基于注意力机制改进CNN的肺炎图像识别研究

肺炎X射线图像相似度较高、对比度低、且各种脏器重叠，导致病变区域并不突出。针对以上问题，对一种基于注意力机制改进卷积神经网络的肺炎图像识别方法进行研究。首先使用限制对比直方图均衡化（CLAHE）方法增强肺炎图像对比度，使得肺部更加突出。然后在卷积神经网络中加入注意力机制模块提高模型对肺炎区域特征提取的权重，抑制无关特征。实验在Chest X-Ray Images胸部X光影像数据集上进行，不仅实现了对数据集有无肺炎的识别，还实现了对肺炎类型的识别，判断是细菌性肺炎还是病毒性肺炎。识别准确率为90.57%，比未加入注意力机制的模型高出了8.20个百分点。实验表明加入注意力机制模块的卷积神经网络能够提高肺炎图像识别模型的性能。     

利用优化剪枝GoogLeNet的人脸表情识别方法

为了提高人脸表情识别的准确率和加快处理速度,提出了一种基于优化剪枝GoogLeNet的人脸表情识别方法。利用GoogLeNet网络提取面部特征,其中Inception模块加深学习深度,并利用典型的分类器实现人脸表情分类。改进GoogLeNet网络,添加全局最大池化层并保留检测目标的位置信息,以Sigmoid交叉熵作为训练目标,获得全面的人脸表情特征信息。通过剪枝算法对GoogLeNet网络进行训练、修剪低权重连接和再训练网络等操作,以简化网络结构和参数量,提高运行效率。在JAFFE、CK+和Cohn-Kanade数据集上对所提方法进行验证,实验结果表明,所提方法的识别准确率分别为83.84%、85.09%和84.87%,运行时间低于200?ms,优于对比方法,具有较好的适用性。     

基于域自适应的肿瘤识别模型

关注人的生命健康,定期进行癌症筛查是一项极为重要的工作。针对肿瘤图像数据集数量较少且存在部分无标签的问题,提出了一种基于域自适应算法的肿瘤识别模型。其主干网络包括特征提取器、标签分类器和域判别器。其中,特征提取器对源域和目标域的特征进行提取,学习肿瘤特征;标签分类器对肿瘤图像进行分类输出;域判别器对数据特征的来源进行判定。标签分类器与域判别器博弈,获取源域和目标域的数据分布,直到二者在特征空间上的分布趋于一致,此时得到的分类器可对目标域的数据进行分类。在BreakHis数据集上的实验结果表明,所提算法的平均准确率达到了87.6%,与两种经典域自适应方法相比,其准确率分别提高了16.2%和14.1%,并且在无标签的数据集上显示出了良好的性能。     

基于卷积神经网络的小样本图像识别方法

为提高仅包含少量训练样本的图像识别准确率,利用卷积神经网络作为图像的特征提取器,提出一种基于卷积神经网络的小样本图像识别方法。在原始小数据集中引入数据增强变换,扩充数据样本的范围;在此基础上将大规模数据集上的源预训练模型在目标小数据集上进行迁移训练,提取除最后全连接层之外的模型权重和图像特征;结合源预训练模型提取的特征,采用层冻结方法,微调目标小规模数据集上的卷积模型,得到最终分类识别结果。实验结果表明,该方法在小规模图像数据集的识别问题中具有较高的准确率和鲁棒性。     

基于特征融合和优化极限学习机算法的虹膜识别系统

针对虹膜图像采集过程中存在光照、干扰等因素,为进一步提高虹膜图像识别的准确率,提出一种基于组合特征提取的优化极限学习机(ELM)模型来提高虹膜图像识别的精度。模型考虑了特征提取和分类器优化两者均起着重要作用,利用灰度共生矩阵(GLCM)和多通道2D Gabor滤波器特征提取后进行特征融合,得到更丰富的特征信息,并设计改进了蜂群算法(IABC)优化ELM模型作为分类器。同时设计的线性加权多目标函数综合考虑分类精度和网络结构,从而有效提高了虹膜识别的准确率。实验表明提出的模型通过结合两种特征提取方法,能提取出更丰富的可区分特征,并且结合优化分类器得到了很高的分类准确率,是一种有效的虹膜识别模型。     

基于卷积神经网络的交通标志识别算法

交通标志识别是智能驾驶的关键技术,要满足识别准确率高和识别速度快的要求。为了提升交通标志的识别准确率和识别速度,提出基于卷积神经网络的交通标志识别算法,设计了一种准确率高、速度快的识别模型用于交通标志识别。该模型使用了改进的Inception模块以及多尺度特征融合方式增强网络的特征提取能力,采用批量归一化来加速网络的训练,采用全局平均池化减小模型的参数量。在GTSRB数据集上进行训练测试,识别模型的准确率达到99.6%,识别每张图片的时间为0.22ms,实验结果表明识别模型的识别准确率高,识别速度快。通过自对比实验,验证了识别模型的结构优势。与其他交通标志识别方法在GTSRB数据集上进行对比实验,识别模型的识别性能优于其他识别方法。     

基于小样本学习的SAR图像识别

深度学习已成为图像识别领域的一个研究热点。与传统图像识别方法不同,深度学习从大量数据中自动学习特征,并且具有强大的自学习能力和高效的特征表达能力。但在小样本条件下,传统的深度学习方法如卷积神经网络难以学习到有效的特征,造成图像识别的准确率较低。因此,提出一种新的小样本条件下的图像识别算法用于解决SAR图像的分类识别。该算法以卷积神经网络为基础,结合自编码器,形成深度卷积自编码网络结构。首先对图像进行预处理,使用2D Gabor滤波增强图像,在此基础上对模型进行训练,最后构建图像分类模型。该算法设计的网络结构能自动学习并提取小样本图像中的有效特征,进而提高识别准确率。在MSTAR数据集的10类目标分类中,选择训练集数据中10%的样本作为新的训练数据,其余数据为验证数据,并且,测试数据在卷积神经网络中的识别准确率为76.38%,而在提出的卷积自编码结构中的识别准确率达到了88.09%。实验结果表明,提出的算法在小样本图像识别中比卷积神经网络模型更加有效。     

基于卷积神经网络的多尺度葡萄图像识别方法

葡萄品种质量检测需要识别多类别的葡萄，而葡萄图片中存在多种景深变化、多串等多种场景，单一预处理方法存在局限导致葡萄识别的效果不佳。实验的研究对象是大棚中采集的15个类别的自然场景葡萄图像，并建立相应图像数据集Vitis-15。针对葡萄图像中同一类别的差异较大而不同类别的差异较小的问题，提出一种基于卷积神经网络（CNN）的多尺度葡萄图像识别方法。首先，对Vitis-15数据集中的数据通过三种方法进行预处理：旋转图像的数据扩增方法、中心裁剪的多尺度图像方法以及前两种方法的数据融合方法；然后，采用迁移学习方法和卷积神经网络方法来进行分类识别，迁移学习选取ImageNet上预训练的Inception V3网络模型，卷积神经网络采用AlexNet、ResNet、Inception V3这三类模型；最后，提出适合Vitis-15的多尺度图像数据融合的分类模型MS-EAlexNet。实验结果表明，在同样的学习率和同样的测试集上，数据融合方法在MS-EAlexNet上的测试准确率达到了99.92%，相较扩增和多尺度图像方法提升了近1个百分点，并且所提方法在分类小样本数据集上具有较高的效率。     

基于深度学习和迁移学习的水果图像分类

图像识别作为深度学习领域内的一项重要应用,水果图像的分类识别在智慧农业以及采摘机器人等方面具有重要应用。针对以往传统图像分类算法存在泛化能力差、准确率不高等问题,提出一种在TensorFlow框架下基于深度学习和迁移学习的水果图像分类算法。该算法采用Inception-V3的部分模型结构对水果图像数据进行特征提取,采用Softmax分类器对图像特征进行分类,并通过迁移学习方式进行训练得到迁移训练模型。测试结果表明,该算法与传统水果分类算法对比,具有较高识别准确率。     

基于改进Inception网络的语音分类模型

针对传统音频分类模型提取音频特征的过程繁琐，以及现有神经网络模型存在过拟合、分类精度不高、梯度消失等问题，提出一种基于改进Inception网络的语音分类模型。首先，在模型中加入ResNet中的残差跳连思想以改进传统的InceptionV2模型，使网络模型在加深的同时避免梯度消失；其次，优化Inception模块中的卷积核大小，并利用不同尺寸卷积对原始语音的Log-Mel谱图进行深度特征提取，使模型通过自主学习的方式选择合适的卷积处理数据；同时，在深度与宽度两个维度改进模型以提高分类精度；最后，利用训练好的网络模型对语音数据进行分类预测，并通过Softmax函数得到分类结果。在清华大学汉语语音数据集THCHS-30与环境声音数据集UrbanSound8K数据集上的实验结果表明，改进的Inception网络模型在上述两个数据集上分类准确率分别为92.76%与93.34%。相较于VGG16、InceptionV2、GoogLeNet等模型，所提模型的分类准确率取得了最优，最多提高了27.30个百分点。所提模型具有更强的特征融合能力和更准确的分类结果，能够解决过拟合、梯度消失等问题。     

用于肺炎图像分类的优化卷积神经网络方法

目前,卷积神经网络（CNN）开始应用在肺炎分类领域。针对层数较浅、结构较为简单的卷积网络对肺炎识别的准确率难以提高的情况,采用深度学习方法,并针对采用深度学习方法时常常需要消耗大量的系统资源,导致卷积网络难以在用户端部署的问题,提出一种使用优化的卷积神经网络的分类方法。首先,根据肺炎图像的特征,选择具有良好图像分类性能的AlexNet与InceptionV3模型;然后,利用医学影像特点对层次更深、结构更加复杂的InceptionV3模型进行预训练;最后,通过知识蒸馏的方法,将训练好的"知识"（有效信息）提取到AlexNet模型中,从而实现在减少系统资源占用的同时,提高准确率的效果。实验数据表明,使用知识蒸馏后,AlexNet模型的准确率、特异性与灵敏度分别提高了4.1、7.45、1.97个百分点,且对图像处理器（GPU）占用相比InceptionV3模型减小了51个百分点。     

基于生成对抗网络的知识蒸馏数据增强

在图像分类和工业视觉检测过程中,缺陷样本量少导致神经网络分类器训练效率低及检测精度差,直接采用原始的离散标签又无法使网络分类器学习到不同类别间的相似度信息。针对上述问题,在区域丢弃算法的基础上,提出一种基于生成对抗网络的知识蒸馏数据增强算法。使用补丁对丢弃区域进行填补,减少区域丢弃产生的非信息噪声。在补丁生成网络中,保留生成对抗网络的编码器-解码器结构,利用编码器卷积层提取特征,通过解码器对特征图上采样生成补丁。在样本标签生成过程中,采用知识蒸馏算法中的教师-学生训练模式,按照交叉检验方式训练教师模型,根据教师模型生成的软标签对学生模型的训练进行指导,提高学生模型对特征的学习能力。实验结果表明,与区域丢弃算法相比,该算法在CIFAR-100、CIFAR-10数据集图像分类任务上的Top-1 Err、Top-5 Err分别降低3.1、0.8、0.5、0.6个百分点,在汽车转向器轴承数据集语义分割任务上的平均交并比和识别准确率分别提高2.8、2.3个百分点。     

基于深度卷积神经网络的物体识别算法

针对传统物体识别算法中人工设计出来的特征易受物体形态多样性、光照和背景的影响,提出了一种基于深度卷神经网络的物体识别算法。该算法基于NYU Depth V2场景数据库,首先将单通道深度信息转换为三通道;再用训练集中的彩色图片和转换后的三通道深度图片分别微调两个深度卷积神经网络模型;然后用训练好的模型对重采样训练集中的彩色和深度图片提取模型第一个全连接层的特征,并将两种模态的特征串联起来,训练线性支持向量机（LinSVM）;最后将所提算法应用到场景理解任务中的超像素特征提取。所提方法在测试集上的物体分类准确度可达到91.4%,比SAE-RNN方法提高4.1个百分点。实验结果表明所提方法可提取彩色和深度图片高层特征,有效提高物体分类准确度。     

增强可分离卷积通道特征的表情识别研究

针对目前人脸表情识别准确率不高、网络模型参数复杂等问题,提出一种增强可分离卷积通道特征的人脸表情识别研究方法。设计了一种轻量型卷积神经网络结构提取表情特征,在卷积层中采用深度可分离卷积减少网络参数;引入了压缩激发模块,对不同通道的特征进行权重分配,在不同的卷积层采用不同的压缩率来增强网络对人脸表情的特征提取能力;将提取到的特征送入分类器实现人脸表情分类,在CK+和FER2013数据集上进行实验并分析。实验结果表明：与现有方法相比,提出的网络结构在CK+和FER2013数据集上,识别率分别提高了0.15个百分点和3.29个百分点,且网络模型参数量降低了75%。所提方法在降低网络参数的同时,提高了表情识别准确率。     

基于聚类关联网络的群组行为识别

目前群组行为识别方法没有充分利用群组关联信息而导致群组识别精度无法有效提升,针对这个问题,提出了基于近邻传播算法（AP）的层次关联模块的深度神经网络模型,命名为聚类关联网络（CRN）。首先,利用卷积神经网络（CNN）提取场景特征,再利用区域特征聚集提取场景中的人物特征。然后,利用AP的层次关联网络模块提取群组关联信息。最后,利用长短期记忆网络（LSTM）融合个体特征序列与群组关联信息,并得到最终的群组识别结果。与多流卷积神经网络（MSCNN）方法相比,CRN方法在Volleyball数据集与Collective Activity数据集上的识别准确率分别提升了5.39与3.33个百分点。与置信度能量循环网络（CERN）方法相比,CRN方法在Volleyball数据集与Collective Activity数据集上的识别准确率分别提升了8.7与3.14个百分点。实验结果表明,CRN方法在群体行为识别任务中拥有更高的识别准确精度。     

基于聚类关联网络的群组行为识别

目前群组行为识别方法没有充分利用群组关联信息而导致群组识别精度无法有效提升，针对这个问题，提出了基于近邻传播算法（AP）的层次关联模块的深度神经网络模型，命名为聚类关联网络（CRN）。首先，利用卷积神经网络（CNN）提取场景特征，再利用区域特征聚集提取场景中的人物特征。然后，利用AP的层次关联网络模块提取群组关联信息。最后，利用长短期记忆网络（LSTM）融合个体特征序列与群组关联信息，并得到最终的群组识别结果。与多流卷积神经网络（MSCNN）方法相比，CRN方法在Volleyball数据集与Collective Activity数据集上的识别准确率分别提升了5.39与3.33个百分点。与置信度能量循环网络（CERN）方法相比，CRN方法在Volleyball数据集与Collective Activity数据集上的识别准确率分别提升了8.7与3.14个百分点。实验结果表明，CRN方法在群体行为识别任务中拥有更高的识别准确精度。     

基于自适应特征融合的小样本细粒度图像分类

现有的小样本学习算法未能充分提取细粒度图像的特征,导致细粒度图像分类准确率较低。为了更好地对基于度量的小样本细粒度图像分类算法中提取的特征进行建模,提出了一种基于自适应特征融合的小样本细粒度图像分类算法。在特征提取网络上设计了一种自适应特征融合嵌入网络,可以同时提取深层的强语义特征和浅层的位置结构特征,并使用自适应算法和注意力机制提取关键特征。在训练特征提取网络上采用单图训练和多图训练方法先后训练,在提取样本特征的同时关注样本之间的联系。为了使得同一类的特征向量在特征空间中的距离更加接近,不同类的特征向量的距离更大,对所提取的特征向量做特征分布转换、正交三角分解和归一化处理。提出的算法与其他9种算法进行实验对比,在多个细粒度数据集上评估了5 way 1 shot的准确率和5 way 5 shot的准确率。在Stanford Dogs数据集上的准确率提升了5.27和2.90个百分点,在Stanford Cars数据集上的准确率提升了3.29和4.23个百分点,在CUB-200数据集上的5 way 1 shot的准确率只比DLG略低0.82个百分点,但是5 way 5 shot上提升了1.55个百分点。     

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。     

基于改进卷积神经网络与支持向量机结合的面部表情识别算法

针对当前卷积神经网络（CNN）利用端层特征进行面部表情识别存在模型结构繁琐、训练参数过多、识别不够理想的问题,提出一种基于改进CNN与支持向量机（SVM）相结合的优化算法。首先,利用连续卷积的思想设计网络模型,以获取更多非线性激活;然后,采用自适应全局平均池化（GAP）层取代传统CNN中的全连接层,以减少网络参数量;最后,用SVM分类器代替传统Softmax函数实现表情识别,以提高模型泛化能力。实验结果表明,所提算法在Fer2013和CK+数据集上分别取得了73.4%和98.06%的识别准确率,与传统LeNet-5算法相比,在Fer2013数据集上提升了2.2个百分点,且该网络模型结构简单、参数量较少,具有良好的鲁棒性。