基于场景先验及注意力引导的跌倒检测算法

已有跌倒检测工作主要关注室内场景,且大多偏重对人员身体姿态特征进行建模,而忽略了场景背景信息以及人员与地面的交互信息。针对这个问题,从实际电梯场景应用入手,提出一种基于场景先验及注意力引导的跌倒检测算法。首先,利用电梯历史数据,以高斯概率分布建模的方式从人员的活动轨迹中自动化地学习场景先验信息;随后,把场景先验信息作为空间注意力掩膜与神经网络的全局特征融合,以此聚焦地面区域的局部信息;然后,将融合后的局部特征与全局特征采用自适应加权的方式进一步聚合,从而形成更具鲁棒性和判别力的特征;最后,将特征送入由全局平均池化层和全连接层构成的分类模块中进行跌倒类别预测。在自构建的电梯场景Elevator Fall Detection和公开的UR Fall Detection数据集上的实验结果表明,所提算法的检测准确率分别达到了95.36%和99.01%,相较于网络结构复杂的ResNet50算法,分别提高了3.52个百分点和0.61个百分点。可见所构建的高斯场景先验引导的注意力机制可使网络关注地面区域的特征,更有利于对跌倒的识别,由此得到的检测模型准确率高且算法满足实时性应用要求。     

抑制图像非语义信息的通用后门防御策略

目的 后门攻击已成为目前卷积神经网络所面临的重要威胁。然而,当下的后门防御方法往往需要后门攻击和神经网络模型的一些先验知识,这限制了这些防御方法的应用场景。本文依托图像分类任务提出一种基于非语义信息抑制的后门防御方法,该方法不再需要相关的先验知识,只需要对网络的输入进行编解码处理就可以达到后门防御的目的。方法 核心思想是在保持图像语义不改变的同时,尽量削弱原始样本中与图像语义不相关的信息,以此抑制触发器。通过在待保护模型前添加一个即插即用的U型网络(即信息提纯网络)来实现对图像非语义信息的抑制。其输入是干净的初始样本,输出命名为强化样本。具体的训练过程中,首先用不同的训练超参数训练多个结构不一的干净分类器,然后在保持强化样本被上述分类器正确分类的前提下,优化信息提纯网络使强化样本和原始样本之间的差异尽可能地大。结果 实验在MNIST、CIFAR10和Image Net10数据集上进行。实验结果显示,经过信息提纯网络编解码后,干净样本的分类准确率略有下降,后门攻击成功率大幅降低,带有触发器的样本以接近干净样本的准确率被正确预测。结论 提出的非语义信息抑制防御方法能够在不需要相关先验知识的...     

引入分组注意力的医学图像分割模型

目的 卷积神经网络结合U-Net架构的深度学习方法广泛应用于各种医学图像处理中,取得了良好的效果,特别是在局部特征提取上表现出色,但由于卷积操作本身固有的局部性,导致其在全局信息获取上表现不佳。而基于Transformer的方法具有较好的全局建模能力,但在局部特征提取方面不如卷积神经网络。为充分融合两种方法各自的优点,提出一种基于分组注意力的医学图像分割模型（medical image segmentation module based on group attention,GAU-Net）。方法 利用注意力机制,设计了一个同时集成了Swin Transformer和卷积神经网络的分组注意力模块,并嵌入网络编码器中,使网络能够高效地对图像的全局和局部重要特征进行提取和融合;在注意力计算方式上,通过特征分组的方式,在同一尺度特征内,同时进行不同的注意力计算,进一步提高网络提取语义信息的多样性;将提取的特征通过上采样恢复到原图尺寸,进行像素分类,得到最终的分割结果。结果 在Synapse多器官分割数据集和ACDC （automated cardiac diagnosis challenge）数据集上进行了相关实验验证。在Synapse数据集中,Dice值为82.93%,HD（Hausdorff distance）值为12.32%,相较于排名第2的方法,Dice值提高了0.97%,HD值降低了5.88%;在ACDC数据集中,Dice值为91.34%,相较于排名第2的方法提高了0.48%。结论 本文提出的医学图像分割模型有效地融合了Transformer和卷积神经网络各自的优势,提高了医学图像分割结果的精确度。     

遥感图像全色锐化的卷积神经网络方法研究进展

随着计算机科学、遥感科学和大数据科学等领域的迅速发展,基于卷积神经网络的方法在图像处理、计算机视觉等任务上发挥着越来越重要的作用。而在遥感图像全色锐化领域,卷积神经网络由于其优秀的融合效果,已得到研究学者的广泛关注并有大量的研究成果产生。尽管如此,依然有一些亟待解决的问题,例如缺乏全色锐化数据集的仿真细节描述、公平公开的训练—测试数据集、简单易懂的统一代码编写框架等。对此,本文主要从以下几方面回顾当前遥感图像全色锐化问题在卷积神经网络方面的一些进展,并针对前述问题发布相关数据集和代码编写框架。1)详细介绍7种典型的基于卷积神经网络的全色锐化方法,并在统一数据集上进行公平比较(包括与典型传统方法的比较);2)详细介绍训练—测试数据集的仿真细节,并发布相关卫星(如WorldView-3, QuickBird, GaoFen2,WorldView-2)的全色锐化训练—测试数据集;3)针对本文介绍的7种基于卷积神经网络的方法,发布基于Pytorch深度学习库的Python代码统一编写框架,便于后来初学者入门、开展研究以及公平比较;4)发布统一的全色锐化传统—深度学习方法MATLAB测试软件包,...     

高阶条件随机场引导的多分支极化SAR图像分类

目的 针对极化合成孔径雷达（polarimetric synthetic aperture radar,PolSAR）小样本分类问题,基于充分挖掘有限样本的极化、空间特征考虑,提出一种由高阶条件随机场（conditional random field,CRF）引导的多分支分类网络模型。方法 利用Yamaguchi非相干目标分解方法,构建每个像素的极化特征向量。设计了由高阶CRF能量函数引导的多卷积分支特征提取网络,将像素点极化特征向量作为输入,分别提取像素点的像素特征、邻域特征和位置特征信息。将以上特征进行加和融合,并输入到softmax分类器中得到预分类结果。利用超像素方法对预分类结果图进行进一步修正和调优,平滑相邻像素之间的特异性和相似性。结果 采用1%的采样率对两组真实的极化SAR数据进行测试。同时,为了更好地模拟实际应用中训练样本位置分布不均匀的情况,考虑了空间不相交采样方法作为对比实验。综合两种采样策略的实验结果表明,相较于只利用像素级特征或简单利用空间特征的方法,本文方法总分类精度平均提升7%～10%,不同地物类别的分类精准度均在90%以上,运行速度相比于支持向量机（support vector machine,SVM）提高了2.5倍以上。结论 通过构建高阶CRF引导的卷积神经网络,将像素特征信息、同质区域特征和地理位置信息进行融合,有效建立了像素级和对象级数据之间的尺度关联,进一步扩充了像素点之间的空间依赖性,提取到了更强大更准确的表征特征,显著提高了标记样本数量较少情况下的卷积网络模型的分类性能,进一步保证了地物目标散射机制表征的全面性和可靠性。     

基于CNN-LSTM双流融合网络的危险行为识别

针对目前人体危险行为识别过程中由于时空特征挖掘不充分导致精度不够的问题,对传统双流卷积模型进行改进,提出了一种基于CNN-LSTM的双流卷积危险行为识别模型。该模型将CNN网络与LSTM网络并联,其中CNN网络作为空间流,将人体骨架空间运动姿态分为静态与动态特征进行分别提取,两者融合作为空间流的输出;在时间流中采用改进的可滑动长短时记忆网络,以增加人体骨架时序特征的提取能力;最后将两个分支进行时空融合,利用Softmax对危险动作做出分类识别。在公开的NTU-RGB+D数据集和Kinetics数据集上的实验结果表明,改进后模型的平均跨角度（Cross view,CV）精度达到92.5%,平均跨视角（Cross subject,CS）精度为87.9%。所提方法优于改进前及其他方法,可以有效地对人体危险动作做出识别,同时对于模糊动作也有较好的区分效果。     

CNN parameter design based on fault signal analysis and its application in bearing fault diagnosis

As a representative deep learning network, Convolutional Neural Network (CNN) has been extensively used in bearing fault diagnosis and many good results have been reported. In Prognostics and Health Management (PHM) field, the CNN’s input size is usually designed as a 1D vector or 2D square matrix, and the convolution kernel size is also defined as a square shape like 3 × 3 and 5 × 5, which are directly adopted from the image recognition. Though satisfying results can be obtained, CNN with such parameter specifications is not optimal and efficient. To this end, this paper elaborated the physical characteristics of bearing acceleration signals to guide the CNN design. First, the fault period under different fault types and shaft rotation frequency were used to determine the size of CNN’s input. Next, an exponential function was involved in fitting the envelope of decaying acceleration signal during each fault period, and signal length within different decaying ratios was used to define the CNN’s kernel size. Finally, the designed CNN was validated with the Case Western Reserve University bearing dataset and Paderborn University bearing dataset. Results confirm that the physics-guided CNN (PGCNN) with rectangular input shape and rectangular convolution kernel works better than the baseline CNN with higher accuracy and smaller uncertainty. The feasibility of designing CNN parameters with physics-guided rules derived from bearing fault signal analysis has also been verified.     

融合双注意力机制的人群计数算法

针对背景复杂、遮挡、人群分布不均等人群计数常见问题,提出了一种结合联合损失的空间-通道双注意力机制卷积神经网络模型(joint loss-based space-channel dual attention network, JL-SCDANet).该网络前端进行图像粗粒度特征提取,中间加入空间注意力机制以及通道注意力机制突出图像重点区域,后端使用可加大感受野且不丢失图像分辨率的空洞卷积提取深层二维特征.此外,该模型结合联合损失函数进行训练,以增强模型的鲁棒性.为了验证模型的改进效果,在3个公共数据集(ShanghaiTech Part B、mall和UCF＿CC＿50)上分别进行了对比实验,在ShanghaiTech Part B数据集中平均绝对误差(MAE)和均方误差(MSE)分别达到了8.13和13.13;在mall数据集中MAE、MSE达到了1.78和2.28;在UCF＿CC＿50数据集中MAE、MSE分别达到了182.12和210.24,实验结果证明了该网络在提高人数统计准确率上的有效性.     

基于Conv1d-LSTM模型的能源分配预测

能源分配问题往往与其所在区域环境有关,能源分配的预测可以通过当地环境因素数据来推测之后对该区域的能源分配数值,最大程度上分配好能源. LSTM网络预测短期效果良好,但预测较长时期的数据会导致误差积累,速度慢且准确性差; Informer是近期新提出的能源预测算法模型,速度快但在该任务上预测能力不够.本文提出Conv1d-LSTM模型,预测结果优于上述两个模型,具有更低的平均绝对误差和均方根误差.     

基于CNN与Transformer的医学图像分割

医学图像对疾病的诊断、治疗和评估均有所帮助,准确分割医学图像中的器官对于辅助医生的诊断具有重要的实际意义.由于医学图像中各器官部位与周围组织的图像对比度低,不同器官的边缘和形状也会存在很大差异,从而增加了分割的难度.针对这些问题,本文提出了一种基于卷积神经网络和Transformer的医学图像语义分割网络,有效提高了医学图像语义分割的精度.特征提取部分使用ResNet-50网络结构,在特征提取后使用Transformer模块来扩大感受野.在上采样过程中加入多个跳跃连接层,充分利用各阶段的特征提取信息,来恢复至与输入图像相近的分辨率.在胃肠道医学图像分割数据集上的实验结果证明本文的方法可以有效分割医学图像中的器官组织,提升分割准确率.