基于卷积神经网络的钳剪工具痕迹识别

钳剪工具痕迹识别对法庭审判和侦查破案有着重要的参考价值,是物证分析识别的重要组成部分。针对该类工具种类繁多,现场痕迹复杂多样的特点,本文提出了一种基于卷积神经网络识别的钳剪痕迹分析方法。使用断线钳、线缆钳等10类常用钳剪工具,采集制作了300枚钳剪样本,在此基础上对特征区域进行录制,共200余段视频,提取钳剪痕迹特征图像共120 000张。提出TpsNet,以钳剪断头的侧面图片为识别分类对象,通过图片的分类实现对钳剪痕迹的分析识别。结果表明,TpsNet模型在钳剪痕迹数据集上的分类精度达到97.56 %,可作为钳剪痕迹分析与识别的重要依据。     

基于卷积神经网络的抽油机故障诊断

抽油机故障诊断对于保障油气田的稳定运行至关重要。针对已有基于深度学习的故障诊断模型参数量大导致应用范围受限的问题,提出一种基于空洞卷积和惩罚机制的卷积神经网络模型。该模型在浅层神经网络部署不同空洞卷积率的空洞残差模块,高效获取示功图轮廓特征的同时降低了模型参数量。其次,将惩罚机制融入Softmax损失函数,增强模型诊断气体影响等难分样本的故障准确率。采用抽油机实况数据集进行实验验证,结果表明该模型参数量为0.94 M,浮点型计算量为165.24 M。与MobileNetV3相比,改进后的算法模型在准确率同为96.6%的前提下参数量减少了3.30 M,浮点型计算量减少了52.22 M,更易部署在资源受限的故障诊断平台。     

基于深度卷积神经网络的工具痕迹识别研究

目的 为了提高工具痕迹检验鉴定结果的稳定性和可靠性,提出了一种基于深度学习的方法。方法 使用基于迁移学习的思想与深度卷积神经网络VGG16模型的机器学习算法,对8个断线钳、10个钢丝钳和10个螺丝刀制作的2 800个工具痕迹的2D图像数据集,进行单独和综合训练学习。结果 训练后的模型对测试数据进行识别,对于在精确定位工具刃口条件下制作的钢丝钳剪切痕迹和螺丝刀线条痕迹样本可达到98%以上的准确率,对于工具刃口剪切位置误差为1.5 mm以内的条件下制作的断线钳剪切痕迹样本可达88.3%的准确率,对3种工具的综合数据集的综合识别率达到95.5%的准确率。结论 实验结果表明,不需要预先对工具痕迹做特征工程处理,就能够达到较高的识别率。     

基于卷积神经网络的食品图像识别

针对传统食品图像识别方法提取特征能力差、准确率差、运行效率差和卷积神经网络识别相似食品图像难度大等问题, 提出了一种新的食品图像识别模型ChinaFood-CNN, 以实现对食物的精准分类; 在多分类损失函数SoftmaxWithLoss的基础上, 针对食品图像类间相似性大的问题, 提出了最大类间距损失函数(MCSWithLoss), 以增大相似类之间的距离, 实现相似类的区分; 针对随机选取样本时的训练集冗余问题, 在网络模型训练时使用负样本选择算法.实验结果表明:ChinaFood-CNN模型对食品图像的识别准确率达69.2%, 分别比AlexNet、VGG16、ResNet模型提升了17.6%、16.8%和3.6%.     

基于卷积神经网络的带遮蔽人脸识别

基于卷积神经网络Inception-ResNet-v1模型进行训练与学习,实现了在添加遮挡干扰因素下的人脸识别。将图像嵌入到d维度的欧几里得空间,采用Triplet Loss作为损失函数,直接学习特征间的可分性。选取LFW(labeled faces in wild)数据集和摄像头采集的人脸图片制作训练集和测试集。结果表明,模型在眼部被遮挡的情况下识别率为98. 8%,在嘴部被遮挡的情况下识别率为98. 6%,在眼部和嘴部同时被遮挡的情况下识别率为96. 9%。模型在遮挡率为20%～30%时,识别率能够达到98. 2%。从实验结果可以得出,模型在一定遮挡的情况下能得到较好的识别效果。     

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。     

基于快速选区卷积神经网络模型的工业产品表面缺陷检测

针对传统带钢表面缺陷检测算法检测效率低、准确率差的情况,提出一种基于快速选区卷积神经网络模型的多尺度带钢表面缺陷检测算法;首先利用残差网络思想对该模型网络特征提取层进行改进;其次,利用多尺度推荐区域网络设置合理大小的卷积滑动窗口,提取出更加准确的推荐区域;最后,利用软判决非极大值抑制机制替代传统的非极大值抑制机制,解决缺陷特征相近时检测框丢失的情况,并在SD_data数据集上进行实验验证。结果表明,所提出的算法对多尺度带钢表面缺陷的检测准确率明显提高,漏检率显著降低。     

基于多尺度三元组描述子的形状匹配方法

提出了一种新的基于轮廓的形状描述子,称为多尺度三元组描述子.对轮廓进行均匀采样,同时根据多边形近似演化算法提取轮廓的关键点,由采样点和其相邻关键点构成三元组,根据多个尺度下三元组的几何特性(包括角度和边长)定义描述子.这些三元组既包含了形状的局部细节,又包含了形状的全局结构信息,是一种稳定而准确的描述.形状匹配阶段使用动态规划算法.将本方法应用在MPEG-7数据库上,检索准确率达到86.30%,具有显著优势.     

一种基于多尺度融合卷积神经网络的人群计数方法

人群间的相互遮挡和多变的空间尺度是基于单幅图像人群计数算法面临的主要挑战.近年来,基于深度学习的人群计数算法在该问题上取得了显著的成效,然而越来越深的网络结构给模型的训练和应用带来了困难.为了解决上述问题,提出了一种基于多尺度融合卷积神经网络(multi-scale fusion convolution neural ...     

基于全卷积神经网络的多尺度人脸检测

如何快速而准确地定位到人脸,针对这个问题,提出了一种基于全卷积神经网络的多尺度人脸检测方法.首先用全卷积层替换VGG网络中的全连接层,然后用二分类代替分类层,最后进行该算法下的人脸检测,通过对待检测的图片进行多尺度变换并将其输入到全卷积神经网络中,得到相应的概率矩阵,人脸图框通过非极大值抑制法获取.试验结果表明,该算法的准确率较高,检测时间短,性能较好.     

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。     

基于卷积神经网络的无人机识别方法仿真研究

为了提高卷积神经网络(CNN)的泛化性和鲁棒性,改善无人机航行时识别目标图像的精度,提出了一种CNN与概率神经网络(PNN)相结合的混合模型。利用CNN提取多层图像表示,使用PNN提取特征对图像进行分类以替代CNN内部的BP神经网络,采用均方差和降梯度法训练模型,通过将预处理的图像传输到CNN-PNN模型,对图像纹理和轮廓进行分类识别,并将此模型的仿真结果与卷积神经网络模型、卷积神经网络-支持向量机模型的结果进行对比。仿真结果表明,与其他两种模型相比,CNN-PNN模型具有更好的精准度,识别率高达96.30%。因此,CNN-PNN模型能够快速有效地识别图像,准确度和实时性较高,在图像识别等方面具有很好的应用前景。     

基于多尺度一维卷积神经网络的弯管冲蚀损伤智能检测方法

针对高压管汇损伤需要提高检测效率和准确率的问题,提出一种基于多尺度一维卷积神经网络(multi-scale one-dimensional convolutional neural network, MS-1DCNN)的弯管冲蚀损伤智能检测新方法,即用多尺度卷积层代替传统的单一尺度卷积层。在MS-1DCNN模型中,把通过模拟实验所得弯管冲蚀损伤原始时域信号作为多尺度一维卷积神经网络的输入,这样能解决传统方法依赖人工提取特征和专家知识的问题;然后,通过多尺度卷积层和池化层的交替连接对输入信号进行特征提取;最后,经由输出层输出弯管冲蚀损伤分类结果。模型试验结果表明：基于MS-1DCNN弯管冲蚀损伤检测方法可以有效检测出弯管冲蚀损伤,且平均检测准确率达到99.18%。研究可为高压管汇冲蚀损伤智能检测提供一种新思路。     

基于非洲秃鹫算法优化卷积神经网络的重叠峰解析方法

利用光谱仪器检测土壤中重金属时,由于仪器分辨率较低,峰位相近元素的特征峰会产生重叠。光谱重叠峰严重影响定量分析结果的准确性,为了得到准确的重金属含量需要进行光谱重叠峰分解。本文提出利用非洲秃鹫算法优化卷积神经网络(AVOA_CNN)的重叠峰解析方法。首先,利用高斯函数模型模拟出150个双高斯含噪光谱重叠峰和43个三高斯含噪光谱重叠峰,选择不同小波基函数进行光谱数据去噪,以信噪比和均方根误差(RMSE)为评价指标,最终确定coif3小波基函数,使用导数法进行光谱重叠峰预处理。然后,使用AVOA_CNN获得卷积神经网络(convolutional neural network,CNN)预测结果,解析结果表明,AVOA_CNN成功分解重叠峰且准确率高,双高斯光谱重叠峰和三高斯光谱重叠峰参数(峰强度,峰位,峰宽)的最大相对误差平均值分别为3.15%和5.90%。最后对比麻雀搜索算法优化CNN、CNN与AVOA_CNN,结果显示AVOA_CNN模型预测准确率最高。     

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。     

基于循环结构的卷积神经网络文本分类方法

现有卷积神经网络在文本分类性能上受到词向量窗口长度的影响,在研究卷积神经网络分类方法的基础上,提出一种基于循环结构的神经网络文本分类方法,该方法对文本进行单次正向及反向扫描,能够在学习单词表示时尽可能地捕获上下文信息,整体算法时间复杂度为O(n),是线性复杂度;该方法构建文本语义模型可以捕获长距离的依赖关系,使得词向量窗口长度对文本分类性能没有影响,对上下文更有效地建模。实验结果表明,该方法构建文本语义模型的准确率达到96.86%,召回率达到96.15%,F1值达到96.5%,性能优于传统文本分类算法和卷积神经网络方法。     

深度卷积神经网络的遥感植被检测方法

【目的】植被检测是城市生态研究的重要手段,然而由于遥感图像中植被存在阴影区域、遮挡区域以及色彩上的畸变等,导致当前的植被检测精度较低。基于遥感卫星影像,采用深度学习技术快速有效地检测出城市中的植被区域,为植被资源统计等相关研究提供依据。【方法】选用深度卷积神经网络模型,对高分辨率遥感影像中的植被区域进行检测。对不同的优化器,通过设置不同的卷积核大小,对精度进行对比分析。最后对网络层数进行研究,对设置合适网络层数进行分析,用构造的深度卷积神经网络在实验数据上进行植被区域检测。【结果】利用卷积神经网络处理二维图像时,无需手动提取特征,进行简单少量的预处理后,直接把图像输入到CNN模型中进行训练,即可实现图片的识别分类功能。降低了预处理的难度,同时局部感知和权值共享大幅度地减少了参数量,加快了计算速度。次抽样还能保证图像处理后的平移、旋转、缩放和拉伸的不变性。解决了传统方法计算量和样本量大、结构复杂以及费时的缺点。在采集到的高分辨率紫金山区域的遥感图像中,通过设计的多层卷积神经网络模型对区域中的植被资源进行分析,对比和研究不同的优化器、卷积核和网络层数,植被检测精度达到95.4%,明显高于当前众多植被检测算法。【结论】在深度学习中,目标检测的精度依赖于网络的结构设置,通过对优化器、卷积核以及网络层数进行设定,可以明显提高目标检测效率和精度。     

基于流水线架构的卷积神经网络FPGA实现

卷积神经网络（CNN）已被广泛用于图像处理领域,且通常在CPU和GPU平台上进行计算,然而在CNN推理阶段存在CPU计算速度慢和GPU功耗高的问题。鉴于现场可编程门阵列（field programmable gate array,FPGA）能够实现计算速度和功耗的平衡,针对当前在卷积结构设计、流水线设计、存储优化方面存在的问题,设计了基于FPGA的卷积神经网络并行加速结构。首先将图像数据和权值数据定点化为16 bit定点数,一定程度上减少了乘加运算的复杂性;然后根据卷积计算的并行特性,设计了一种高并行流水线卷积运算电路,提高了卷积运算性能,同时也对与片外存储进行数据交互的流水线存储结构进行了优化,以减少数据传输的时间消耗。实验结果表明,整体加速器在ImageNet数据集上的识别率达到94.6%,与近年来相关领域的报道结果相比,本文在计算性能方面有一定的优势。     

一种基于卷积神经网络的下肢动作模式识别方法

针对目前下肢动作模式识别技术存在的数据量少、识别率低的问题,提出了一种新的基于卷积神经网络的下肢动作模式识别方法。以下肢步态动作识别为对象,采集无负重平地行走,无负重上/下楼及负重上/下楼5种步态的表面肌电信号（surface electromyography,sEMG）,对sEMG进行特征提取,构建了一种以特征集作为输入的卷积神经网络,并比较了其与另外几种传统分类识别方法的识别准确率和工作特征。实验结果表明,新方法对于5种步态的平均识别准确率大于95%,错误率都低于8%,具有较高的准确性。因此所提方法的输入特征集更能代表预测模型特征,模式识别率更高,可为康复医疗机器人、助力机器人等设备改善下肢运动功能提供参考。