基于深度学习的图像超分辨率重建方法综述

图像超分辨率重建(super-resolution, SR)是指从观测到的低分辨率图像重建出相应的高分辨率图像,在目标检测、医学成像和卫星遥感等领域都有着重要的应用价值.近年来,随着深度学习的迅速发展,基于深度学习的图像超分辨率重建方法取得了显著的进步.为了把握目前基于深度学习的图像超分辨率重建方法的发展情况和研究热点,对一些最新的基于深度学习的图像超分辨率重建方法进行了梳理,将它们分为两大类(有监督的和无监督的)分别进行阐述.然后,在公开的数据集上,将主流方法的性能进行了对比分析.最后,对基于深度学习的图像超分辨率重建方法进行了总结,并对其未来的研究趋势进行了展望.     

面向遥感图像的小样本目标检测改进算法研究

针对传统的遥感图像目标检测中面临的小样本以及目标样本分布不均衡等问题, 提出了一种基于改进的卷积神经网络(convolutional neural network, CNN)的遥感图像小样本目标检测算法. 首先, 该算法利用 $K$ 近邻($K$-nearest neighbor, kNN)回归分别对每个点和卷积层提取特征构建局部邻域; 同时, 通过最大池化聚合所有局部特征进行全局特征表示; 最后, 采用全连接层与缩放指数型线性单元(scaled expected linear unit, SELU)激活函数计算各类别对应的概率并分类. 实验结果表明, 该算法能够更有效地融合局部特征, 提高了遥感图像小样本目标识别与检测的精度, 同时保持信息的非局部扩散.     

基于CNN的粒子滤波目标跟踪算法研究

针对复杂场景下目标跟踪算法存在的跟踪目标丢失漂移等问题,提出一种粒子滤波框架下基于卷积神经网络（convolutional neural network,CNN）的目标跟踪算法.该算法采用CNN提取跟踪目标的高层语义特征,并引入离线训练方式,提高训练效率以及特征提取的泛化能力;利用粒子滤波算法框架,实现目标运动状态的有效估计;同时采用长时与短时两种更新策略,并引入困难样本挖掘的在线训练方式,以适应目标外观变化与背景干扰等复杂情况.仿真实验结果表明本文算法能有效适应遮挡、光照、剧烈运动等场景.与多个当前的跟踪算法在公开测试样本下进行了结果比较和分析,验证了本算法在解决跟踪目标丢失漂移等问题上的有效性.      

基于联邦学习的网络异常检测

作为一类网络安全的基础研究,网络异常检测技术目前还存在检测准确率低、误报率高以及缺乏标签数据等问题。为此提出一种融合联邦学习和卷积神经网络的网络入侵检测分类模型（CNN-FL）,可有效解决多个参与者在不共享隐私数据的情况下进行一个全局模型的协作训练时所带来的问题。该模型无需汇集模型训练所需要的数据进行集中计算,只是传递加密的梯度相关数据,即可利用多源数据协同训练同一模型,并解决缺乏标签数据的问题。随后将该模型应用于二分类和多分类方法中,并在同一基准数据集NSL-KDD上进行了实验比较与分析,实验结果表明,与其他研究方法相比,所提CNN-FL分类模型在二分类以及多分类中具有较高的识别性能和分类精度。     

基于卷积神经网络的宽带合作频谱感知

利用认知无线电网络中的多个次用户所能提供的大量频谱观测数据,提出一种基于卷积神经网络(convolutional neural network, CNN)的宽带合作频谱感知方案。宽带频谱感知旨在灵活地检测跟踪目标宽带授权频段上的可供使用的频谱空穴,该方案考虑利用宽带频谱上被占用的子带与未被占用的子带之间在信号能量及占用位置方面所体现出的类别差异,通过设计一种CNN模型并基于此对频谱观测数据进行训练学习,得到频带占用模式分类模型,从而实现宽带合作频谱感知。仿真结果证明,与传统的基于能量检测技术和典型机器学习(machine learning, ML)分类算法的宽带合作频谱感知方案相比,该方案在检测性能上具有较大的优势,特别是在低信噪比环境下的检测性能。     

基于学习体型表征的行人再识别

行人再识别是计算机视觉领域的一项重要任务,但大多数现有模型很大程度上依赖于颜色外观。针对目前很少研究解决目标人物衣服不一致的行人再识别问题,提出一种新的表征学习模型。该模型通过对抗性学习和特征分离来产生不受服装颜色或图案影响的体型特征表示。同时,由于缺乏包含同一个人服装变化的行人再识别数据集,创建了一个合成数据集来模拟服装变化。4个数据集(两个基准行人再识别数据集,一个跨模态行人再识别数据集,合成数据集)的定量和定性结果证实了该方法对几种最先进的方法的鲁棒性和优越性。     

一类用神经网络实现图像去噪的新方法

提出了一类基于二维细胞自动机(CA)和细胞神经网络(CNN)的图像滤波新方法。通过对两种新的二维CA规则的深入研究，得出了两类CA演化规则能够用于设计新的细胞神经网络，可以实现灰度图像的噪声消除。核心思想是用两个对偶CA规则设计两个CNN网络，联合实现图像滤波处理，能够获得比传统算法好得多的处理速度和效果。仿真结果证明本文的想法是合理的，期望能够在二维CA研究与应用设计方面有所启发和突破。     

基于多尺度跃层卷积神经网络的精细车型识别

为解决精细车型识别中特征不具有代表性,且识别准确率低的问题,提出了基于多尺度跃层卷积神经网络(CNN)的车型识别方法。通过多个不同尺度的跃层卷积神经网络,提取适用于精细车型识别的低层局部特征和高层全局特征,并分别训练Softmax分类器。利用自适应方式融合方法,将多个单一尺度跃层卷积神经网络的识别结果进行融合,调整不同网络对识别结果的贡献。实验中车型识别准确率达到97.59%。实验结果表明多尺度跃层卷积神经网络适用于精细的车型识别,并能提高识别的准确率。     

基于CNN的心冲击信号阵发性房颤自动检测方法

阵发性房颤具有发作突然且时间短的特点，而目前其临床诊断方法——心电信号，不适于日常监护，因此，提出一种基于心冲击信号(ballistocardiogram，BCG)的非接触式房颤自动检测方法.研究不同输入数据长度与不同网络深度的匹配关系，获取应用一维卷积神经网络(convolutional neural network，CNN)检测阵发性房颤的最优组合.通过2000组数据的测试，所提模型的最佳性能为:测试准确性94.8%、敏感性97.2%、特异性92.7%，为基于BCG信号的心律失常检测与远程日常家庭监护提供了可能性.     

基于3D注意力的MobileNet图像分类算法改进

针对MobileNetV2网络在图像分类任务中特征表达不足的问题，提出一种结合注意力机制对MobileNet网络的改进策略。利用一种新颖的高效且无参的注意力模块，同时结合I-block模块来替换MobileNet网络中的倒残差模块，采用RReLU激活函数替代原ReLU激活函数保留更多特征，结合inception结构进行多尺度特征提取与融合，使其可以提供更强的多尺度特征表达并服务于图像分类任务，使用数据扩增技术，生成更多样本。与6种方法进行对比，实验结果表明，采用3D注意力机制的网络在数据集CIFAR-10、CIFAR-100上以最少的网络参数分别取得94.09%和75.35%的最高精度，表明该改进方法可以有效地进行快速图像分类。     

基于CNN-LSTM的脑电情感四分类研究

为深入研究脑电信号时空特征之间的关联,解决因手动提取特征导致的脑电情感识别准确率较低问题。将卷积神经网络（Convolutional neural network, CNN）和长短时记忆网络（Long short- term memory, LSTM）相结合,构造出了CNN-LSTM模型。首先,提取了5个频段的5个不同特征：功率谱密度(PSD)、差分熵(DE)、差分不对称(DASM)、理性不对称(RASM)和差分熵差分(DCAU)。其次,将特征输入CNN-LSTM模型,在DEAP数据集中的效价和唤醒两种情感维度上展开四分类实验。最后,将堆栈自编密码器(SAE),卷积稀疏自编码器(CSAE),深度置信网络(DBN)分别与LSTM组合,构造SAE-LSTM,CSAE-LSTM,DBN-LSTM三种混合模型同CNN-LSTM进行分类准确率比较。实验结果表明,DE特征的分类识别效果在五种特征中占最优,β和γ频段上所有特征的识别准确率远高于其他频段,尤其是γ频段。CNN-LSTM模型获得了最高的平均分类准确率92.48%,充分证明了CNN-LSTM模型的有效性。     

基于改进CNN-GRU网络的多源传感器故障诊断方法

提出一种复杂系统内多源传感器的故障诊断方法.利用多源传感器数据之间的相关性,使用卷积神经网络提取不同传感器之间的联系和特征.在卷积网络中,设计了传感器数据标定模块使得网络更关注学习与故障信号相关的传感器数据.利用循环网络对传感器自身的时序特征建模,引入跳跃连接和辅助损失函数降低网络的训练难度.最后综合时空特征,一次计算得到故障分类结果和故障参数估计.仿真结果表明,改进后的CNN-GRU网络能够实时准确地诊断传感器的固定偏差故障和漂移偏差故障,传感器数据标定模块和跳跃连接的引入有效地提高了诊断算法的准确率和精度.      

基于卷积神经网络和双向门控循环单元网络注意力机制的情感分析

传统的情感分析方法不能获取全局特征,以及否定词、转折词和程度副词的出现影响句子极性判断.在深度学习方法基础上提出了基于卷积神经网络和双向门控循环单元网络注意力机制的短文本情感分析方法.将情感积分引入卷积神经网络,利用情感词自身信息,通过双向门控循环网络模型获取全局特征,对影响句子极性的否定词、转折词和程度副词引入注意力...     

基于优化的残差网络的锈蚀钢筋图像分类

通过实验研究提出一种基于残差网络(ResNet)的锈蚀钢筋分类方法,为开发锈蚀钢筋现场准确定量评价方法提供新思路和技术参考.以1478根直径12mm和14mm,锈蚀率1.45%~56.10%的钢筋为研究对象,利用工业相机在实验室条件下拍摄图像,结合数据增强技术,共获得23648张样本图像,并根据锈蚀率确定11类标签.基于深度卷积神经网络搭建ResNet结构,并利用Adam算法进行迭代优化,通过对比不同数据集的实验结果评估分类准确率和训练轮数.为验证所提方法的适用性,将不同直径钢筋的样本图像组合成6种数据集进行训练与测试.研究表明,经过100次迭代训练,针对6种数据集的钢筋锈蚀程度分类准确率均在93.2%以上,最高达98.8%.该方法支持混合直径的锈蚀钢筋高精度分类,具有良好的实际应用性.     

一种GAF-CNN行星齿轮箱故障诊断方法

为将深度学习识别2D图像的优势应用于行星齿轮箱故障诊断,提出一种格拉姆角场-卷积神经网络行星齿轮箱故障诊断模型.利用格拉姆角场中的格拉姆角差场和格拉姆角和场两种方法,将行星齿轮箱振动信号转化为2D图像,提取图像特征并输入优化后的卷积神经网络模型,最终获得理想的识别精度.通过研究网络参数、不同网络层对故障诊断模型的影响,构建模型的最优组合.试验和对比结果表明,格拉姆角差场卷积神经网络比格拉姆角和场卷积神经网络具有更高的识别精度,在行星齿轮箱故障诊断方面的效果优于其他智能算法.     

基于CNN的超分辨率信道冲激响应室内指纹定位算法

针对室内环境中多径效应影响定位精度的问题,提出了一种基于卷积神经网络(CNN)的室内定位(PI-CNN)算法.以多重信号分类(MUSIC)算法处理后的信道状态信息(CSI)作为特征图像,基于室内环境中不同位置点具有独特多径信息的特点,利用各收发天线间所形成的子信道信息,获得具有更高时间分辨率的多径到达时间,将获取的伪谱...     

基于多尺度3D卷积神经网络的行为识别方法

近年来卷积神经网络(convolutional neural network,CNN)在行为识别任务中取得了较大的进展.然而,现有的神经网络方法往往只注重高层语义信息的利用,对浅层特征信息挖掘利用不够.针对这一问题,提出一种基于3D卷积(convolution 3D,C3D)的多尺度3D卷积神经网络的行为识别方法.该方法受到特征金字塔结构的启发,在原C3D的基础上融合C3D的浅层特征信息,实现端到端的行为识别.同时该方法以现有的深度学习理论为基础,利用迁移学习的思想,将C3D和该方法中相同模块部分的参数迁移到本方法中,以降低模型的训练时间.通过在UCF101数据集上进行实验,实验结果表明,提出行为识别方法的分类精度达到84.56％,分类效果优于原C3D分类网络.     

电力巡检图像中防振锤的区域全卷积网络识别方法

针对目前电力巡检图像中传统的防振锤检测方法仍存在效率低、精度差、计算成本高等问题，提出了一种基于区域全卷积网络（region-based fully convolutional networks，R-FCN）的电力巡检图像防振锤智能识别方法。该方法通过特征提取网络自动提取防振锤特征，省却了传统检测方法特征提取的过程，提高了效率。此外，在R-FCN网络当中采用位置敏感池化来引入平移变换，抵消全卷积网络造成的平移不变性问题，在检测精度和效率上均有较大提高。实验结果表明，该方法能准确检测出复杂背景下不同形态的防振锤，且平均准确率高达88%，具有较强的鲁棒性     

自适配权重特征融合的持续身份认证

针对现有智能手机用户身份认证方法的不足，提出了一种自适配权重特征融合的持续身份认证方法。设计了一种卷积神经网络，对手机内置传感器(加速度计、陀螺仪、磁力计)获取的用户行为信息数据进行深度特征提取及融合。通过网络中3个子网络流分别提取3种传感器特征，在特征融合层加权融合，各特征的权值会在网络学习过程中根据不同特征的贡献度实现自适应分配。融合特征经过特征选择之后，使用单分类支持向量机进行用户分类认证。实验结果表明：该方法对不同用户身份认证获得的等错误率为1.20%,与现有其他认证方法相比具有更好的认证准确性。