基于全卷积神经网络与低秩稀疏分解的显著性检测

为了准确检测复杂背景下的显著区域,提出一种全卷积神经网络与低秩稀疏分解相结合的显著性检测方法,将图像分解为代表背景的低秩矩阵和对应显著区域的稀疏噪声,结合利用全卷积神经网络学习得到的高层语义先验知识,检测图像中的显著区域.首先,对原图像进行超像素聚类,并提取每个超像素的颜色、纹理和边缘特征,据此构成特征矩阵;然后,在MSRA数据库中,基于梯度下降法学习得到特征变换矩阵,利用全卷积神经网络学习得到高层语义先验知识;接着,利用特征变换矩阵和高层语义先验知识矩阵对特征矩阵进行变换;最后,利用鲁棒主成分分析算法对变换后的矩阵进行低秩稀疏分解,并根据分解得到的稀疏噪声计算显著图.在公开数据集上进行实验验证,并与当前流行的方法进行对比,实验结果表明,本文方法能够准确地检测感兴趣区域,是一种有效的自然图像目标检测与分割的预处理方法.     

基于反卷积特征提取的深度卷积神经网络学习

在深度卷积神经网络的学习过程中,卷积核的初始值通常是随机赋值的.另外,基于梯度下降法的网络参数学习法通常会导致梯度弥散现象.鉴于此,提出一种基于反卷积特征提取的深度卷积神经网络学习方法.首先,采用无监督两层堆叠反卷积神经网络从原始图像中学习得到特征映射矩阵;然后,将该特征映射矩阵作为深度卷积神经网络的卷积核,对原始图像进行逐层卷积和池化操作;最后,采用附加动量系数的小批次随机梯度下降法对深度卷积网络微调以避免梯度弥散问题.在MNIST、CIFAR-10和CIFAR-100数据集上的实验结果表明,所提出方法可有效提高图像分类精度.     

基于改进DenseNet网络的肺结节检测仿真

针对目前基于神经网络的肺结节检测算法存在准确度低、耗时长的问题,提出了一种基于改进DenseNet网络的肺结节检测模型,通过在稠密神经网络的稠密块中采用分组卷积的方式来优化网络结构,减少网络参数的同时丰富了提取图像特征数量,避免卷积过程中梯度消失问题,提高了肺结节检测效率.之后将模型在LIDC-IDRI数据集上进行仿真...     

基于稠密卷积神经网络的烟雾识别方法

针对传统烟雾检测方法中提取的图像特征鲁棒性较差的问题,提出了基于稠密卷积神经网络(DenseNet)的烟雾识别方法。首先,利用卷积操作和特征图融合构建稠密网络块,在卷积层之间设计稠密连接机制,以增强稠密网络块结构内的信息流通和特征重利用;然后,将已构建的稠密网络块叠加成稠密卷积神经网络用于烟雾识别,节省计算资源的同时提升对烟雾图像特征的表达能力;最后,针对烟雾图像数据量较小的问题,采取数据增强技术进一步改善训练模型的识别能力。在公开烟雾数据集上对提出的方法进行实验验证,实验结果表明,所提方法的模型大小只有0.44 MB,在两个测试集上的准确率分别为96.20%和96.81%。     

遥感图像飞机目标分类的卷积神经网络方法

目的 遥感图像飞机目标分类,利用可见光遥感图像对飞机类型进行有效区分,对提供军事作战信息有重要意义。针对该问题,目前存在一些传统机器学习方法,但这些方法需人工提取特征,且难以适应真实遥感图像的复杂背景。近年来,深度卷积神经网络方法兴起,网络能自动学习图像特征且泛化能力强,在计算机视觉各领域应用广泛。但深度卷积神经网络在遥感图像飞机分类问题上应用少见。本文旨在将深度卷积神经网络应用于遥感图像飞机目标分类问题。方法 在缺乏公开数据集的情况下,收集了真实可见光遥感图像中的8种飞机数据,按大致4∶1的比例分为训练集和测试集,并对训练集进行合理扩充。然后针对遥感图像与飞机分类的特殊性,结合深度学习卷积神经网络相关理论,有的放矢地设计了一个5层卷积神经网络。结果 首先,在逐步扩充的训练集上分别训练该卷积神经网络,并分别用同一测试集进行测试,实验表明训练集扩充有利于网络训练,测试准确率从72.4%提升至97.2%。在扩充后训练集上,分别对经典传统机器学习方法、经典卷积神经网络LeNet-5和本文设计的卷积神经网络进行训练,并在同一测试集上测试,实验表明该卷积神经网络的分类准确率高于其他两种方法,最终能在测试集上达到97.2%的准确率,其余两者准确率分别为82.3%、88.7%。结论 在少见使用深度卷积神经网络的遥感图像飞机目标分类问题上,本文设计了一个5层卷积神经网络加以应用。实验结果表明,该网络能适应图像场景,自动学习特征,分类效果良好。     

基于改进的CNN多级分类的行人检测算法研究

针对监控场景的行人检测应用,提出一种结合改进的支持向量机和卷积神经网络的行人检测方法。首先,通过运动检测初步定位感兴趣的可疑目标区域;然后,计算这些区域图像块的灰度共生矩阵,并采用主成分分析方法提取纹理特征向量,采用支持向量机进行纹理分类,滤除干扰区域;最后,对余下区域构建多尺度图像子块,采用LeNet5卷积神经网络架构进行行人分类。在Caltech数据集上的测试结果表明,该方法的真正率指标高,假正率指标低。     

基于多源融合FCN的图像分割

图像分割任务中,传统的基于人工设计特征方法工作量大、复杂度高、分割割精度较低,现有的基于全卷积神经网络(Fully Convolutional Networks,FCN)的方法在分割边缘上不够精细。为了提高图像分割算法的分割精度,提出基于多源融合的全卷积神级网络模型,输入图片经过Sobel算子提取边缘特征获得特征矩阵,与RGB和灰度图像一起作为输入,将传统全卷积网络拓展成具有多种输入源的分割模型。在PASCAL VOC 2012图像分割数据集上进行实验验证,结果显示该模型提高了图像分割的精度,具有良好的实时性和鲁棒性。     

结合分类卷积神经网络和形状上下文的线画图检索

传统线画图检索中仅仅利用线画图形状特征信息导致检索准确率不高,为了高效、准确地从线画图数据集中检索相似的线画图,提出一种结合分类卷积神经网络和形状上下文的线画图检索方法.首先利用大卷积核的分类卷积神经网络对线画图像数据集进行分类训练任务得到神经网络权值参数,使用该网络结构提取数据集中每张线画图的卷积特征信息;然后根据用户在画图板上绘制得到的简单线画图输入,利用卷积神经网络进行二次分类得到前15种最相似的分类,并结合形状上下文算法对15种分类匹配相似度并取前8种分类;最后使用卷积神经网络提取用户输入的线画图特征信息并与8种分类中的线画图特征信息进行匹配,根据相似度大小排序得到线画图匹配结果.基于Caffe卷积神经网络开发框架,采用TU-Berlinsketchbenchmark线画图数据集进行实验的结果表明,该方法能高效、准确地从数据集中检索得到相似线画图,同时能保证检索结果集中于最相似的几种类别且同类型中能有更多的选择.     

基于卷积神经网络的JavaScript恶意代码检测方法

机器学习的JavaScript恶意代码检测方法在提取特征过程中耗费时间和人力,以及这些频繁使用的机器学习方法已经无法满足当今信息大爆炸的实际需要。提出了一种基于卷积神经网络的JavaScript恶意代码检测方法。采用爬虫工具收集良性和恶意的JavaScript脚本代码获得样本数据;将JavaScript样本转换为相对应的灰阶图像,得到图像数据集;通过构建卷积神经网络模型对图像数据集进行训练,使得模型具有检测JavaScript恶意代码的能力。实验结果表明,相对于机器学习,该方法对收集到的5 800条JavaScript代码样本,检测准确率达到98.9%。     

多通道融合可分离卷积神经网络下的脑部磁共振图像分割

目的 卷积神经网络方法可以提取到图像的深层次信息特征,在脑部磁共振图像（MRI）分割领域展现出优秀的性能。但大部分深度学习方法都存在参数量大,边缘分割不准确的问题。为克服上述问题,本文提出一种多通道融合可分离卷积神经网络（MFSCNN）模型分割脑图像。方法 首先,在训练集中增加待分割脑结构及其边缘像素点的权重,强制使网络学习如何分割脑结构边缘部分,从而提升整体脑结构分割的准确率。其次,引入残差单元,以避免梯度弥散,同时使用深度可分离卷积代替原始的卷积层,在不改变网络每个阶段特征通道数的情况下,减少了网络训练的参数数量和训练时间,降低了训练成本。最后,将不同阶段的特征信息合并在一起,进行通道混洗,得到同时包含深浅层次信息的增强信息特征,加入到网络中进行训练,每个阶段的输入特征信息更丰富,学习特征的速度和收敛速度更快,显著地提升了网络的分割性能。结果 在IBSR（internet brain segmentation repositor）数据集上的分割结果表明,MFSCNN的分割性能相对于普通卷积神经网络（CNN）方法要明显提高,且在边缘复杂的部分,分割效果更理想,Dice和IOU（intersection over union）值分别提升了0.9% 6.6%,1.3% 9.7%。在边缘平滑的部分,MFSCNN方法比引入残差块的神经网络模型（ResCNN）和引入局部全连接模块的神经网络模型（DenseCNN）分割效果要好,而且MFSCNN的参数量仅为ResCNN的50%,DenseCNN的28%,在提升分割性能的同时,也降低了运算复杂度,缩短了训练时间。同时,在IBSR、Hammer67n20、LPBA40这3个数据集上,MFSCNN的分割性能比现有的其他主流方法更出色。结论 本文提出的MFSCNN方法,加强了网络特征的信息量,提升了网络模型的训练速度,在不同数据集上均获得更精确的MR脑部图像分割结果。     

基于FPGA的卷积神经网络加速器动态余数处理映射模型

将卷积计算转化为矩阵乘法是FPGA上一种高效实现,而现有的转化方法无法根据卷积参数的不同动态调整,限制了卷积计算的并行度.提出一种新的动态余数处理映射模型.该映射模型包含有3个子模型:特征值映射模型,权值映射模型,和输出映射模型.特征值映射模型将特征值转化为特征值矩阵,权值映射模型将权值转化为权值矩阵,特征值矩阵和权值矩阵通过乘累加计算阵列得到卷积计算结果,由输出映射模型将卷积计算结果存储到内存中.在卷积计算过程中,卷积的输出通道数通常不是乘累加计算阵列行数的整数倍,3个子映射模型会根据产生的余数动态调整映射方法,提高乘累加计算阵列的利用率.通过实验表明,采用动态余数处理映射模型能够将余数并行度的倍数至多提高到卷积核大小,使整个加速器达到了更高的实际吞吐量和能量效率.     

Efficient facet edge detection and quantitative performance evaluation

In this paper, we first introduce a recursive procedure for efficiently computing cubic facet parameters for edge detection. The procedure allows to compute facet parameters in a fixed number of operations independent of kernel size. We then introduce an image independent quantitative criterion for analytically evaluating different edge detectors (both gradient and zero-crossing based methods) without the need of ground-truth information. Our criterion is based on our observation that all edge detectors make a decision of whether a pixel is an edgel or not based on the result of convolution of the image with a kernel. The variance of the convolution output therefore directly affects the performance of an edge detector. We propose to analytically compute the variance of the convolution output and use it as a measure to characterize the performance of four well-known edge detectors.     

多尺度密集残差网络的单幅图像超分辨率重建

目的 近几年应用在单幅图像超分辨率重建上的深度学习算法都是使用单种尺度的卷积核提取低分辨率图像的特征信息,这样很容易造成细节信息的遗漏。另外,为了获得更好的图像超分辨率重建效果,网络模型也不断被加深,伴随而来的梯度消失问题会使得训练时间延长,难度加大。针对当前存在的超分辨率重建中的问题,本文结合GoogleNet思想、残差网络思想和密集型卷积网络思想,提出一种多尺度密集残差网络模型。方法 本文使用3种不同尺度卷积核对输入的低分辨率图像进行卷积处理,采集不同卷积核下的底层特征,这样可以较多地提取低分辨率图像中的细节信息,有利于图像恢复。再将采集的特征信息输入残差块中,每个残差块都包含了多个由卷积层和激活层构成的特征提取单元。另外,每个特征提取单元的输出都会通过短路径连接到下一个特征提取单元。短路径连接可以有效地缓解梯度消失现象,加强特征传播,促进特征再利用。接下来,融合3种卷积核提取的特征信息,经过降维处理后与3×3像素的卷积核提取的特征信息相加形成全局残差学习。最后经过重建层,得到清晰的高分辨率图像。整个训练过程中,一幅输入的低分辨率图像对应着一幅高分辨率图像标签,这种端到端的学习方法使得训练更加迅速。结果 本文使用两个客观评价标准PSNR（peak signal-to-noise ratio）和SSIM（structural similarity index）对实验的效果图进行测试,并与其他主流的方法进行对比。最终的结果显示,本文算法在Set5等多个测试数据集中的表现相比于插值法和SRCNN算法,在放大3倍时效果提升约3.4 dB和1.1 dB,在放大4倍时提升约3.5 dB和1.4 dB。结论 实验数据以及效果图证明本文算法能够较好地恢复低分辨率图像的边缘和纹理信息。     

基于小尺度核卷积的人脸表情识别

针对现有表情识别方法中网络泛化能力差以及网络参数多导致计算量大的问题,提出一种利用小尺度核卷积的人脸表情识别方法。采用多层小尺度核卷积块代替大卷积核减少参数量,结合最大池化层提取面部表情图像特征,利用Softmax分类器对不同表情进行分类,并在相同感受野下增加网络深度避免特征丢失。实验结果表明,与FER2013 record、DNNRL等方法相比,该方法的人脸表情识别率更高,能有效实现人脸表情的准确分类。     

基于改进稀疏栈式编码的车型识别

为了提高稀疏栈式编码对车型识别确率,提出了一种基于改进稀疏栈式编码的车型识别方法。使用逐层无监督方法来训练网络结构,并从大量的无标记的数据集中学习得到特征字典,在稀疏栈式编码的基础上引入卷积和池化模块,把学习得到的特征字典作为卷积核,通过对含有车辆的图像进行卷积和池化操作获得图像的特征图;最后通过使用softmax分类器在少量标签数据集上进行有监督的微调。在BIT-Vehicle数据集上的实验结果表明,改进后的算法优于传统稀疏栈式编码算法,在标注较少的数据集中,识别的准确率优于神经网络算法。     

结合多尺度与可变形卷积的自监督图像特征点提取网络

特征点提取是图像处理领域的一个重要方向,在视觉导航、图像匹配、三维重建等领域具有广泛的应用价值。基于卷积神经网络的特征点提取方法是目前的主流方法,但由于传统卷积层的感受野大小不变、采样区域的几何结构固定,在尺度、视角和光照变化较大的情况下,特征点提取的精度和鲁棒性较差。为解决以上问题提出了一种结合多尺度与可变形卷积的自监督特征点提取网络。本文以L2-NET为网络骨干,在深层网络中引入多尺度卷积核,增强网络的多尺度特征提取能力,获得细粒度尺度信息的特征图;使用单应矩阵约束的可变形卷积以提取不规则的特征区域,同时降低运算量,并采用归一化约束单应矩阵的求解,均衡不同采样点对结果的影响,配合在网络中增加的卷积注意力机制和坐标注意力机制,提升网络的特征提取能力。文章在HPatches数据集上进行了对比试验和消融实验,与R2D2等7种主流方法进行对比,本文方法的特征点提取效果最好,相比于次优数据,特征点重复度指标（Rep）提升了约1%,匹配分数（M.s.）提升了约1.3%,平均匹配精度（MMA）提高了约0.4%。本文提出的方法充分利用了可变形卷积提供的深层信息,融合了不同尺度的特征,使特征点提取结果更加准确和鲁棒。     

基于密集连接空洞卷积神经网络的青藏地区云雪图像分类

为了提高高纬度地区云雪卫星图像的识别准确率,提出了密集连接空洞卷积神经网络与空洞卷积相结合的方法进行云雪卫星图像识别研究。该方法首先采用常规卷积层对图像进行处理得到特征图,然后采用多个密集块和过渡层对特征图进行处理。其中,密集块中采用跨层连接的方式实现了网络中所用层的特征传递,使得大量云雪特征得到重用,同时减轻了训练过程中的梯度消失问题。密集块中的卷积核采用空洞卷积,在减少参数量的同时扩大局部感受野,对云雪的光谱信息进行特征提取。最后,该方法采用平均全局池化层与全连接层得到云雪图像的预测结果。实验结果表明,与其他机器学习方法相比,该方法能够提高卫星云雪图像的识别准确率,具有良好的泛化能力。     

结合Canny和距离变换的矩形模式特征提取方法

提出了一种图像矩形模式特征提取算法。首先利用Canny算子对图像纹理敏感特性求取图像的Canny边缘;对Canny边缘结果计算其距离变换图,可有效减小纹理复杂区域对后续矩形模式特征提取的影响;然后对距离变换图进行掩膜卷积,对其结果进行聚类,获得矩形模式特征的中心;最后利用几何约束求解出矩形模式特征的四个顶点。实验证明了该算法有效可行,特征定位精度在真实图像上可达1.3像素。     

多特征融合的文档图像版面分析

目的 在文档图像版面分析上,主流的深度学习方法克服了传统方法的缺点,能够同时实现文档版面的区域定位与分类,但大多需要复杂的预处理过程,模型结构复杂。此外,文档图像数据不足的问题导致文档图像版面分析无法在通用的深度学习模型上取得较好的性能。针对上述问题,提出一种多特征融合卷积神经网络的深度学习方法。方法 首先,采用不同大小的卷积核并行对输入图像进行特征提取,接着将卷积后的特征图进行融合,组成特征融合模块;然后选取DeeplabV3中的串并行空间金字塔策略,并添加图像级特征对提取的特征图进一步优化;最后通过双线性插值法对图像进行恢复,完成文档版面目标,即插图、表格、公式的定位与识别任务。结果 本文采用mIOU（mean intersection over union）以及PA（pixel accuracy）两个指标作为评价标准,在ICDAR 2017 POD文档版面目标检测数据集上的实验表明,提出算法在mIOU与PA上分别达到87.26%和98.10%。对比FCN（fully convolutional networks）,提出算法在mIOU与PA上分别提升约14.66%和2.22%,并且提出的特征融合模块对模型在mIOU与PA上分别有1.45%与0.22%的提升。结论 本文算法在一个网络框架下同时实现了文档版面多种目标的定位与识别,在训练上并不需要对图像做复杂的预处理,模型结构简单。实验数据表明本文算法在训练数据较少的情况下能够取得较好的识别效果,优于FCN和DeeplabV3方法。