面向SAR目标识别的深度卷积神经网络结构设计

目的 针对用于SAR （synthetic aperture radar） 目标识别的深度卷积神经网络模型结构的优化设计难题,在分析卷积核宽度对分类性能影响基础上,设计了一种适用于SAR目标识别的深度卷积神经网络结构。方法 首先基于二维随机卷积特征和具有单个隐层的神经网络模型-超限学习机分析了卷积核宽度对SAR图像目标分类性能的影响;然后,基于上述分析结果,在实现空间特征提取的卷积层中采用多个具有不同宽度的卷积核提取目标的多尺度局部特征,设计了一种适用于SAR图像目标识别的深度模型结构;最后,在对MSTAR （moving and stationary target acquisition and recognition） 数据集中的训练样本进行样本扩充基础上,设定了深度模型训练的超参数,进行了深度模型参数训练与分类性能验证。结果 实验结果表明,对于具有较强相干斑噪声的SAR图像而言,采用宽度更大的卷积核能够提取目标的局部特征,提出的模型因能从输入图像提取目标的多尺度局部特征,对于10类目标的分类结果（包含非变形目标和变形目标两种情况）接近或优于已知文献的最优分类结果,目标总体分类精度分别达到了98.39%和97.69%,验证了提出模型结构的有效性。结论 对于SAR图像目标识别,由于与可见光图像具有不同的成像机理,应采用更大的卷积核来提取目标的空间特征用于分类,通过对深度模型进行优化设计能够提高SAR图像目标识别的精度。     

时间压缩轨迹特征识别的火灾烟雾检测

目的 检测烟雾可以预警火灾。视频监控烟雾比传统的单点探测器监控范围更广、反应更灵敏,对环境和安装的要求也更低。但是目前的烟雾检测算法,无论是利用烟雾的色彩、纹理等静态特征和飘动、形状变化或者频域变化等动态特征的传统方法,还是采用卷积神经网络、循环神经网络等深度学习的方法,准确率和敏感性都不高。方法 本文着眼于烟雾的升腾特性,根据烟雾运动轨迹的右倾直线特性、连续流线型特性、低频特性、烟源固定特性和比例特性,采用切片的方式用卷积神经网络（CNN）抽取时间压缩轨迹的动态特征,用循环神经网络（RNN）抽取长程的时间关联关系,采用分块的方式提高空间分辨能力,能准确、迅速地识别烟雾轨迹并发出火灾预警。结果 对比CNN、C3D （3d convolutional networks）、traj+SVM （trajectory by support vector machine）、traj+RNNs （trajectory by recurrent neural network）和本文方法traj+CNN+RNNs （trajectory by convolutional neural networks and recurrent neural network）以验证效果。CNN和C3D先卷积抽取特征,后分类。traj+SVM采用SVM辨识视频时间压缩图像中的烟雾轨迹,traj+RNNs采用RNNs分辨烟雾轨迹,traj+CNN+RNNs结合CNN和RNNs识别轨迹。实验表明,与traj+SVM相比,traj+CNN+RNNs准确率提高了35.2%,真负率提高15.6%。但是深度学习的方法往往计算消耗很大,traj+CNN+RNNs占用内存2.31 GB,网络权重261 MB,前向分析时帧率49帧/s,而traj+SVM帧率为178帧/s。但与CNN、C3D相比,本文方法较轻较快。为了进一步验证方法的有效性,采用一般方法难以识别的数据进一步测试对比这5个方法。实验结果表明,基于轨迹的方法仍然取得较好的效果,traj+CNN+RNNs的准确率、真正率、真负率和帧率还能达到0.853、0.847、0.872和52帧/s,但是CNN、C3D的准确率下降到0.585、0.716。结论 从视频的时间压缩轨迹可以辨认出烟雾的轨迹,即便是早期的弱小烟雾也能准确识别,因此traj+CNN+RNNs辨识轨迹的方法有助于预警早期火灾。本文方法能够在较少的资源耗费下大幅度提高烟雾检测的准确性和敏感性。     

卷积神经网络的多字体汉字识别

目的 多字体的汉字识别在中文自动处理及智能输入等方面具有广阔的应用前景,是模式识别领域的一个重要课题。近年来,随着深度学习新技术的出现,基于深度卷积神经网络的汉字识别在方法和性能上得到了突破性的进展。然而现有方法存在样本需求量大、训练时间长、调参难度大等问题,针对大类别的汉字识别很难达到最佳效果。方法 针对无遮挡的印刷及手写体汉字图像,提出了一种端对端的深度卷积神经网络模型。不考虑附加层,该网络主要由3个卷积层、2个池化层、1个全连接层和一个Softmax回归层组成。为解决样本量不足的问题,提出了综合运用波纹扭曲、平移、旋转、缩放的数据扩增方法。为了解决深度神经网络参数调整难度大、训练时间长的问题,提出了对样本进行批标准化以及采用多种优化方法相结合精调网络等策略。结果 实验采用该深度模型对国标一级3 755类汉字进行识别,最终识别准确率达到98.336%。同时通过多组对比实验,验证了所提出的各种方法对改善模型最终效果的贡献。其中使用数据扩增、使用混合优化方法和使用批标准化后模型对测试样本的识别率分别提高了8.0%、0.3%和1.4%。结论 与其他文献中利用手工提取特征结合卷积神经网络的方法相比,减少了人工提取特征的工作量;与经典卷积神经网络相比,该网络特征提取能力更强,识别率更高,训练时间更短。     

构建并行卷积神经网络的表情识别算法

目的 表情识别在商业、安全、医学等领域有着广泛的应用前景,能够快速准确地识别出面部表情对其研究与应用具有重要意义。传统的机器学习方法需要手工提取特征且准确率难以保证。近年来,卷积神经网络因其良好的自学习和泛化能力得到广泛应用,但还存在表情特征提取困难、网络训练时间过长等问题,针对以上问题,提出一种基于并行卷积神经网络的表情识别方法。方法 首先对面部表情图像进行人脸定位、灰度统一以及角度调整等预处理,去除了复杂的背景、光照、角度等影响,得到了精确的人脸部分。然后针对表情图像设计一个具有两个并行卷积池化单元的卷积神经网络,可以提取细微的表情部分。该并行结构具有3个不同的通道,分别提取不同的图像特征并进行融合,最后送入SoftMax层进行分类。结果 实验使用提出的并行卷积神经网络在CK+、FER2013两个表情数据集上进行了10倍交叉验证,最终的结果取10次验证的平均值,在CK+及FER2013上取得了94.03%与65.6%的准确率。迭代一次的时间分别为0.185 s和0.101 s。结论 为卷积神经网络的设计提供了一种新思路,可以在控制深度的同时扩展广度,提取更多的表情特征。实验结果表明,针对数量、分辨率、大小等差异较大的表情数据集,该网络模型均能够获得较高的识别率并缩短训练时间。     

结合深度学习与支持向量机的金属零件识别

目的 在视觉引导的工业机器人自动拾取研究中，关键技术难点之一是机器人抓取目标区域的识别问题。特别是金属零件，其表面的反光、随意摆放时相互遮挡等非结构化因素都给抓取区域的识别带来巨大的挑战。因此，本文提出一种结合深度学习和支持向量机的抓取区域识别方法。方法 分别提取抓取区域的方向梯度直方图（HOG）和局部二进制模式（LBP）特征，利用主成分分析法（PCA）对融合后的特征进行降维，以此来训练支持向量机（SVM）分类器。通过训练Mask R-CNN（regions with convolutional neural network）神经网络完成抓取区域的初步分割。然后利用SVM对Mask R-CNN识别的抓取区域进行二次分类，完成对干扰区域的剔除。最后计算掩码完成实例分割，以此达到对抓取区域的精确识别。结果 对于随机摆放的铜质金属零件，本文算法与单一的Mask R-CNN及多特征融合的SVM算法就识别准确率、错检率、漏检率3个指标进行了比较，结果表明本文算法在识别准确率上较Mask R-CNN和SVM算法分别提高了7%和25%，同时有效降低了错检率与漏检率。结论 本文算法结合了Mask R-CNN与SVM两种方法，对于反光和遮挡情况具有一定的鲁棒性，同时有效地提升了目标识别的准确率。     

一种基于多分类器融合的雷达辐射源识别方法

雷达辐射源识别传统方法只使用一个分类器进行分类,对于类别数较大、输入样本受噪声污染严重的情况很难获得好的识别效果.首先分析了雷达特定辐射源识别的可行性,分别提取信号的包络和双谱用来作为个体特征.然后将概率SVM引入雷达辐射源识别,得到分类识别的概率输出,并结合灰关联分析得到的灰关联度,采用D-S证据推理方法对两个分类器结果进行融合.仿真实验针对10种同类型雷达的脉冲数据,结果证明多分类器融合较之单个分类器能获得更高的识别率,提高了分类置信度.     

面向群体行为识别的非局部网络模型

目的 视频行为识别一直广受计算机视觉领域研究者的关注，主要包括个体行为识别与群体行为识别。群体行为识别以人群动作作为研究对象，对其行为进行有效表示及分类，在智能监控、运动分析以及视频检索等领域有重要的应用价值。现有的算法大多以多层递归神经网络（RNN）模型作为基础，构建出可表征个体与所属群体之间关系的群体行为特征，但是未能充分考虑个体之间的相互影响，致使识别精度较低。为此，提出一种基于非局部卷积神经网络的群体行为识别模型，充分利用个体间上下文信息，有效提升了群体行为识别准确率。方法 所提模型采用一种自底向上的方式来同时对个体行为与群体行为进行分层识别。首先从原始视频中沿着个人运动的轨迹导出个体附近的图像区块；随后使用非局部卷积神经网络（CNN）来提取包含个体间影响关系的静态特征，紧接着将提取到的个体静态特征输入多层长短期记忆（LSTM）时序模型中，得到个体动态特征并通过个体特征聚合得到群体行为特征；最后利用个体、群体行为特征同时完成个体行为与群体行为的识别。结果 本文在国际通用的Volleyball Dataset上进行实验。实验结果表明，所提模型在未进行群体精细划分条件下取得了77.6%的准确率，在群体精细划分的条件下取得了83.5%的准确率。结论 首次提出了面向群体行为识别的非局部卷积网络，并依此构建了一种非局部群体行为识别模型。所提模型通过考虑个体之间的相互影响，结合个体上下文信息，可从训练数据中学习到更具判别性的群体行为特征。该特征既包含个体间上下文信息、也保留了群体内层次结构信息，更有利于最终的群体行为分类。     

卷积神经网络在掌纹识别中的性能评估

目的 掌纹识别技术作为一种新兴的生物特征识别技术越来越受到广泛重视。深度学习是近10年来人工智能领域取得的重要突破。但是,基于深度学习的掌纹识别相关研究还比较初步,尤其缺乏深入的分析和讨论,且已有的工作使用的都是比较简单的神经网络模型。为此,本文使用多种卷积神经网络对掌纹识别进行性能评估。方法 选取比较典型的8种卷积神经网络模型,在5个掌纹数据库上针对不同网络模型、学习率、网络层数、训练数据量等进行性能评估,展开实验,并与经典的传统掌纹识别方法进行比较。结果 在不同卷积神经网络识别性能评估方面,ResNet和DenseNet超越了其他网络,并在PolyU M_B库上实现了100%的识别率。针对不同学习率、网络层数、训练数据量的实验发现,5×10^-5为比较合适的识别率;网络层数并非越深越好,VGG-16与VGG-19的识别率相当,ResNet层数由18层逐渐增加到50层,识别率则逐渐降低;参与网络训练的数据量总体来说越多越好。对比传统的非深度学习方法,卷积神经网络在识别效果方面还存在一定差距。结论 实验结果表明,对于掌纹识别,卷积神经网络也能获得较好的识别效果,但由于训练数据量不充分等原因,与传统算法的识别性能还有差距。基于卷积神经网络的掌纹识别研究还需要进一步深入开展。     

结合特权信息的人体动作识别

目的 采用传统的2维特征提取方法,很难从视频中准确地捕获出人体的关节点位置,限制了识别率的上限。采用深度信息的3维特征提取能提升识别率,但高维空间运算复杂度高,很难实现实时识别,受应用场景限制。为克服上述难点,提出一种基于3维特权学习的人体动作识别方法,将3维信息作为特权信息引入到传统的2维动作识别过程中,用来识别人体动作。方法 以运动边界直方图密集光流特征、Mosift（Motion SIFT）特征和多种特征结合的混合特征作为2维基本特征。从Kinect设备获得的深度信息中评估出人体的关节点信息,并用李群算法处理得到3维特征作为特权信息。特权信息在经典支持向量机下的识别效果优于2维基本特征。训练数据包含2维基本特征和3维特权信息,测试数据只有2维基本特征。通过训练样本学习,得到结合特权信息的支持向量机（SVM+）,使用该向量机对测试样本进行分类,得到人体动作识别结果。结果 在UTKinect-Action和Florence3D-Action两个人体动作数据集上进行实验。引入特权信息后,人体动作识别率较传统2维识别有2%的平均提升,最高达到9%。SVM+分类器对参数的敏感性较SVM下降。结论 实验结果表明,本文方法较以往方法,在提升识别准确率的同时,降低了分类器对参数的敏感性。本文方法仅在训练过程中需要同时提取2维基本特征和3维特权信息,而在测试过程中无需借助深度信息获取设备提取3维特权特征信息,学习速度快,运算复杂度低,可广泛应用于低成本,高实时的人体动作识别场合。     

双核压缩激活神经网络艺术图像分类

目的 为了充分提取版画、中国画、油画、水彩画和水粉画等艺术图像的整体风格和局部细节特征,实现计算机自动分类检索艺术图像的需求,提出通过双核压缩激活模块（double kernel squeeze-and-excitation,DKSE）和深度可分离卷积搭建卷积神经网络对艺术图像进行分类。方法 根据SKNet（selective kernel networks）自适应调节感受野提取图像整体与细节特征的结构特点和SENet（squeeze-and-excitation networks）增强通道特征的特点构建DKSE模块,利用DKSE模块分支上的卷积核提取输入图像的整体特征与局部细节特征;将分支上的特征图进行特征融合,并对融合后的特征图进行特征压缩和激活处理;将处理后的特征加权映射到不同分支的特征图上并进行特征融合;通过DKSE模块与深度可分离卷积搭建卷积神经网络对艺术图像进行分类。结果 使用本文网络模型对有无数据增强（5类艺术图像数据增强后共25 634幅）处理的数据分类,数据增强后的分类准确率比未增强处理的准确率高9.21%。将本文方法与其他网络模型和传统分类方法相比,本文方法的分类准确率达到86.55%,比传统分类方法高26.35%。当DKSE模块分支上的卷积核为1×1和5×5,且放在本文网络模型第3个深度可分离卷积后,分类准确率达到87.58%。结论 DKSE模块可以有效提高模型分类性能,充分提取艺术图像的整体与局部细节特征,比传统网络模型具有更好的分类准确率。     

Only connect: teaching, technology and telesis

Abstract This paper describes an approach to the design of interactive multimedia materials being developed in a European Community project. The developmental process is seen as a dialogue between technologists and teachers. This dialogue is often problematic because of the differences in training, experience and culture between them. Conditions needed for fruitful dialogue are described and the generic model for learning design used in the project is explained.     

European Community policy and the market

Abstract This paper starts with some reflections on the policy considerations and priorities which are shaping European Commission (EC) research programmes. Then it attempts to position the current projects which seek to capitalise on information and communications technologies for learning in relation to these priorities and the apparent realities of the marketplace. It concludes that while there are grounds to be optimistic about the contribution EC programmes can make to the efficiency and standard of education and training, they are still too technology driven.     

一种自适应子融合集成多分类器方法

融合集成方法已经广泛应用在模式识别领域,然而一些基分类器实时性能稳定性较差,导致多分类器融合性能差,针对上述问题本文提出了一种新的基于多分类器的子融合集成分类器系统。该方法考虑在度量层融合层次之上通过对各类基多分类器进行动态选择,票数最多的类别作为融合系统中对特征向量识别的类别,构成一种新的自适应子融合集成分类器方法。实验表明,该方法比传统的分类器以及分类融合方法识别准确率明显更高,具有更好的鲁棒性。     

Avoiding semantic and temporal gaps in developing software intensive systems

Development of software intensive systems (systems) in practice involves a series of self-contained phases for the lifecycle of a system. Semantic and temporal gaps, which occur among phases and among developer disciplines within and across phases, hinder the ongoing development of a system because of the interdependencies among phases and among disciplines. Such gaps are magnified among systems that are developed at different times by different development teams, which may limit reuse of artifacts of systems development and interoperability among the systems. This article discusses such gaps and a systems development process for avoiding them.     

Designing economic np control charts: A programmed simulation approach

This paper presents control charts models and the necessary simulation software for the location of economic values of the control parameters. The simulation program is written in FORTRAN, requires only 10K of main storage, and can run on most mini and micro computers. Two models are presented - one describes the process when it is operating at full capacity and the other when the process is operating under capacity. The models allow the product quality to deteriorate to a further level before an existing out-of-control state is detected, and they can also be used in situations where no prior knowledge exists of the out-of-control causes and the resulting proportion defectives.     

The development of robot art

Going through a few examples of robot artists who are recognized worldwide, we try to analyze the deepest meaning of what is called “robot art” and the related art field definition. We also try to highlight its well-marked borders, such as kinetic sculptures, kinetic art, cyber art, and cyberpunk. A brief excursion into the importance of the context, the message, and its semiotics is also provided, case by case, together with a few hints on the history of this discipline in the light of an artistic perspective. Therefore, the aim of this article is to try to summarize the main characteristics that might classify robot art as a unique and innovative discipline, and to track down some of the principles by which a robotic artifact can or cannot be considered an art piece in terms of social, cultural, and strictly artistic interest. This work was presented in part at the 13th International Symposium on Artificial Life and Robotics, Oita, Japan, January 31–February 2, 2008     

Explanation and prediction: an architecture for default and abductive reasoning

Although there are many arguments that logic is an appropriate tool for artificial intelligence, there has been a perceived problem with the monotonicity of classical logic. This paper elaborates on the idea that reasoning should be viewed as theory formation where logic tells us the consequences of our assumptions. The two activities of predicting what is expected to be true and explaining observations are considered in a simple theory formation framework. Properties of each activity are discussed, along with a number of proposals as to what should be predicted or accepted as reasonable explanations. An architecture is proposed to combine explanation and prediction into one coherent framework. Algorithms used to implement the system as well as examples from a running implementation are given.     

Three Process Perspectives: Organizations, Teams, and People

This paper provides the author's personal views and perspectives on software process improvement. Starting with his first work on technology assessment in IBM over 20 years ago, Watts Humphrey describes the process improvement work he has been directly involved in. This includes the development of the early process assessment methods, the original design of the CMM, and the introduction of the Personal Software Process (PSP)^SM and Team Software Process (TSP){^SM}. In addition to describing the original motivation for this work, the author also reviews many of the problems he and his associates encountered and why they solved them the way they did. He also comments on the outstanding issues and likely directions for future work. Finally, this work has built on the experiences and contributions of many people. Mr. Humphrey only describes work that he was personally involved in and he names many of the key contributors. However, so many people have been involved in this work that a full list of the important participants would be impractical.     

基于复小波噪声方差显著修正的SAR图像去噪

提出了一种基于复小波域统计建模与噪声方差估计显著性修正相结合的合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar,SAR)图像斑点噪声滤波方法。该方法首先通过对数变换将乘性噪声模型转化为加性噪声模型,然后对变换后的图像进行双树复小波变换(Dualtree Complex Wavelet Transform,DCWT),并对复数小波系数的统计分布进行建模。在此先验分布的基础上,通过运用贝叶斯估计方法从含噪系数中恢复原始系数,达到滤除噪声的目的。实验结果表明该方法在去除噪声的同时保留了图像的细节信息,取得了很好的降噪效果。     

How do children do mathematics with LOGO?

Abstract  This paper considers some results of a study designed to investigate the kinds of mathematical activity undertaken by children (aged between 8 and 11) as they learned to program in LOGO. A model of learning modes is proposed, which attempts to describe the ways in which children used and acquired understanding of the programming/mathematical concepts involved. The remainder of the paper is concerned with discussing the validity and limitations of the model, and its implications for further research and curriculum development.