基于反向传播神经网络的三维足迹触觉步态特征识别

摘 要：为有效解决当前传统步态特征人身识别技术过分依赖人工判读、识别准确率较低的问题,将计算机技术引入步态特征识别领域中,以获取一种基于BP神经网络的步态特征识别新方法。将立体赤足足迹作为研究对象,通过光栅立体足迹采集仪对立体赤足足迹图像进行预处理,以获取计算机可识别出的三维足迹触觉步态特征信息,记录立体赤足足迹的深度差、区域面积、区域体积三类步态特征信息,并在法庭科学领域中的足迹检验理论为基础的前提下运用BP神经网络,对其中MultillayerPerceptron分类器参数进行优化调整,最后,将测试结果与传统的人工检验结果进行比对,从比对结果得出,相对于传统的人工鉴别方法只有84.7%的准确率,基于BP神经网络的步态特征人身识别算法的准确率可达到90%以上。     

基于多模特征的足迹识别算法

基于足迹压力数据提出一种基于多模特征足迹识别算法.该算法采用连通区域滤波法实现足迹压力数据的去噪,对去噪后的数据提取足迹图像的形态特征、压力特征及卷积特征,并基于各特征权重实现足迹多特征的优化融合,最后采用支持向量机(SVM)分类器进行分类识别.实验结果表明:在50人的足迹压力数据上,三类不同模态足迹的识别准确率分别达到了100%,99.925%和94.445%,相较于仅采用形态特征和压力特征的识别,所提出算法的平均识别率提高了10.285%,表明该识别算法能够有效进行足迹识别.     

基于深度学习的车标识别算法的研究与实现

依据深度学习算法可以自主进行特征学习和识别的特点,提出一种基于Keras深度学习框架的车标识别算法。将该方法将ResNet50和Inception V3两模型相结合构建训练网络,以此建立分类器对车标图像进行识别。实验结果表明,该方法与传统的卷积神经网络分类进行比对,提高了车标识别的准确率。     

一种基于InsightFace算法的课堂人脸识别方法研究

采用人脸识别算法可以快速识别出教室中每个学生的身份,以掌握学生的出勤率信息,从而达到提升教学管理效率,促进教学质量提高的目的.为了克服人脸识别算法应用在课堂环境中识别准确率低的问题,本文提出了一种改进的InsightFace人脸识别算法.该算法基于MobileNet V2网络结构,将带有卷积注意力模块的CBAM-MobileNet网络结构代替InsightFace算法的ResNet人脸嵌入网络,同时采用限制对比度自适应直方图均衡化方法对待识别数据进行预处理,从而提高人脸图像的质量,提升了人脸识别准确率.改进后的算法在LFW和AgeDB-30数据集上测试准确率分别达到98.75%和88.60%,并且使用采集自课堂环境的Smart-Classroom数据集分别对教室中前后排学生的大、中、小三种尺寸人脸进行测试,分别较原算法准确率提高0.1%、2.6%、8.0%.     

基于注意力双分支网络的跨模态足迹检索

为了提高跨模态足迹检索精度,提出一种基于注意力双分支深度卷积神经网络的检索方法.该方法以赤足足迹的光学和压力2个模态图像为研究对象,采集并构建了一个包含138人5520幅足迹图像的跨模态检索数据集;在网络的特征提取模块采用ResNet50作为基础网络搭建双分支结构,并引入空间注意力机制,以提取各模态具有辨别性的特征;在网络的特征嵌入模块,通过部分参数共享学习跨模态共享空间;在双约束损失模块采用交叉熵损失(ID loss)和异质中心损失(HC loss)以增大跨模态足迹特征的类间差异,减小类内差异.实验结果表明:互检索模式下的平均精度均值(mAP)均值和Rank1均值分别为70.83％和87.50％,优于其他一些跨模态检索方法.采用注意力双分支网络模型能够有效进行跨模态足迹检索,可以为现场足迹对比鉴定等应用提供理论基础.     

基于改进高分辨率网络的人脸性别和年龄识别

针对目前利用人脸特征进行性别和年龄识别率较低的问题, 提出一种基于改进高分辨率网络(improved high-resoultion net, IHRNet)的新方法. 首先, 在IHRNet中融合具有少量参数和较高识别率的MobileNetV3结构, 结合高分辨率网络自身具有的多尺度特征提取优势, 有效提升了人脸特征识别的准确率; 其次, 为降低过拟合风险, 网络先采用IMDB-WIKI人脸数据集进行预训练, 然后加载预训练模型在Adience人脸数据集中进行训练和测试; 最后, 与ResNet50,HRNet,MobileNetV3三种同类算法进行对比. 实验结果表明, IHRNet在年龄及性别识别上的准确率分别高达82%,95%, 比同类算法分别平均提升9%和3%, 且参数量较未改进时下降36%, 验证了改进算法的有效性.     

基于改进高分辨率网络的人脸性别和年龄识别

针对目前利用人脸特征进行性别和年龄识别率较低的问题, 提出一种基于改进高分辨率网络(improved high-resoultion net, IHRNet)的新方法. 首先, 在IHRNet中融合具有少量参数和较高识别率的MobileNetV3结构, 结合高分辨率网络自身具有的多尺度特征提取优势, 有效提升了人脸特征识别的准确率; 其次, 为降低过拟合风险, 网络先采用IMDB-WIKI人脸数据集进行预训练, 然后加载预训练模型在Adience人脸数据集中进行训练和测试; 最后, 与ResNet50,HRNet,MobileNetV3三种同类算法进行对比. 实验结果表明, IHRNet在年龄及性别识别上的准确率分别高达82%,95%, 比同类算法分别平均提升9%和3%, 且参数量较未改进时下降36%, 验证了改进算法的有效性.     

基于SMbGAN的足迹图像反演算法

为解决在足迹识别领域赤足数据匮乏的问题,提出一种基于足底压力图像的反演算法.该算法能够将鞋底压力图像反演成赤足足底压力图像.首先,对原始数据进行去噪、中心化以及旋转等预处理操作;其次,提出一种对称的多分支生成对抗网络(SMbGAN),该结构将足迹图像分成上、下2部分进行独立反演,并且使用全局与局部判别器进行图像判定,提升结构对足迹图像细节的关注度;最后,为了证明反演结果的有效性,在对比真实图像与反演图像的结构相似性(SSIM)以及平均绝对误差(MAE)指标的基础上,对反演出的赤足足底压力图像进行了身份检索实验.结果表明,相比其他结构,SMbGAN更适合足迹图像的反演任务,真实赤足图像与生成赤足图像的SS1M值为0.988,MAE值为4.324,身份检索的Rank1值为0.462.     

基于深度中心匹配哈希网络的足迹压力图像检索

以赤足足迹压力图像为研究对象,采集了40人的5 230幅赤足足迹压力图像,在具有较低存储消耗的哈希算法基础上,结合深度学习方法设计了一种深度中心匹配哈希(DCMH)网络实现足迹的检索．该网络首先根据足迹压力图像的特点构建深度特征融合模块,提取反映足迹形态结构的全局特征和压力分布的局部特征,并将两种特征进行融合;然后在哈希编码模块通过全连接层将融合后的特征映射为1 024维特征向量,并通过哈希层生成哈希码;在网络优化过程中通过构建深度中心匹配损失函数从而减小哈希码与对应哈希中心之间的距离．深度中心匹配损失函数通过伯努利分布生成哈希中心,设计对数中心损失函数减小同类足迹压力图像数据哈希码与哈希中心的距离,并设计相似性损失函数作为正则化项约束每个批次数据间的相似性关系．通过在40人的赤足足迹压力图像数据上进行图像检索实验,本文算法检索结果的mAP可以达到0.99,优于传统的哈希算法及常用的深度哈希算法,为足迹的进一步的现场应用提供技术支撑．     

基于深度学习的砂岩组分显微图像识别

识别砂岩中的石英、长石和岩屑对判断沉积环境具有重要意义,但传统的人工识别方法存在主观性强、对经验依赖程度高等问题。本文利用深度学习、卷积神经网络等技术构建了一种基于Faster R-CNN目标检测算法的砂岩显微组分图像识别方法,实现了正交偏光下对薄片图像中石英、长石、岩屑三种组分的智能识别,三种组分平均识别准确率为89.28%。为了验证模型的可靠性,实验对比了不同算法和特征提取网络,结果表明：Faster R-CNN目标检测算法的识别效果优于YOLO V3、YOLO V4、YOLO V5s,ResNet50特征提取网络的表现效果优于VGG16。采用ResNet50特征提取网络的Faster R-CNN目标检测模型优势显著,它可以更好满足岩石薄片的识别要求,为传统的人工方法提供智能化技术方案。     

基于最佳鉴别特征和相关向量机的人脸识别算法

为了获得更高的人脸识别正确率,满足人脸识别的实时性,提出一种基于最佳鉴别特征和相关向量机的人脸识别算法.首先,采用小波变换对人脸图像进行降噪预处理,提取人脸的多方向、多尺度Gabor特征;然后采用核主成分分析对人脸的Gabor特征进行筛选,找到对人脸识别结果影响较大的最佳鉴别特征,有效降低特征数量,去除特征间的冗余信息;最后采用相关向量机对最佳鉴别特征向量进行学习,建立人脸识别的多分类器.选择标准人脸库与经典人脸识别算法进行对比实验,实验结果表明,该算法的人脸平均识别率得到大幅度提高,人脸平均识别时间远少于经典人脸识别算法.     

基于LightGBM的特征选择算法

为解决过滤式和基于演化学习的包裹式两类特征选择算法的缺陷,提出一种新型包裹式特征选择算法LGBFS(LightGBM feature selection).首先引入LightGBM对原始特征构建迭代提升树模型并对特征重要度进行度量;随后结合提出的LR序列前向搜索策略LRSFFS对特征进行选择;最后将所提出算法与9种对比算法在21个标准数据集上进行对比,结果显示LGBFS在21个标准数据集中的16个取得最优分类精度、18个取得最优维度缩减率和最优CPU运行时间.还进行了时间复杂度分析与显著性检验,检验表明LGBFS相较6种对比算法具有显著性差异,也说明LGBFS能够同时兼顾特征子集的计算效率和分类精度.     

基于MBC和POEM特征的人脸识别方法

针对人脸识别中单一特征难以取得理想效果的问题,提出了基于MBC和POEM特征融合的人脸识别方法.首先,在归一化的人脸图像上提取MBC编码图和POEM编码图,在每个编码图块上生成特征向量,应用线性判别分析对特征向量进行低维映射,并对其进行赋权相加得到最终相似度.所提算法在FERET的Dup1,Dup2,Fb和Fc 4个测试库上取得了较高的识别率,分别为93.77%,90.60%,99.58%和99.49%;在误识率为0.1%的条件下,在4个测试库上的认证率分别为95.70%,92.31%,99.75%和100%,进一步验证了该方法的有效性.     

一种自标签特征点异源图像目标检测算法

由于图像成像机理差别较大,现有的算法无法提取可见光与红外异源图像上的共有特征用来匹配,进而无法实现异源图像目标识别. 针对此问题,本文提出了一种基于自标签技术的深度学习特征点提取匹配算法. 算法通过设计一个粗特征检测器并在合成影像上进行训练,使得该特征检测器在不同图像上都具特征提取能力. 利用本文提出的自标签方法将异源图像中共有的特征点进行提取,从而解决了现有算法无法获取异源图像共有特征的问题. 并利用自标签结果进行特征点检测器和描述子的训练,最终通过匹配的特征点实现了异源图像间的实例目标识别. 本文采集了不同场景下的可见光-红外无人机影像作为测试数据. 在异源测试数据集上,选择了6种不同的先进算法与本文算法进行了对比试验. 实验结果表明,该算法较现有的6种先进算法能够提取到更多、更精确的异源图像共有特征,与其他测试算法相比在异源图像测试数据上的平均精度有了明显提升.      

基于改进遗传算法的虹膜识别方法研究

为了提高虹膜识别算法的有效性,提出了基于改进遗传算法进行特征选择的虹膜识别方法.针对虹膜图像纹理分布的特点,采用了多尺度环对称Gabor滤波器进行特征提取.同时,在特征选择上对经典遗传算法进行了改进,调整了遗传算法的交叉机制,提高了算法的搜索效率.为了检验算法的有效性,在中国科学院CASIA虹膜数据库上进行验证,实验结果表明该方法具有较高的识别精准度.     

基于注意力机制的多尺度仪表检测

为实现复杂场景下多尺度仪表检测,提出了一种基于注意力机制的视频多尺度仪表检测算法。首先,利用基于空间注意力机制的特征提取网络,建模特征的长距离依赖,增强特征的表达能力;其次,提出了一种自适应特征选择模块（Adaptive Feature Selection Module, AFSM）,对不同阶段的特征图进行权重调整,增强网络对多尺度目标的检测能力。在自建的仪表数据集上进行了实验。实验结果表明,相比较原来的Faster RCNN方法,所提出方法的检测精度提高了7.6%;与对比方法相比,检测精度也能达到95.4%。在对实际仪表监测视频的测试中,检测结果以及速度能够满足实际需要。所提方法通过改进特征提取网络和特征选择操作,增强了特征表达能力,有效降低了虚警,提升了网络对多尺度目标的检测性能。     

一种基于相似度判据的K近邻分类器的车牌字符识别方法

针对K近邻方法分类准确率较高的特性,提出了一种基于相似度判据的K近邻分类器车牌字符识别方法.通过大量实验,选取字符的网格特征和轮廓特征作为分类依据,用特征融合方法将两种特征合并,实现特征的串行融合.根据相似度判据作K近邻分类,实现了一个车牌字符识别系统.实验表明,这种方法具有良好的识别效果,鲁棒性强,具有较大的实用价值.     

基于多方向Gabor滤波器和Adaboost的虹膜识别方法

结合虹膜的整体和局部纹理信息,提出一种新的虹膜特征提取和识别方法.首先将归一化虹膜进行分块,然后利用多方向Gabor滤波器分别对整个虹膜和虹膜子块进行编码并生成特征向量,最后使用Adaboost算法训练得到识别性能较好的特征用于识别.在数据库CASIA-IrisV3-Lamp中实验,该算法的识别率达到99.85%;在包含大量低质量虹膜图像的数据库NICE:Ⅱ中实验,算法也具有较好的识别性能,表明了算法既能充分地利用虹膜的纹理信息,又能有效地减少噪声的影响.     

文字识别中特征与相似度度量的研究

在大样本测试集下国内现有成熟的OCR识别软件的首位识别准确率为95%~97%之间,在准确率和方法上仍有提升和改进的空间。提出一种基于概率特征和结构特征融合的自适应文字识别算法,模拟人类学习的模式,通过对训练样本的不断学习去构建汉字在测量空间的概率分布矩阵,然后比对原始图像和标准汉字库中汉字的概率分布矩阵的相似度来达到汉字分类的效果。其中相似度度量准则是从矩阵空间的结构和概率2个角度出发去构建的,充分考虑了结构模式识别和统计模式识别的优缺点。实验结果显示算法在训练样本下的首位识别正确率可以达到99.66%,在1 623张非训练样本文字图像下的首位识别正确率可以达到99.13%,在5 515张非训练样本文字图像下的首位识别正确率可以达到98.57%。可以证明提出的相似度度量方法在文字识别中的有效性。