改进深度残差卷积神经网络的LDCT图像估计

针对低剂量计算机断层扫描（Low-Dose Computed Tomography,LDCT）重建图像出现明显条形伪影的现象,提出了一种基于残差学习的深度卷积神经网络（Deep Residual Convolutional Neural Network,DR-CNN）模型,可以从LDCT图像预测标准剂量计算机断层扫描（Normal-Dose Computed Tomography,NDCT）图像。该模型在训练阶段,将数据集中的LDCT图像和NDCT图像相减得到残差图像,将LDCT图像和残差图像分别作为输入和标签,通过深度卷积神经网络（Convolution Neural Network,CNN）学习输入和标签之间的映射关系;在测试阶段,利用此映射关系从LDCT图像预测残差图像,用LDCT图像减去残差图像得到预测的NDCT图像。实验采用50对大小为512×512的同一体模的常规剂量胸腔扫描切片和投影域添加噪声后的重建图像作为数据集,其中45对作为训练集,其他作为测试集,来验证此模型的有效性。通过与非局部降噪算法、匹配三维滤波算法和K-SVD算法等目前公认效果较好的图像去噪算法对比,所提模型预测的NDCT图像均方根误差小,且信噪比略高于其他算法处理结果。     

基于小波域的深度残差网络图像超分辨率算法

单幅图像超分辨率（SISR）是指从一张低分辨率图像重建高分辨率图像.传统的神经网络方法通常在图像的空间域进行超分辨率重构，但这些方法常在重构过程中忽略重要的细节.鉴于小波变换能够将图像内容的"粗略"和"细节"特征进行分离，提出一种基于小波域的深度残差网络（DRWSR）.不同于其他传统的卷积神经网络直接推导高分辨率图像（HR），该方法采用多阶段学习策略，首先推理出高分辨率图像对应的小波系数，然后重建超分辨率图像（SR）.为了获取更多的信息，该方法采用一种残差嵌套残差的灵活可扩展的深度神经网络.此外，提出的神经网络模型采用结合图像空域与小波域的损失函数进行优化求解.所提出的方法在Set5、Set14、BSD100、Urban100等数据集上进行实验，实验结果表明，该方法的视觉效果和峰值信噪比（PSNR）均优于相关的图像超分辨率方法.     

基于NSST域卷积神经网络的低剂量CT图像恢复

为解决低剂量CT（Low-Dose Computed Tomography,LDCT）图像中的噪声/伪影问题,提出一种基于非下采样Shearlet变换（Non-Sample Shearlet Transformation,NSST）的卷积神经网络（Convolution Neural Network,CNN）的NSST-CNN模型。训练时,对数据集中的常规剂量CT（Normal-Dose Computed Tomography,NDCT）和LDCT图像做NSST分解,将LDCT图像的高频子图作为输入,LDCT和NDCT图像的高频子图的残差图像作为标签,通过CNN训练,学习LDCT高频子图和高频残差子图的映射关系;测试时,将LDCT图像的高频子图减去利用映射关系预测的主要包括噪声/伪影的高频子图,然后做NSST反变换得到高质量的LDCT图像。实验结果表明,与KSVD、BM3D以及图像域CNN方法相比,NSST-CNN模型得到的结果具有更高的峰值信噪比和结构相似度,更接近NDCT图像。     

基于深度残差网络图像分类算法研究综述

近年来,由于计算机技术的飞速迅猛发展,特别是硬件条件的改善,计算能力不断提高,深层神经网络训练的时间大大缩短,深度残差网络也迅速成为一个新的研究热点.深度残差网络作为一种极深的网络架构,在精度和收敛等方面都展现出了很好的特性.研究者们深入研究其本质并在此基础上提出了很多关于深度残差网络的改进,如宽残差网络,金字塔型残差网络,密集型残差网络,注意力残差网络等等.本文从残差网络的设计出发,分析了不同残差单元的构造方式,介绍了深度残差网络不同的变体.从不同的角度比较了不同网络之间的差异以及这些网络架构在常用图像分类数据集上的性能表现.最后我们对于这些网络进行了总结,并讨论了未来深度残差网络在图像分类领域的一些研究方向.     

基于深度残差网络的人脸表情识别

针对深度卷积神经网络随着卷积层数增加而导致网络模型难以训练和性能退化等问题,提出了一种基于深度残差网络的人脸表情识别方法。该方法利用残差学习单元来改善深度卷积神经网络模型训练寻优的过程,减少模型收敛的时间开销。此外,为了提高网络模型的泛化能力,从KDEF和CK+两种表情数据集上选取表情图像样本组成混合数据集用以训练网络。在混合数据集上采用十折（10-fold）交叉验证方法进行了实验,比较了不同深度的带有残差学习单元的残差网络与不带残差学习单元的常规卷积神经网络的表情识别准确率。当采用74层的深度残差网络时,可以获得90.79%的平均识别准确率。实验结果表明采用残差学习单元构建的深度残差网络可以解决网络深度和模型收敛性之间的矛盾,并能提升表情识别的准确率。     

基于3D CNN的鼻咽癌CT图像分割

鼻咽癌CT图像分割是鼻咽癌诊断和治疗的先行任务,然而,由于鼻咽癌细胞的外形多样、灰度不均匀、边界模糊、病变形状复杂等因素使得分割难以准确。针对这一问题,提出了一种基于三维深度卷积神经网络的鼻咽癌CT图像分割方法,三维深度卷积神经网络框架的前5层采用卷积核为3~3的普通卷积,中间6层采用空洞率为2的膨胀卷积,后6层采用空洞率为4的膨胀卷积,每2个卷积层之间有一个残差连接,最后利用Softmax函数对每个像素点进行分类。膨胀卷积有助于得到精确的密集预测和沿物体边界的精细分割图,残差连接使深度卷积神经网络中的信息传播平滑,并能提高训练速度。实验结果表明,在鼻咽癌CT图像分割中该方法与其他主流方法相比有更好的性能。     

基于CNN特征提取和加权深度迁移的单目图像深度估计

单目图像的深度估计可以从相似图像及其对应的深度信息中获得。然而,图像匹 配歧义和估计深度的不均匀性问题制约了这类算法的性能。为此,提出了一种基于卷积神经网 络(CNN)特征提取和加权深度迁移的单目图像深度估计算法。首先提取 CNN 特征计算输入图像 在数据集中的近邻图像;然后获得各候选近邻图像和输入图像间的像素级稠密空间形变函数; 再将形变函数迁移至候选深度图像集,同时引入基于 SIFT 的迁移权重 SSW,并通过对加权迁 移后的候选深度图进行优化获得最终的深度信息。实验结果表明,该方法显著降低了估计深度 图的平均误差,改善了深度估计的质量。     

基于DSPP的单目图像深度估计

空洞空间金字塔池化（ASPP）在深度学习各种任务中均有应用,传统ASPP模块只考虑了提升卷积感受视野,但ASPP中的每次空洞卷积选取的像素点分散,会丢失大量像素点间的信息,而深度估计属于密集预测任务。针对ASPP模块这一弊端提出了一种动态密集的DSPP模块。该模块用一种动态卷积代替空洞卷积,结合ASPP的思想,采用不同大小的卷积尺寸,并结合通道注意力充分利用每一层的特征,解决了ASPP丢失信息的问题,与ASPP相比在大大减小模块参数量的前提下,提升了整体模型的准确率。在NYU Depth v2数据集上与主流算法相比深度图在均方根误差（RMSE）上降低了12.5%,到0.407,并且准确率（δ<1.25）提高了3.4%,达到0.875,验证了算法的有效性。     

基于递归残差网络的图像超分辨率重建

深度卷积神经网络在单图像超分辨率重建方面取得了卓越成就,但其良好表现通常以巨大的参数数量为代价.本文提出一种简洁紧凑型递归残差网络结构,该网络通过局部残差学习减轻训练深层网络的困难,引入递归结构保证增加深度的同时控制模型参数数量,采用可调梯度裁剪方法防止产生梯度消失/梯度爆炸,使用反卷积层在网络末端直接上采样图像到超分辨率输出图像.基准测试表明,本文在重建出同等质量超分辨率图像的前提下,参数数量及计算复杂度分别仅为VDSR方法的1/10和1/（2n2）.     

基于卷积神经网络的时频域CT重建算法

针对采用时域滤波器解析重建后图像存在伪影和图像细节丢失等问题,提出了一种基于卷积神经网络（CNN）的时频域计算机断层扫描（CT）重建算法。首先,在频域中构建了基于卷积神经网络的滤波器网络,实现投影数据的频域滤波;其次,利用反投影操作算子对频域滤波后结果进行域转换得到重建图像;接着,在图像域构建网络对来自反投影层的图像进行处理;最后,在采用最小均方误差损失函数基础上引入多尺度结构相似度损失函数组成复合损失函数,减轻神经网络对结果图像的模糊效应,保留重建图像细节。图像域网络和投影域滤波网络联合作用,最终得到重建结果。在临床数据集上验证了所提算法的有效性,相较于滤波反投影（FBP）算法、全变分（TV）算法及图像域残差编解码CNN（RED-CNN）算法,当投影数目分别为180和90时,所提算法重建结果图像信噪比（PSNR）和结构相似度（SSIM）最高,且归一化均方根误差（NMSE）最小;当投影数目为360时,所提算法仅次于TV算法。实验结果表明,所提算法可以提高CT图像重建图像质量,是一种可行且有效的方法。     

基于卷积神经网络框架的回声隐藏检测方法

回声隐藏是一种以音频为载体的隐写技术,目前针对回声隐藏的隐写分析方法主要以倒谱系数作为手工特征进行分类。然而,这些传统方法普遍在回声幅度较低时检测性能不高。针对回声幅度较低的情况,提出一种基于卷积神经网络（CNN）的回声隐藏隐写分析方法。首先利用短时傅里叶变换（STFT）提取音频的幅度谱系数矩阵作为浅层特征,然后设计了一个卷积神经网络框架对浅层特征进行进一步的深度特征提取,网络框架中包含了四个卷积模块以及三层全连接层,最后分类结果以Softmax进行输出。在三种经典的回声隐藏算法上对提出的方法进行了隐写分析实验评估,实验结果表明,该方法在低回声幅度条件下的检测率分别为98.62%、98.53%和93.20%,与目前所提出的传统基于手工特征的方法和基于深度学习的方法相比,检测性能提升10%以上。     

基于深度卷积神经网络的航空器检测与识别

针对军用机场大尺寸卫星图像中航空器检测识别的具体应用场景,建立了一套实时目标检测识别框架,将深度卷积神经网络应用到大尺寸图像中的航空器目标检测与识别任务中。首先,将目标检测的任务看成空间上独立的bounding-box的回归问题,用一个24层卷积神经网络模型来完成bounding-box的预测;然后,利用图像分类网络来完成目标切片的分类任务。大尺寸图像上的传统目标检测识别算法通常在时间效率上很难突破,而基于卷积神经网络的航空器目标检测识别算法充分利用了计算硬件的优势,大大缩短了任务耗时。在符合应用场景的自采数据集上进行测试,所提算法目标检测实时性达到平均每张5.765 s,在召回率65.1%的工作点上达到了79.2%的精确率,分类网络的实时性达到平均每张0.972 s,Top-1错误率为13%。所提框架在军用机场大尺寸卫星图像中航空器检测识别的具体应用问题上提出了新的解决思路,同时保证了实时性和算法精度。     

卷积神经网络研究综述

近年来,卷积神经网络在图像分类、目标检测、图像语义分割等领域取得了一系列突破性的研究成果,其强大的特征学习与分类能力引起了广泛的关注,具有重要的分析与研究价值。首先回顾了卷积神经网络的发展历史,介绍了卷积神经网络的基本结构和运行原理,重点针对网络过拟合、网络结构、迁移学习、原理分析四个方面对卷积神经网络在近期的研究进行了归纳与分析,总结并讨论了基于卷积神经网络的相关应用领域取得的最新研究成果,最后指出了卷积神经网络目前存在的不足以及未来的发展方向。     

基于卷积神经网络的图像分类算法综述

卷积神经网络（CNN）是目前基于深度学习的计算机视觉领域中重要的研究方向之一。它在图像分类和分割、目标检测等的应用中表现出色,其强大的特征学习与特征表达能力越来越受到研究者的推崇。然而,CNN仍存在特征提取不完整、样本训练过拟合等问题。针对这些问题,介绍了CNN的发展、CNN经典的网络模型及其组件,并提供了解决上述问题的方法。通过对CNN模型在图像分类中研究现状的综述,为CNN的进一步发展及研究方向提供了建议。     

基于深度学习的超声心动图切面识别方法

提出了一种基于深度卷积神经网络自动识别超声心动图标准切面的方法,并可视化分析了深度模型的有效性。针对网络全连接层占有模型大部分参数的缺点,引入空间金字塔均值池层化替代全连接层,获得更多空间结构信息,并大大减少模型参数、降低过拟合风险,通过类别显著性区域将类似注意力机制引入模型可视化过程。通过超声心动图标准切面的识别问题案例,对深度卷积神经网络模型的鲁棒性和有效性进行解释。在超声心动图上的可视化分析实验表明,改进深度模型作出的识别决策依据,同医师辨别分类超声心动图标准切面的依据一致,表明所提方法的有效性和实用性。     

基于多孔卷积神经网络的图像深度估计模型

针对在传统机器学习方法下单幅图像深度估计效果差、深度值获取不准确的问题，提出了一种基于多孔卷积神经网络（ACNN）的深度估计模型。首先，利用卷积神经网络（CNN）逐层提取原始图像的特征图；其次，利用多孔卷积结构，将原始图像中的空间信息与提取到的底层图像特征相互融合，得到初始深度图；最后，将初始深度图送入条件随机场（CRF），联合图像的像素空间位置、灰度及其梯度信息对所得深度图进行优化处理，得到最终深度图。在客观数据集上完成了模型可用性验证及误差估计，实验结果表明，该算法获得了更低的误差值和更高的准确率，均方根误差（RMSE）比基于机器学习的算法平均降低了30.86%，而准确率比基于深度学习的算法提高了14.5%，所提算法在误差数据和视觉效果方面都有较大提升，表明该模型能够在图像深度估计中获得更好的效果。     

改进的卷积神经网络行人检测方法

为了在行人检测任务中使卷积神经网络（CNN）选择出更优模型并获得定位更准确的检测框,提出一种改进的基于卷积神经网络的行人检测方法。改进主要涉及两个方面：如何决定CNN样本迭代学习次数和如何进行重合窗口的合并。首先,关于CNN样本迭代次序问题,在顺序迭代训练多个CNN分类模型的基础上,提出一种基于校验集正确率及其在迭代系列分类器中展现出的稳定性进行更优模型选择的策略,以使最终选择的分类器推广能力更优。其次,提出了一种不同于非极大值抑制（NMS）的多个精确定位回归框合并机制。精确定位回归框的获取以CNN检测过程输出的粗定位框作为输入。然后,对每个粗定位框应用CNN精确定位过程并获得对应的精确定位回归框。最后,对多个精确定位回归框进行合并,合并过程考虑了每个精确定位回归框的正确概率。更精确地说,最终的合并窗口是基于多个相关的精确定位回归框的概率加权求和方式获得。针对提出的两个改进,在国际上广泛使用的行人检测公共测试数据集ETH上进行了一系列实验。实验结果表明,所提的两个改进方法均能有效地提高系统的检测性能,在相同的测试条件下,融合两个改进的方法相比Fast R-CNN算法检测性能提升了5.06个百分点。     

基于一维卷积混合神经网络的文本情感分类

针对情感分类中传统二维卷积模型对特征语义信息的损耗以及时序特征表达能力匮乏的问题，提出了一种基于一维卷积神经网络（CNN）和循环神经网络（RNN）的混合模型。首先，使用一维卷积替换二维卷积以保留更丰富的局部语义特征；再由池化层降维后进入循环神经网络层，整合特征之间的时序关系；最后，经过softmax层实现情感分类。在多个标准英文数据集上的实验结果表明，所提模型在SST和MR数据集上的分类准确率与传统统计方法和端到端深度学习方法相比有1至3个百分点的提升，而对网络各组成部分的分析验证了一维卷积和循环神经网络的引入有助于提升分类准确率。