基于卷积神经网络的图像分类研究进展

基于卷积神经网络的图像分类算法的优势是传统方法无法比拟的。卷积神经网络利用其设计好的网络结构和权值共享的特点，能够从数量庞大的训练数据中学习图像底层到高级语义的抽象特征，而且端到端的学习省去了在每一个独立学习任务执行之前所做的数据标注。多年来，卷积神经网络经过科研人员的探索和尝试，从最开始的多层神经网络模型，演变出多种优化结构，性能不断提高。本文介绍了基于卷积神经网络图像分类算法的研究进展，叙述了卷积神经网络在图像分类中的经典模型和近年来的改进方法，并对各个模型进行分析，展示各种方法在ImageNet公共数据集上的性能表现，最后对基于卷积神经网络的图像分类算法的研究进行总结和展望。     

基于深度学习的交通拥堵检测

针对交通拥堵检测,提出一种利用深度学习中卷积神经网络(convolutional neural network, CNN)对交通拥堵图像进行检测的方法。首先,使用基于TensorFlow框架设计了含有三层卷积层的神经网络分类模型。其次,利用道路拥堵与非拥堵图片对分类模型进行训练,并进行评估。最后,利用训练完成的模型进行道路拥堵检测,与多种深度学习分类模型分类方法进行对比实验,表明该卷积神经网络模型能够更有效地进行拥堵检测,检测准确率达到了98.1%。     

基于卷积神经网络的壁面清洗机器人障碍物检测识别算法

结合机器人的工作原理以及卷积神经网络(CNN)在图像分类中的应用,提出了一种基于卷积神经网络的壁面障碍物检测识别算法.首先,以壁面障碍物准确识别为目标,构建壁面障碍物图像库;然后,通过对VGG-16网络简化后进行优化,得到适合壁面障碍物准确识别的卷积神经网络模型.在此基础上,设计该网络由输入层、4层卷积层、2层池化层、1层全连接层以及输出层组成,进一步利用3×3卷积核对训练样本进行卷积操作,并将所获取的特征图以2×2领域进行池化操作.重复上述操作后,通过学习获取并确定网络模型参数,得到最佳网络模型.实验结果表明,障碍物的识别准确率可达99.0%,具有良好的识别能力.     

基于情感轮和多任务卷积神经网络的图像情感分布学习

图像情感分布学习可以对多种情绪同时进行建模,但现有的模型缺乏有效的方法直接考虑情绪之间的相关性.针对这一问题,该文提出一种基于情感轮和多任务卷积神经网络(EW-MTCNN)的图像情感分布学习模型,通过先验知识模块将心理学情感知识直接引入到深度神经网络中.基于Mikel's情感轮定义成对情绪之间的相关性,EW-MTCNN模型采用多任务卷积神经网络学习情绪之间的相关性信息,同时优化情感分布预测和情绪分类任务.EW-MTCNN模型由3个模块组成,3个模块分别是图像特征提取层、情感轮先验知识层和多任务损失层.在情感分布数据集(Emotion6)和单标签数据集(Artphoto)上进行对比实验的结果表明:EW-MTCNN模型在情感分布预测与情绪分类任务上比其他情感分布学习方法具有更优的性能.     

基于卷积神经网络的高光谱图像谱-空联合分类

随着深度学习的发展,卷积神经网络在各种视觉任务中都具有优越的性能;特别是在二维图像分类上,更是获得了很高的分类精度。针对于高光谱图像分类问题,设计了一种新的卷积运算;利用高光谱图像谱-空联合信息建立三维卷积神经网络对其进行分类;并针对高光谱图像样本不均匀性,在网络输出不同类别加入不同的权重加以训练。通过对两个公开高光谱图像数据集的测试,相对于传统方法,能够得到更高的分类精度,表明卷积神经网络对高光谱图像具有更强的特征表达能力。     

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.     

一种改进的深度卷积神经网络的精细图像分类

精细图像分类不同于传统的图像分类,由于精细图像自身的类间相似性和类内差异性,传统的基于手工特征和局部特征组合方法已经很难完整地表达精细图像的特征,因此提出了一种基于改进的深度卷积神经网络模型.由于深度卷积神经网络结构参数和神经元数量巨大,训练模型困难,所以采用高斯分布对前6层参数初始化,其中激活函数采用校正之后的Relus-Softplus函数,在花卉图像数据库OXford-102flowers中TOP1准确率达到85.75%,TOP3准确率达到了94.50%.实验结果表明:该模型在中等规模数据集上比传统方法优势明显,且比未改进的CNN模型识别率高.     

基于集成学习与生成对抗网络的皮肤镜图像分类方法

皮肤镜是辅助皮肤科医生诊断的有效途径,但是人工分类高度依赖医生的临床经验,并且皮肤镜图像本身的复杂性给分类提出了巨大的挑战.为了解决皮肤镜图像分类问题,基于集成学习提出了一种集成投票块的皮肤镜图像分类方法.首先,针对ISIC 2019提供的皮肤镜图像进行预处理,为了缓解数据集较少且分布不均的问题,使用生成对抗网络和旋转图像进行数据增强.然后基于迁移学习的思想训练多个卷积神经网络,从中挑选出分类效果较好的多个卷积神经网络组成投票块,进而集成投票块,最终实现皮肤镜图像的分类.实验结果表明,该方法的准确率、敏感度、特异度可分别达到0.925、0.563、0.927,相比单一的卷积神经网络模型,各个评价指标均有所提高,为皮肤镜图像分类提供了一种有效方案.     

自归一化卷积神经网络的人脸识别方法

传统的卷积神经网络(CNN)在人脸识别中应用极为广泛,然而依然存在收敛速度慢的问题,需要进行批归一化,防止梯度弥散.而自归一化卷积神经网络比普通卷积神经网络收敛速度更快,且无需进行批归一化.因此,提出采用自归一化卷积神经网络来进行人脸识别.首先算法由2个卷积层,1个池化层,2个全连接层和1个Softmax回归层组成的自归一化卷积神经网络对人脸特征进行提取并分类;然后通过对不同批次大小和不同网络层数的实验对比找出最佳的实验条件;最后与传统CNN算法和其他算法对比.提出的方法在ORL数据库中的实验识别率可达到98.3%.实验结果表明,自归一化卷积神经网络比普通的卷积神经网络在人脸识别中具有更高的识别率、更快的收敛速度.     

基于卷积神经网络的入侵检测算法

作为深度学习的一种有效算法,深度卷积网络已成功应用在处理图像、视频和音频等领域.通过建立一卷积神经网络模型并应用于网络入侵检测,选取的卷积核与数据进行卷积操作提取特征的局部相关性从而提高特征提取的准确度.采集到的网络数据通过多层"卷积层-下采样层"的处理对网络中正常行为和异常行为的特征进行深度刻画,最后通过多层感知机进行正确分类.KDD 99数据集上的实验表明,文中提出的卷积神经网络模型与经典BP神经网络、SVM算法等相比,有效提高了入侵检测识别的分类准确性.      

基于BERT与多通道卷积神经网络的细粒度情感分类

为了分析突发事件期间网络舆论的情感倾向,以更有效地调节人们的情绪,维护社会稳定。本文提出了一种融合BERT模型和多通道卷积神经网络的深度学习方法用于细粒度情感分类,以获取更加丰富的文本语义特征信息。通过BERT 对输入的文本进行编码,以增强文本的语义特征表示,再通过具有多个不同大小的卷积核的并行卷积层来学习文本特征,捕获文本的深层次特征,提升模型在文本分类的性能。对比实验表明,该模型在准确性、召回率和F1值方面均优于传统的情感分类模型,并能显著改善细粒度情感分类的性能。除此之外,本文还探究了表情符号对细粒度情感分类模型的影响,实验结果表明表情符号转换成文字后可以增强文本的情感特征提取能力,提升模型分类性能。     

Land cover classification of RADARSAT-2 SAR data using convolutional neural network

In this paper, we propose a convolutional neural network (CNN) based on deep learning method for land cover classification of synthetic aperture radar (SAR) images. The proposed method consists of convolutional layers, pooling layers, a full connection layer and an output layer. The method acquires high-level abstractions for SAR data by using a hierarchical architecture composed of multiple non-linear transformations such as convolutions and poolings. The feature maps produced by convolutional layers are subsampled by pooling layers and then are converted into a feature vector by the full connection layer. The feature vector is then used by the output layer with softmax regression to perform land cover classification. The multi-layer method replaces hand-engineered features with backpropagation (BP) neural network algorithm for supervised feature learning, hierarchical feature extraction and land cover classification of SAR images. RADARSAT-2 ultra-fine beam high resolution HH-SAR images acquired in the rural urban fringe of the Greater Toronto Area (GTA) are selected for this study. The experiment results show that the accuracy of our classification method is about 90% which is higher than that of nearest neighbor (NN).     

基于级联卷积神经网络的驾驶员分心驾驶行为检测

针对驾驶员分心驾驶行为检测,设计一种级联卷积神经网络检测框架。检测框架由第一级分心行为预筛选卷积网络和第二级分心行为精确检测卷积网络两个全卷积网络级联构成。预筛选卷积网络是一个轻量级的图像分类网络,负责对原始数据进行快速筛选,其网络层数少、训练速度快,结构特征冗余较少,能够减少后续网络的计算负担;分心行为精确检测卷积网络采用VGG(Visual geometry group)模型特征提取的深度迁移学习检测算法网络,通过迁移学习重新训练分类器和部分卷积层。提出的级联神经网络最终可以实现9种驾驶员分心驾驶行为的准确识别检测。实验结果表明,相比主流单模型检测方法,在保证算法效率的同时准确率均有明显提升,准确率达到93.3%,有效降低了误检率。该方法具有较好的鲁棒性和泛化能力。     

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。     

基于深度残差卷积神经网络的高光谱图像超分辨方法

卷积神经网络由于其强大的非线性表达能力在自然图像的处理问题中已经获得了非常大的成功。传统的稀疏表示方法利用精确配准的高分辨率多光谱图像，从而限制了实际应用。针对传统方法的不足，本文提出了一种基于深度残差卷积神经网络的单高光谱图像超分辨率方法，无需对应的多光谱图像。我们构建深度残差卷积神经网络挖掘低分辨率遥感图像和高分辨率遥感图像之间的非线性关系。构建的深度学习网络串联多个残差块，并去除一些不必要的模块，如批标准化层，每个残差块只包含两个卷积层，这样在保证模型效果的同时又加快模型的效率。此外，因为遥感图像训练数据缺乏，我们充分挖掘自然图像和高光谱图像之间的相似性，利用自然图像样本训练卷积神经网络，进一步利用迁移学习将训练好的网络模型引入到高分辨率遥感图像超分辨问题上，解决了训练样本缺乏问题。最后，基于实际的遥感数据超分辨实验结果表明，本文所提出的方法具有良好的性能，能得到较好的超分辨效果。     

基于改进卷积神经网络与动态衰减学习率的环境声音识别算法

环境声音识别在音频检索、监控方面有着广泛的应用,是听觉识别任务中的一个热门研究领域。但由于其声音信号的复杂多变,使得该任务在识别率提升方面依然面临许多挑战。针对这一问题本文提出了基于改进卷积神经网络的环境识别模型（S-CNN）,该模型采用反复堆叠的递减型卷积核提取不同尺度的局部特征,并在每层卷积层后采用Batch Normalization（BN）层对特征进行归一化操作。同时,利用动态衰减的学习率训练模型,以提高模型收敛速度与收敛稳定性。实验结果表明,相比于传统的机器学习与卷积神经网络模型,本文所设计的改进卷积神经网络模型S-CNN具有更好的识别率。在ESC-10环境声音数据库上,识别精度达到91.3%。     

基于卷积神经网络的脑电信号分类

针对现有卷积神经网络脑电信号(electroencephalogram,EEG)分类模型分类精度低、方法复杂且耗时的问题,对卷积神经网络的卷积层进行了改进,提出了多尺度卷积核卷积神经网络(convolutional neural networks,CNN)脑电分类模型,并在输入数据前加了系数矩阵,该系数矩阵可以随网络的训练逐步更新,代替了手工提特征再送入网络的步骤,有助于提高分类精度。最终本文的脑电分类模型在高原脑电信号的分类实验中,二分类准确率比改进前提高8%,三分类、四分类准确率分别达到92.87%、81.15%,分类准确率较高,对脑电信号的分类具有较高的参考价值。