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Inception深度残差网络的皮肤黑色素癌图像分类算法

由于皮肤黑色素癌图像存在类内差异大、样本数据集小等特点, 采用深度残差网络可以有效解决训练过程中过拟合问题, 提高识别准确率. 但是深度残差网络模型的训练参数多, 时间复杂度高. 为了提高训练效率, 提高识别准确率, 首先从理论上分析了深度残差网络模型的结构, 通过修改网络结构, 利用Inception结构代替残差网络中的卷积层、池化层, 减少模型的训练参数数量, 降低时间复杂度. 在此基础上, 提出了基于Inception深度残差网络皮肤黑色素癌分类识别算法(Inception Deep Residual Network, IDRN), 用Inception结构代替残差网络中的卷积池化层, 用SeLU激活函数代替传统的ReLU函数. 之后, 在公开的黑色素癌皮肤镜图像ISIC2017数据集上进行实验验证. 理论和实验表明, 与传统的卷积神经网络ResNet50相比, 本文提出的新的分类算法降低了时间复杂度, 提高了识别准确率.     

基于残差的优化卷积神经网络服装分类算法

针对目前服装分类算法在解决多类别服装分类问题时分类精度一般的问题,提出了一种基于残差的优化卷积神经网络服装分类算法,在网络中使用了如下三种优化方法:(1)调整批量归一化层、激活函数层与卷积层在网络中的排列顺序;(2)"池化层+卷积层"的并行池化结构;(3)使用全局均值池化层替换全连接层。经过由香港中文大学多媒体实验室提供的多类别大型服装数据集(DeepFashion)和标准数据集CIFAR-10上的实验表明,所提出的网络模型在处理图片的速度和分类精度方面都优于VGGNet和AlexNet,且得到了目前为止已知的在DeepFashion数据集上最好的分类准确率。该网络也可以更好地应用于目标检测和图像分割领域。     

基于卷积神经网络的图像数据增强算法

提升卷积神经网络的泛化能力和降低过拟合的风险是深度卷积神经网络的研究重点。遮挡是影响卷积神经网络泛化能力的关键因素之一,通常希望经过复杂训练得到的模型能够对遮挡图像有良好的泛化性。为了降低模型过拟合的风险和提升模型对随机遮挡图像识别的鲁棒性,提出了激活区域处理算法,在训练过程中对某一卷积层的最大激活特征图进行处理后对输入图像进行遮挡,然后将被遮挡的新图像作为网络的新输入并继续训练模型。实验结果表明,提出的算法能够提高多种卷积神经网络模型在不同数据集上的分类性能,并且训练好的模型对随机遮挡图像的识别具有非常好的鲁棒性。     

融合CNN与交互特征的多标签图像分类方法

图像在日常生活中广泛存在,图像分类具有重要的现实意义。针对当前多标签图像分类中因神经网络模型复杂以及提取到的图像特征信息不足而导致分类准确率较低、计算复杂度高等问题,提出一种融合卷积神经网络与交互特征的多标签分类方法,即MLCNN-IF模型。MLCNN-IF模型主要分成2步,首先参考传统CNN基本结构搭建一个仅有9层的轻量级神经网络(MLCNN),用于处理图像数据并提取特征;其次基于MLCNN提取的特征,通过交互特征方法产生各独立特征的组合特征,以此获得新的更丰富的特征集。实验结果表明,MLCNN-IF模型对比Alex Net、Goog Le Net和VGG16在4种多标签图像数据集上取得了更好的分类结果,其准确率和精准率分别平均提高9%和4.8%;同时MLCNN网络结构相对更简洁,有效降低了模型参数量和时间复杂度。     

基于稀疏化双线性卷积神经网络的细粒度图像分类

针对双线性卷积神经网络(B-CNN)在细粒度图像分类中因参数过多、复杂度过高而导致的过拟合问题,提出稀疏化B-CNN.首先对B-CNN的每个特征通道引入比例因子,在训练中采用正则化方法对其稀疏.然后利用比例因子的大小判别特征通道的重要性.最后将不重要特征通道按一定比例裁剪,消除网络过拟合,提高关键特征的显著性.稀疏化B-CNN属于弱监督学习,可实现端到端训练.在FGVC-aircraft、Stanford dogs、Stanford cars这3个细粒度图像数据集上的实验表明,稀疏化B-CNN的准确率高于B-CNN,也优于或基本接近其它通用的细粒度图像分类算法.     

改进Xception模型的乳腺钼靶图像识别研究

乳腺X线摄影技术是早期发现乳腺癌的主要方法,但其结果很大程度上受放射科医师临床诊断经验的限制;基于卷积神经网络对乳腺钼靶图像自动分类的研究可以为放射科医师临床诊断提供意见,然而乳腺癌肿块边缘模糊且良恶性肿块特征差异较小,分类任务面临重重挑战;为了提高乳腺钼靶图像分类的准确率,提出一种基于Xception模型的改进优化算法,改进模型中的残差连接模块,并嵌入Squeeze-and-excitation（SE）注意力机制对模型进行优化;采用优化后的Xception模型并结合迁移学习算法进行乳腺钼靶图像特征提取,并优化全连接层网络进行图像分类,使用公开的乳腺癌图像数据库CBIS-DDSM进行实验,将乳腺钼靶图像自动分为良性和恶性;实验结果表明该方法可以有效提高模型的分类效果,准确率和AUC分别达到了97.46%和99.12%。     

基于跨连卷积神经网络的性别分类模型

为提高性别分类准确率, 在传统卷积神经网络(Convolutional neural network, CNN)的基础上, 提出一个跨连卷积神经网络(Cross-connected CNN, CCNN)模型. 该模型是一个9层的网络结构, 包含输入层、6个由卷积层和池化层交错构成的隐含层、全连接层和输出层, 其中允许第2个池化层跨过两个层直接与全连接层相连接. 在10个人脸数据集上的性别分类实验结果表明, 跨连卷积网络的准确率均不低于传统卷积网络.     

基于权值分布的多模型分类算法研究

为了提高卷积神经网络对图像分类的正确率,对网络结构进行研究,提出了多模型融合卷积神经网络。通过提取单个模型的输出特征向量,进行融合后得到新的输出特征向量,再搭建单层分类器进行图像分类,提高分类准确率。将单个模型与多模型融合的分类准确率进行比较,多模型融合卷积神经网络的分类准确率有所提高。分析了卷积神经网络最后一层全连接层的权值分布,发现同一模型在不同数据集上的权值分布曲线相似,分类效果好的网络模型其权值分布曲线更平缓。     

基于GoogLeNet模型的剪枝算法

GoogLeNet包含多个并行的卷积层和池化层,极具表现力,但也导致其参数数量冗余和计算量大,解决该问题的根本途径是将网络稀疏化.剪枝算法通过训练网络、修剪低权重连接和再训练网络三步操作,只保留卷积层和完全连接层中的强相关连接,实现简化网络结构和参数数量的效果,获得近似的网络模型,不影响网络后验概率估计的准确性,达到压缩效果.传统计算方式不适合非均匀稀疏数据结构,所提出的阈值剪枝算法设定合适的阈值,将原始GoogLeNet模型中将近1040万参数减少到65万,大约压缩了16倍.原始网络在进行剪枝处理后,准确率会有所降低,但经过少数次迭代,网络的准确率与原始模型不相上下,达到了压缩模型的效果,验证了阈值剪枝算法对改进GoogLeNet模型训练过程的有效性.     

基于统计分析的卷积神经网络模型压缩方法

针对卷积神经网络中卷积层参数冗余,运算效率低的问题,从卷积神经网络训练过程中参数的统计特性出发,提出了一种基于统计分析裁剪卷积核的卷积神经网络模型压缩方法,在保证卷积神经网络处理信息能力的前提下,通过裁剪卷积层中对整个模型影响较小的卷积核对已训练好的卷积神经网络模型进行压缩,在尽可能不损失模型准确率的情况下减少卷积神经网络的参数,降低运算量.通过实验,证明了本文提出的方法能够有效地对卷积神经网络模型进行压缩.     

提高小样本高光谱图像分类性能的变维卷积神经网络

目的 为了解决基于卷积神经网络的算法对高光谱图像小样本分类精度较低、模型结构复杂和计算量大的问题,提出了一种变维卷积神经网络。方法 变维卷积神经网络对高光谱分类过程可根据内部特征图维度的变化分为空—谱信息融合、降维、混合特征提取与空—谱联合分类的过程。这种变维结构通过改变特征映射的维度,简化了网络结构并减少了计算量,并通过对空—谱信息的充分提取提高了卷积神经网络对小样本高光谱图像分类的精度。结果 实验分为变维卷积神经网络的性能分析实验与分类性能对比实验,所用的数据集为Indian Pines和Pavia University Scene数据集。通过实验可知,变维卷积神经网络对高光谱小样本可取得较高的分类精度,在Indian Pines和Pavia University Scene数据集上的总体分类精度分别为87.87%和98.18%,与其他分类算法对比有较明显的性能优势。结论 实验结果表明,合理的参数优化可有效提高变维卷积神经网络的分类精度,这种变维模型可较大程度提高对高光谱图像中小样本数据的分类性能,并可进一步推广到其他与高光谱图像相关的深度学习分类模型中。     

改进LeNet-5网络在图像分类中的应用

LeNet-5卷积神经网络（CNN）虽然在手写数字识别上取得很好的分类效果,但在具有复杂纹理特征的数据集上分类精度不高。为提高网络在复杂纹理特征图像上分类的正确率,提出一种改进的LeNet-5网络结构。引入跨连思想,充分利用网络提取的低层次特征;把Inception V1模块嵌入LeNet-5卷积神经网络,提取图像的多尺度特征;输出层使用softmax函数对图像进行分类。在Cifar-10和Fashion MNIST数据集上进行的实验结果表明,改进的卷积神经网络在复杂纹理特征数据集上具有很好的分类能力。     

全卷积神经网络的多尺度人脸检测的研究

为实现快速而准确的人脸检测,提出了一种基于全卷积神经网络的多尺度人脸检测的方法,将卷积神经网络模型AlexNet的全连接层改为全卷积层,并将分类层改为人脸与非人脸的二分类,训练之后准确率达到99.16%。将训练好的分类模型用于人脸检测时,待检测图片通过多尺度变换后输入全卷积网络得到特征图的概率矩阵,用非极大值抑制得到最精准的人脸框。检测结果表明,该方法在人脸检测时准确率高,检测时间短,表现出较好的性能。     

卷积神经网络模型剪枝结合张量分解压缩方法

针对卷积神经网络（CNN）拥有巨大的参数量及计算量,限制了其在嵌入式系统等资源受限设备上应用的问题,提出了基于统计量的网络剪枝结合张量分解的神经网络压缩方法,其核心思想是以均值和方差作为评判权值贡献度的依据。首先,以Lenet5为剪枝模型,网络各卷积层的均值和方差分布以聚类方式分离出提取特征较弱的滤波器,而使用保留的滤波器重构下一层卷积层;然后,将剪枝方法结合张量分解对更快的区域卷积神经网络（Faster RCNN）进行压缩,低维卷积层采取剪枝方法,而高维卷积层被分解为三个级联卷积层;最后,将压缩后的模型进行微调,使其在训练集上重新达到收敛状态。在PASCAL VOC测试集上的实验结果表明,所提方法降低了Faster RCNN模型54%的存储空间而精确率仅下降了0.58%,同时在树莓派4B系统上达到1.4倍的前向计算加速,有助于深度CNN模型在资源受限的嵌入式设备上的部署。     

卷积神经网络模型剪枝结合张量分解压缩方法

针对卷积神经网络（CNN）拥有巨大的参数量及计算量，限制了其在嵌入式系统等资源受限设备上应用的问题，提出了基于统计量的网络剪枝结合张量分解的神经网络压缩方法，其核心思想是以均值和方差作为评判权值贡献度的依据。首先，以Lenet5为剪枝模型，网络各卷积层的均值和方差分布以聚类方式分离出提取特征较弱的滤波器，而使用保留的滤波器重构下一层卷积层；然后，将剪枝方法结合张量分解对更快的区域卷积神经网络（Faster RCNN）进行压缩，低维卷积层采取剪枝方法，而高维卷积层被分解为三个级联卷积层；最后，将压缩后的模型进行微调，使其在训练集上重新达到收敛状态。在PASCAL VOC测试集上的实验结果表明，所提方法降低了Faster RCNN模型54%的存储空间而精确率仅下降了0.58%，同时在树莓派4B系统上达到1.4倍的前向计算加速，有助于深度CNN模型在资源受限的嵌入式设备上的部署。