改进残差密集生成对抗网络的红外与可见光图像融合

基于深度学习的红外与可见光图像融合算法通常无法感知源图像显著性区域,导致融合结果没有突出红外与可见光图像各自的典型特征,无法达到理想的融合效果.针对上述问题,设计一种适用于红外与可见光图像融合任务的改进残差密集生成对抗网络结构.首先,使用改进残差密集模块作为基础网络分别构建生成器与判别器,并引入基于注意力机制的挤压激励网络来捕获通道维度下的显著特征,充分保留红外图像的热辐射信息和可见光图像的纹理细节信息;其次,使用相对平均判别器,分别衡量融合图像与红外图像、可见光图像之间的相对差异,并根据差异指导生成器保留缺少的源图像信息;最后,在TNO等多个图像融合数据集上进行实验,结果表明所提方法能够生成目标清晰、细节丰富的融合图像,相比基于残差网络的融合方法,边缘强度和平均梯度分别提升了64.56%和64.94%.     

基于注意力机制的入侵检测生成对抗网络模型

针对传统基于生成对抗网络（GAN）模型存在生成对抗样本无效且训练效率低等问题,提出一种基于注意力机制的GAN模型,通过在生成器模块引入注意力机制,保留攻击流量攻击功能的同时,对输入向量的不同部分设置不同权值,以实现对关键特征信息的抽取,使得模型可以作出更准确的判断,同时提高训练的效率。生成器根据注意力特征图可以抽取攻击流量中的非功能特征进行修改,提高训练效率,结合判别器判别反馈结果,最终生成器可以生成保留攻击功能的有效对抗样本。实验针对基于卷积神经网络（CNN）类的深度入侵检测系统进行测试,验证了此基于注意力机制的GAN对抗攻击模型生成的对抗流量可以有效降低深度入侵检测系统的识别率,整体识别率降低超过10%,在注意力模块的帮助下模型能够针对重要特征进行训练,使得收敛速度更快、效率更高。     

基于残差密集网络层次信息的图像标题生成

当前图像标题生成任务的主流方法是基于深层神经网络的方法,尤其是基于自注意力机制模型的方法。然而,传统的深层神经网络层次之间是线性堆叠的,这使得低层网络捕获的信息无法在高层网络中体现,从而没有得到充分的利用。提出基于残差密集网络的方法获取层次语义信息来生成高质量的图像标题。首先,为了能够充分利用网络的层次信息,以及提取深层网络中的各个层的局部特征,提出LayerRDense在层与层之间进行残差密集连接。其次,提出SubRDense,在Decoder端的每层网络中的子层中运用残差密集网络,以更好地融合图像特征和图像的描述信息。在MSCOCO 2014数据集上的实验结果表明,所提出的LayerRDense和SubRDense网络均能进一步提高图像标题生成的性能。     

基于自注意力机制的条件生成对抗网络

近年来,越来越多的生成对抗网络出现在深度学习的各个领域中.条件生成对抗网络(Conditional Generative Adver-sarial Networks,cGAN)开创性地将监督学习引入到无监督的GAN网络中,这使得GAN可以生成有标签数据.传统的GAN通过多次卷积运算来模拟不同区域之间的相关性,进而生成图...     

融合门控自注意力机制的生成对抗网络视频异常检测

目的 视频异常行为检测是当前智能监控技术的研究热点之一,在社会安防领域具有重要应用。如何通过有效地对视频空间维度信息和时间维度信息建模来提高异常检测的精度仍是目前研究的难点。由于结构优势,生成对抗网络目前广泛应用于视频异常检测任务。针对传统生成对抗网络时空特征利用率低和检测效果差等问题,本文提出一种融合门控自注意力机制的生成对抗网络进行视频异常行为检测。方法 在生成对抗网络的生成网络U-net部分引入门控自注意力机制,逐层对采样过程中的特征图进行权重分配,融合U-net网络和门控自注意力机制的性能优势,抑制输入视频帧中与异常检测任务不相关背景区域的特征表达,突出任务中不同目标对象的相关特征表达,更有效地针对时空维度信息进行建模。采用LiteFlownet网络对视频流中的运动信息进行提取,以保证视频序列之间的连续性。同时,加入强度损失函数、梯度损失函数和运动损失函数加强模型检测的稳定性,以实现对视频异常行为的检测。结果 在CUHK(Chinese University of Hong Kong) Avenue、UCSD(University of California, San Dieg...     

基于残差模块和自注意力机制GAN的脑电信号增广方法

针对脑电信号（EEG）数据量过少的问题,提出一种基于残差模块（ResBlock）和自注意力（Self-Attention）机制的生成对抗网络（GAN）,记为RBSAGAN。该模型首先对ResBlock进行改进,设计了Up ResBlock和Down ResBlock网络用于提取信号中不同尺度感受野的特征并对数据维度进行扩大和缩小;然后根据Self-Attention机制设计1D Self-Attention网络挖掘EEG中各离散时刻之间的时间相关性;最后通过生成器和判别器的对抗训练生成逼真的信号。该模型在公开的BCI Competition IV dataset 2a数据集进行了大量实验,结果表明,RBSAGAN具有生成接近于真实脑电信号样本的能力,并且将分类器1D卷积网络（CNN）的平均识别率提升至96.04%,可以为EEG数据增广任务提供参考。     

基于线性注意力机制的单样本生成对抗网络研究

目前,使用单样本训练生成对抗网络已经成为研究人员关注的重点。但是,网络模型不容易收敛,生成的图像结构易崩塌,训练速度慢等问题依旧亟待解决。研究人员提出在生成对抗网络中使用自注意力模型用以获取样本更大范围的结构,提高生成图像的质量。但是,传统的卷积自注意力模型由于注意力图谱中的信息冗余,容易造成计算资源浪费。提出了一种新的线性注意力模型,在该模型中使用了双重归一化方法来缓解注意力模型对输入特征敏感的问题,并且基于该模型搭建了一种新的单样本生成对抗网络模型。此外,模型还使用了残差网络和光谱归一化方法用于稳定训练,降低了发生崩塌的风险。实验结果表明,相较于使用已有的网络结构,该模型具有训练速度快,生成图像的分辨率高且评价指标改善明显等特点。     

使用孪生注意力机制的生成对抗网络的研究

生成对抗网络(GAN)能够生成逼真的图像,已成为生成模型中的一个研究热点。针对生成对抗网络无法有效提取图像局部与全局特征间依赖关系以及各类别间的依赖关系,提出一种用于生成对抗网络的孪生注意力模型(TAGAN)。以孪生注意力机制为驱动,通过模拟局部与全局特征间的依赖关系以及各类别间依赖关系,对真实自然图像建模,创建逼真的非真实图像。孪生注意力机制包含特征注意力模型和通道注意力模型,特征注意力模型通过有选择地聚合特征,学习相似特征间的关联性,通道注意力模型通过整合各通道维度的相关特征,学习各通道的内部依赖关系。在MNIST、CIFAR10和CelebA64数据集上验证了所提出模型的有效性。     

基于自注意力机制辅助分类生成对抗网络的轴承故障诊断

针对传统判别式轴承故障诊断算法在复杂工况下依赖人工特征提取、诊断效果不佳的问题,提出将生成式模型辅助分类生成对抗网络(auxiliary classifier generative adversarial network,ACGAN)用于轴承故障诊断研究。首先,通过快速傅里叶变换将轴承振动信号转为2维频域特征灰度图,设计卷积网络作为模型主体结构,添加批量归一化和LeakyReLU激活函数缓解梯度消失问题;其次,引入自注意力机制(self-attention mechanism,SA),将数据中相距较远的特征相互关联建立新的SA-ACGAN模型,实现多分类场景下对原始数据分布特征的有效学习;最后,将模型应用于电机轴承进行对比验证,结果表明所提方法故障诊断准确率高达99.7％,并具有良好的鲁棒性和泛化性。     

融合自注意力机制的生成对抗网络跨视角步态识别

目的 针对目前基于生成式的步态识别方法采用特定视角的步态模板转换、识别率随视角跨度增大而不断下降的问题,本文提出融合自注意力机制的生成对抗网络的跨视角步态识别方法。方法 该方法的网络结构由生成器、视角判别器和身份保持器构成,建立可实现任意视角间步态转换的网络模型。生成网络采用编码器—解码器结构将输入的步态特征和视角指示器连接,进而实现不同视角域的转换,并通过对抗训练和像素级损失使生成的目标视角步态模板与真实的步态模板相似。在判别网络中,利用视角判别器来约束生成视角与目标视角相一致,并使用联合困难三元组损失的身份保持器以最大化保留输入模板的身份信息。同时,在生成网络和判别网络中加入自注意力机制,以捕捉特征的全局依赖关系,从而提高生成图像的质量,并引入谱规范化使网络稳定训练。结果 在CASIA-B(Chinese Academy of Sciences’ Institute of Automation gait database——dataset B)和OU-MVLP(OU-ISIR gait database-multi-view large population dataset)数据集...     

基于条件Wassertein生成对抗网络的图像生成

生成对抗网络(GAN)能够自动生成目标图像,对相似地块的建筑物排布生成具有重要意义.而目前训练模型的过程中存在生成图像精度不高、模式崩溃、模型训练效率太低的问题.针对这些问题,提出了一种面向图像生成的条件Wassertein生成对抗网络(C-WGAN)模型.首先,该模型需要识别真实样本和目标样本之间特征对应关系,然后,...     

基于仲裁机制的生成对抗网络改进算法

针对深度卷积生成对抗网络（DCGAN）中的对抗训练缺乏灵活性以及DCGAN所使用的二分类交叉熵损失（BCE loss）函数存在优化不灵活、收敛状态不明确的问题,提出了一种基于仲裁机制的生成对抗网络（GAN）改进算法,即在DCGAN的基础上引入了所提出的仲裁机制。首先,所提改进算法的网络结构由生成器、鉴别器和仲裁器组成;然后,生成器与鉴别器会根据训练规划进行对抗训练,并根据从数据集中感知学习到的特征分别强化生成图像以及辨别图像真伪的能力;其次,由上一轮经过对抗训练的生成器和鉴别器与度量分数计算模块一起组成仲裁器,该仲裁器将度量生成器与鉴别器对抗训练的结果,并反馈到训练规划中;最后,在网络结构中添加获胜限制以提高模型训练的稳定性,并使用Circle loss函数替换BCE loss函数,使得模型优化过程更灵活、收敛状态更明确。实验结果表明,所提算法在建筑类以及人脸数据集上有较好的生成效果,在LSUN数据集上,该算法的FID指标相较于DCGAN原始算法下降了1.04%;在CelebA数据集上,该算法的IS指标相较于DCGAN原始算法提高了4.53%。所提算法生成的图像具有更好的多样性以及更高的质量。     

基于深度残差生成对抗网络的医学影像超分辨率算法

针对医学影像超分辨率重建过程中细节丢失导致的模糊问题,提出了一种基于深度残差生成对抗网络（GAN）的医学影像超分辨率算法。首先,算法包括生成器网络和判别器网络,生成器网络生成高分辨率图像,判别器网络辨别图像真伪。然后,通过设计生成器网络的上采样采用缩放卷积来削弱棋盘效应,并去掉标准残差块中的批量规范化层以优化网络;进一步增加判别器网络中特征图数量以加深网络等方面提高网络性能。最后,用生成损失和判别损失来不断优化网络,指导生成高质量的图像。实验结果表明,对比双线性内插、最近邻插值、双三次插值法、基于深度递归神经网络、基于生成对抗网络的超分辨率方法（SRGAN）,所提算法重建出了纹理更丰富、视觉更逼真的图像。相比SRGAN方法,所提算法在峰值信噪比（PSNR）和结构相似度（SSIM）上有0.21 dB和0.32%的提升。所提算法为医学影像超分辨率的理论研究提供了深度残差生成对抗网络的方法,在其实际应用中可靠、有效。     

基于注意力机制和生成对抗网络的飞行器短期航迹预测模型

针对单一长短时记忆（LSTM）网络在航迹预测上无法有效提取关键信息以及难以精准拟合数据分布等问题,提出基于注意力机制和生成对抗网络（GAN）的飞行器短期轨迹预测模型。首先,引入注意力机制对航迹赋予不同的权重,以提升航迹中重要特征的影响力;其次,基于LSTM提取航迹序列特征,并经汇聚层汇集时间步长内所有的飞行器特征;最后,利用GAN在对抗博弈下不断优化的特性来优化模型,从而提高模型的准确性。相较于社会生成对抗网络（SGAN）,所提模型在处于爬升阶段的数据集上的平均位移误差（ADE）、最终位移误差（FDE）及最大位移误差（MDE）分别降低了20.0%、20.4%和18.3%。实验结果表明,所提模型能更精确地预测未来航迹。     

基于生成对抗网络的信息隐藏方案

针对信息隐藏中含密载体会留有修改痕迹,从根本上难以抵抗基于统计的隐写分析算法检测的问题,提出一种基于生成对抗网络（GAN）的信息隐藏方案。该方案首先利用生成对抗网络中的生成模型G以噪声为驱动生成原始载体信息;其次,使用±1嵌入算法,将秘密消息嵌入到生成的载体信息中生成含密信息;最终,将含密信息与真实图像样本作为生成对抗网络中判别模型D的输入,进行迭代优化,同时使用判别模型S来检测图像是否存在隐写操作,反馈生成图像质量的特性,G&D&S三者在迭代过程中相互竞争,性能不断提高。该方案所采用的策略与SGAN（Steganographic GAN）和SSGAN（Secure Steganography based on GAN）两种方案不同,主要区别是将含密信息与真实图像样本作为判别模型的输入,对于判别网络D进行重构,使网络更好地评估生成图像的性能。与SGAN和SSGAN相比,该方案使得攻击者在隐写分析正确性上分别降低了13.1%和6.4%。实验结果表明,新的信息隐藏方案通过生成更合适的载体信息来保证信息隐藏的安全性,能够有效抵抗隐写算法的检测,在抗隐写分析和安全性指标上明显优于对比方案。     

基于多层次分辨率递进生成对抗网络的文本生成图像方法

针对文本生成图像任务存在生成图像有目标结构不合理、图像纹理不清晰等问题，在注意力生成对抗网络（AttnGAN）的基础上提出了多层次分辨率递进生成对抗网络（MPRGAN）模型。首先，在低分辨率层采用语义分离-融合生成模块，将文本特征在自注意力机制引导下分离为3个特征向量，并用这些特征向量分别生成特征图谱；然后，将特征图谱融合为低分辨率图谱，并采用mask图像作为语义约束以提高低分辨率生成器的稳定性；最后，在高分辨率层采用分辨率递进残差结构，同时结合词注意力机制和像素混洗来进一步改善生成图像的质量。实验结果表明，在数据集CUB-200-2011和Oxford-102上，所提模型的IS分别达到了4.70和3.53，与AttnGAN相比分别提高了7.80%和3.82%。MPRGAN模型能够在一定程度上解决结构生成不稳定的问题，同时其生成的图像也更接近真实图像。     

基于多层次分辨率递进生成对抗网络的文本生成图像方法

针对文本生成图像任务存在生成图像有目标结构不合理、图像纹理不清晰等问题,在注意力生成对抗网络（AttnGAN）的基础上提出了多层次分辨率递进生成对抗网络（MPRGAN）模型。首先,在低分辨率层采用语义分离-融合生成模块,将文本特征在自注意力机制引导下分离为3个特征向量,并用这些特征向量分别生成特征图谱;然后,将特征图谱融合为低分辨率图谱,并采用mask图像作为语义约束以提高低分辨率生成器的稳定性;最后,在高分辨率层采用分辨率递进残差结构,同时结合词注意力机制和像素混洗来进一步改善生成图像的质量。实验结果表明,在数据集CUB-200-2011和Oxford-102上,所提模型的IS分别达到了4.70和3.53,与AttnGAN相比分别提高了7.80%和3.82%。MPRGAN模型能够在一定程度上解决结构生成不稳定的问题,同时其生成的图像也更接近真实图像。     

基于双向循环生成对抗网络的无线传感网入侵检测方法

针对无线传感器网络（WSN）入侵检测方法在离散高维特征的不平衡数据集上检测精度低和泛化能力差的问题,提出一种基于双向循环生成对抗网络的WSN入侵检测方法 BiCirGAN。首先,引入对抗学习异常检测（ALAD）通过潜在空间合理地表示高维、离散的原始特征,提高对原始特征的可理解性。其次,采用双向循环对抗的结构确保真实空间和潜在空间双向循环的一致性,从而保证生成对抗网络（GAN）训练的稳定性,并提高异常检测的性能。同时,引入Wasserstein距离和谱归一化优化方法改进GAN的目标函数,以进一步解决GAN的模式崩坏与生成器缺乏多样性的问题。最后,由于入侵攻击数据的统计属性随时间以不可预见的方式变化,建立带有Dropout操作的全连接层网络对异常检测结果进行优化。实验结果表明,在KDD99、UNSW-NB15和WSN＿DS数据集上,相较于AnoGAN、BiGAN、MAD-GAN以及ALAD方法,BiCirGAN在检测精确度上提高了3.9%～33.0%,且平均推断速度是ALAD方法的4.67倍。     

生成对抗残差网络的医学图像融合算法

针对传统医学图像融合中需要依靠先验知识手动设置融合规则和参数,导致融合效果存在不确定性、细节表现力不足的问题,提出了一种基于改进生成对抗网络（GAN）的脑部计算机断层扫描（CT）/磁共振（MR）图像融合算法。首先,对生成器和判别器两个部分的网络结构进行改进,在生成器网络的设计中采用残差块和快捷连接以加深网络结构,更好地捕获深层次的图像信息;然后,去掉常规网络中的下采样层,以减少图像传输过程中的信息损失,并将批量归一化改为层归一化,以更好地保留源图像信息,增加判别器网络的深度以提高网络性能;最后,连接CT图像和MR图像,将其输入到生成器网络中得到融合图像,通过损失函数不断优化网络参数,训练出最适合医学图像融合的模型来生成高质量的图像。实验结果表明,与当前表现优良的基于离散小波变换（DWT）算法、基于非下采样剪切波变换（NSCT）算法、基于稀疏表示（SR）算法和基于图像分类块稀疏表示（PSR）算法对比,所提算法在互信息（MI）、信息熵（IE）、结构相似性（SSIM）上均表现良好,最终的融合图像纹理和细节丰富,同时避免了人为因素对融合效果稳定性的影响。