基于改进GAN算法的电机轴承故障诊断方法

提出一种基于改进GAN(生成对抗网络)的滚动轴承故障诊断方法,以振动信号作为主要依据,结合连续小波变换处理非平稳信号的能力和半监督生成对抗网络(semi-supervised generation adversarial networks,SSGAN)处理和识别图像的功能,在半监督生成对抗网络的基础上引入条件模型并对损失函数进行优化,指导生成器和判别器的训练.首次将改进GAN算法应用于故障诊断领域并利用其生成模型和半监督学习能力分别解决了样本数据不足和样本标记问题.实验表明,连续小波变换与改进GAN 结合的故障诊断方法与其他主流诊断方法相比能达到较高准确率.     

基于生成对抗网络的变分自编码器解耦合

深度生成模型从观测数据中学习到潜在因素,然后通过潜在因素生成目标,在人工智能领域受到广泛关注。现有深度生成模型学习的潜在因素往往是耦合的,无法让潜在因素每一维控制所得数据的不同特征,即无法单独改变某一特征而不影响其他特征。为此,在β-变分自编码器(beta-variationalautoencoder,β-VAE)的基础上,结合生成对抗网络(generativeadversarialnetworks,GAN),提出基于生成对抗网络的变分自编码器(beta-variationalautoencoder basedongenerativeadversarialnetwork,β-GVAE)模型。该模型是一种改进的β-VAE,通过引入生成对抗网络约束β-VAE中损失函数的KL项(Kullback-Leiblerdivergence),促进模型的解耦合。在数据集CelebA、3DChairs和d Sprites上进行对比实验,结果表明β-GVAE不仅具有更好的解耦合表示,同时生成的图像具有更好的视觉效果。     

生成式对抗网络的应用综述

生成式对抗网络(GAN)是一种优秀的生成式模型,能够不依赖任何先验假设,学习到高维复杂的数据分布。这一强大的性能使得它成为近年来研究的热点,并在诸多应用领域取得了显著的研究成果。首先介绍了生成式对抗网络的基本原理,各种目标函数以及常用的模型结构。然后,详细分析了生成式对抗网络在条件限制下生成图片的各种演进方法。此外,介绍了生成式对抗网络在不同领域的应用,包括高分辨率图像生成、小目标检测、非图像数据生成、医学图像分割等方面的最新研究进展。最后,总结了生成式对抗网络训练过程中的优化技巧。旨在通俗地阐明GAN的基础理论以及发展历程,并从应用角度对未来工作进行了展望。     

结合注意力机制的生成对抗网络图像超分辨重建

为改善图像超分辨率重建的主观视觉效果,提出一种结合注意力机制的图像超分辨生成对抗网络(generative adversarial network, GAN)模型.该模型在生成器网络中引入通道和空间双重注意力机制,选取更合适的重要特征信息进行传递;判别器网络采用WGAN进行构建,通过Wasserstein距离定义对抗损失,解决了GAN模型的训练不稳定问题.该重建模型在Set5、Set14、BSD100和Urban100共4个标准数据集上进行了实验,结果表明,和主流的超分辨重建算法相比,该模型的主客观评价指标均有所提高,图像细节信息恢复更加清晰,重建质量更好.     

基于生成对抗网络的轻量级图像盲超分辨率网络

针对图像盲超分辨率网络计算参数多、模型庞大的问题,对快速且节省内存的轻量级图像非盲超分辨率网络（fast and memory-efficient image super resulotion network, FMEN）进行改进,提出了一种轻量级的快速且节省内存的图像盲超分辨率网络（fast and memory-efficient image blind super resulotion network, FMEBN)。首先,通过图像退化模块模拟部分真实世界退化空间,使用退化预测模块预测低分辨率(low resolution, LR)图像的退化参数;然后,为能有效利用退化先验信息指导并约束网络进行重建,使用动态卷积对原网络特征提取、重建模块、高频注意力块（high frequency attention block, HFAB）结构进行改进;最后,使用生成对抗网络（generative adversarial network, GAN)对FMEN训练策略与损失函数进行优化,减小真实数据与生成数据的差异,生成更加真实、清晰的纹理、轮廓。实验结果表明,在合成图像数据集和真实图像数据集R...     

融合边缘注意力的手写蒙古文字元数据增强方法

针对手写蒙古文字元数据集样本少且多样性差的问题，提出融合边缘注意力的条件手写蒙古文字元生成模型。模型在条件生成对抗网络的基础上引入了边缘注意力机制，使得数据生成模块对手写蒙古文字元边缘变化更加敏感，增加特征多样正则项在一定程度损失避免模式崩溃并使得生成样本更具多样性。在MNIST和手写蒙古文数据集进行了大量实验，结果表明提出模型样本增强效果优于GAN、CGAN，并且增强后的样本能够有效提升文字识别模型的性能。     

多生成器生成对抗网络

生成对抗网络(Generative adversarial networks,GAN)广泛应用于各种领域,尤其在图像生成方面.该模型由生成网络与判别网络2部分组成,在无监督的训练方式下,2个网络相互竞争相互提高.然而,GAN在训练时经常出现模式崩溃问题,进而导致模型收敛较慢,生成样本多样性较差.为解决这一问题,在深度卷积神经网络的基础上提出了一种多生成器生成对抗网络模型.该模型包含多个生成网络,每个生成网络均使用残差网络进行搭建,同时在生成网络间引入协作机制,以加快模型获取信息并减少参数量,最后将各生成网络的特征图进行融合得到最终图像输入到判别网络中.GAN在训练过程中还会出现梯度消失、训练不稳定问题.为避免出现这些问题,将Wasserstein距离和梯度惩罚引入模型的损失函数.通过在多个数据集上与多种相关方法进行实验比较,结果表明提出的模型在缓解模式崩溃问题、加快模型收敛速度以及减少参数量上均明显优于其他几种方法.     

基于生成对抗网络的宫颈细胞图像数据增强

为了在数据集过小时更好的训练卷积神经网络,本文提出一种方法通过训练GAN(生成对抗网络)生成新的样本进行图像数据增强。扩充后的数据集应用于训练图像分类模型,得到了不错的效果。针对Herlev宫颈细胞数据集的二分类问题,本文首先使用原始训练集训练GAN,生成了大量高质量的高分辨率细胞图像,将每类训练集扩充到24 000例。然后使用扩充后的训练集进行分类网络训练,在Resnet迁移学习的验证集准确率高达97%,高于仿射变换扩充的数据集的训练结果93%,可见本文方法可以有效地实现图像的数据增强。本文方法也可用于其他领域的图像数据增强。     

面向磁共振影像超分辨的WGAN方法研究

针对磁共振成像（magnetic resonance imaging,MRI）超分辨率重构任务,提出了Wasserstein 生成式对抗网络（Wasserstein generative adversarial network,WGAN）,构建了合适的网络模型与损失函数;基于残差U-net WGAN 后端上采样超分模型,设计了感知、纹理和对抗损失,用于恢复低分辨率MRI影像中的细节信息．此网络在2D-MRI的3 000张脑影像上获得的峰值信噪比（peak signal to noise ratio,PSNR）是33.09 dB,结构相似度（structural similarity index measure,SSIM）的平均值为0.95;PSNR与SSIM的值与经典超分法相比较,分别增加了4.09 dB和0.06．这表明:网络能更好地学习MRI从低分辨率到高分辨率影像之间的映射关系;该方法有效稳定,可以广泛应用于相似系统．      

基于跳跃连接的生成对抗网络人脸修复算法

针对生成对抗网络(GAN)在人脸修复任务中存在的修复效果不佳、细节体现不足、修复边缘生硬等问题,提出一种跳跃连接式生成对抗网络.首先,在双判别器模型基础上,通过在生成器中引入跳跃连接来获取更多层间特征来提升图像修复效果;其次,采用步长卷积进行采样来减少采样造成的信息损失;最后,在CelebA数据集上进行实验,并用峰值信...     

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.     

基于生成对抗网络的肺结节良恶性诊断算法

针对实性肺结节CT影像数据量少、人工标注耗时耗力等问题,提出一种结合生成对抗网络和集成学习的实性肺结节良恶性计算机辅助诊断方法.首先,使用基于梯度惩罚的生成对抗网络对肺结节CT影像数据集进行扩充,缓解由数据量少、样本类别不均衡导致的模型过拟合.然后,利用卷积神经网络进行CT影像特征提取,并通过主成分分析对深度特征进行降维.最后,联合CT图像特征和有效临床信息,采用集成学习方法构建分类模型预测实性肺结节良恶性.基于多中心临床数据分析表明,相比于传统卷积神经网络模型,所提出方法有更好的预测性能.     

基于改进深度卷积生成对抗网络的入侵检测方法研究

针对入侵检测系统因采用的网络攻击样本具有不平衡性而导致检测结果出现较大偏差的问题,文章提出一种将改进后的深度卷积生成对抗网络(DCGAN)与深度神经网络(DNN)相结合的入侵检测模型(DCGAN-DNN),深度卷积生成对抗网络能够通过学习已知攻击样本数据的内在特征分布生成新的攻击样本,并对深度卷积生成对抗网络中生成网络所用的线性整流(ReLU)激活函数作出改进,改善了均值偏移和神经元坏死的问题,提升了训练稳定性。使用CIC-IDS-2017数据集作为实验样本对模型进行评估,与传统的过采样方法相比DCGAN-DNN入侵检测模型对于未知攻击和少数攻击类型具有较高检测率。     

对抗网络和BERT结合的电商平台评论短文本情感分类

文本情感分类领域性强,传统情感分类方法在多领域混合数据上效果不佳.为了提升多领域混合情境下文本情感分类的准确率,使用双向编码器表征模型(bidirectional encoder representations from transformers,BERT)得到短文本的初级表征;利用对抗网络提取与领域无关的情感特征;利...     

基于生成对抗网络的海马子区图像分割

海马子区体积很小且结构复杂,传统分割方法无法达到理想分割效果,为此引入生成对抗网络模型用于海马子区图像分割.该方法构建一个生成对抗网络模型,通过构建生成网络和对抗网络并对其进行交替对抗训练实现对脑部海马子区图像的像素级精确分割.实验选取美国旧金山CIND中心的32位实验者的脑部MRI图像进行海马子区分割测试,在定性和定量方面分别对比了所提方法基于稀疏表示与字典学习方法和传统CNN的分割结果.实验结果表明,该方法优于基于稀疏表示与字典学习和CNN方法,海马子区分割准确率有较大提升.该方法提升了海马子区的分割准确率,可用于大脑核磁图像中海马子区的分割,为诸多神经退行性疾病的临床诊断与治疗提供依据.     

基于多尺度密集特征融合的生成式对抗除雾网络

在真实雾天场景下,针对除雾网络无法去除远处雾气、天空区域容易出现噪声的问题,提出了一种基于多尺度密集特征融合的生成式对抗除雾网络,并采用制作的合成雾天数据集进行对抗训练.首先,对除雾网络进行设计,构建了网络模型;其次,从合成晴朗天气图像中利用深度标签生成逼真的雾天数据集,以适用于真实雾天除雾领域;最后,在真实雾天数据集上测试,选取近几年具有代表性的6种基于深度学习的除雾网络进行主观视觉效果,并借助除雾领域常用的无参考图像质量评价指标进行客观分析.研究结果表明:提出的除雾网络在真实场景下的除雾效果较其他网络有显著提升,主观视觉效果明显优于对比的除雾网络,在无参评价指标上综合表现优于其他除雾网络.     

基于半监督生成对抗网络的通信信号调制识别算法

针对小样本条件下通信信号识别混淆的问题,提出了一种基于半监督生成式对抗网络的调制识别算法.首先结合半监督学习思想利用少量标签数据和大量未标签数据训练网络;其次在输出层添加辅助分类器进行结果判定,针对性设计了目标函数和损失函数,以满足网络生成虚假数据和实现信号分类的目的;最后使用不同的激活函数并用反卷积和Dropout代替池化操作,有效降低了算法复杂度并加快网络收敛速度.仿真实验表明:该算法适应性强、计算量小,较传统算法识别准确率提升了6％ ～13％,有效实现了小样本条件下的调制样式识别.     

基于信道特征生成对抗网络的信道建模方法

基于生成对抗网络(generative adversarial networks, GAN)的数据生成特性,提出一种用于信道特征生成的GAN改进模型,即信道特征生成对抗网络(channel feature generative adversarial networks, CFGAN)。采用完全无监督学习信道特征方式,利用线性编码向量与生成信道之间的互信息关系和变分互信息最大化原理,实现编码向量与信道特征对应;采用实测室内电力线信道数据集训练CFGAN模型,训练完成的CFGAN能够学习到不同信道特征分布。仿真表明,在-80～-10 dB大动态衰减范围内,CFGAN可根据学习到的信道特征生成具有明显区别的4类信道模型,并且生成信道和实测信道的信道特征差异小于2%。     

基于小规模手写体汉字数据集的数据增强方法

针对深度卷积生成对抗网络（DCGAN）在小规模手写体汉字数据集下生成数据重复多样、分类效果较差的问题,提出结合传统数据增强方法的结合式生成方法X-DCGAN。该方法通过预增强模块给予神经网络部分更充足多样的训练数据,减少因网络过拟合与训练不充分而出现的样本重复率高、学习效果较差的状况。实验结果表明,本文方法生成的样本数据较单一方法在样本多样性方面显著提高,生成数据进行分类测试时获得的平均识别率较DCGAN方法提升了9.67%。X-DCGAN充分发挥了传统数据增强方法和生成式方法各自的优势,能够更加有效地解决小规模数据集的扩展与增强问题。