融合显著信息的层次特征学习图像分类

高效的图像特征表示是计算机视觉的基础.基于图像的视觉显著性机制及深度学习模型的思想,提出一种融合图像显著性的层次稀疏特征表示用于图像分类.这种层次特征学习每一层都由3个部分组成:稀疏编码、显著性最大值汇聚(saliency max pooling)和对比度归一化.通过在图像层次稀疏表示中引入图像显著信息,加强了图像特征的语义信息,得到图像显著特征表示.相比于手工指定特征,该模型采用无监督数据驱动的方式直接从图像中学习到有效的图像特征描述.最后采用支持向量机(support vector machine,SVM)分类器进行监督学习,实现对图像进行分类.在2个常用的标准图像数据集(Caltech 101和Caltech 256)上进行的实验结果表明,结合图像显著性信息的层次特征表示,相比于基于局部特征的单层稀疏表示在分类性能上有了显著提升.     

特征分类学习的结构稀疏传播图像修复方法

针对样本图像字典自适应性差、有效信息单一、造成图像稀疏表示模糊的不足的问题,提出一种基于特征分类学习字典的结构稀疏传播图像修复方法.首先将图像块按特征分类,根据不同特征的图像样本进行样本训练得到相对应的过完备字典;然后对不同特征的待修复图像块提取不同的有效信息进行稀疏编码,使得稀疏表示具有较强的自适应能力;最后针对结构稀疏传播模型带来的偏差进行修改,完善结构稀疏的传播机制.仿真实验结果表明,该方法可以有效地修复图像结构边缘、不规则纹理和平滑部分的图像信息,修复后的图像质量有较大的提升.     

非负局部Laplacian稀疏编码和上下文信息的图像分类

目的 稀疏编码是图像特征表示的有效方法,但不足之处是编码不稳定,即相似的特征可能会被编码成不同的码字。且在现有的图像分类方法中,图像特征表示和图像分类是相互独立的过程,提取的图像特征并没有有效保留图像特征之间的语义联系。针对这两个问题,提出非负局部Laplacian稀疏编码和上下文信息的图像分类算法。方法 图像特征表示包含两个阶段,第一阶段利用非负局部的Laplacian稀疏编码方法对局部特征进行编码,并通过最大值融合得到原始的图像表示,从而有效改善编码的不稳定性;第二阶段在所有图像特征表示中随机选择部分图像生成基于上下文信息的联合空间,并通过分类器将图像映射到这些空间中,将映射后的特征表示作为最终的图像表示,使得图像特征之间的上下文信息更多地被保留。结果 在4个公共的图像数据集Corel-10、Scene-15、Caltech-101以及Caltech-256上进行仿真实验,并和目前与稀疏编码相关的算法进行实验对比,分类准确率提高了约3%~18%。结论 本文提出的非负局部Laplacian稀疏编码和上下文信息的图像分类算法,改善了编码的不稳定性并保留了特征之间的相互依赖性。实验结果表明,该算法与现有算法相比的分类效果更好。另外,该方法也适用于图像分割、标注以及检索等计算机视觉领域的应用。     

哈希编码结合空间金字塔的图像分类

目的 稀疏编码是当前广泛使用的一种图像表示方法,针对稀疏编码及其改进算法计算过程复杂、费时等问题,提出一种哈希编码结合空间金字塔的图像分类算法。方法 首先,提取图像的局部特征点,构成局部特征点描述集。其次,学习自编码哈希函数,将局部特征点表示为二进制哈希编码。然后,在二进制哈希编码的基础上进行K均值聚类生成二进制视觉词典。最后,结合空间金字塔模型,将图像表示为空间金字塔直方图向量,并应用于图像分类。结果 在常用的Caltech-101和Scene-15数据集上进行实验验证,并和目前与稀疏编码相关的算法进行实验对比。与稀疏编码相关的算法相比,本文算法词典学习时间缩短了50%,在线编码速度提高了1.3～12.4倍,分类正确率提高了1%～5%。结论 提出了一种哈希编码结合空间金字塔的图像分类算法,利用哈希编码代替稀疏编码对局部特征点进行编码,并结合空间金字塔模型用于图像分类。实验结果表明,本文算法词典学习时间更短、编码速度更快,适用于在线词典学习和应用。     

基于分布结构约束稀疏表示的图像分类方法

为了解决稀疏表示结构信息缺失的问题,从而更加准确地进行图像分类,本文提出一种新的基于结构约束的稀疏表示的图像分类方法。在对图像进行降采样的前提下,提取方向梯度直方图特征后的训练样本上构建稀疏线性编码模型,通过样本间的分布结构信息约束和?1范数最优化求解测试样本的稀疏系数x,利用稀疏系数均值法进行目标的分类识别。基于COREL图像库进行仿真验证,实验证明,基于结构约束稀疏表示的图像分类方法能够获得很好的识别性能,与非结构约束稀疏表示相比本文方法显著提高了图像分类的准确率。     

结合Fisher判别分析和稀疏编码的图像场景分类

视觉词典法是当前广泛使用的一种图像表示方法,针对传统视觉词典法存在的表示误差大、空间信息丢失以及判别性弱等问题,提出一种基于Fisher判别稀疏编码的图像场景分类算法.首先利用近邻视觉词汇重构局部特征点,构建局部特征点的非负稀疏局部线性编码,从而有效地利用图像的空间信息;然后在非负稀疏局部线性编码的基础上引入Fisher判别约束准则,构建基于Fisher判别约束的非负稀疏局部线性编码模型,以获得图像的判别稀疏向量表示,增强图像稀疏表示的判别性;最后结合支持向量机(SVM)分类器实现场景分类.实验结果表明,该算法提高了图像稀疏表示的特征分类能力以及分类性能,更有利于场景分类任务.     

基于多层非负局部Laplacian稀疏编码的图像分类

针对单层稀疏编码结构对图像特征学习能力的局限性问题,提出了一个基于图像块稀疏表示的深层架构,即多层融合局部性和非负性的Laplacian稀疏编码算法（MLLSC）。对每个图像平均区域划分并进行尺度不变特征变换（SIFT）特征提取,在稀疏编码阶段,在Laplacian稀疏编码的优化函数中添加局部性和非负性,在第一层和第二层分别进行字典学习和稀疏编码,分别得到图像块级、图像级的稀疏表示,为了去除冗余特征,在进行第二层稀疏编码之前进行主成分分析（PCA）降维,最后采用多类线性支持向量机进行分类。在四个标准数据集上进行验证,实验结果表明,MLLSC方法具有高效的特征学习能力,能够捕获图像更深层次的特征信息,相对于单层结构算法准确率提高了3%~13%,相对于多层稀疏编码算法准确率提高了1%~2.3%;并对不同参数进行了对比分析,充分展现了其在图像分类中的有效性。     

压缩感知下溃疡性结肠炎辅助诊断

目的 长期感染溃疡性结肠炎（ulcerative colitis,UC）的患者罹患结肠癌的风险显著提升,因此早期进行结肠镜检测十分必要,但内窥镜图像数量巨大且伴有噪声干扰,需要找到精确的图像特征,为医师提供计算机辅助诊断。为解决UC图像与正常肠道图像的分类问题,提出了一种基于压缩感知和空间金字塔池化结合的图像特征提取方法。方法 使用块递归最小二乘（block recursive least squares,BRLS）进行初始字典训练。提出基于先验知识进行观测矩阵与稀疏字典的交替优化算法,并利用压缩感知框架获得图像的稀疏表示,该框架改善了原来基于稀疏编码的图像分类方法无法精确表示图像的问题,然后结合最大空间金字塔池化方法提取压缩感知空间金字塔池化（compressed sensing spatial pyramid pooling,CSSPP）图像特征,由于压缩感知的引入,获得的图像特征比稀疏编码更加丰富和精确。最后使用线性核支持向量机（support vector machine,SVM）进行图像分类。结果 对Kvasir数据集中的2 000幅真实肠道图像的分类结果表明,该特征的准确率比特征袋（bag of features,BoF）、稀疏编码空间金字塔匹配（sparse coding spatial pyramid matching,SCSPM）和局部约束线性编码（locality-constrained linear coding,LLC）分别提升了12.35%、3.99%和2.27%。结论 本文提出的溃疡性结肠炎辅助诊断模型,综合了压缩感知和空间金字塔池化的优点,获得了较对比方法更加精确的识别感染图像检测结果。     

基于低秩稀疏分解与协作表示的图像分类算法

目前,大部分图像分类算法为了获取较高的性能均需要充分的训练学习过程,然而在实际应用中,往往存在训练样本不足及过拟合等问题。为了避免上述问题出现,在朴素贝叶斯最近邻分类算法的原理框架下,基于非负稀疏编码、低秩稀疏分解以及协作表示提出一种非参数学习的图像分类算法。首先,基于非负稀疏编码和最大值汇聚操作表示图像信息,并构建具有低秩性质的同类训练图像集的局部特征矩阵;其次,采用低秩稀疏分解结合别类标签信息构建两类视觉词典以充分利用同类图像的相关性和差异性;最后基于协作表示表征测试图像并进行分类决策,实验结果验证了所提算法的有效性。     

基于RGB-D融合特征的图像分类

当前经典的图像分类算法大多是基于RGB图像或灰度图像,并没有很好地利用物体或场景的深度信息,针对这个问题,提出了一种基于RGB-D融合特征的图像分类方法。首先,分别提取RGB图像dense SIFT局部特征与深度图Gist全局特征,然后将得到的两种图像特征进行特征融合;其次,使用改进K-means算法对融合特征建立视觉词典,克服了传统K-means算法过度依赖初始点选择的问题,并在图像表示阶段引入LLC稀疏编码对融合特征与其对应的视觉词典进行稀疏编码;最后,利用线性SVM进行图像分类。实验结果表明,所提出的算法能有效地提高图像分类的精度。     

Sparse Representation Based Fisher Discrimination Dictionary Learning for Image Classification

The employed dictionary plays an important role in sparse representation or sparse coding based image reconstruction and classification, while learning dictionaries from the training data has led to state-of-the-art results in image classification tasks. However, many dictionary learning models exploit only the discriminative information in either the representation coefficients or the representation residual, which limits their performance. In this paper we present a novel dictionary learning method based on the Fisher discrimination criterion. A structured dictionary, whose atoms have correspondences to the subject class labels, is learned, with which not only the representation residual can be used to distinguish different classes, but also the representation coefficients have small within-class scatter and big between-class scatter. The classification scheme associated with the proposed Fisher discrimination dictionary learning (FDDL) model is consequently presented by exploiting the discriminative information in both the representation residual and the representation coefficients. The proposed FDDL model is extensively evaluated on various image datasets, and it shows superior performance to many state-of-the-art dictionary learning methods in a variety of classification tasks.     

基于卷积与稀疏编码的半监督学习方法

卷积神经网络(CNN)在半监督学习中取得了良好的成绩,其在训练阶段既利用有标记样本,也利用无标记样本帮助规范化学习模型。为进一步加强半监督模型的特征学习能力,提高其在图像分类时的性能表现,本文提出一种联合深度半监督卷积神经网络和字典学习的端到端半监督学习方法,称为Semi-supervised Learning based on Sparse Coding and Convolution(SSSConv);该算法框架旨在学习到鉴别性更强的图像特征表示。SSSConv首先利用CNN提取特征,并对所提取特征进行正交投影变换,下一步通过学习其稀疏编码的低维嵌入以得到图像的特征表示,最后据此进行分类。整个模型框架可进行端到端的半监督学习训练,CNN提取特征部分和稀疏编码字典学习部分具有统一的损失函数,目标一致。本文利用共轭梯度下降算法、链式法则和反向传播等算法对目标函数的参数进行优化,将稀疏编码的相关参数约束于流形上,CNN参数既可定义在欧氏空间,也可以进一步定义在正交空间中。基于半监督分类任务的实验结果验证了所提出SSSConv框架的有效性,与现有方法相比具有较强的竞争力。     

图正则化迁移稀疏概念编码的跨域图像分类

为克服不同图像域之间的特征“差异”，跨越分布“鸿沟”，提出了一种基于正则化迁移稀疏概念编码的跨域图像分类方法。将图像域间的分布差异性和标签相关性信息融入稀疏编码模型中，以学习跨域图像的鲁棒性稀疏表示，从高维的图像特征空间中挖掘图像低维流形结构，形成基向量集，构造跨域图像的迁移稀疏概念编码。该方法挖掘不同图像域之间的共同特征表达，实现了图像标签的跨域迁移。通过在多个图像数据库中的比较实验表明，该方法获得更为鲁棒的图像特征表达，其分类性能显著优于其他相关比较方法。     

Laplacian sparse dictionary learning for image classification based on sparse representation

Sparse representation is a mathematical model for data representation that has proved to be a powerful tool for solving problems in various fields such as pattern recognition, machine learning, and computer vision. As one of the building blocks of the sparse representation method, dictionary learning plays an important role in the minimization of the reconstruction error between the original signal and its sparse representation in the space of the learned dictionary. Although using training samples directly as dictionary bases can achieve good performance, the main drawback of this method is that it may result in a very large and inefficient dictionary due to noisy training instances. To obtain a smaller and more representative dictionary, in this paper, we propose an approach called Laplacian sparse dictionary (LSD) learning. Our method is based on manifold learning and double sparsity. We incorporate the Laplacian weighted graph in the sparse representation model and impose the l₁-norm sparsity on the dictionary. An LSD is a sparse overcomplete dictionary that can preserve the intrinsic structure of the data and learn a smaller dictionary for each class. The learned LSD can be easily integrated into a classification framework based on sparse representation. We compare the proposed method with other methods using three benchmark-controlled face image databases, Extended Yale B, ORL, and AR, and one uncontrolled person image dataset, i-LIDS-MA. Results show the advantages of the proposed LSD algorithm over state-of-the-art sparse representation based classification methods.     

Sparse coding for image classification base on spatial pyramid representation

Many efforts have been devoted to apply sparse coding for image classification with the aim of minimizing the reconstruction error and classification error. So far, the approaches have been proposed either separate the reconstruction and classification process which leave rooms for further optimization or form a complicated training model which cannot be resolved efficiently. In this paper, we first propose extracting the spatial pyramid representation as the image feature which forms the foundation of dictionary learning and sparse coding. Then we develop a novel sparse coding model which can learn the dictionary and classifier simultaneously in which form we can get the optimal result and can be solved efficiently by K-SVD. Experiments show that the suggested approach, in terms of classification accuracy and computation time, outperforms other well-known approaches.     

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。     

多层局部块坐标下降法及其驱动的分类重构网络

卷积稀疏编码(Convolutional sparse coding, CSC)已广泛应用于信号或图像处理、重构和分类等任务中, 基于深度学习思想的多层卷积稀疏编码(Multi-layer convolutional sparse coding, ML-CSC)模型的多层基追踪(Multi-layer basic pursuit, ML-BP)问题和多层字典学习问题成为研究热点. 但基于傅里叶域的交替方向乘子法(Alternating direction multiplier method, ADMM)求解器和基于图像块(Patch)空间域思想的传统基追踪算法不能容易地扩展到多层情况. 在切片(Slice)局部处理思想的基础上, 本文提出了一种新的多层基追踪算法: 多层局部块坐标下降(Multi-layer local block coordinatedescent, ML-LoBCoD)算法. 在多层迭代软阈值算法(Multi-layer iterative soft threshold algorithm, ML-ISTA)和对应的迭代展开网络ML-ISTA-Net 的启发下, 提出了对应的迭代展开网络ML-LoBCoD-Net. ML-LoBCoD-Net实现信号的表征学习功能, 输出的最深层卷积稀疏编码用于分类. 此外, 为了获得更好的信号重构, 本文提出了一种新的多层切片卷积重构网络(Multi-layer slice convolutional reconstruction network, ML-SCRN), ML-SCRN实现从信号稀疏编码到信号重构. 我们对这两个网络分别进行实验验证. 然后将ML-LoBCoD-Net和ML-SCRN 进行级联得到ML-LoBCoD-SCRN合并网, 同时实现图像的分类和重构. 与传统基于全连接层对图像进行重建的方法相比, 本文提出的ML-LoBCoD-SCRN合并网所需参数少, 收敛速度快, 重构精度高. 本文将ML-ISTA和多层快速迭代软阈值算法(Multi-layer fast iterative soft threshold algorithm, ML-FISTA) 构建为ML-ISTA-SCRN和ML-FISTA-SCRN进行对比实验, 初步证明了所提出的ML-LoBCoD-SCRN分类重构网在MNIST、CIFAR10和CIFAR100数据集上是有效的, 分类准确率、损失函数和信号重构结果都优于ML-ISTA-SCRN和ML-FISTA-SCRN.     

融合局部性和非负性的Laplacian稀疏编码的图像分类*

稀疏编码在编码过程中忽略特征之间的局部关系,使编码不稳定,并且优化问题中的减法运算可能会导致特征之间相互抵消.针对上述2个问题,文中提出融合局部性和非负性的Laplacian稀疏编码的图像分类方法.引入局部特征附近的基约束编码,利用非负矩阵分解将非负性加到Laplacian稀疏编码中,利用空间金字塔划分和最大值融合表示最终的图像,并采用多类线性SVM分类图像.本文方法保留特征之间的局部信息,避免特征之间相互抵消,保留更多的特征,从而改善编码的不稳定性.在4个公共数据集上的实验表明,相比其它现有算法,本文方法分类准确率更高.