基于Nystrm低阶近似的半监督流形排序图像检索

实际图像检索过程中,用户提供的相关反馈有限,但存在大量未标记图像数据.本文在前期半监督流形图像检索工作的基础上,提出一种基于Nystr¨om低阶近似的半监督流形排序图像检索方法.通过采用半监督的流形正则化框架,将图像数据嵌入到低维流形结构中进行分类排序,以充分利用大量未标记数据,并兼顾分类误差、数据分布的几何结构以及分类函数的复杂性.针对半监督学习速度缓慢的问题,基于Nystrm低阶近似对学习过程进行加速.在较大规模的Corel图像数据集上进行了检索实验,实验结果表明该方法能获得较好的效果.     

基于Nyström 低阶近似的半监督流形排序图像检索

实际图像检索过程中,用户提供的相关反馈有限,但存在大量未标记图像数据. 本文在前期半监督流形图像检索工作的基础上,提出一种基于Nystrm低阶 近似的半监督流形排序图像检索方法.通过采用半监督的流形正则化框架, 将图像数据嵌入到低维流形结构中进行分类排序,以充分利用大量未标记数据, 并兼顾分类误差、数据分布的几何结构以及分类函数的复杂性.针对半监督学习速度缓慢的问题, 基于Nystrm低阶近似对学习过程进行加速.在较大规模的Corel图像数据集上进行了检索实验, 实验结果表明该方法能获得较好的效果.     

格拉斯曼流形上的半监督判别分析

将图像集合表示为格拉斯曼流形上的点能够获得更好的识别性能.传统格拉斯曼流形上的判别分析方法仅考虑了带标签样本的统计信息,忽略了无标签样本.鉴于此,基于流形正则化思想,提出了一个新的格拉斯曼流形上的半监督判别分析方法(SDAGM),将其应用于图像集合的识别问题.通过构建近邻图刻画格拉斯曼流形上的所有样本局部几何结构,并使其作为正则化项添加到格拉斯曼流形上的判别分析目标函数中,本文方法不但考虑标签信息,而且利用了一致性假设.标准数据集上的实验结果表明了SDAGM的有效性.     

基于流形正则化的非光滑非负矩阵分解

经典的非光滑非负矩阵分解方法只能发现数据中的全局统计信息,对于非线性分布数据无能为力,而流形学习方法在探索高维非线性数据集真实几何结构方面具有明显优势。鉴于此,基于流形正则化思想,提出了一种新颖的基于流形正则化的非光滑非负矩阵分解方法。该方法不仅考虑了数据的几何结构,而且对编码系数矩阵和基矩阵同时进行稀疏约束,并将它们整合于单个目标函数中。构造了一个有效的乘积更新算法,并在理论上证明了算法的收敛性。标准数据集上的实验表明了MRnsNMF的有效性。     

一种基于监督流形学习的头部姿态估计方法

我们提出一种监督Laplacian LLE算法,并结合正则化的最小二乘方法来有效地解决头部姿态估计问题,比传统的流形学习算法能更有效的保持数据的局部几何结构,并且能获得显式的直接映射来处理样本外扩展问题。在FacePix数据集的头部姿态估计实验结果表明,我们的算法是有效的,对于训练数据和测试数据,我们提出的算法的性能明显高于其他对比算法的性能。     

黎曼流形框架上半监督判别分析

针对传统黎曼流形上判别分析算法仅考虑了带标签数据统计信息,忽略了无标签数据的问题,基于图正则化思想,提出一个新颖的基于黎曼流形框架上半监督判别分析算法,并将其应用于视觉分类任务中.该算法将非奇异协方差矩阵表示为黎曼流形上的点,引入JBLD(Jensen-Bregman LogDet divergence)度量黎曼流形上点与点之间相似性测度.首先将数据点映射到黎曼切空间中,获得数据向量化表示;其次采用有标签数据和无标签数据构建近邻图刻画黎曼切空间局部几何结构,使其作为正则化项添加到费舍尔测地线判别分析目标函数中;最后最小化目标函数获取最优变换矩阵,并在变换黎曼流形中进行分类.在3个视觉分类数据集上实验结果表明,文中算法在分类精度上获得了相当大的提升.     

基于超图正则化非负Tucker分解的图像聚类算法

针对非负张量分解应用于图像聚类时忽略了高维数据内部几何结构的问题,在经典的张量非负Tucker分解的基础上,添加超图正则项以尽可能多地保留原始数据的内在几何结构信息,提出一种基于超图正则化非负Tucker分解模型HGNTD。通过构造超图刻画数据内部样本间的高阶关系,提高几何结构描述的准确性,针对超图正则化非负张量分解模型,基于交替非负最小二乘法,设计快速有效的超图正则化非负Tucker分解算法求解所给模型,证明算法在非负的条件下是收敛的,最终将算法应用于图像聚类。在Yale和COIL两个常用公开数据集上的实验结果表明,相对于k-means、非负矩阵分解、图正则化非负矩阵分解、非负Tucker分解和图正则化非负Tucker分解等算法,超图正则化非负Tucker分解算法聚类准确度提升了8.6%~11.4%,归一化互信息提升了2.0%~7.5%,具有更好的聚类效果。     

图正则化稀疏判别非负矩阵分解

非负矩阵分解是一种流行的数据表示方法,利用图正则化约束能有效地揭示数据之间的局部流形结构。为了更好地提取图像特征,给出了一种基于图正则化的稀疏判别非负矩阵分解算法（graph regularization sparse discriminant non-negative matrix factorization,GSDNMF-L_2,1）。利用同类样本之间的稀疏线性表示来构建对应的图及权矩阵;以L_2,1范数进行稀疏性约束;以最大间距准则为优化目标函数,利用数据集的标签信息来保持数据样本之间的流形结构和特征的判别性,并给出了算法的迭代更新规则。在若干图像数据集上的实验表明,GSDNMF-L_2,1在特征提取方面的分类精度优于各对比算法。     

面向Kullback-Leibler散度不确定集的正则化线性判别分析

线性判别分析是一种统计学习方法. 针对线性判别分析的小样本奇异性问题和对污染样本敏感性问题, 目前许多线性判别分析的改进算法已被提出. 本文提出了基于Kullback-Leibler (KL)散度不确定集的判别分析方法. 提出的方法不仅利用了L_s范数定义类间距离和L_r范数定义类内距离, 而且对类内样本和各类中心的信息进行基于KL散度不确定集的概率建模. 首先通过优先考虑不利区分的样本提出了一种正则化对抗判别分析模型并利用广义Dinkelbach算法求解此模型. 这种算法的一个优点是在适当的条件下优化子问题不需要取得精确解. 投影(次)梯度法被用来求解优化子问题. 此外, 也提出了正则化乐观判别分析并采用交替优化技术求解广义Dinkelbach算法的优化子问题. 许多数据集上的实验表明了本文的模型优于现有的一些模型, 特别是在污染的数据集上, 正则化乐观判别分析由于优先考虑了类中心附近的样本点, 从而表现出良好的性能.     

流形正则化的交叉一致性语义分割算法

目的 为有效解决半监督及弱监督语义分割模型中上下文信息缺失问题,在充分考虑模型推理效率的基础上,提出基于流形正则化的交叉一致性语义分割算法。方法 首先,以交叉一致性训练模型作为骨架网络,通过骨架网络获得预测分割图像。其次,对输入域图像和输出域图像进行子图像块划分,以获取具有相同几何结构的数据对。再次,通过原始图像和分割图像的子图像块,计算输入数据与预测结果所处流形曲面上的潜在几何约束关系,并根据不同的训练方式分别设计半监督及弱监督的正则化算法。最后,利用流形约束的结果进一步优化图像分割网络中的参数,并通过反复迭代使半监督或弱监督的语义分割模型达到最优。结果 通过加入流形正则化约束,捕获了图像中上下文信息,降低了网络前向计算过程中造成的本征结构的损失,在不改变网络结构的前提下提高了算法精度。为验证算法的有效性,实验分别在半监督和弱监督两种不同类型的语义分割中进行了对比,在PASCAL VOC 2012(pattern analysis, statistical modeling and computational learning visual object classes 2012)数据集上,对半监督语义分割任务,本文算法比原始网络提高了3.7%,对弱监督语义分割任务,本文算法比原始网络提高了1.1%。结论 本文算法在不改变原有网络结构的基础上,提升了半监督及弱监督图像语义分割模型的精度,尤其对图像中几何特征明显的目标与区域,精度提升更加明显。     

Interactive image segmentation via kernel propagation

In this paper, we propose a new approach to interactive image segmentation via kernel propagation (KP), called KP Cut. The key to success in interactive image segmentation is to preserve characteristics of the user?s interactive input and maintain data-coherence effectively. To achieve this, we employ KP which is very effective in propagating the given supervised information into the entire data set. KP first learns a small-size seed-kernel matrix, and then propagates it into a large-size full-kernel matrix. It is based on a learned kernel, and thus can fit the given data better than a predefined kernel. Based on KP, we first generate a small-size seed-kernel matrix from the user?s interactive input. Then, the seed-kernel matrix is propagated into the full-kernel matrix of the entire image. During the propagation, foreground objects are effectively segmented from background. Experimental results demonstrate that KP Cut effectively extracts foreground objects from background, and outperforms the state-of-the-art methods for interactive image segmentation.     

基于ZL70102的胶囊内窥镜无线传输系统

针对目前传统消化道疾病诊断正确率低、检查过程痛苦等问题,设计了一种利用无线通信技术将肠道内图像数据传输到体外的胶囊内窥镜系统.首先,通过图像采集模块获得胃肠道内的图像;然后,由数字无线传输系统将图像数据发送至体外;最后,体外接收端将接收到的数据快速上传到PC机进而恢复显示图像.实验结果表明,利用MSP430和ZL70102设计的无线传输系统具有体积小、功耗低、速率高的特点,相比现有的传输模拟信号的胶囊内窥镜,此数字无线通信系统的抗干扰能力强,图像数据的传输正确率能够达到80%,功耗仅为31.6 mW.     

基于大间距准则和图像矩阵双向投影的人脸特征提取方法

传统基于降维技术的人脸特征提取需要将图像转换成更高维的向量, 从而加剧维数灾难问题, 对于采用Fisher优化准则的特征提取, 这也会使小样本问题更加突出. 基于图像的矩阵表示, 本文提出了一种新的基于大间距准则和矩阵双向投影技术的人脸特征提取方法(Maximum margin criterion and image matrix bidirectional projection, MMC-MBP). 该方法一方面在计算散度矩阵时引入了能保持数据局部性的Laplacian矩阵, 以保持数据的流形结构, 从而提高识别正确率; 另一方面采用了有效且稳定的大间距的优化准则即最大化矩阵迹差, 能克服利用Fisher准则所带来的小样本问题; 更重要的, MMC-MBP方法给出了求解最优双向投影矩阵的迭代计算过程, 该迭代求解过程能保证目标函数的单调递增性、收敛性以及投影矩阵的收敛性, 从而成功解决了传统基于张量(矩阵)投影技术的特征提取方法特征维数过高或者无收敛解的问题. 最后广泛而系统的人脸识别实验表明, MMC-MBP的迭代求解过程能很快收敛, 且相比Eigenfaces, Fisherfaces, Laplacianfaces等脸识别方法, 具有更高的识别正确率, 是一种有效的人脸特征提取方法.     

基于Faster-RCNN的结核杆菌自动检测方法研究与应用

染色处理可使结核杆菌在显微镜拍摄的医学图像中显现,医生通过检测图像中的 结核杆菌辅助诊断结核病。近年来卷积神经网络(CNN)在目标检测上取得了突破性进展,但结 核杆菌存在图像上尺度小,构造标注数据难,不适用迁移学习等问题,使得基于 CNN 的目标 检测方法在结核杆菌检测方面尚存在一定的困难。为此,以 Faster-RCNN 目标检测算法为基 础,研究在医学图像上的结核杆菌检测问题。针对结核杆菌尺度小,提出重叠子图划分策略; 针对标注数据构造难,提出分块、迭代标注策略。实践证明,该方法有较高的准确度以及可 接受的速度,已构建了 13 261 个结核杆菌的训练数据,应用于合作单位的医疗检测产品,能 满足实际应用需求。     

Image indexing and retrieval based on color histograms

While general object recognition is difficult, it is relatively easy to capture various primitive properties such as color distributions, prominent regions and their topological features from an image and use them to narrow down the search space when attempts to retrieving images by contents from an image database are made.In this paper, we present an image database in which images are indexed and retrieved based on color histograms. We first address the problems inherent in color histograms created by the conventional method, and then propose a new method to create histograms which are compact in size and insensitive to minor illumination variations such as highlight, shape, and etc. A powerful indexing scheme where each histogram of an image is encoded into a numerical key, and stored in a two-layered tree structure is introduced. This approach turns the problem of histogram matching, which is computation intensive, into index key search, so as to realize quick data access in a large scale image database. Two types of user interfaces, Query by user provided sample images, and Query by combination of the system provided templates, are provided to meet various user requests. Various experimental evaluations exhibit the effectiveness of the image database system.     

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%。     

基于孪生变分自编码器的小样本图像分类方法

当前深度学习大都基于大量数据通过构建深层次的网络实现自动识别,但在很多场景中难以获得大量的样本数据。针对这一问题,提出一种基于孪生变分自编码器(siamese variational auto-encoder,S-VAE)的小样本图像分类方法。通过变分自编码器提取原始训练数据的高层语义特征,然后由两个训练好的变分自编码器的编码器部分组建孪生网络的输入结构,最后通过分类器对样本进行识别。变分自编码器可以解决样本数据量少带来的过拟合问题,孪生网络的结构增加了样本数量较少的情况下的训练次数。在Omniglot数据集上进行的实验结果表明:本方法与原始孪生神经网络相比正确率平均提高了3.1%,模型收敛速度更快,证明了孪生变分自编码器能够较好地完成小样本数据分类任务。     

基于Log-Gabor小波和二维半监督判别分析的人脸图像检索*

针对光照、表情变化给人脸识别造成的影响以及大型人脸图像库的训练样本中只有部分标记的问题,结合多通道Log-Gabor小波和半监督流形学习算法,提出一种新的人脸图像检索方法。该方法首先使用Log-Ga-bor小波对人脸图像进行滤波获得特征矩阵,进一步利用提出的二维半监督流形学习算法进行维数约简,得到低维判别特征。由于该方法直接作用于Log-Gabor特征矩阵,克服了小样本带来的奇异问题;另外,通过充分利用标记和未标记信息,还保留了数据的局部流形结构,增强了特征匹配的相似性。在CMU PIE和AR人脸数据库上的实验结果表明,该方法有效且优于其他方法。     

参照四邻域裁剪样本的图像修复算法

针对结构纹理信息较复杂、破损尺度较大的图像修复问题,提出一种既能保持图像特征又能提高修复速度的参照四邻域裁剪样本的修复算法,将图像修复问题转化为最佳样本的检索过程。首先,提取图像结构信息,并对图像进行区域划分以缩小样本的裁剪与检索范围;其次,为了改进离差平方和（SSD）方法对块的结构信息匹配的忽视,在像素块匹配计算中引入结构对称匹配约束,有效避免了误匹配,提高了图像块匹配精度及样本搜索效率;然后,通过引入结构因子和置信度,结合传统的优先权计算,得到突出结构作用的优先级公式;最后,利用目标块与四邻域块间的重叠区域计算四邻域参照优先级,并根据四邻域提供的可靠参照信息,依据改进的块匹配方法裁剪样本集并检索最佳样本块,直至所有目标块都检索匹配到最佳样本,完成修复。实验结果表明,该算法可以很好地解决纹理模糊和结构错位等问题,在提高图像修复速度的同时,所提算法修复效果的峰值信噪比（PSNR）比其他对比算法平均提高了0.5~1 dB,使得修复后的图像更好地满足视觉连通性,同时能高效地修复一般区域,具有更好的普适性。     

多模式生成对抗网络

生成对抗网络已经成为深度学习领域最热门的研究方向之一,其最大的优势在于能够以无监督的方式来拟合一个未知的分布。目前,生成对抗网络在图像生成领域大放异彩,其能够产生一些高质量的图像,但也暴露了一些弊端。在生成图像的过程中,经常会出现模式坍塌问题,从而导致生成的样本过于单一。为了解决这个问题,对生成对抗网络的模型结构和损失函数加以改进,使判别器能够从多个角度来度量生成数据的分布和真实数据的分布之间的差异,从而改善了生成样本的多样性。通过在多个数据集上进行实验,结果显示,提出的模型在很大程度上缓解了模式坍塌问题。