图像分类卷积神经网络的进化设计

为解决图像分类中深度卷积神经网络(Convolutional neural networks,CNN)中较为复杂的人工网络设计与调参问题,提出基于ResNet模块的进化卷积、神经网络(Evolutionary convolutional neural network,ECNN)的自动设计方法,并将其运用到图像分类中.该方法基于ResNet模块与2D卷积层,采用进化算法(Evolutionary algorithm,EA)对网络结构及参数进行优化.在NLM官方发布的疟疾数据集下进行实验,不同比例的测试集划分可以达到95.6%的分类准确率,文中算法与AlexNet、VGG16、Xception等人工设计的深度学习分类算法进行了比较,实验结果表明,其准确率提升了约1%.在斯坦福大学发布的Stanford cars车辆图像数据集中进行了算法泛化验证,结果表明,文中算法在不同比例数据的测试中准确率均在94.5%以上,将该算法与深度学习分类算法VGG16进行比较,准确率效果相当,模型测试图像分类耗时仅为VGG16耗时的1/13,且训练参数量较少.两组对比测试实验数据表明,相比人工设计的深度学习算法,本文方法具有较好的图像分类性能与较快的图像分类速度.     

混合深度卷积神经网络对人脸年龄的分类

为了提高人脸年龄分类的精度并且减少年龄分类过程所需的时间,提出了由微调深度卷积神经网络(FDCNN)和概率协同表示分类器(PCRC)构成的深度混合模型对人脸年龄分类的方法.首先,在IMDB数据集上将VGG-Face模型微调,得到一个新的深度卷积神经网络模型;然后,用该模型提取人脸图像的年龄特征,并将其送到基于概率协同表示的分类器进行年龄分类;最后,在FG-NET,MORPH和CACD数据集上对由FDCNN和PCRC构成的混合深度模型进行验证.从验证结果可知:PCRC比支持向量机(SVM)平均分类精度高出4.6%,并且对微调的深度模型倒数第二激活层输出的特征进行分类能取得更高的分类精度;与CA-SVR,DeepRank和DeepRank+相比,FDCNN和PCRC构成的混合深度模型的分类平均绝对误差分别低1.24,0.14和0.06;与由DCNN和SVM构成的分类模型相比,该混合深度模型的年龄分类精度高出3.6%.通过与VGG-Face模型各层运算时间分布对比可知该混合深度模型的分类时间大幅减少,因此混合深度卷积神经网络能很好地进行人脸年龄分类.     

基于DCGAN和改进YOLOv5s的桥梁表面缺陷检测识别

针对人工检测桥梁表面缺陷存在精度低、速度慢和漏检率高等问题,该文提出了基于深度卷积生成式对抗网络(deep convolutional generative adversarial networks,DCGAN)和改进YOLOv5s的桥梁表面缺陷检测识别模型.首先,通过DCGAN网络对自主采集的桥梁表面缺陷图像进行数据增强,建立每类缺陷样本数量较为均衡的数据集; 其次,在YOLOv5s模型基础上嵌入CBAM注意力机制模块,使模型将注意力集中于缺陷区域,从而提升图像分类的准确率; 最后,为验证所提方法的适用性,将包含4类桥梁表面缺陷的数据集进行训练与测试.实验结果表明:该文提出的模型在桥梁表面缺陷检测上的准确率为92%,相比其他深度学习模型具有更高的检测精度和鲁棒性.     

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.     

基于数据增强的小样本图像分类方法

小样本图像分类训练样本过少,若直接用深度学习的方法对其处理会出现过拟合现象,且存在训练好的模型不能很好的泛化到测试任务上等问题.针对以上问题,提出一种基于数据增强的算法去缓解模型过拟合,并结合深度学习网络wide-ResNet28来提升模型的分类性能.此方法没有引用外部数据对当前任务进行数据扩充,而是借助基类数据的语义先验信息对新类数据的特征进行补充,在形成新的特征分布上进行数据增强.该方法在MiniImageNet和Cub 2个小样本数据集上进行实验,图像特征提取的精确度分别达到83.46%、91.61%,验证了该方法的有效性.     

集成局部和全局关键特征的文本情感分类方法

融合卷积神经网络(convolutional neural network,CNN)和双向长短期记忆网络(Bi-directional long short-term memory,BiLSTM)的情感分析模型(CNN_BiLSTM)是一个流行的模型,其学习文本的局部特征和全局特征实现情感分类,但是忽略了特征对分类结果的重要程度,且没充分利用词语间的特征,导致分类准确率不高.提出一种集成基于多卷积核的卷积神经网络和注意力双向长短期记忆网络特征的文本情感分类方法(MCNN_Att-BiLSTM),其集成局部和全局的重要特征作为文本语义特征,该特征进而用于训练文本情感分类器XGBoost(eXtreme gradient Boosting).该方法基于注意力机制的BiLSTM提取对分类影响大的全局关键特征,基于多卷积核的CNN获得更全面的词语间特征,为集成分类器准备了有效分类的特征.实验结果表明,该模型具有更好的情感分类准确率,与CNN_BiLSTM模型相比,在IMDB数据集上准确率提升了1.75%,在txt-sentoken数据集上准确率提升了1.67%,在谭松波-酒店评论数据集上准确率提升了3.81%.     

基于YOLOv5和U-Net3+的桥梁裂缝智能识别与测量

为了克服传统数字图像处理方法进行桥梁裂缝识别时面临的效率低、效果不佳等问题,提出了集成深度学习YOLOv5和U-Net3+算法的一体化桥梁裂缝智能检测方法.通过调整算法宽度和深度参数,优化边界框损失函数,构建基于YOLOv5目标检测算法的裂缝识别定位模型,实现桥梁裂缝快速识别与定位;引入结合深度监督策略及预测输出模块的U-Net3+图像分割算法,训练并构建桥梁裂缝高效分割模型,实现像素级裂缝智能化提取;建立结合连通域去噪、边缘检测、形态学处理的八方向裂缝宽度测量法,基于U-Net3+裂缝分割结果实现裂缝形态及宽度高精度测量;利用LabelImg图像标注软件制作包含4 414张图像的裂缝识别定位模型训练数据集;利用LabelImg图像标注软件及CFD数据集制作包含908张图像的裂缝分割模型训练数据集;利用无人机航拍的485张5 280×2 970 pixels桥梁索塔裂缝图像,来制作裂缝智能检测模型的测试对象.将所提出的裂缝检测方法应用于上述裂缝测试对象,其裂缝识别定位准确率91.55%、召回率95.15%、F1分数93.32%,裂缝分割准确率93.02%、召回率92.22%、F1分数92.22%.结果表明,基于YOLOv5与U-Net3+的桥梁裂缝智能检测方法,可实现桥梁裂缝高效率、高精度、智能化检测,具有较强的研究价值和广泛的应用前景.     

基于注意力机制的细粒度图像分类

针对细粒度图像分类中数据分布具有小型、非均匀和不易察觉类间差异的特征,提出一种基于注意力机制的细粒度图像分类模型.首先通过引入双路通道注意力与残差网络融合对图像进行初步特征提取,然后应用多头自注意力机制,达到提取深度特征数据之间细粒度关系的目的,再结合交叉熵损失和中心损失设计损失函数度量模型的训练.实验结果表明,该模型在两个标准数据集102 Category Flower和CUB200-2011上的测试准确率分别达94.42%和89.43%,与其他主流分类模型相比分类效果更好.     

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-102 flowers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.     

D-SS Frame: deep spectral-spatial feature extraction and fusion for classification of panchromatic and multispectral images

Facing the very high-resolution( VHR) image classification problem,a feature extraction and fusion framework is presented for VHR panchromatic and multispectral image classification based on deep learning techniques. The proposed approach combines spectral and spatial information based on the fusion of features extracted from panchromatic( PAN) and multispectral( MS) images using sparse autoencoder and its deep version. There are three steps in the proposed method,the first one is to extract spatial information of PAN image,and the second one is to describe spectral information of MS image. Finally,in the third step,the features obtained from PAN and MS images are concatenated directly as a simple fusion feature. The classification is performed using the support vector machine( SVM) and the experiments carried out on two datasets with very high spatial resolution. MS and PAN images from WorldView-2 satellite indicate that the classifier provides an efficient solution and demonstrate that the fusion of the features extracted by deep learning techniques from PAN and MS images performs better than that when these techniques are used separately. In addition,this framework shows that deep learning models can extract and fuse spatial and spectral information greatly,and have huge potential to achieve higher accuracy for classification of multispectral and panchromatic images.     

多特征融合的深度强化学习色彩增强方法

提出一种结合深度特征与美学特征的图像增强方法.首先,结合多种图像特征重构智能体评估网络,该网络通过拼接图像语义特征、图像色彩特征及历史动作信息输出当前策略.其次,感知奖励模型通过预训练分类模型激活层网络提取深层特征,使用余弦距离获得图像间的深度感知距离;利用美学模型获得图像间的概率距离.最后,结合两方面的距离表示并将其用于奖励模型构造中.在MIT-Adobe FiveK数据集上的实验结果表明,本色彩增强方法在结构相似度和平均均方误差上优于其他基线算法,模型场景适用性强.生成图像在保留更多的细节信息的同时,可以有效增强图像色彩.     

卷积特征图融合与显著性检测的图像检索

针对基于深度学习的图像检索提取特征往往包含了复杂的背景噪声,导致图像检索的精确率并不高的问题,提出一种特征图融合与显著性检测的方法.首先,训练用于分类的深度卷积神经网络模型.然后,并将图像卷积之后的特征图谱进行融合,得到图像的显著性区域.最后,通过计算图像显著性特征的余弦距离来进行检索.实验结果证明:相比目前主流的方法,文中方法能够有效提高检测精度,且鲁棒性较高.     

基于注意力机制和感知损失的遥感图像去噪

遥感图像去噪对于遥感图像在后续的分类、检测等任务中有着非常重要的作用.为了让去噪后的图像更好地保留边缘细节信息,同时增强深度网络对噪声污染区域的辨识能力,本文结合注意力机制以及感知损失来处理遥感图像,提出了一种新的基于残差自编码器的遥感图像去噪网络ARED-VGG.考虑到遥感图像中不同地物大小不同,该网络首先同时使用图像的空间和光谱信息来提取多尺度特征;然后使用残差自编码器网络结构来进行图像空间-光谱多尺度图像重建.为了增加网络的辨识能力,更多地关注网络中提取的高频特征,网络引入了注意力机制.同时为了让去噪后的结果更符合视觉感观,使用了感知损失混合均方误差作为损失函数.从实验结果知,本文所提出的方法在噪声去除和纹理细节保留方面与NLM3D、BM4D、LRMR、HSID-CNN和3DADCNN相比表现更优.在Washington DC mall遥感图像数据集上进行了仿真实验,平均峰值信噪比以及平均结构相似性指标都有较好的结果;在AVIRIS Indian Pines数据集上进行了真实数据实验,以去噪后的结果地物分类指标作为验证,整体分类精度以及Kappa系数分别为96.90%和0.9647;对网络结构进行了消融实验,在两个数据集下,本文所提出的网络结构都能获得更优的结果.本文提出基于注意力机制和感知损失的深度神经网络进行遥感图像去噪,提高了网络的辨识能力,实现了良好的去噪性能,并且有效保持了图像的细节信息和光谱信息.     

变电站巡检机器人避障方法研究与应用

为提升变电站巡检机器人的导航避障能力,将深度学习技术应用于变电站场景识别中,提出了一种基于深度卷积神经网络的避障方法.该方法联合图像分类和语义分割两个分支来共同辅助机器人导航避障,分类分支通过获取图像全局信息,保证机器人正确行驶方向;而语义分割支路则根据图像局部信息以及机器人前方目标类别,指导机器人准确避障.实验结果表明,避障方法可以高效地对图像进行分类和分割,同时,在实际变电站环境中,该方法也能为巡检机器人提供有效的避障信息,实现实时自主避障.     

基于多尺度区域块的糖尿病性视网膜病变级联检测

目前,基于形态学检测糖尿病性视网膜病变的算法复杂度较高,深度学习直接逐像素检测的方法虽然能够避免排除生理结构、手动设计特征的不足,但计算量大、分割速度较慢.为了解决上述问题,提出一种基于深度学习的级联检测框架.首先,分块检测眼底图像是否存在病变区域,然后对病变区域进行逐像素的分割,从而检测出微动脉瘤、出血点、硬渗出及软渗出4种病变.实验结果表明:在眼底图像公开数据库DIARETDB1中,4种病变的检测率分别为88.62%、94.91%、98.91%和92.91%.与形态学方法相比,微动脉瘤和出血点检测精度分别提高了17.39%和15.18%;与直接逐像素检测方法相比,平均检测时间仅为原来的1/4.     

精细拓扑结构表示与深度特征融合在多目标图像检索中的应用

空间信息表示是增强图像特征表达性能的重要手段,通过空间关系建模与深度学习方法融合可有效提升深度特征的语义特性,从而提升图像检索性能.首先,针对复杂图像的空间关系表示提出了一种新的精细拓扑结构表示模型,该模型不仅具有完备的拓扑描述性能,还提供了两种拓扑不变量的推理算法,使得拓扑不变量可以由表示模型直接推导而不需要繁复的几何计算;其次,基于精细拓扑结构表示模型,提出了有效的拓扑结构相似性度量方法,为空间关系特征表达奠定了基础;最后,进一步结合卷积神经网络,提出融合复杂空间关系特征与深度特征的多目标图像检索方法.实验结果表明,所提出的拓扑结构表示模型在空间查询中具有良好的性能;所提出的图像检索框架取得优于现有方法的精度,并能够有效地结合手工特征与深度特征各自的优势,为提升深度学习方法的可解释性创造了有利条件.     

多尺度残差注意网络的真实图像复原方法

为了提高基于深度学习网络方法在真实图像上的复原效果,提出了一种基于多尺度残差注意网络的复原方法。将退化图像输入到该模型中,利用浅层特征网络提取原始低质量图像的浅层特征;利用残差注意网络模块提取深层特征信息和通道相关性,使用局部连接和短跳跃连接进行残差学习;将浅层特征、通道相关性以及上下文深层特征信息输入到重构网络,利用具有不同感受野的特征进行图像复原。实验结果表明,相较于其他对比方法,该方法在图像去噪、图像增强和超分辨率等多个任务中获得最优的结果,能够在不引入伪影的情况下生成纹理细节丰富的清晰图像。     

土地资源调查的像元级遥感影像融合方法研究

文章总结了IHS彩色空间变换融合法、Brovey法、主成分分析法(PCA)等像元级影像融合的方法及评价标准,对研究区域SPOT影像的全色波段和多光谱波段分别进行IHS、PCA及Brovey方法的融合实验,并从信息熵、灰度均值和标准差、相关系数和视觉效果四个方面,对三种方法的融合效果进行定性与定量评价.分析结果表明,相对于其他两种方法而言,PCA方法在整体图像上清晰,色调协调,保留了较多的空间信息,细节特征明显,质量较好.     

基于深度学习与图像处理的废弃物分类与定位方法

针对现有人工垃圾分类工作环境恶劣、自动化程度差等问题,提出基于深度学习与图像处理的废弃物分类与定位方法,为智能分拣提供理论依据.建立基于Inception模块与残差单元,搭建改进的卷积神经网络废弃物分类模型,预测目标物体种类.针对复杂环境采集到的图像,利用图像处理算法对图像降噪、阈值分割、边缘检测,有效提取目标轮廓信息,并结合质心定位算法实现废弃物准确定位.实验结果表明:该方法中废弃物分类模型预测准确率可达88.8％,基于轮廓信息的质心定位算法可以准确定位目标,具备较强的废弃物分类与定位能力.