基于维纳滤波器和生成对抗网络的动态模糊图像处理方法

在傅里叶频域中，由于逆滤波对加性噪声特别敏感，使得恢复后的图像仍然非常模糊.针对这一问题，我们提出了一种基于维纳滤波器和生成对抗网络的动态模糊图像处理方法.首先使用维纳滤波去模糊算法，通过均方差最小化去除噪声，但由于无法判断拍摄装置的移动范围并未得到预期效果.再考虑使用自由性强、不受预定条件分布的生成对抗网络模型（GAN）.定义一个类生成器G（y）和类判别器D（x），通过机器学习的方式进行反复学习和反馈，直至达到模型无法判别生成数据样本S（y）和真实数据样本r（x）时，图像近似还原成功.同时，引入“模糊核”概念，模拟图像的模糊轨迹，进行精确还原.最后，由于肉眼很难对图像的还原程度做定量判断.因此我们利用三个评价指标对这些图像进行客观评价——峰值性噪比PSNR、模糊系数KBlur、质量因素Q.实验结果表明，在该方法下的图像的三个评价指标在一定程度上有所改善，从而得到图像还原较为成功的结论.     

Edge-guided GAN：边界信息引导的深度图像修复

目的 目前大多数深度图像修复方法可分为两类：色彩图像引导的方法和单个深度图像修复方法。色彩图像引导的方法利用色彩图像真值,或其上一帧、下一帧提供的信息来修复深度图像。若缺少相应信息,这类方法是无效的。单个深度图像修复方法可以修复数据缺失较少的深度图像。但是,无法修复带有孔洞（数据缺失较大）的深度图像。为解决以上问题,本文将生成对抗网络（generative adversarial network,GAN）应用于深度图像修复领域,提出了一种基于GAN的单个深度图像修复方法,即Edge-guided GAN。方法 首先,通过Canny算法获得待修复深度图像的边界图像,并将此两个单通道图像（待修复深度图像和边界图像）合并成一个2通道数据;其次,设计Edge-guided GAN高性能的生成器、判别器和损失函数,将此2通道数据作为生成器的输入,训练生成器,以生成器生成的深度图像（假值）和深度图像真值为判别器的输入,训练判别器;最终得到深度图像修复模型,完成深度图像修复。结果 在Apollo scape数据集上与其他4种常用的GAN、不带边界信息的Edge-guided GAN进行实验分析。在输入尺寸为256×256像素,掩膜尺寸为32×32像素情况下,Edge-guided GAN的峰值信噪比（peak signal-to-noise ratio,PSN）比性能第2的模型提高了15.76%;在掩膜尺寸为64×64像素情况下,Edge-guided GAN的PSNR比性能第2的模型提高了18.64%。结论 Edge-guided GAN以待修复深度图像的边界信息为其修复的约束条件,有效地提取了待修复深度图像特征,大幅度地提高了深度图像修复的精度。     

融合深度典型相关分析和对抗学习的跨模态检索

文中提出一种融合深度典型相关分析和对抗学习的跨模态检索方法(DCCA-ACMR),该方法提高了无标签样本的利用率,能够学习到更有力的特征投影模型,进而提升了跨模态检索准确率.具体而言,在DCGAN框架下:1)在图像与文本两个单模态的表示层间增加深度典型相关分析约束,构建图文特征投影模型,充分挖掘样本对的语义关联性;2)以图文特征投影模型作为生成器,以模态特征分类模型作为判别器共同构成图文跨模态检索模型;3)利用有标签样本和无标签样本,在生成器和判别器的相互对抗中学习到样本的公共子空间表示.在Wikipedia和NUSWIDE-10k两个公开数据集上,采用平均准确率均值(mAP)作为评价指标对所提方法进行验证.图像检索文本和文本检索图像的平均mAP值在两个数据集上分别为0.556和0.563.实验结果表明,DCCA-ACMR优于现有的代表性方法.     

生成式对抗网络及其计算机视觉应用研究综述

目的 生成式对抗网络（GAN）的出现为计算机视觉应用提供了新的技术和手段,它以独特零和博弈与对抗训练的思想生成高质量的样本,具有比传统机器学习算法更强大的特征学习和特征表达能力。目前在机器视觉领域尤其是样本生成领域取得了显著的成功,是当前研究的热点方向之一。方法 以生成式对抗网络的不同模型及其在计算机视觉领域的应用为研究对象,在广泛调研文献特别是GAN的最新发展成果基础上,结合不同模型的对比试验,对每种方法的基本思想、方法特点及使用场景进行分析,并对GAN的优势与劣势进行总结,阐述了GAN研究的现状、在计算机视觉上的应用范围,归纳生成式对抗网络在高质量图像生成、风格迁移与图像翻译、文本与图像的相互生成和图像的还原与修复等多个计算机视觉领域的研究现状和发展趋势,并对每种应用的理论改进之处、优点、局限性及使用场景进行了总结,对未来可能的发展方向进行展望。结果 GAN的不同模型在生成样本质量与性能上各有优劣。当前的GAN模型在图像的处理上取得较大的成就,能生成以假乱真的样本,但是也存在网络不收敛、模型易崩溃、过于自由不可控的问题。结论 GAN作为一种新的生成模型具有很高的研究价值与应用价值,但目前存在一些理论上的桎梏亟待突破,在应用方面生成高质量的样本、逼真的场景是值得研究的方向。     

生成对抗网络研究综述

自生成对抗网络GAN提出以后,现这一方向已成为人工智能方向的研究热点.GAN的思想采用二人零和博弈方法,由生成器和判别器构成,生成器负责生成样本分布,判别器则判别输入是真实样本还是生成样本,生成器和判别器不断交互优化,最终达到最优效果.GAN模型的提出无疑是很新颖的,但也存在很多缺点,比如梯度消失问题、模式崩溃等.随着研究的深入,GAN不断优化扩展,GAN的衍生模型也层出不穷.GAN可应用于不同领域,主要为计算机图像和视觉领域,在图像领域有着突出的效果,能生成高分辨率逼真的图像,能对图像进行修复、风格迁移等,也能生成视频并进行预测等.GAN也能生成文本,可以进行对话生成、机器翻译、语音生成等.同时,GAN在其他领域也有涉及,比如生成音乐、密码破译等.但是GAN在其他领域的应用效果并不显著,那么,如何提高GAN在其他领域的应用效果将值得深入研究,使生成对抗网络在人工智能方面大放异彩.     

面向高维数据的安全半监督分类算法

半监督学习过程中,由于无标记样本的随机选择造成分类器性能降低及不稳定性的情况经常发生;同时,面对仅包含少量有标记样本的高维数据的分类问题,传统的半监督学习算法效果不是很理想.为了解决这些问题,本文从探索数据样本空间和特征空间两个角度出发,提出一种结合随机子空间技术和集成技术的安全半监督学习算法（A safe semi-supervised learning algorithm combining stochastic subspace technology and ensemble technology,S3LSE）,处理仅包含极少量有标记样本的高维数据分类问题.首先,S3LSE采用随机子空间技术将高维数据集分解为B个特征子集,并根据样本间的隐含信息对每个特征子集优化,形成B个最优特征子集;接着,将每个最优特征子集抽样形成G个样本子集,在每个样本子集中使用安全的样本标记方法扩充有标记样本,生成G个分类器,并对G个分类器进行集成;然后,对B个最优特征子集生成的B个集成分类器再次进行集成,实现高维数据的分类.最后,使用高维数据集模拟半监督学习过程进行实验,实验结果表明S3LSE具有较好的性能.     

含多级通道注意力机制的CGAN遥感图像建筑物分割

目的 遥感图像建筑物分割是图像处理中的一项重要应用,卷积神经网络在遥感图像建筑物分割中展现出优秀性能,但仍存在建筑物漏分、错分,尤其是小建筑物漏分以及建筑物边缘不平滑等问题。针对上述问题,本文提出一种含多级通道注意力机制的条件生成对抗网络（conditional generative adversarial network,CGAN）模型Ra-CGAN,用于分割遥感图像建筑物。方法 首先构建一个具有多级通道注意力机制的生成模型G,通过融合包含注意力机制的深层语义与浅层细节信息,使网络提取丰富的上下文信息,更好地应对建筑物的尺度变化,改善小建筑物漏分问题。其次,构建一个判别网络D,通过矫正真实标签图与生成模型生成的分割图之间的差异来改善分割结果。最后,通过带有条件约束的G和D之间的对抗训练,学习高阶数据分布特征,使建筑物空间连续性更强,提升分割结果的边界准确性及平滑性。结果 在WHU Building Dataset和Satellite Dataset II数据集上进行实验,并与优秀方法对比。在WHU数据集中,分割性能相对于未加入通道注意力机制和对抗训练的模型明显提高,且在复杂建筑物的空间连续性、小建筑物完整性以及建筑物边缘准确和平滑性上表现更好;相比性能第2的模型,交并比（intersection over union,IOU）值提高了1.1%,F₁-score提高了1.1%。在Satellite数据集中,相比其他模型,准确率更高,尤其是在数据样本不充足的条件下,得益于生成对抗训练,分割效果得到了大幅提升;相比性能第2的模型,IOU值提高了1.7%,F₁-score提高了1.6%。结论 本文提出的含多级通道注意力机制的CGAN遥感图像建筑物分割模型,综合了多级通道注意力机制生成模型与条件生成对抗网络的优点,在不同数据集上均获得了更精确的遥感图像建筑物分割结果。     

基于分段损失的生成对抗网络

生成对抗网络(GAN)在训练过程中未能有效进行生成器与鉴别器间的同步更新,导致模型训练不稳定并出现模式崩溃的现象。为此,提出一种基于分段损失的生成对抗网络PL-GAN。生成器在不同的训练时期采用不同形式的损失函数,同时引入真实样本与生成样本之间的特征级损失,从而使鉴别器提取的特征更具有鲁棒性。MNIST和CIFAR-10数据集上的实验结果表明,与regular GAN、feature-wise GAN相比,PL-GAN具有更高的分类精度与运行效率。     

生成式对抗网络GAN的研究进展与展望

生成式对抗网络GAN（Generative adversarial networks）目前已经成为人工智能学界一个热门的研究方向.GAN的基本思想源自博弈论的二人零和博弈,由一个生成器和一个判别器构成,通过对抗学习的方式来训练.目的是估测数据样本的潜在分布并生成新的数据样本.在图像和视觉计算、语音和语言处理、信息安全、棋类比赛等领域,GAN正在被广泛研究,具有巨大的应用前景.本文概括了GAN的研究进展,并进行展望.在总结了GAN的背景、理论与实现模型、应用领域、优缺点及发展趋势之后,本文还讨论了GAN与平行智能的关系,认为GAN可以深化平行系统的虚实互动、交互一体的理念,特别是计算实验的思想,为ACP（Artificial societies,computational experiments,and parallel execution）理论提供了十分具体和丰富的算法支持.     

基于GAN先验的图像补全方法

设计和利用良好的图像先验知识是解决图像补全问题的重要方式.生成对抗网络(GAN)作为一种优秀的生成式模型,其生成器可以从大型图像数据集中学习到丰富的图像语义信息,将预训练GAN模型作为图像先验是一种好的选择.为了利用预训练GAN模型更好地解决图像补全问题,本文在使用多个隐变量的基础上,在预训练生成器中间层同时对通道和特征图添加自适应权重,并在训练过程中微调生成器参数.最后通过图像重建和图像补全实验,定性和定量分析相结合,证实了本文提出的方法可以有效地挖掘预训练模型的先验知识,进而高质量地完成图像补全任务.     

Generative Adversarial Networks:Introduction and Outlook

Recently, generative adversarial networks (GANs) have become a research focus of artificial intelligence. Inspired by two-player zero-sum game, GANs comprise a generator and a discriminator, both trained under the adversarial learning idea. The goal of GANs is to estimate the potential distribution of real data samples and generate new samples from that distribution. Since their initiation, GANs have been widely studied due to their enormous prospect for applications, including image and vision computing, speech and language processing, etc. In this review paper, we summarize the state of the art of GANs and look into the future. Firstly, we survey GANs' proposal background, theoretic and implementation models, and application fields. Then, we discuss GANs' advantages and disadvantages, and their development trends. In particular, we investigate the relation between GANs and parallel intelligence, with the conclusion that GANs have a great potential in parallel systems research in terms of virtual-real interaction and integration. Clearly, GANs can provide substantial algorithmic support for parallel intelligence.      

基于生成对抗网络的模仿学习综述

模仿学习研究如何从专家的决策数据中进行学习,以得到接近专家水准的决策模型.同样学习如何决策的强化学习往往只根据环境的评价式反馈进行学习,与之相比,模仿学习能从决策数据中获得更为直接的反馈.它可以分为行为克隆、基于逆向强化学习的模仿学习两类方法.基于逆向强化学习的模仿学习把模仿学习的过程分解成逆向强化学习和强化学习两个子过程,并反复迭代.逆向强化学习用于推导符合专家决策数据的奖赏函数,而强化学习基于该奖赏函数来学习策略.基于生成对抗网络的模仿学习方法从基于逆向强化学习的模仿学习发展而来,其中最早出现且最具代表性的是生成对抗模仿学习方法(Generative Adversarial Imitation Learning,简称GAIL).生成对抗网络由两个相对抗的神经网络构成,分别为判别器和生成器.GAIL的特点是用生成对抗网络框架求解模仿学习问题,其中,判别器的训练过程可类比奖赏函数的学习过程,生成器的训练过程可类比策略的学习过程.与传统模仿学习方法相比,GAIL具有更好的鲁棒性、表征能力和计算效率.因此,它能够处理复杂的大规模问题,并可拓展到实际应用中.然而,GAIL存在着模态崩塌、环境交互样本利用效率低等问题.最近,新的研究工作利用生成对抗网络技术和强化学习技术等分别对这些问题进行改进,并在观察机制、多智能体系统等方面对GAIL进行了拓展.本文先介绍了GAIL的主要思想及其优缺点,然后对GAIL的改进算法进行了归类、分析和对比,最后总结全文并探讨了可能的未来趋势.     

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VAE-CGAN的牦牛等级评定算法

在牦牛高效养殖过程中, 牦牛等级评定是牦牛育种工作中的重要环节. 为了在牦牛等级评定研究中, 降低数据集分布不平衡对牦牛等级预测结果的影响, 提出一种基于改进条件生成对抗网络模型的牦牛等级评定模型VAE-CGAN. 首先, 为获取高质量生成样本, 模型通过引入变分自编码器取代条件生成对抗网络输入中的随机噪声, 降低了随机变量带来的不确定性. 此外, 模型将牦牛标签作为条件信息输入到生成对抗模型中来获取指定类别的生成样本, 生成样本及训练样本则会被用于训练深度神经网络分类器. 实验结果显示, 模型整体预测准确率达到了97.9%. 而且与生成对抗网络相比较, 在数量较少的特级牦牛等级预测上的精准率、召回率和F1值分别提升了16.7%、16.6%和19.4%. 实验结果表明该模型可以实现高精准度和低误分类率的牦牛等级分类.     

Cancer classification with data augmentation based on generative adversarial networks

Accurate diagnosis is a significant step in cancer treatment. Machine learning can support doctors in prognosis decision-making, and its performance is always weakened by the high dimension and small quantity of genetic data. Fortunately, deep learning can effectively process the high dimensional data with growing. However, the problem of inadequate data remains unsolved and has lowered the performance of deep learning. To end it, we propose a generative adversarial model that uses non target cancer data to help target generator training. We use the reconstruction loss to further stabilize model training and improve the quality of generated samples. We also present a cancer classification model to optimize classification performance. Experimental results prove that mean absolute error of cancer gene made by our model is 19.3% lower than DC-GAN, and the classification accuracy rate of our produced data is higher than the data created by GAN. As for the classification model, the classification accuracy of our model reaches 92.6%, which is 7.6% higher than the model without any generated data.     

基于半监督编码生成对抗网络的图像分类模型

在实际应用中,为分类模型提供大量的人工标签越来越困难,因此,近几年基于半监督的图像分类问题获得了越来越多的关注.而大量实验表明,在生成对抗网络(Generative adversarial network,GANs)的训练过程中,引入少量的标签数据能获得更好的分类效果,但在该类模型的框架中并没有考虑用于提取图像特征的结构,为了进一步利用其模型的学习能力,本文提出一种新的半监督分类模型.该模型在原生成对抗网络模型中添加了一个编码器结构,用于直接提取图像特征,并构造了一种新的半监督训练方式,获得了突出的分类效果.本模型分别在标准的手写体识别数据库MNIST、街牌号数据库SVHN和自然图像数据库CIFAR-10上完成了数值实验,并与其他半监督模型进行了对比,结果表明本文所提模型在使用少量带标数据情况下得到了更高的分类精度.     

对抗学习遥感图像场景识别

目的 在高分辨率遥感图像场景识别问题中,经典的监督机器学习算法大多需要充足的标记样本训练模型,而获取遥感图像的标注费时费力。为解决遥感图像场景识别中标记样本缺乏且不同数据集无法共享标记样本问题,提出一种结合对抗学习与变分自动编码机的迁移学习网络。方法 利用变分自动编码机（variational auto-encoders,VAE）在源域数据集上进行训练,分别获得编码器和分类器网络参数,并用源域编码器网络参数初始化目标域编码器。采用对抗学习的思想,引入判别网络,交替训练并更新目标域编码器与判别网络参数,使目标域与源域编码器提取的特征尽量相似,从而实现遥感图像源域到目标域的特征迁移。结果 利用两个遥感场景识别数据集进行实验,验证特征迁移算法的有效性,同时尝试利用SUN397自然场景数据集与遥感场景间的迁移识别,采用相关性对齐以及均衡分布适应两种迁移学习方法作为对比。两组遥感场景数据集间的实验中,相比于仅利用源域样本训练的网络,经过迁移学习后的网络场景识别精度提升约10%,利用少量目标域标记样本后提升更为明显;与对照实验结果相比,利用少量目标域标记样本时提出方法的识别精度提升均在3%之上,仅利用源域标记样本时提出方法场景识别精度提升了10%~40%;利用自然场景数据集时,方法仍能在一定程度上提升场景识别精度。结论 本文提出的对抗迁移学习网络可以在目标域样本缺乏的条件下,充分利用其他数据集中的样本信息,实现不同场景图像数据集间的特征迁移及场景识别,有效提升遥感图像的场景识别精度。     

生成对抗网络在医学图像处理中的应用

生成对抗网络（Generative Adversarial Nets,GANs）模型可以无监督学习到更丰富的数据信息,其包括生成模型与判别模型,凭借二者之间的对抗提高性能。针对传统GANs存在着梯度消失、模式崩溃及无法生成离散数据分布等问题,已经提出了大量的变体模型。介绍了生成对抗网络模型的理论和组成结构;介绍了几种典型的变体模型,重点介绍了生成对抗网络模型在图像生成、图像分割、图像分类、目标检测及图像超分辨率重建应用领域上的研究进展及现状。在研究现状和问题基础上进行了深入分析,进一步总结和探讨了GANs模型在医学图像处理领域中未来发展的趋势和所面临的挑战。     

一种具有增量学习能力的PU主动学习算法

在正例和无标记样本增量学习中,初始正例样本较少且不同类别正例的反例获取困难,使分类器的分类和泛化能力不强,为解决上述问题,提出一种具有增量学习能力的PU主动学习算法,在使用3个支持向量机进行协同半监督学习的同时,利用基于网格的聚类方法进行无监督学习,当分类与聚类结果不一致时,引入主动学习对无标记样本进行标记。实验结果表明,将该算法应用于Deep Web入口的在线判断和分类能有效提高入口判断的准确性及分类的正确性。     

基于对抗学习的蒙汉神经机器翻译

在机器翻译模型的构建和训练阶段,为了缓解因端到端机器翻译框架在训练时采用最大似然估计原理导致的翻译模型的质量不高的问题,本文使用对抗学习策略训练生成对抗网络,通过鉴别器协助生成器的方式来提高生成器的翻译质量,通过实验选择出了更适合生成器的机器翻译框架Transformer,更适合鉴别器的卷积神经网络,并且验证了对抗式训练对提高译文的自然度、流利度以及准确性都具有一定的作用.在模型的优化阶段,为了缓解因蒙汉平行数据集匮乏导致的蒙汉机器翻译质量仍然不理想的问题,本文将Dual-GAN (dual-generative adversarial networks,对偶生成对抗网络)算法引入了蒙汉机器翻译中,通过有效的利用大量蒙汉单语数据使用对偶学习策略的方式来进一步提高基于对抗学习的蒙汉机器翻译模型的质量.