深度学习在图像识别中的应用研究综述

深度学习作为图像识别领域重要的技术手段，有着广阔的应用前景，开展图像识别技术研究对推动计算机视觉及人工智能的发展具有重要的理论价值和现实意义，文中对深度学习在图像识别中的应用给予综述。介绍了深度学习的由来，具体分析了深度信念网络、卷积神经网络、循环神经网络、生成式对抗网络以及胶囊网络等深度学习模型，对各个深度学习模型的改进型模型逐一对比分析。总结近年来深度学习在人脸识别、医学图像识别、遥感图像分类等图像识别应用领域取得的研究成果并探讨了已有研究值得商榷之处，对深度学习在图像识别领域中的发展趋势进行探讨，指出有效使用迁移学习技术识别小样本数据，使用非监督与半监督学习对图像进行识别，如何对视频图像进行有效识别以及强化模型的理论性等是该领域研究的进一步方向。     

基于深度残差网络与迁移学习的毒蕈图像识别

我国毒蕈种类繁多且分布广泛,经常有人因无法鉴别毒蕈和可食用菌而误食毒蕈,导致身体健康甚至生命安全受到严重威胁。为了减少毒蕈中毒事件的发生,本文以中国常见毒蕈为研究对象,提出基于深度残差网络与迁移学习的毒蕈图像识别方法。首先通过互联网途径获取常见种类的毒蕈和非毒蕈的图像,经筛选后得到18种毒蕈和5种非毒蕈共14669张图像,使用数据增强扩充数据量,建立中国常见毒蕈图像数据集。然后以ResNet-152为预训练网络模型,采用基于模型的迁移学习方法,构建出毒蕈图像识别的模型结构,以Adam算法为模型优化方法,最后通过k折交叉验证进行模型训练。试验结果表明,毒蕈图像识别模型Top-1和Top-5准确率分别为92.17%和97.35%,对于常见毒蕈图像具有较高的识别率,可以有效的帮助人们避免误食毒蕈,为毒蕈识别研究提供新的方法。     

改进HSR-FCN的服装图像识别分类算法研究

目前网络上的服装图像数量增长迅猛，对于大量服装图像实现智能分类的需求日益增加。将基于区域的全卷积网络（Region-Based Fully Convolutional Networks，R-FCN）引入到服装图像识别中，针对服装图像分类中网络训练时间长、形变服装图像识别率低的问题，提出一种新颖的改进框架HSR-FCN。新框架将R-FCN中的区域建议网络和HyperNet网络相融合，改变图片特征学习方式，使得HSR-FCN可以在更短的训练时间内达到更高的准确率。在模型中引入了空间转换网络，对输入服装图像和特征图进行了空间变换及对齐，加强了对多角度服装和形变服装的特征学习。实验结果表明，改进后的HSR-FCN模型有效地加强了对形变服装图像的学习，且在训练时间更短的情况下，比原来的网络模型R-FCN平均准确率提高了大约3个百分点，达到96.69%。     

基于深度动态联合自适应网络的图像识别方法

相比传统的图像识别方法,利用深度网络可以提取到表征能力更好的特征,从而获得更好的识别效果.现实中任务提供的数据多为无标签数据或部分有标签数据,其为深度网络的学习带来了困难.而迁移学习的方法可以将从源域数据中学习到的知识迁移到目标任务的学习中,以解决有标签数据不足的问题.为了在迁移过程中减小源域和目标域间的图像数据差异,文中提出基于深度动态联合自适应网络的图像识别方法.对网络进行训练时,首先在多层网络结构中利用域间动态联合自适应方法完成针对性的数据分布自适应,然后利用熵最小化原则使学习的目标分类器穿过目标域的低密度区域,从而提高对目标域图像的识别精度.在2018年AI challenge比赛提供的24种植物病害数据集的3种迁移任务(g1->g2,s1->g2和s2->g2)中,所提方法的准确率分别达到了97.27％,94.25％和93.66％,均优于其他算法.实验结果证明,文中提出的基于深度网络并使用动态联合自适应和熵最小化原则的学习框架能够准确识别图像.     

基于迁移学习的行人再识别

行人再识别指的是在无重叠的多摄像机监控视频中,匹配不同摄像机中的行人目 标。提出了一种基于迁移学习的行人再识别方法。在训练阶段,针对现有的基于深度卷积神经 网络的图像识别模型进行参数微调,将网络模型迁移学习至行人再识别模型。测试阶段,利用 学习好的网络模型提取行人图像的特征,再采用余弦距离来描述行人对之间的相似度。在 CUHK03、Market-1501 和 DukeMTMC-reID 3 个数据集上进行了深入的实验分析,实验结果表 明该方法取得了较高的累积匹配得分,特别是第 1 匹配率远远超过了非深度学习的方法,与其 他基于深度学习的行人再识别方法相比,准确率也有所提升。     

基于深度迁移学习的烟雾识别方法

针对传统的基于传感器和图像特征的烟雾识别方法易被外部环境干扰且识别场景单一,从而造成烟雾识别精度较低,而基于深度学习的识别方法对数据量要求较高,对于烟雾数据缺失或数据来源受限的情况模型识别能力较弱的问题,提出一种基于深度迁移学习的烟雾识别方法。将ImageNet数据集作为源数据,利用VGG-16模型进行基于同构数据下的特征迁移。首先,将所有的图像数据进行预处理,对每张图像作随机变换（随机旋转、剪切、翻转等）;其次,引入VGG-16网络,将其卷积层特征进行迁移,并连接预先使用烟雾数据在VGG-16网络中训练过的全连接层;进而构建出基于迁移学习的深度网络,从而训练得到烟雾识别模型。利用公开数据集以及真实场景烟雾图像进行实验验证,实验结果表明,和现有主流烟雾图像识别方法相比,所提方法有较高的烟雾识别率,实验精度达96%以上。     

基于动态高效网络的花粉图像识别模型

针对花粉图像清晰度不足、形状相近等特性所导致的识别精度低、人工识别低效的问题，提出一种基于动态高效网络的花粉图像识别模型。在ImageNet数据集上使用Noisy Student方法对EfficientNet进行预训练；将训练后的权重迁移到花粉识别模型中；引入动态学习率提升模型的识别精度。采用MixUp和GridMask的方法用于花粉图像数据增强。仿真结果与其它模型进行比较，验证了提出模型具有更好的分类效果。     

面向人脸年龄估计的深度融合神经网络

目的 为了提高人脸图像年龄估计的精度,提出一种端对端可训练的深度神经网络模型来进行人脸年龄估计。方法 该网络模型由多个卷积神经网络（CNN）和一个深度置信网络（DBN）堆叠而成,称为深度融合网络（DFN）。首先使用多个并联的CNN提取人脸图像多个区域的外观特征,将得到的特征进行串接输入一个DBN网络进行非线性融合。为了实现DFN的端到端的整体训练,提出一种逐网络迭代训练（INWT）的机制。为了降低过拟合效应,那些对应人脸局部图像的CNN经过多次迭代迁移学习实现面向人脸年龄估计任务的训练。完成对DFN中所有CNN和DBN的预训练后,再进行全网络端到端的整体精调。结果 在两个人脸年龄图像库MORPHⅡ和FG-NET上对本文方法进行测试,实验结果显示基于DFN的人脸年龄估计方法能在两个人脸图像库中分别取得平均绝对误差（MAE）等于3.42和4.14的估计精度,与目前主流的年龄估计算法,如基于浅层学习的CA-SVR方法（两个数据库上取得的MAE分别等于5.88和4.75）,基于深度学习的DeepRank+方法（MORPHⅡ数据库上取得的MAE为3.49）和Deep-CS-LBMFL方法（FG-NET数据库上取得的MAE为4.22）等相比,估计精确度明显提高。结论 本文提出基于深度融合网络的人脸年龄估计方法与当前大部分基于深度神经网络的主流算法相比具有明显的优势。     

一种改进残差网络的服装图像识别模型

传统的服装多类别分类方法主要是人工提取图像的颜色、纹理、边缘等特征,这些人工选取特征方法过程繁琐且分类精度较低。深度残差网络可通过增加神经网络的深度获得较高的识别精度被广泛地应用于各个领域。为提高服装图像识别精度问题,提出一种改进深度残差网络模型：改进残差块中卷积层、调整批量归一化层与激活函数层中的排列顺序;引入注意力机制;调整网络卷积核结构。该网络结构在标准数据集Fashion-MNIST和香港中文大学多媒体实验室提供的多类别大型服装数据集（DeepFashion）上进行测试,实验结果表明,所提出的网络模型在服装图像识别分类精度上优于传统的深度残差网络。     

融合用户历史行为与社交关系的个性化社交事件推荐方法

为了提升基于事件的社交网络（EBSN）中社交事件的推荐效果,提出了融合用户历史行为和社交关系的个性化社交事件推荐方法。首先采用深度学习技术从用户的历史行为以及用户之间的潜在社交关系两个方面建立用户模型;然后在对用户偏好建模时,引入用户偏好的负向量表示,并使用注意力权重层根据不同的候选推荐事件为用户历史行为中不同的事件和用户社交关系中不同的好友分配不同的权重,同时考虑了事件以及群组的多种特征;最后在真实数据集上进行了大量实验。实验结果表明,该个性化社交事件推荐方法在命中率（HR）、归一化折损累计增益（NDCG）、平均倒数排名（MRR）评价指标上优于对比的深度用户社交事件推荐（DUMER）模型和融合注意力机制的深度兴趣网络（DIN）模型。     

深度特征融合方法及其在叶片病害识别中的应用

农作物叶片病害的自动识别是计算机视觉技术在农业领域的一个重要应用. 近年来, 深度学习在农作物叶片病害识别上取得了一些进展, 但这些方法都是采用基于单一深度卷积神经网络模型的深度特征表示. 而不同的深度卷积神经网络模型对图像的表征能力的互补性这一有用的特性, 还没有得到关注和研究. 本文提出一种用于融合不同深度特征的网络模型MDFF-Net. MDFF-Net将两个预训练的深度卷积神经网络模型进行并联, 再为各个模型分别设置一个具有相同神经元个数的全连接层, 以将不同模型输出的深度特征变换成相同维度的特征, 再通过2个全连接层的非线性变换, 进一步提升特征融合的效果. 我们选取VGG-16和ResNet-50作为MDFF-Net网络的并联骨干网络, 在一个包含5种苹果叶片病害的公开数据集上进行实验. 实验结果显示, MDFF-Net网络的识别精度为96.59%, 取得了比VGG-16和ResNet-50单一网络更好的识别效果, 证明了该深度特征融合方法的有效性.     

一种基于深度学习的视网膜病变图像识别方法

为解决医学上糖尿病性视网膜病变图像人工识别困难、精度差等问题,提出一种基于多特征融合的卷积神经网络识别方法。在VGG-16模型的基础上,通过融合每层网络上的局部特征,增强模型的特征提取能力。选用Softmax分类器,使病变图像识别更加准确。使用OpenCV图像处理工具采用加噪、上下左右不同角度翻转、调节对比度等5种方式扩充训练集。实验结果表明,基于多特征融合的深度学习框架图像识别系统在数据集上的平均识别精度达到94.23%,相较于Alex-Net、Google-Net、Compact-Net、ResNet-101等模型分别提高了10.56%、7.80%、6.01%、0.02%,验证了该方法的有效性。该模型具有很好的鲁棒性。     

改进的VGG网络的二极管玻壳图像缺陷检测

针对于目前二极管玻壳缺陷检测中大多采用人工特征提取,识别准确率不高的问 题,提出一种改进的 VGG 网络的二极管玻壳图像缺陷检测方法。首先对玻壳图像进行预处理, 同时利用原始大样本数据集对卷积神经网络结构 VGG-19 模型进行预训练得到预训练模型,然 后通过迁移学习的方法将预训练模型中的部分卷积、池化等层权重参数迁移到改进网络模型的 固定层中,非固定层用于模型改进,并将网络的全连接层结构重新进行超参数设置和优化,最 后使用预处理后的玻壳图像数据集对改进模型进行训练,得到非固定卷积层和新的全连接层的 参数和权重。在二极管玻壳数据集进行测试,实验结果表明,该方法能有效提高二极管玻壳图 像分类识别准确率,达到了 98.3%。     

多粒度融合的模糊规则系统图像特征学习

当前最流行的图像特征学习方法是深度神经网络,该类方法无需人工参与即可自动地通过特征学习提取高效的特征,用于分类识别等任务。然而,深度神经网络图像特征抽取方法目前也面临着诸多挑战,其有效性严重依赖大规模的数据,且通常被视为黑盒模型,解释性较差。针对上述挑战,以基于模糊规则推理的TSK模糊系统(TSK-FS)为基础,提出了一种适用于不同规模数据集且易于理解的特征学习方法——多粒度融合的模糊规则系统图像特征学习算法。该方法通过基于规则的TSK-FS抽取图像特征,因而特征学习过程是可以利用规则进行解释的。其次,多粒度扫描也使得其特征学习能力进一步提升。在不同规模的图像数据集上进行了充分的实验,实验结果表明该方法在图像数据集上具有较好的有效性。     

利用PCA进行深度学习图像特征提取后的降维研究

深度学习是当前人工智能领域广泛使用的一种机器学习方法.深度学习对数据的高度依赖性使得数据需要处理的维度剧增,极大地影响了计算效率和数据分类性能.本文以数据降维为研究目标,对深度学习中的各种数据降维方法进行分析.在此基础上,以Caltech 101图像数据集为实验对象,采用VGG-16深度卷积神经网络进行图像的特征提取,以PCA主成分分析方法为例来实现高维图像特征数据的降维处理.在实验阶段,采用欧氏距离作为相似性度量来检验经过降维处理后的精度指标.实验证明：当提取VGG-16神经网络fc3层的4096维特征后,使用PCA法将数据维度降至64维,依然能够保持较高的特征信息.     

选择性卷积特征融合的花卉图像分类

目的 针对花卉图像标注样本缺乏、标注成本高、传统基于深度学习的细粒度图像分类方法无法较好地定位花卉目标区域等问题,提出一种基于选择性深度卷积特征融合的无监督花卉图像分类方法。方法 构建基于选择性深度卷积特征融合的花卉图像分类网络。首先运用保持长宽比的尺寸归一化方法对花卉图像进行预处理,使得图像的尺寸相同,且目标不变形、不丢失图像细节信息;之后运用由ImageNet预训练好的深度卷积神经网络VGG-16模型对预处理的花卉图像进行特征学习,根据特征图的响应值分布选取有效的深度卷积特征,并将多层深度卷积特征进行融合;最后运用softmax分类层进行分类。结果 在Oxford 102 Flowers数据集上做了对比实验,将本文方法与传统的基于深度学习模型的花卉图像分类方法进行对比,本文方法的分类准确率达85.55%,较深度学习模型Xception高27.67%。结论 提出了基于选择性卷积特征融合的花卉图像分类方法,该方法采用无监督的方式定位花卉图像中的显著区域,去除了背景和噪声部分对花卉目标的干扰,提高了花卉图像分类的准确率,适用于处理缺乏带标注的样本时的花卉图像分类问题。     

结合双流特征融合及对抗学习的图像显著性检测

为实现图像显著区域或目标的低级特征与语义信息有意义的结合,以获取结构更完整、边界更清晰的显著性检测结果,提出一种结合双流特征融合及对抗学习的彩色图像显著性检测(SaTSAL)算法.首先,以VGG-16和Res2Net-50为双流异构主干网络,实现自底向上、不同级别的特征提取;之后,分别针对每个流结构,将相同级别的特征图送入卷积塔模块,以增强级内特征图的多尺度信息;进一步,采用自顶向下、跨流特征图逐级侧向融合方式生成显著图;最后,在条件生成对抗网络的主体框架下,利用对抗学习提升显著性检测结果与显著目标的结构相似性.以P-R曲线、F-measure、平均绝对误差、S-measure为评价指标,在ECSSD,PASCAL-S,DUT-OMRON以及DUTS-test 4个公开数据集上与其他10种基于深度学习的显著性检测算法的对比实验表明,SaTSAL算法优于其他大部分算法.     

基于特征融合卷积神经网络的车型精细识别

为解决现有车型精细识别方法中存在识别精度低、模型参数规模大等问题,提出一种基于特征融合卷积神经网络的车型精细识别方法。设计两个独立网络(UpNet、DownNet)分别用于提取车辆正面图像的上部和下部特征,在融合网络(FusionNet)中进行特征融合,实现车型的精细识别。相较于现有的车型精细识别方法,该方法在提高识别精度的同时,有效压缩了模型参数规模。在基准数据集CompCars下进行大量实验的结果表明,该方法的识别精度可达98.94%,模型参数大小仅为4.9 MB。     

基于增强AlexNet的音乐流派识别研究

针对机器学习模型对音乐流派特征识别能力较弱的问题,提出了一种基于深度卷积神经网络的音乐流派识别(DCNN-MGR)模型。该模型首先通过快速傅里叶变换提取音频信息,生成可以输入DCNN的频谱并切割生成频谱切片。然后通过融合带泄露整流(Leaky ReLU)函数、双曲正切(Tanh)函数和Softplus分类器对AlexNet进行增强。其次将生成的频谱切片输入增强的AlexNet进行多批次的训练与验证,提取并学习音乐特征,得到可以有效分辨音乐特征的网络模型。最后使用输出模型进行音乐流派识别测试。实验结果表明,增强的AlexNet在音乐特征识别准确率和网络收敛效果上明显优于AlexNet及其他常用的DCNN、DCNN-MGR模型在音乐流派识别准确率上比其他机器学习模型提升了4%~20%。     

结合肤色模型和卷积神经网络的手势识别方法

在手势识别研究过程中,人工选取特征难以适应手势的多变性。提出了一种结合肤色模型和卷积神经网络的手势识别方法,对采集的不同背景下的手势图像,首先用肤色高斯模型分割出手势区域,然后采用卷积神经网络建立手势的识别模型,该模型融合了手势特征提取和分类过程,模拟视觉传导和认知,有效避免了人工特征提取的主观性和局限性。识别模型以手势区域的灰度信息为输入,同时利用权值共享和池化等技术减少网络权值个数,降低了模型的复杂度。实验结果表明,卷积神经网络（CNN）方法能够有效进行特征学习,在不同数据集下对手势的平均识别率都达到95%以上,与传统方法进行对比实验,表明该方法具有较高的识别率和实时性。