失,并通过鉴别器将动态特征知识从教师网络传递到学生网络,从而在大幅减少模型推理时间的同时实现六类缺陷的高精度识别。在四川某水电站水工隧洞缺陷数据集上对该方法和原有残差网络进行对比实验,结果表明该方法可达到96.15%的识别准确率,其模型参数量和推理时间分别降低到原来的1/2和1/6。通过实验结果可知,将缺陷图像的动态特征蒸馏信息融合到识别网络中能够提高水工隧洞缺陷的识别效率。     

基于Faster R-CNN的输电线路缺陷识别模型研究

随着多旋翼无人机引入输电线路巡检作业后,对巡线人员通过图像判断线路上设备是否有缺陷提出了新的挑战。为了帮助巡线人员做出准确决策,提高发现缺陷的能力,基于深度卷积神经网络,搭建了适用于无人机图像识别的输电线路缺陷识别网络模型。首先详细描述了输电线路缺陷识别图像数据库的建立过程,然后通过分析对比三个预训练前端网络的性能及多个参数对网络模型识别准确率的影响,得到基于Faster R-CNN的输电线路缺陷最优识别网络模型。经过测试集验证,提出的缺陷识别网络模型的识别准确率达到了90%以上,单张图片耗时达到了毫秒级,在识别准确率和耗时上均明显优于其他识别网络模型,为实际巡线工作中的输电线路缺陷判别提供智能有效的决策依据,是机器学习在智能电网中应用的有益探索。     

基于深度学习的涂层织物折皱识别与检测

涂层织物在生产制造和使用中易产生折皱损伤,人工折皱检测效率较低,传统图像处理方法的检测精度无法满足要求。提出一种基于深度卷积神经网络的涂层织物折皱识别和检测方法。通过标准揉搓试验建立数据集,网络编码和解码器分别采用多尺度特征融合结构和优化上采样模块,使用形态学方法进行折皱几何信息的实时统计。当前检测方法准确率达到95.78%,比传统语义分割技术及其他深度学习模型有很大的提升。     

基于堆叠降噪自编码器的神经–符号模型及在晶圆表面缺陷识别

深度神经网络是具有复杂结构和多个非线性处理单元的模型, 通过模块化的方式分层从数据提取代表性特征, 已经在晶圆缺陷识别领域得到了较为广泛的应用. 但是, 深度神经网络在应用过程中本身存在“黑箱”和过度依赖数据的问题, 显著地影响深度神经网络在晶圆缺陷识别的工业可应用性. 提出一种基于堆叠降噪自编码器的神经–符号模型. 首先, 根据堆叠降噪自编码器的网络特点采用了一套符号规则系统, 规则形式和组成结构使其可与深度神经网络有效融合. 其次, 根据 网络和符号规则之间的关联性提出完整的知识抽取与插入算法, 实现了深度网络和规则之间的知识转换. 在实际工业晶圆表面图像数据集WM-811K上的试验结果表明, 基于堆叠降噪自编码器的神经–符号模型不仅取得了较好的缺陷探测与识别性能, 而且可有效提取规则并通过规则有效描述深度神经网络内部计算逻辑, 综合性能优于目前经典的深度神经网络.     

基于卷积神经网络的交通标志识别算法

交通标志识别是智能驾驶的关键技术,要满足识别准确率高和识别速度快的要求。为了提升交通标志的识别准确率和识别速度,提出基于卷积神经网络的交通标志识别算法,设计了一种准确率高、速度快的识别模型用于交通标志识别。该模型使用了改进的Inception模块以及多尺度特征融合方式增强网络的特征提取能力,采用批量归一化来加速网络的训练,采用全局平均池化减小模型的参数量。在GTSRB数据集上进行训练测试,识别模型的准确率达到99.6%,识别每张图片的时间为0.22ms,实验结果表明识别模型的识别准确率高,识别速度快。通过自对比实验,验证了识别模型的结构优势。与其他交通标志识别方法在GTSRB数据集上进行对比实验,识别模型的识别性能优于其他识别方法。     

一种脆弱线路缺陷的图像智能检测算法设计

配电线路稳定运行可以有效提升电力系统有序性,脆弱线路缺陷是引起配电网连锁故障停电的主要原因。以人工为主的识别方法存在明显缺陷,在无人机的辅助下,设计了一种脆弱线路缺陷图像自动检测方法。通过构建脆弱线路数据集,以输电线路的脆弱性综合指标为依据,辨识配电网脆弱线路。建立配电网脆弱线路缺陷特征分类标准,利用图像增强技术提升脆弱线路缺陷图像成像效果。采用对比度受限自适应直方图均衡方法均衡脆弱线路缺陷图像的色彩和反差,结合小波变换对均衡后的脆弱线路缺陷图像进行降噪处理。运用卷积神经网络将降噪后的脆弱线路缺陷图像输入至卷积层完成脆弱线路缺陷自动检测。通过实验测试发现：提出方法的召回率最高为89.32%,精确率最高为98.20%,错检率最低为0.98%,能够最小范围识别脆弱线路缺陷,充分证实了提出算法检测效率较高。     

民机运行大数据分析平台整体架构研究

针对日益增长的民用航空巨量数据,借助大数据存储和分析技术,构建民用航空运行大数据分析平台,可更有效支撑快速响应、航材管理、健康管理等各项民机运行业务。结合目前国内外民用航空领域大数据技术的应用现状,梳理民机运行的业务模式及数据类别,设计并构建民用航空大数据分析平台的整体架构。根据目前民用航空运行业务需求,对民用航空大数据平台的硬件平台的管理节点、数据节点的计算能力等功能性能进行设计,并对民用航空大数据平台的轻量级计算、离线数据计算、实时在线数据处理分析等计算需求进行研究,针对不同的计算方式,提供具体解决途径。最后对民机运行大数据分析平台的业务应用集成及接口技术进行研究。分析表明研究成果有助于提高我国民机运行效率,为民用飞机运行大数据平台提供支撑。     

融合STN和DenseNet的深度学习网络及其应用

图像识别是计算机视觉的重要分支之一，具有重要的理论和实践意义。近年来，以深度卷积神经网络为代表的图像分类方法被成功地应用到各个领域。针对神经网络对输入数据敏感、训练时间长等问题，结合空间映射网络（Spatial Transform Network，STN）和密集神经网络（Dense Neural Network，DenseNet）两者的特性，提出一种新型网络结构ST-DenseNet。该网络能够对输入图片作不变性归一化处理，解决数据敏感问题的同时提高图像识别效果。在树种叶片公开数据集Leafsnap上实现了90.43%的识别准确率、87.75%的召回率和89.07%的F-Measure的实验结果，模型ST-DenseNet明显优于其他网络模型。     

Automatic defect detection of texture surface with an efficient texture removal network

Automated defect inspection of texture surface is still a challenging task in the industrial automation field due to the tremendous changes in the appearance of various surface textures. We present a simple but powerful image transformation network to remove textures and highlight defects at full resolution. The simple full convolution network consists only of 3 × 3 regular convolution and several dilated convolution blocks, which makes it compact and able to capture multi-scale features effectively. To further improve the ability of the network to suppress texture and highlight defects, a polynomial loss function combining perceptual loss, structural similarity loss and image gradient loss is proposed. In addition, a semi-automatic annotation method mainly composed of wavelet transform and relative total variation is designed to generate a data set of image pairs containing the original texture image and the desired texture removal image. We conducted experiments on a milled metal surface defect dataset and an open data set containing various textured backgrounds to evaluate the performance of our method. Compared with other convolutional neural network approaches, the results demonstrate the superiority of the proposed method. The method has been applied to the surface defect online detection system of an aluminum ingot milling production line, which effectively improves the surface inspection efficiency and product quality.     

基于深度自编码器网络的压盖缺陷检测

口服液压盖过程,会出现压盖不良等情况,瓶盖可能会出现划痕、刮花、表面卷曲、压盖破损等缺陷,为保证食品药品安全必须在出厂前进行检测.在基于深度学习的口服液瓶压盖缺陷检测的研究过程中,使用传统卷积神经网络对口服液压盖缺陷数据集进行训练,需要进行人工标注,效率较低.为有效解决上述问题,设计出一种无监督学习的深度卷积去噪自编码...     

Aeronautical communication transition from analog to digital data: A network security survey

The objective of this paper is to present a comprehensive survey of security challenges in aeronautical data communication networks. The civil aviation industry is currently going through an evolution of the air traffic management system. The aviation communication technologies are progressively shifting towards the use of digital data instead of analog voice for traffic control, airline business, and passenger onboard entertainment systems. This paper illustrates the cause-to-effect chain link starting from the modernization of the aeronautical communication systems and leading to the network security concern in the civil aviation. The general threats to air–ground communication are depicted and then categorized. The paper gives an overview of the civil aviation industry efforts for securing the future aeronautical data communications. The security mechanisms and protocols proposed for this purpose are discussed. Open research issues and challenges that have to be addressed in the security of current and future aeronautical data communication networks are presented in detail. The paper concludes with some improvement directions which can help to address those security issues. This survey can be used as a reference guide to first understand the factors that urge both the research community and the aviation industry to be concerned about network security in future aeronautical data communications. Also, it can be used as a first reading to have a global overview of network security issues, challenges and potential solutions in air–ground communication networks.     

基于PCA优化的神经网络飞机燃油消耗预测方法

针对传统方法存在的不足,提出了基于主成分分析法优化的Elman神经网络飞机燃油消耗预测方法。利用主成分分析法降低神经网络输入维数。构建主成分分析与Elman神经网络模型,进行基于飞参数据的实例分析,并将几种神经网络的预测效果进行了对比;提出了基于K-S检验法预测结果冗余修正法并进行了修正。误差指标和预测图像表明与主成分分析结合后Elman神经网络对飞机燃油消耗的预测性能优于其他传统神经网络,且K S检验法能够有效实现对预测结果的修正。     

联合结构相似性与类信息的图像分类

针对卷积神经网络训练收敛速度慢的问题，提出了一种加权的联合结构相似性和类信息监督训练的方法。首先，针对小图像，设计一个能有效提取图像高级别信息的卷积神经网络。其次，建立加权的联合结构相似性和类信息损失函数训练卷积神经网络。最后，通过mnist手写数字和cifar10图像分类实验验证所设计网络的有效性。实验结果表明，所设计的网络在mnist手写数字和cifar10数据集上的图像分类错误率分别为0.33%和11%。在未进行扩增mnist数据集的前提下，所设计的网络的性能超过了该数据集上所有单网络的性能；在cifar10数据集上，所设计的网络能以较少的计算量获得较高的图像分类准确率。同时，联合结构相似性和类信息损失的监督训练能加快网络的训练速度。     

基于深度卷积神经网络的航空器检测与识别

针对军用机场大尺寸卫星图像中航空器检测识别的具体应用场景,建立了一套实时目标检测识别框架,将深度卷积神经网络应用到大尺寸图像中的航空器目标检测与识别任务中。首先,将目标检测的任务看成空间上独立的bounding-box的回归问题,用一个24层卷积神经网络模型来完成bounding-box的预测;然后,利用图像分类网络来完成目标切片的分类任务。大尺寸图像上的传统目标检测识别算法通常在时间效率上很难突破,而基于卷积神经网络的航空器目标检测识别算法充分利用了计算硬件的优势,大大缩短了任务耗时。在符合应用场景的自采数据集上进行测试,所提算法目标检测实时性达到平均每张5.765 s,在召回率65.1%的工作点上达到了79.2%的精确率,分类网络的实时性达到平均每张0.972 s,Top-1错误率为13%。所提框架在军用机场大尺寸卫星图像中航空器检测识别的具体应用问题上提出了新的解决思路,同时保证了实时性和算法精度。