基于改进旋转区域生成网络的遥感图像目标检测

为了实现遥感图像中目标的快速准确检测,解决遥感图像目标带有旋转角度的问题,在卷积神经网络理论的基础上,将旋转区域网络生成融入到Faster R-CNN网络中,提出了一种基于Faster R-CNN改进的遥感图像目标检测方法。相对于主流目标检测方法,本文算法针对遥感图像中的大多数目标都具有方向性不定且相对聚集的特点,在区域候选网络中加入了旋转因子,以便能够生成任意方向的候选区域;同时,在网络的全连接层之前增加一个卷积层,以降低其特征图参数,增强分类器的性能,避免出现过拟合。将本文算法与几种主流目标检测方法进行对比分析后可知,本文算法因融合了多尺度特征及旋转区域网络的卷积神经网络所提取的特征,能得到更好的检测结果。     

视频监控下利用改进型C3D-RF的人群异常行为检测

传统基于卷积神经网络(CNN)算法的人群异常行为检测方法由于采用二维卷积核提取图像特征,故无法准确捕捉视频流在时序上的动态特征。为此,提出一种基于改进C3D网络与随机森林(RF)算法相结合的检测方法。利用具有时间特征捕捉能力的C3D网络进行视频流梯度方向直方图(HOG)特征提取,并作为三维卷积核输入以实现对视频时空特征的提取;使用随机森林分类器替代softmax全连接层以避免训练过程中繁琐的梯度计算操作,并降低对训练数据集样本规模的要求;基于基准数据集的算例结果表明,所提出的改进C3D-RF方案对人群异常行为的检测准确率保持在90%以上,且与传统C3D网络、支持向量数据描述模型(SVDD)、编码深度卷积神经网络(CAE)等方法相比,其训练时间缩短了15.34%以上。     

基于改进U-Net++的CT影像肺结节分割算法

卷积神经网络的语义分割模型未有效利用特征权重信息,导致在医学图像复杂场景中分割边界出现欠分割现象。针对该问题,基于融合自适应加权聚合策略提出一种改进的U-Net++网络,并将其应用于电子计算机断层扫描影像肺结节分割。该模型首先在卷积神经网络中提取出不同深度特征语义级别的信息,再结合权重聚合模块,自适应地学习各层特征的权重,然后将学习得到的权重加载到各个特征层上采样得到的分割图以得到最终的分割结果。在LIDC数据集和重庆大学附属肿瘤医院肺部电子计算机断层扫描数据集上进行了分割实验,所提方法的交叉比在两个数据集上分别可达到80.59%和87.40%、骰子系数分别可达到88.23%和90.83%。相比U-Net和U-Net++方法,该算法有效提升了图像分割性能。本文方法能在肿瘤微小细节上实现精确分割,较好地解决了肺结节向周围浸润性生长时出现欠分割的问题。     

基于稀疏编码和卷积神经网络的地貌图像分类

提出了一种基于稀疏编码和卷积神经网络的地貌场景图像分类算法;利用非下采样Contourlet变换对训练样本进行多尺度分解;在训练样本中选择图像,利用稀疏编码学习局部特征,对特征向量进行排序;选择灰度平均梯度较大的特征向量对卷积神经网络卷积核进行初始化。结果表明:所提算法可以获得比传统底层视觉特征更好的分类结果,有效避免了网络训练陷入局部最优的问题,提高了自然场景下无人机着陆地貌的分类准确率。     

基于扩张卷积注意力神经网络的高光谱图像分类

为了解决训练样本有限情况下高光谱图像分类精度低的问题,提出了一种结合扩张卷积与注意力机制的三维-二维串联卷积神经网络模型。首先,该模型以串联的三维-二维卷积神经网络作为基础结构,利用三维卷积同时提取高光谱图像的空谱特征,并采用二维卷积进一步提取高级空间语义信息;然后,通过引入扩张卷积增大卷积核感受野,构建了多尺度特征提取结构,实现了多尺度特征的融合;最后,利用注意力机制使网络关注重要的空谱特征,并抑制噪声和冗余信息。在两个常用数据集上对本文算法和四种基于深度学习的分类算法进行对比实验,结果表明,所提模型取得了最准确的分类结果,有效提高了训练样本有限条件下的分类精度。     

基于3D Octave卷积和Bi-RNN注意力网络的高光谱图像分类方法

传统卷积神经网络模型在高光谱图像分类生成特征图的空间维度中存在大量的空间特征信息冗余,而且把高光谱图像单个像元上的光谱带数据看作是无序高维向量进行数据处理,并不符合光谱数据的特性,极大影响了模型的运行效率和分类性能。针对该问题,提出一种三维Octave卷积和双向循环神经网络注意力网络相结合的高光谱图像分类方法。首先,利用三维Octave卷积获取高光谱图像的空间特征的同时减少空间特征冗余信息。其次,利用Bi-RNN光谱注意力网络将光谱带数据视为有序序列以获取高光谱图像的光谱信息。然后,通过全连接层将空间和光谱特征图连接起来实现特征融合。最后,经过softmax输出分类结果。实验结果表明,所提方法在Pavia University和Botswana两个数据集上的分类精度分别达到了99.97%和99.79%,与其他主流算法相比,该方法可以充分利用空间和光谱特征信息,具有更佳的分类性能。     

可见光谱图与深度神经网络的垩白大米检测方法

针对传统垩白大米检测主观随意性大、可重复性低、检测过程耗时费力、准确率低等问题,提出一种基于可见光谱图结合深度学习算法的垩白大米检测手段。用CCD彩色摄像机获取垩白大米和正常大米可见光谱图,对图像进行旋转、翻转以及调整对比度等随机图像变换方式提升网络训练数据集,防止深度检测模型在学习过程中出现过拟合现象。构建了7层深层次卷积神经网络模型,包括卷积层、池化层、全连接层和输入输出层,通过网络模型对采样的大米可见光谱图集进行卷积与池化操作,采用迭代学习训练方法获取大米可见光谱图在卷积层输出的特征参数,采用连接非线性ReLU激活函数来降低训练时间,以加速大米可见光谱图有效抽象特征提取的收敛速度;然后将深度神经网络嵌入池化层,对大米特征降维以获取能够表达正常大米和垩白大米可鉴别显著意义特征;最后在全连接层输出进行分类,从而实现对垩白大米的精确识别。基于可见光谱图的大米垩白深度检测方法比传统基于可见光谱图的垩白大米鉴别特征提取方法免去了复杂的特征提取步骤,由于卷积网络提取的特征对特定目标具有更鲁棒的表达,算法精度较高且复杂度比较小,泛化效果更好,获得识别精度达到90%,比基于传统特征提取的垩白大米鉴别方法识别精度高, SIFT+SVM, PHOG+SVM和GIST+SVM模型识别精度分别为70.83%, 77.08%和79.16%。提出的方法为当前我国现代农业生产中实现大米品质自动化快速精准检测提供了理论依据和有效的技术手段,对于现阶段实现大米品质人工智能检测产生实际意义。     

全卷积网络多层特征融合的飞机快速检测

针对传统飞机检测方法准确率低、虚警率高、速度慢等问题,提出一种全卷积神经网络多层特征融合的飞机快速检测方法。将浅层和深层的特征经过采样后在同一尺度进行融合,以缓解由于深层特征图维度过低造成的对小目标表达不足的问题;修改区域提取时的选框尺寸以适应实际图像中飞机的尺寸特征;用卷积层代替全连接层以减少网络参数并适应不同大小的输入图像;复用区域提取网络和检测网络的卷积层和学习的特征参数以保证检测的高效性。仿真结果表明,与典型的飞机检测方法相比,所提方法在测试集上取得了更高的准确率和更低的虚警率,同时大大加快了检测速度。     

基于深度体素卷积神经网络的三维模型识别分类

提出一种基于深度体素卷积神经网络的三维(3D)模型识别分类算法,该算法使用体素化技术将3D多边形网格模型转化为体素矩阵,并通过深度体素卷积神经网络提取该矩阵的深层特征,以增强特征的表达能力和差异性。在ModelNet40数据集上的实验结果表明:所提算法对3D网格模型识别分类的准确率能够达到87%左右。所构建的深度体素卷积神经网络能够有效地增强3D模型的特征提取和表达能力,提高对大规模复杂3D网格模型分类识别的准确率,所提方法优于当前的主流方法。     

卷积神经网络用于近红外光谱预测土壤含水率

近红外光谱分析技术在土壤含水率预测方面具有独特的优势,是一种便捷且有效的方法。卷积神经网络作为高性能的深度学习模型,能够从复杂光谱数据中自主提取有效特征结构进行学习,与传统的浅层学习模型相比具有更强的模型表达能力。将卷积神经网络用于近红外光谱预测土壤含水率,并提出了有效的卷积神经网络光谱回归建模方法,简化了光谱数据的预处理要求,且具有更高的光谱预测精度。首先对不同含水率下土壤样品的光谱反射率数据进行简单的预处理,通过主成分分析减少光谱数据量,并将处理后的光谱数据变换为二维光谱信息矩阵,以适应卷积神经网络特殊的学习结构。然后基于卷积神经网络算法,设置双层卷积和池化结构逐层提取光谱数据的内部特征信息,并采用局部连接和权值共享减少网络参数、提高泛化性能。通过试验优化网络结构和各项参数,最终获得针对土壤光谱数据的卷积神经网络土壤含水率预测模型,并与传统的BP,PLSR和LSSVM模型进行对比实验。结果表明在训练样本达到一定数量时,卷积神经网络的预测精度和回归拟合度均高于三种传统模型。在少量训练样本参与建模的情况下,模型预测表现高于BP神经网络,但略低于PLSR和LSSVM模型。随着参与训练样本量的增加,卷积神经网络的预测精度和回归拟合度也随之稳定提升,达到并显著优于传统模型水平。因此,卷积神经网络能够利用近红外光谱数据对土壤含水率做出有效预测,且在较多样本参与建模时取得更好效果。     

基于改进SSD的交通大场景多目标检测

现有目标检测算法在复杂大场景下多目标检测的精度和实时性难以平衡,为此,受深度神经网络卷积核形态启发,模仿了人眼视觉机理,改进了基于深度学习的目标检测框架,即单向多框检测器(SSD),提出了多目标检测框架——自适应感知SSD,将其专用于复杂大交通场景多目标检测。设计了由多形态、彩色Gabor构成的特征卷积核库,训练筛选最优特征提取卷积核组替换原有网络的低级卷积核组,从而提高检测精度;将单图像检测框架与卷积长短期记忆网络结合,通过瓶颈-长短期记忆层提炼传播帧间的特征映射,实现网络帧级信息的时序关联,降低计算成本,从而实现对视频中受强干扰影响目标的追踪识别;同时加入自适应阈值策略,降低漏警率和虚警率。实验结果表明,相比于其他基于深度学习的目标检测框架,各类目标识别的平均准确率提高了9%～16%,平均准确率均值提高了14%～21%,多目标检测率提高了21%～36%,检测帧率达到32frame·s-1,实现了算法精度与实时性的平衡,取得较好的检测识别效果。     

基于深度学习的粒子场数字全息成像研究进展

粒子场的数字全息成像中，由一幅粒子场全息图重建出高精度的三维粒子场分布，是数字全息技术领域的经典问题之一。相比于传统反向重建算法，深度学习算法可以从单个全息图直接重建出三维粒子场来简化算法复杂度，提高计算效率和准确率。介绍国内外研究团队将深度学习算法结合数字全息技术实现粒子场数字全息成像的研究进展，从不同粒子表征方法入手，叙述了支持向量机、全连接神经网络、全卷积网络、U-Net网络、深度神经网络在粒子场数字全息成像中粒子表征及粒子场反向重建过程中的应用原理、实现途径和准确率。最后指出了深度学习算法在这一研究领域的优势及目前基于深度学习算法的不足，并对如何进一步提高该方法的准确率进行了展望。     

基于去模糊空间变换RCNN的毫米波图像目标检测（英文）

提出一种包含去模糊的空间变换区域卷积神经网络的目标检测算法.首先,基于主动毫米波圆柱扫描成像原理对人体进行三维成像(频率24~30 GHz),建立毫米波图像数据集.然后,估计毫米波图像的模糊核,通过卷积去噪网络获得图像先验知识,将其集成到半二次分裂的优化方法中,以实现非盲目去模糊.最后,由定位网络、网格生成器和采样网络三部分组成空间变换网络,将它融入到特征提取网络中,在去模糊后实现目标检测.通过该非盲目去模糊算法得到的图像的峰值信噪比可达27.49 dB,目标检测算法的平均精度可达80.9%.实验结果表明,与现有的先进方法相比,该方法可以有效地提高图像质量和检测精度,为毫米波图像中隐藏危险品的目标检测提供了新的技术支持.     

基于去模糊空间变换RCNN的毫米波图像目标检测（英文）

提出一种包含去模糊的空间变换区域卷积神经网络的目标检测算法.首先,基于主动毫米波圆柱扫描成像原理对人体进行三维成像(频率24～30GHz),建立毫米波图像数据集.然后,估计毫米波图像的模糊核,通过卷积去噪网络获得图像先验知识,将其集成到半二次分裂的优化方法中,以实现非盲目去模糊.最后,由定位网络、网格生成器和采样网络三部分组成空间变换网络,将它融入到特征提取网络中,在去模糊后实现目标检测.通过该非盲目去模糊算法得到的图像的峰值信噪比可达27.49dB,目标检测算法的平均精度可达80.9%.实验结果表明,与现有的先进方法相比,该方法可以有效地提高图像质量和检测精度,为毫米波图像中隐藏危险品的目标检测提供了新的技术支持     

基于RGBD图像和卷积神经网络的快速道路检测

针对移动平台有限的计算资源以及基于彩色图像的道路检测方法在极端光照情况下及路面类型变化时存在的不足,提出了一种融合彩色图像和视差图像的基于9层卷积神经网络的快速道路检测算法。提出一种数据输入层预处理方法,将视差图变换为视差梯度图以强化地面特征,降低网络深度需求。所提两种网络结构为双通道后融合网络和单通道前融合网络,分别用于卷积特征分析和快速道路检测。实验使用KITTI道路检测数据集并人为划分为普通和困难两组数据集,对该算法进行实验对比和分析,结果表明:与基于彩色图像的卷积神经网络方法相比,该算法在普通数据集上最大F1指标(MaxF1)提升了1.61%,在困难数据集上MaxF1提升了11.58%,算法检测速度可达26frame/s,可有效克服光照、阴影、路面类型变化等影响。     

基于离散余弦变换和深度网络的地貌图像分类

在未知环境中,无人机(UAV)着陆地貌的自动识别和分类有着极其重要的研究意义,传统的自然场景分类利用的是中层和底层特征信息,但是无人机着陆地貌图像场景复杂、信息丰富,需要较准确的高层语义特征表达。提出了一种基于离散余弦变换(DCT)和深度网络的地貌图像分类方法。首先将离散余弦变换能量集中的优势引入到卷积神经网络(CNN)的高效特征表达中,以降低维度和计算复杂度;然后根据地貌图像特点构建了14层的特征学习网络,并改进了卷积神经网络结构;最后将得到的深层特征输入到支持向量机(SVM)中,快速准确地完成图像分类。实验结果表明,该算法降低了数据冗余,使训练时间大幅度减少,可以自动地学习高层语义特征;所提算法提取的特征具有较好的特征表达,有效地提高了图像分类准确率。     

多模态融合的深度学习脑肿瘤检测方法

针对目前传统方法脑肿瘤检测准确率低的问题,提出一种基于深度学习的三维脑肿瘤检测方法.首先将不同模态的脑肿瘤磁共振成像影像进行融合,获取不同模态下的脑肿瘤病灶三维空间特征;然后在卷积层和池化层之间增加实列归一化层,提高网络的收敛速度,缓解过拟合的问题;并对损失函数进行改进,采用加权损失函数加强对病灶区域的特征学习;最后结合后处理方法解决假阳脑肿瘤病灶多的问题.实验结果表明:提出的脑肿瘤检测方法可有效进行肿瘤病灶定位;相关性系数、敏感性和特异性三种评价指标分别达到了0.926 7、0.928 1和0.997 7,与二维检测网络相比,提高了4.6%、3.96%和0.04%,较初始的单模态脑肿瘤检测方法提升了13.2%、10.42%和0.12%.     

基于长短期记忆网络与特征融合的微表情识别算法

为了提高视频识别领域中微表情识别的准确率,提出了一种基于长短期记忆网络与特征融合的微表情识别算法。提取微表情图像的颜色特征和纹理特征,将所提取的空间特征传入卷积神经网络进行融合。设计了学习时域相关性的长短期记忆网络结构,将融合的特征集传入长短期记忆网络学习微表情的时域特征,将长短期记忆网络接入分类器网络识别出微表情的类标签。在两个公开的微表情识别数据集上完成了验证实验,结果显示算法实现了较好的微表情识别性能,在SMIC数据集和CASMEⅡ数据集上的准确率分别达到64.7%和65.8%.     

多尺度膨胀卷积神经网络资源三号卫星影像云识别

为提高影像云识别精度,提出一种多尺度膨胀卷积深层神经网络云识别方法。结合卫星影像特征,设计云识别卷积神经网络结构,该结构包含深层特征编码模块、局部多尺度膨胀感知模块以及云区预测解码模块。首先,编码模块中通过基础卷积层获取深度特征;其次,联合多尺度膨胀卷积和池化层共同感知,每层操作连接非线性函数,以提升网络模型的表达能力;最后,云区预测解码模块中融合对应编码模块的特征,再利用L1正则化上采样算法实现端对端的像素级云识别结果。选用典型云遮挡区域影像进行云识别实验,并与Otsu算法和FCN-8S算法进行对比。结果表明,本文所提算法的检测精度较高,Kappa系数显著提升。     

基于深度视觉传感器和卷积神经网络的跌倒检测算法

为提高传统跌倒检测系统的识别准确率,降低识别时间,提出了一种新型跌倒检测模型。以Kinect V2深度视觉传感器获取的骨骼节点为样本数据源,由改进型K-means算法计算聚类中心点,并在此基础上提取跌倒检测特征数据。将特征数据重构成5×5训练样本数据后,输入所设计的卷积神经网络模型进行训练学习,得到优化的跌倒检测模型参数。实验表明,所设计的新型检测模型相对于传统检测跌倒算法具有更高的识别准确率和更快的运算速度,保证了系统的实时性和鲁棒性要求。