基于特征类内紧凑性的不平衡医学图像分类方法

近些年,基于深度学习的算法和模型在各种图像分析任务中都取得了显著的成功,与常见的自然图像相比,医学图像数据集依然面临高度不平衡的问题,不平衡数据会导致特征空间里的决策边缘倾向样本多的类别,导致分类效果的下降.为了解决该问题,提出一种基于卷积神经网络考虑特征类内紧凑性的不平衡医学图像分类方法（Z-Score Compactness-based Convolutional Neural Network,ZC3NC）.首先,从一个卷积神经网络的最后一层卷积层提取训练集样本与测试集样本的特征图,随后引入一个新的Z分数来度量测试集数据的特征图相对训练集每个类在特征空间上的偏离度,偏离度的度量基于类内的紧凑度,其主要关注样本的分布特性,对各类样本数量的不平衡性不敏感.最终,根据计算的偏离度,对测试集的数据进行分类.在DermaMNIST数据集上的实验表明,在不对数据和神经网络模型做任何额外增强的情况下,该方法的平衡准确率比原卷积神经网络模型平均提高11.15%,最多提高14.08%,证明提出的分类方法能有效地提高多种卷积神经网络对不平衡医学图像数据的分类性能.此外,和最先进的不平衡分类方法 Und...     

利用卷积神经网络的显著性区域预测方法

针对神经网络的显著性区域预测存在数据采集代价大、处理繁琐等问题,提出2种卷积神经网络,即从头开始训练的浅层卷积神经网络,以及前三层源自另一个网络的深层卷积神经网络。其中,浅层网络结构简单,可避免过拟合问题;深层网络可以充分利用最底层的模型参数,收敛更快,效果更好。所提卷积神经网络应用于回归问题,均没有直接训练特征图的线性模型,而是在迁移层上训练了一堆新的卷积层。从端到端的角度解决显著性预测,将学习过程演化为损失函数的最小化问题。测试和训练在SALICON,SUN和MIT300数据集上进行,实验结果验证了所提方法的有效性。其中,深层网络和浅层网络在SALICON和SUN数据上的结果相似,深层网络在MIT300上的结果更优,与其他方法相比,所提方法具有不错的表现,而且具有跨数据集的鲁棒性。     

拆分降尺度卷积神经网络入侵检测方法

针对卷积神经网络模型待训参数量过大、多层网络导致特征和梯度消失等问题,论文提出了一种基于拆分层和Inception-ResNet的卷积神经网络模型用于入侵检测。首先将网络流量数据转化为具有空间相关性的图像以适用于卷积神经网络的输入;然后使用Inception-ResNet卷积层增加网络深度,减少模型训练参数数量以及消除梯度消失问题,拆分层在降低图像尺度时基本保持图像原有分类特征;最后采用NSL-KDD数据集对改进模型进行训练和测试。测试结果表明,改进模型相对于Inception-ResNet模型具有更高的检测准确率和少数类样本召回率以及更好的训练时间性能。     

嵌入DenseNet结构和空洞卷积模块的改进YOLO v3火灾检测算法

为解决现有火灾检测算法无法同时满足高检测率、低误报率以及高实时性的检测需求的问题,提出了一种基于卷积神经网络的改进YOLOv3目标检测算法,通过深度卷积神经网络自动提取火焰特征对全图进行多尺度特征图预测.首先,针对网络公开火灾数据集数量较少、场景种类受限、火焰尺度单一等问题,自建了一个包含13 573张火灾图片的火灾数据集用于对模型进行训练和测试,其中训练集图片10 014张,测试集图片3 559张.接着,为了提升网络对于多尺度目标(尤其是小尺度目标)火焰的特征提取效果,通过在原YOLOv3的特征提取网络Darknet-53中嵌入空洞卷积模块以充分利用上下文信息,扩增感受野的同时保证不丢失特征图的分辨率.此外,在特征提取网络中加入DenseNet密集型连接网络结构单元,以增强特征复用,同时缓解深度卷积神经网络在特征传播过程中的梯度消失问题.该改进的特征提取网络相比原网络层数进一步加深,网络参数量显著减少.结合火灾检测任务需求实际,简化了损失函数,加快了网络的收敛速度.实验结果表明:该算法检测速度快,检测精度高,不仅能够实时检测大尺度火焰,对于火灾发生初期的小尺度火焰也同样检测灵敏,其检测速度可达26.0帧/s,精确率可达97%,且在多种复杂光照环境下均能良好地抑制误报.     

基于小规模手写体汉字数据集的数据增强方法

针对深度卷积生成对抗网络（DCGAN）在小规模手写体汉字数据集下生成数据重复多样、分类效果较差的问题,提出结合传统数据增强方法的结合式生成方法X-DCGAN。该方法通过预增强模块给予神经网络部分更充足多样的训练数据,减少因网络过拟合与训练不充分而出现的样本重复率高、学习效果较差的状况。实验结果表明,本文方法生成的样本数据较单一方法在样本多样性方面显著提高,生成数据进行分类测试时获得的平均识别率较DCGAN方法提升了9.67%。X-DCGAN充分发挥了传统数据增强方法和生成式方法各自的优势,能够更加有效地解决小规模数据集的扩展与增强问题。     

融合植被指数的3 D-2D-CNN高光谱图像植被分类方法

对于基于高光谱图像的植被分类,利用三维卷积神经网络和空谱结合可以取得良好的效果。但存在计算代价大、参数过多容易过拟合等问题。基于此,设计了一种三维卷积与二维卷积相结合的深度网络,通过数据分块的思想减小了计算量;并提出了一种融合植被指数的特征提取方法,改善了现阶段因高光谱图像样本数量少、光谱层间信息相关度高,造成的容易过拟合的问题。在植物园数据集、IP数据集和PU数据集上的实验结果表明该算法以较低的计算复杂度取得了出色的分类效果,具有较好的应用价值。     

基于参数优化残差网络的皮革缺陷分类

针对皮革缺陷分类存在误判、成本较高及目前关于皮革缺陷的研究主要是针对皮革做缺陷检测,未进行缺陷分类的问题,采用一种参数优化的残差网络来实现皮革缺陷的自动分类。首先通过多层卷积、池化操作进行特征提取,并引入残差模块解决深层网络的梯度消失问题;然后依据所提取特征进行缺陷分类;最后根据皮革数据集优化关键网络参数,使用数据增强方法对数据集进行扩充,有效避免了网络模型因样本不足易产生过拟合的问题。实验结果表明该方法可对皮革缺陷进行有效分类,分类精度达到92.34%。     

基于三维卷积神经网络的肝脏静脉血管的分割

针对传统的血管分割算法需人工参与且分割效果不佳,神经网络的方法存在设计特征量的数量有限等诸多问题,提出了一种基于三维卷积神经网络的血管分割的算法,可以利用多层卷积神经网络获取三维图像的特征,与传统的二维分割有很大的不同。通过正负样本训练后得到的模型,可以对CT图像分割后的三维子块V_i中心位置的像素点进行分类实现血管的自动分割。使用正负样本各14 976个来进行训练和测试所提出的三维卷积神经网络算法,最终,三维卷积神经算法的准确率能够达到86.11%,Dice相似系数为92.43%,召回率为99.76%。实验结果表明了基于三维卷积神经网络的血管分割算法的有效性,可以获得比二维输入数据更好的实验结果。     

基于卷积神经网络的室外运行太阳能电池板裂纹检测

针对室外运行的太阳能电池板裂纹检测问题,提出一种基于卷积神经网络的自动检测算法.首先,采用寻找轮廓、拟合四边形和透视变换等图像处理方法对采集的太阳能电池板电致发光图像进行矫正;然后,采用背景去除、图像投影、电池单元边界线寻找和透视变换等方法将矫正的图像分割为太阳能电池单元图像;最后,应用经训练的改进卷积神经网络检测电池单元图像是否含有裂纹.训练神经网络时,使用欠采样与过采样技术解决正负样本的不平衡问题.结果表明:该算法在测试集上的准确率可达96.37%,满足太阳能电池板自动分割的要求,能有效检测出有裂纹的电池单元.     

基于卷积神经网络的合成孔径雷达图像目标识别

为了解决现有合成孔径雷达(SAR)图像目标识别算法识别率不高、泛化能力不足的问题,提出一种基于卷积神经网络的SAR图像目标识别模型CMNet网络。通过设计针对SAR图像特点的特征提取网络,在损失函数中引入中心损失与Softmax损失联合监督训练过程,兼顾类内聚合和类间分离,提高算法精度和泛化能力。网络模型中所有卷积层后引入批量归一化层加快模型收敛速度、防止过拟合。实验使用美国运动和静止目标获取与识别数据库进行测试,10类目标平均识别率达到99. 30%。结果表明,提出的CMNet网络模型具有较高的识别率和泛化能力,在公开数据集上取得较好结果。     

基于深度学习的化妆品塑料瓶缺陷检测

提出一种基于深度卷积神经网络的化妆品塑料瓶表面缺陷检测算法。采用百万像素级别的工业相机采集大量的塑料瓶图像样本,并通过HSV(hue,saturation,value)颜色空间变换和Otsu阈值分割等方法对图像进行预处理。采用随机图像变换法对数据集进行增强,并对图像进行标准归一化处理。在卷积神经网络模型中应用深度可分离卷积和Dropout技术以减少参数量,从而避免过度拟合。使用训练样本集训练该模型,并在测试集中将结果与几种经典图像识别算法进行比较分析,结果显示,本文算法的识别准确率高达约0.97。由此表明本文算法的效果优于其他经典算法,有望将其应用于化妆品塑料瓶缺陷检测的工业自动化系统,以提升缺陷识别效果,从而提高生产效率。     

基于阈值分割法和卷积神经网络的图像识别算法

针对传统卷积神经网络严重依赖数据量的问题, 提出一种基于均值迭代阈值分割法和卷积神经网络的图像识别算法, 通过均值迭代阈值分割法过滤图像背景, 并基于AlexNet构造新的卷积神经网络. 与其他常用的卷积神经网络进行对比实验结果表明, 在样本数量不足的图像识别任务中, 该算法识别效果较理想, 与其他卷积神经网络相比, 具有更高的识别准确度、 更低的识别误差和更快的收敛速度.     

基于阈值分割法和卷积神经网络的图像识别算法

针对传统卷积神经网络严重依赖数据量的问题, 提出一种基于均值迭代阈值分割法和卷积神经网络的图像识别算法, 通过均值迭代阈值分割法过滤图像背景, 并基于AlexNet构造新的卷积神经网络. 与其他常用的卷积神经网络进行对比实验结果表明, 在样本数量不足的图像识别任务中, 该算法识别效果较理想, 与其他卷积神经网络相比, 具有更高的识别准确度、 更低的识别误差和更快的收敛速度.     

基于双层卷积神经网络的步态识别算法

提出运用双层卷积神经网络模型实现基于足底压力图像的步态识别方法.首先,对足底压力数据采集系统采集的图像作相应预处理;然后,用双层卷积神经网络模型学习得到足底压力图像的单层和双层卷积特征;最后,将卷积特征训练分类器得到分类结果.实验结果验证了该算法的有效性.     

基于稠密连接和非局部运算的烟雾识别方法

烟雾图像检测已经成为早期火灾预警的主要技术手段之一,为了提升烟雾识别准确率和运算效率,提出基于稠密连接和非局部运算的深度卷积神经网络用于烟雾识别。首先,设计深度网络中卷积层间的稠密连接机制,构建稠密基本块,增强信息流通和特征重利用,同时也减少模型参数量。然后,为了进一步考虑烟雾图像的全局信息,将非局部运算与稠密基本块中的卷积运算相结合,构建稠密和非局部基本卷积块。最后,利用已经构建的若干个稠密和非局部基本卷积块搭建用于烟雾识别的深度卷积神经网络。在已经公开的烟雾图像数据库上进行性能评估,实验结果表明,提出的基于稠密连接和非局部运算的烟雾识别方法以不到1M的模型参数量取得了更令人满意的性能。     

基于改进的SqueezeNet的人脸识别

针对众多基于卷积神经网络的人脸识别技术在追求提高人脸识别率上,忽视了网络模型输入参数,导致模型输入参数多、训练时间长和无法在内存小的硬件上运行等问题,提出一种基于改进的Squeeze Net的人脸识别模型。改进的Squeeze Net模型保留了原网络模型中的小卷积核去提取图片特征,还采用首尾池化层分别引入对应的后续卷积层进行特征融合,提取细微的人脸纹理特征来稳定模型收敛性,防止小的卷积核在复杂的人脸训练集上产生过拟合。针对分类函数Softmax的改进,采用L2范数约束的方法,将最后一层的特征约束在一个球面内,减少相同特征间距,提高网络收敛能力。通过两种改进后的Squeeze Net模型在与其他的先进模型对比,在不降低人脸识别准确率的前提下,具有输入参数少、模型易于收敛和能够运行在内存小的硬件设备的优势。结果在CASIA-WebFace和ORL人脸库上得到了有效性的实验验证。     

基于ResNet模型的甲状腺SPECT影像诊断

为了降低医生利用SPECT影像对甲状腺疾病进行临床诊断时的误诊率,提高深度学习算法在核医学影像辅助诊断中识别交叉影像特征的准确率,提出了基于ResNet模型的甲状腺SPECT影像诊断方法。利用深度卷积生成对抗网络(DCGAN)和高分辨率生成对抗网络(SRGAN)生成影像并提高分辨率,弥补训练数据的不足。同时,将残差块输出信息加上具有交叉特征影像信息的x_i,在保留已学习影像特征的基础上增加对交叉特征的学习,改进了模型。对于交叉影像特征,使用交叉训练集对经过单一特征影像训练完成的改进ResNet神经网络模型进行再训练。实验结果表明,经过100轮迭代,交叉训练集训练的改进ResNet神经网络模型验证精度高达0.963 3,验证损失降到0.118 7,并趋于稳定;识别结果,召回率、精确率、特异度和F_1分数都在93.8%以上。经过改进的神经网络模型和新的训练方法对甲状腺SPECT影像表现出的典型症状识别率较高,优于其他基于卷积神经网络(CNN)的方法,对临床影像诊断具有参考价值。     

基于特定深度内部学习网络提高"不理想"图像分辨率

现有基于深度学习的图像分辨率提升方法中需耗费大量时间训练,且受限于特定的训练数据等问题。本文引入“零射击”超分辨率概念,可以重复利用已有照片、噪声图像、生物数据以及获取过程未知或非理想的其他图像的相关内部信息,以提高其分辨率。在测试阶段训练一个小的图像特定卷积神经网络,仅需对从输入图像本身提取的示例进行训练；然后通过单个图像内部信息再现,进一步利用图像内部相关信息,以增强图像分辨率。实验结果表明,本文算法可以加快训练速度且不需要标准训练集,图像分辨率优于现有基于卷积神经网络的超分辨率方法,以及已有的无监督超分辨率方法。     

基于多特征融合卷积神经网络的人脸表情识别

针对卷积神经网络特征提取不够充分且识别率低等问题,提出了一种多特征融合卷积神经网络的人脸表情识别方法。首先,为了增加网络的宽度和深度,在网络中引入Inception结构来提取特征的多样性;然后,将提取到的高层次特征与低层次特征进行融合,利用池化层的特征,将融合后的特征送入全连接层,对其特征进行融合处理来增加网络的非线性表达,使网络学习到的特征更加丰富;最后,输出层经过Softmax分类器对表情进行分类,在公开数据集FER2013和CK+上进行实验,并且对实验结果进行分析。实验结果表明:改进后的网络结构在FER2013和CK+数据集的面部表情上,识别率分别提高了0.06%和2.25%。所提方法在人脸表情识别中对卷积神经网络设置和参数配置方面具有参考价值。