基于FPGA的卷积神经网络训练加速器设计

近年来卷积神经网络在图像分类、图像分割等任务中应用广泛.针对基于FPGA(Field Programmable Gate Array)的卷积神经网络训练加速器中存在的权重梯度计算效率低和加法器占用资源多的问题,设计一款高性能的卷积神经网络训练加速器.首先提出一种卷积单引擎架构,在推理卷积硬件架构的基础上增加额外的自累加...     

基于卷积神经网络的图书页面检索方法

针对现有图书页面检索方法检索精度低的问题,利用任务无关数据集训练卷积神经网络,提出了一种基于卷积神经网络的图书页面检索方法.首先将待检图书页面图像进行图像分割和畸变校正,降低背景的干扰和几何畸变的影响;然后将校正后的图像输入卷积神经网络提取图像特征;最后使用夹角余弦距离来度量待检图像和候选图像的相似度.实验结果表明:本方法在测试数据集上的Top-5命中率为97.31%,而直接使用任务无关数据集训练的卷积神经网络的Top-5命中率仅为58.47%.本方法避免了耗费大量的时间和精力去收集大规模图书页面图像数据库,而且利用卷积神经网络强大的图像特征描述能力,取得了优异的图书页面检索精度.     

基于可能性聚类和卷积神经网络的道路交通标识识别算法

为解决图像采集中噪声和复杂背景对图片的影响以及深度神经网络的高耗时问题,基于可能性聚类算法与卷积神经网络,提出一种道路交通标识识别算法.该方法运用了图像分割技术,并结合卷积神经网络模型对道路交通标识进行更准确的识别.首先,通过色彩增强、图像分割、特征提取、数据增强和归一化等批量预处理操作,形成一个完整的数据集;然后,结合Squeeze-and-Excitation思想和残差网络结构,充分训练出MRESE(My Residual-Squeeze and Excitation)卷积神经网络模型;最后,将优化的网络模型用于道路交通标志的识别.实验结果表明,该方法使训练时间缩短了5%左右,识别精度可达99.02%.     

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。     

基于环视相机的无人驾驶汽车实例分割方法

针对环视鱼眼图像中目标几何畸变大导致建模难的问题,提出一种基于可变形卷积网络的实例分割方法,主要是在Mask R-CNN框架的基础上引入可变形卷积和可变形RoI Pooling(候选区域池化)来提升网络对几何畸变的建模能力.针对深度神经网络训练数据缺乏、易过拟合的问题,提出了基于多任务学习的训练方法.首先将现有的大规模普通图像数据集转换为鱼眼数据集来弥补训练数据不足的问题,然后采用多任务学习的训练方法将转换的图像和真实图像放在同一个框架中训练以提高网络的泛化能力.用该方法在真实的环视鱼眼图像上做测试,结果表明:相对于原始Mask R-CNN的方法平均精度提升了3.1%,证明了该方法在真实交通环境中的有效性.     

基于全卷积神经网络迁移学习的乳腺肿块图像分割

针对乳腺X线摄片中肿块通常会被周围致密组织所掩盖,对比度低,且其形状不规则,肿块图像分割困难的问题,设计了一种基于全卷积神经网络迁移学习的乳腺肿块图像分割方法.该方法首先对乳腺肿块图像进行数据增强,然后利用迁移学习,对设计的全卷积神经网络模型载入参数并训练分割模型,最后在训练好的模型上对待分割图像进行处理.分割结果采用区域面积重叠率、Dice相似系数、Hausdorff距离等指标进行评价分析,在公开数据集的483幅图像上的实验结果表明:提出的方法的分割效果明显优于传统分割算法.     

基于卷积神经网络的灾难场景图像分类

为了对灾难场景图像进行快速分析和识别,提出了一种基于多分辨率卷积神经网络和残差注意力机制(attention module)相结合的图像分类模型.首先,对灾难场景数据集进行预处理,在相同类型的条件下将其随机划分为训练集和测试集.基于改进的卷积神经网络(convolutional neural network,CNN),提取训练集的图像特征.使用训练集图片的特征进行训练,并且在测试集图片上实现分类测试.选取DenseNet、Xception和MobileNetV2三种模型,以灾难场景数据集(Disaster_Data_Scenes)为数据集进行实验验证.结果表明:改进的Xception和MobileNetV2网络在灾难场景数据集上进行的图像分类实验测试,比原网络精度分别提升了4.56％和3.04％.其中改进的DenseNet网络比原网络模型精度分别提升9.13％、17.88％和10.27％.可见改进的卷积神经网络模型的分类精度得到有效提高.     

基于优化ResNet的输电线路航拍图像分类方法

图像分类算法常被搭载在无人机系统中,以剔除无人机巡线过程中采集到的大量无用数据.针对这一问题,本文在分析了无用图像及有用图像特征的基础上,提出了一种基于卷积神经网络的输电线路智能图像筛选方法.收集无人机巡检捕捉到的航拍图像,并以此为基础建立了一个输电线路航拍数据集,基于ResNet优化并利用航拍图像数据集训练该网络,经...     

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。     

基于卷积神经网络的多光谱与全色遥感图像融合算法

地理信息数据具有不同分辨率、不同精度、不同覆盖范围等多尺度特征,在应用中往往需要同时具备高光谱分辨率和高空间分辨率两种信息的图像.为提高多光谱图像和全色图像融合的准确性,提出了基于卷积神经网络的多光谱与全色遥感图像融合算法.首先,对训练集内图像进行预处理,构建适用于本算法的图像数据集;然后,拓展卷积神经网络卷积层,提高...     

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.     

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...     

基于多尺度特征提取的图像语义分割

指出了基于深度学习的图像语义分割中,如何充分利用图像上下文信息以达到更好的分割效果,是当前图像语义分割研究的关键问题.为解决这一问题,提出了一种基于多尺度特征提取的图像语义分割方法,通过构建深层卷积神经网络,并利用不同尺度图像作为网络的输入来提取不同尺度图像的特征,最后经过特征融合得到了分割图.在公开数据集Stanford background dataset 8类数据集上进行训练和验证,实验结果达到了84.33%的准确率.实验表明:通过提取和融合多尺度特征,可以达到更好的图像语义分割效果.     

基于Mask R-CNN的满文文档版面分析

提出一种基于Mask R-CNN深度学习框架的满文文档版面分析方法,将满文文档版面分析问题转化为基于深度学习的图像实例分割问题。使用ResNet101网络和FPN网络构成的卷积神经网络自动提取满文文档图像特征,特征图经过RPN网络和RoI Align层生成新的特征图。新特征图经过全连接层完成感兴趣区域的类别和边框预测,并经过全卷积神经网络对感兴趣区域的像素进行分类得到mask预测,最终实现满文文档图像的实例分割。通过《新满汉大辞典》的文档图像构建了满文文档图像数据集,算法在该满文文档图像数据集上进行了实验。实验结果表明,本算法在满文文档版面分析中取得了较好的检测和分割效果。     

基于优化BP神经网络的图像分割实现

神经网络在图像分割时需要计算大量的训练数据,计算速度跟不上实时数据处理,造成分割图像的质量较差的问题,分析了传统优化BP神经网络算法中存在的问题,提出了一种将增加动量项与自适应调整学习率相结合的优化BP神经网络图像分割方法,该方法可以加快迭代速度,还可以跳出过早局部极小值的局面。最后对经典图像进行分割实验验证,取得较好的效果,同时该算法还有效的缩短了图像分割的时间。     

基于像素分类的图像语义分割方法及其应用研究

为了提高药片外观缺陷检测效率,提出一种使用深度学习进行药片外观缺陷检测的基于像素分类的图像语义分割方法 .首先,利用全卷积神经网络对预处理后的样本数据集进行训练,提取药片外观的缺陷特征,然后,采用像素精度和交并比来评估模型分割的精确度,最后,使用训练得到的模型分割出药片的缺陷位置并加以语义的描述.实验结果 表明,该方法...     

基于Tensorflow框架的生产线零件编号分类算法研究

针对由手工提取特征不充分引起生产线零件编号分类效率和准确率低等问题,提出深度卷积神经网络零件编号分类算法.理论分析了神经网络各层数学原理,在Tensorflow框架下搭建11层卷积神经网络,引入弃权技术,消弱各神经元间联合适应性,防止网络过拟合,反向传播中采用基于指数衰减的批量梯度优化算法.由于采集的生产线现场零件编号图像有限,引入Chars74K数据集以增加数据集规模.样本数据集中80%用于训练、20%用于测试.研究结果表明,本文算法准确率达87.91%,但仍不理想.经分析,数据集中易混淆字符影响算法性能,尝试优化数据集,将数据集中易混淆字符进行删减或合并,算法准确率达到94.1%,性能获得显著提升.本文提出的生产线零件编号分类算法不需要人工特征提取等预处理操作,算法速度快、准确率高.     

基于卷积神经网络的快速人脸检测算法

针对如何快速、准确地检出人脸的问题,提出了一种使用特征融合的卷积神经网络.首先快速提取图像的梯度方向直方图(HOG),然后使用能快速对多种物体进行检测的卷积神经网络YOLO提取图像特征,最后将YOLO提取出的特征与HOG进行融合,并将融合后的特征作为特征图.在训练过程中,引入了多任务学习和复杂样本处理,使本文提出的卷积神经网络能够进行目标定位与分类,并提高训练效果.在通用的人脸检测数据集FDDB进行的实验分析,证实了本文提出的算法可大幅提高快速检测人脸的准确率.     

基于经典卷积神经网络的智能煤矸识别

为了准确快速地识别原煤中的煤和矸石,基于机器视觉的方式,采取经典卷积神经网络模型对煤和矸石图像进行识别分类;利用在以实验室环境下采集的小批量煤和矸石图像数据,运用数据增强技术扩充数据集,在深度学习框架中搭建各种经典卷积神经网络模型,对采集的数据集进行训练、验证和测试,获得各经典网络的训练准确率和损失函数曲线,并结合训练...     

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(convolutional neural network, CNN)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,提出一种基于拆分层和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。