基于改进CNN的宫颈细胞自动分类算法

本文采用深度学习算法中的卷积神经网络对细胞图像进行识别, 实现对宫颈细胞图像的自动分类. 首先对宫颈细胞进行预处理, 通过细胞核裁剪解决图像输入尺寸不一的问题, 对图像进行翻转平移, 对数据集进行扩充, 并解决样本量不均衡的问题; 接着选取VGG-16网络进行改进, 使用改进后的VGG-16网络进行特征提取, 以及细胞分类; 并采用迁移学习的方法加载预训练网络参数, 进而加快参数收敛速度, 提高分类准确率; 最终通过对网络的训练, 得到了较好的分类结果, 将分类结果与人工提取特征设计分类器的方法相比, 分类的准确率有所提高, 二分类的准确率达97.3%, 七分类的准确率达89%. 实验结果表明: 卷积神经网络对宫颈细胞图像进行自动分类, 分类准确率相比较人工提取特征分类器效果较好, 且分类结果不受分割图像准确率的影响.     

面向大规模图像分类的深度卷积神经网络优化

在图像分类任务中,为了获得更高的分类精度,需要对图像提取不同层次的特征信息。深度学习被越来越多的应用于大规模图像分类任务中。本文提出了一种基于深度卷积神经网络的,可应用于大规模图像分类的深度学习框架。该框架在经典的深度卷积神经网络AlexNet基础上分别从网络框架和网络内部结构两个方面对网络做了优化和改进,进一步提升了网络的特征表达能力。同时,通过在全连接层引入隐层使得网络能够同时具备学习图像特征和二值哈希的功能,使得该框架具有处理大规模图像数据的能力。通过在三个标准数据库中的一系列比对实验,分析了不同优化方法在不同情况下的作用,并证明了本文所提优化方法的有效性。     

遥感图像飞机目标分类的卷积神经网络方法

目的 遥感图像飞机目标分类,利用可见光遥感图像对飞机类型进行有效区分,对提供军事作战信息有重要意义。针对该问题,目前存在一些传统机器学习方法,但这些方法需人工提取特征,且难以适应真实遥感图像的复杂背景。近年来,深度卷积神经网络方法兴起,网络能自动学习图像特征且泛化能力强,在计算机视觉各领域应用广泛。但深度卷积神经网络在遥感图像飞机分类问题上应用少见。本文旨在将深度卷积神经网络应用于遥感图像飞机目标分类问题。方法 在缺乏公开数据集的情况下,收集了真实可见光遥感图像中的8种飞机数据,按大致4∶1的比例分为训练集和测试集,并对训练集进行合理扩充。然后针对遥感图像与飞机分类的特殊性,结合深度学习卷积神经网络相关理论,有的放矢地设计了一个5层卷积神经网络。结果 首先,在逐步扩充的训练集上分别训练该卷积神经网络,并分别用同一测试集进行测试,实验表明训练集扩充有利于网络训练,测试准确率从72.4%提升至97.2%。在扩充后训练集上,分别对经典传统机器学习方法、经典卷积神经网络LeNet-5和本文设计的卷积神经网络进行训练,并在同一测试集上测试,实验表明该卷积神经网络的分类准确率高于其他两种方法,最终能在测试集上达到97.2%的准确率,其余两者准确率分别为82.3%、88.7%。结论 在少见使用深度卷积神经网络的遥感图像飞机目标分类问题上,本文设计了一个5层卷积神经网络加以应用。实验结果表明,该网络能适应图像场景,自动学习特征,分类效果良好。     

基于反卷积特征提取的深度卷积神经网络学习

在深度卷积神经网络的学习过程中,卷积核的初始值通常是随机赋值的.另外,基于梯度下降法的网络参数学习法通常会导致梯度弥散现象.鉴于此,提出一种基于反卷积特征提取的深度卷积神经网络学习方法.首先,采用无监督两层堆叠反卷积神经网络从原始图像中学习得到特征映射矩阵;然后,将该特征映射矩阵作为深度卷积神经网络的卷积核,对原始图像进行逐层卷积和池化操作;最后,采用附加动量系数的小批次随机梯度下降法对深度卷积网络微调以避免梯度弥散问题.在MNIST、CIFAR-10和CIFAR-100数据集上的实验结果表明,所提出方法可有效提高图像分类精度.     

医学图像分析深度学习方法研究与挑战

深度学习（Deep learning,DL）,特别是深度卷积神经网络（Convolutional neural networks,CNNs）,能够从医学图像大数据中自动学习提取隐含的疾病诊断特征,近几年已迅速成为医学图像分析研究热点.本文首先简述医学图像分析特点;其次,论述深度学习基本原理,总结深度CNNs在医学图像分析中的分类、分割框架;然后,分别论述深度学习在医学图像分类、检测、分割等各应用领域的国内外研究现状;最后,探讨归纳医学图像分析深度学习方法挑战及其主要应对策略和开放的研究方向.     

基于深度卷积神经网络的快速图像分类算法

为了应对大量图像的分类问题,提出一种基于深度卷积神经网络和CUDA-cuDNN并行运算的快速图像分类方法。该方法利用深度卷积神经网络自动学习特征的优势来解决手工设计特征普适性差等问题,同时结合基于CUDA架构的cuDNN并行运算策略来提高训练速度和加快分类速度,并且针对深度卷积神经网络易受参数扰动等缺点,引入批量正则化（Batch Normalization）以提高算法的鲁棒性。实验结果表明,该方法不仅大幅缩短了训练时间同时加快了图像的分类速度,而且进一步降低了图像分类的错误率。     

双核压缩激活神经网络艺术图像分类

目的 为了充分提取版画、中国画、油画、水彩画和水粉画等艺术图像的整体风格和局部细节特征,实现计算机自动分类检索艺术图像的需求,提出通过双核压缩激活模块（double kernel squeeze-and-excitation,DKSE）和深度可分离卷积搭建卷积神经网络对艺术图像进行分类。方法 根据SKNet（selective kernel networks）自适应调节感受野提取图像整体与细节特征的结构特点和SENet（squeeze-and-excitation networks）增强通道特征的特点构建DKSE模块,利用DKSE模块分支上的卷积核提取输入图像的整体特征与局部细节特征;将分支上的特征图进行特征融合,并对融合后的特征图进行特征压缩和激活处理;将处理后的特征加权映射到不同分支的特征图上并进行特征融合;通过DKSE模块与深度可分离卷积搭建卷积神经网络对艺术图像进行分类。结果 使用本文网络模型对有无数据增强（5类艺术图像数据增强后共25 634幅）处理的数据分类,数据增强后的分类准确率比未增强处理的准确率高9.21%。将本文方法与其他网络模型和传统分类方法相比,本文方法的分类准确率达到86.55%,比传统分类方法高26.35%。当DKSE模块分支上的卷积核为1×1和5×5,且放在本文网络模型第3个深度可分离卷积后,分类准确率达到87.58%。结论 DKSE模块可以有效提高模型分类性能,充分提取艺术图像的整体与局部细节特征,比传统网络模型具有更好的分类准确率。     

基于图卷积网络的多标签遥感图像分类

由于遥感图像包含物体类别多样,单个语义类别标签无法全面地描述图像内容,而多标签图像分类任务更加具有挑战性.通过探索深度图卷积网络(GCN),解决了多标签遥感图像分类缺乏对标签语义信息相关性利用的问题,提出了一种新的基于图卷积的多标签遥感图像分类网络,它包含图像特征学习模块、基于图卷积网络的分类器学习模块和图像特征差异化模块三个部分.在公开多标签遥感数据集Planet和UCM上与相关模型进行对比,在多标签遥感图像分类任务上可以得到了较好的分类结果.该方法使用图卷积等模块将多标签图像分类方法应用到遥感领域,提高了模型分类能力,缩短了模型训练时间.     

糖尿病性视网膜图像的深度学习分类方法

目的 糖尿病性视网膜病变（DR）是目前比较严重的一种致盲眼病,因此,对糖尿病性视网膜病理图像的自动分类具有重要的临床应用价值。基于人工分类视网膜图像的方法存在判别性特征提取困难、分类性能差、耗时费力且很难得到客观统一的医疗诊断等问题,为此,提出一种基于卷积神经网络和分类器的视网膜病理图像自动分类系统。方法 首先,结合现有的视网膜图像的特点,对图像进行去噪、数据扩增、归一化等预处理操作;其次,在AlexNet网络的基础上,在网络的每一个卷积层和全连接层前引入一个批归一化层,得到一个网络层次更复杂的深度卷积神经网络BNnet。BNnet网络用于视网膜图像的特征提取网络,对其训练时采用迁移学习的策略利用ILSVRC2012数据集对BNnet网络进行预训练,再将训练得到的模型迁移到视网膜图像上再学习,提取用于视网膜分类的深度特征;最后,将提取的特征输入一个由全连接层组成的深度分类器将视网膜图像分为正常的视网膜图像、轻微病变的视网膜图像、中度病变的视网膜图像等5类。结果 实验结果表明,本文方法的分类准确率可达0.93,优于传统的直接训练方法,且具有较好的鲁棒性和泛化性。结论 本文提出的视网膜病理图像分类框架有效地避免了人工特征提取和图像分类的局限性,同时也解决了样本数据不足而导致的过拟合问题。     

基于深度学习可视化的恶意软件家族分类

计算机网络技术的快速发展,导致恶意软件数量不断增加。针对恶意软件家族分类问题,提出一种基于深度学习可视化的恶意软件家族分类方法。该方法采用恶意软件操作码特征图像生成的方式,将恶意软件操作码转化为可直视的灰度图像。使用递归神经网络处理操作码序列,不仅考虑了恶意软件的原始信息,还考虑了将原始代码与时序特征相关联的能力,增强分类特征的信息密度。利用SimHash将原始编码与递归神经网络的预测编码融合,生成特征图像。基于相同族的恶意代码图像比不同族的具有更明显相似性的现象,针对传统分类模型无法解决自动提取分类特征的问题,使用卷积神经网络对特征图像进行分类。实验部分使用10?868个样本（包含9个恶意家族）对深度学习可视化进行有效性验证,分类精度达到98.8%,且能够获得有效的、信息增强的分类特征。     

高分辨卫星图像卷积神经网络分类模型

目的 卫星图像往往目标、背景复杂而且带有噪声,因此使用人工选取的特征进行卫星图像的分类就变得十分困难。提出一种新的使用卷积神经网络进行卫星图像分类的方案。使用卷积神经网络可以提取卫星图像的高层特征,进而提高卫星图像分类的识别率。方法 首先,提出一个包含六类图像的新的卫星图像数据集来解决卷积神经网络的有标签训练样本不足的问题。其次,使用了一种直接训练卷积神经网络模型和3种预训练卷积神经网络模型来进行卫星图像分类。直接训练模型直接在文章提出的数据集上进行训练,预训练模型先在ILSVRC（the ImageNet large scale visual recognition challenge）-2012数据集上进行预训练,然后在提出的卫星图像数据集上进行微调训练。完成微调的模型用于卫星图像分类。结果 提出的微调预训练卷积神经网络深层模型具有最高的分类正确率。在提出的数据集上,深层卷积神经网络模型达到了99.50%的识别率。在数据集UC Merced Land Use上,深层卷积神经网络模型达到了96.44%的识别率。结论 本文提出的数据集具有一般性和代表性,使用的深层卷积神经网络模型具有很强的特征提取能力和分类能力,且是一种端到端的分类模型,不需要堆叠其他模型或分类器。在高分辨卫星图像的分类上,本文模型和对比模型相比取得了更有说服力的结果。     

融合宽残差和长短时记忆网络的动态手势识别研究

针对现有的动态手势识别方法对长时间序列的时空特征难以精确匹配的问题,提出了一种基于宽残差和双向长短时记忆网络的时空特征一致手势识别方法。首先使用已经训练好的3D卷积神经网络从视频的空间和时间维度同步提取出短时特征,再经双向空间长短时记忆网络同步解析后形成长时空特征连接单元,并作为残差网络的输入。为了验证算法的有效性,使用Kinect传感器构建了一个全新的多模式手势数据集,在三个手势识别公开数据集SLVM、Montalbano和SKIG上的实验表明,提出的方法有很好的性能表现,识别精度超越了目前已公开的最佳识别率。     

融合判别式深度特征学习的图像识别算法

目的 卷积神经网络在图像识别算法中得到了广泛应用。针对传统卷积神经网络学习到的特征缺少更有效的鉴别能力而导致图像识别性能不佳等问题,提出一种融合线性判别式思想的损失函数LDloss（linear discriminant loss）并用于图像识别中的深度特征提取,以提高特征的鉴别能力,进而改善图像识别性能。方法 首先利用卷积神经网络搭建特征提取所需的深度网络,然后在考虑样本分类误差最小化的基础上,对于图像多分类问题,引入LDA（linear discriminant analysis）思想构建新的损失函数参与卷积神经网络的训练,来最小化类内特征距离和最大化类间特征距离,以提高特征的鉴别能力,从而进一步提高图像识别性能,分析表明,本文算法可以获得更有助于样本分类的特征。其中,学习过程中采用均值分批迭代更新的策略实现样本均值平稳更新。结果 该算法在MNIST数据集和CK+数据库上分别取得了99.53%和94.73%的平均识别率,与现有算法相比较有一定的提升。同时,与传统的损失函数Softmax loss和Hinge loss对比,采用LDloss的深度网络在MNIST数据集上分别提升了0.2%和0.3%,在CK+数据库上分别提升了9.21%和24.28%。结论 本文提出一种新的融合判别式深度特征学习算法,该算法能有效地提高深度网络的可鉴别能力,从而提高图像识别精度,并且在测试阶段,与Softmax loss相比也不需要额外的计算量。     

图像分类卷积神经网络的特征选择模型压缩方法

深度卷积神经网络(convolutional neural networks, CNN)作为特征提取器(feature extractor, CNN--FE)已被广泛应用于许多领域并获得显著成功. 根据研究评测可知CNN--FE具有大量参数, 这大大限制了CNN--FE在如智能手机这样的内存有限的设备上的应用. 本文以AlexNet卷积神经网络特征提取器为研究对象, 面向图像分类问题, 在保持图像分类性能几乎不变的情况下减少CNN--FE模型参数量. 通过对AlexNet各层参数分布的详细分析, 作者发现其全连接层包含了大约99%的模型参数, 在图像分类类别较少的情况, AlexNet提取的特征存在冗余. 因此, 将CNN--FE模型压缩问题转化为深度特征选择问题, 联合考虑分类准确率和压缩率, 本文提出了一种新的基于互信息量的特征选择方法, 实现CNN--FE模型压缩. 在公开场景分类数据库以及自建的无线胶囊内窥镜(wireless capsule endoscope, WCE)气泡图片数据库上进行图像分类实验. 结果表明本文提出的CNN--FE模型压缩方法减少了约83%的AlexNet模型参数且其分类准确率几乎保持不变.     

图像分类的深度卷积神经网络模型综述

图像分类是计算机视觉中的一项重要任务,传统的图像分类方法具有一定的局限性。随着人工智能技术的发展,深度学习技术越来越成熟,利用深度卷积神经网络对图像进行分类成为研究热点,图像分类的深度卷积神经网络结构越来越多样,其性能远远好于传统的图像分类方法。本文立足于图像分类的深度卷积神经网络模型结构,根据模型发展和模型优化的历程,将深度卷积神经网络分为经典深度卷积神经网络模型、注意力机制深度卷积神经网络模型、轻量级深度卷积神经网络模型和神经网络架构搜索模型等4类,并对各类深度卷积神经网络模型结构的构造方法和特点进行了全面综述,对各类分类模型的性能进行了对比与分析。虽然深度卷积神经网络模型的结构设计越来越精妙,模型优化的方法越来越强大,图像分类准确率在不断刷新的同时,模型的参数量也在逐渐降低,训练和推理速度不断加快。然而深度卷积神经网络模型仍有一定的局限性,本文给出了存在的问题和未来可能的研究方向,即深度卷积神经网络模型主要以有监督学习方式进行图像分类,受到数据集质量和规模的限制,无监督式学习和半监督学习方式的深度卷积神经网络模型将是未来的重点研究方向之一;深度卷积神经网络模型的速度和资源消耗仍不尽人意,应用于移动式设备具有一定的挑战性;模型的优化方法以及衡量模型优劣的度量方法有待深入研究;人工设计深度卷积神经网络结构耗时耗力,神经架构搜索方法将是未来深度卷积神经网络模型设计的发展方向。     

利用双通道卷积神经网络的图像超分辨率算法

目的 图像超分辨率算法在实际应用中有着较为广泛的需求和研究。然而传统基于样本的超分辨率算法均使用简单的图像梯度特征表征低分辨率图像块,这些特征难以有效地区分不同的低分辨率图像块。针对此问题,在传统基于样本超分辨率算法的基础上,提出双通道卷积神经网络学习低分辨率与高分辨率图像块相似度进行图像超分辨率的算法。方法 首先利用深度卷积神经网络学习得到有效的低分辨率与高分辨率图像块之间相似性度量,然后根据输入低分辨率图像块与高分辨率图像块字典基元的相似度重构出对应的高分辨率图像块。结果 本文算法在Set5和Set14数据集上放大3倍情况下分别取得了平均峰值信噪比(PSNR)为32.53 dB与29.17 dB的效果。结论 本文算法从低分辨率与高分辨率图像块相似度学习角度解决图像超分辨率问题,可以更好地保持结果图像中的边缘信息,减弱结果中的振铃现象。本文算法可以很好地适用于自然场景图像的超分辨率增强任务。     

边缘增强深层网络的图像超分辨率重建

目的 针对基于学习的图像超分辨率重建算法中存在边缘信息丢失、易产生视觉伪影等问题,提出一种基于边缘增强的深层网络模型用于图像的超分辨率重建。方法 本文算法首先利用预处理网络提取输入低分辨率图像的低级特征,然后将其分别输入到两路网络,其中一路网络通过卷积层级联的卷积网络得到高级特征,另一路网络通过卷积网络和与卷积网络成镜像结构的反卷积网络的级联实现图像边缘的重建。最后,利用支路连接将两路网络的结果进行融合,并将其结果通过一个卷积层从而得到最终重建的具有边缘增强效果的高分辨率图像。结果 以峰值信噪比（PSNR）和结构相似度（SSIM）作为评价指标来评价算法性能,在Set5、Set14和B100等常用测试集上放大3倍情况下进行实验,并且PSNR/SSIM指标分别取得了33.24 dB/0.9156、30.60 dB/0.852 1和28.45 dB/0.787 3的结果,相比其他方法有很大提升。结论 定量与定性的实验结果表明,基于边缘增强的深层网络的图像超分辨重建算法所重建的高分辨率图像不仅在重建图像边缘信息方面有较好的改善,同时也在客观评价和主观视觉上都有很大提高。     

人像照片的美感质量评价

随着机器学习理论和图形图像处理技术的不断发展,在计算机视觉和计算美学领域中人们越来越关注如何建立自动评价和判断图片美感质量的系统.该系统将可用来补充和完善原有对照片只有主观美感质量评价的这一问题.对人像照片美感质量的客观评价进行研究,提出了25种能够较好反映人像类照片美感质量的特征,并使用支持向量机、Adaboost、随机森林等多种分类器来进行机器学习和评价,对提出的特征值集合进行十交叉检验并探讨了哪些特征对美感评价有较强影响等问题.最后,通过与现有研究结果进行对比分析后得出,当采用所提出的25种特征进行人像照片美感质量评价和分类时有更高的准确率,即使用于机器学习的训练数据集数目较少时仍能保持较高的准确率.     

基于语义感知的图像美学质量评估方法

当前图像美学质量评估的研究主要基于图像的视觉内容来给出评价结果,忽视了美感是人的认知活动的事实,在评价时没有考虑用户对图像语义信息的理解。为了解决这一问题,提出了一种基于语义感知的图像美学质量评估方法,将图像的物体类别信息以及场景类别信息也用于图像美学质量评估。运用迁移学习的思想,构建了一种可以融合图像多种特征的混合网络。对于每一幅输入图像,该网络可以分别提取出其物体类别特征、场景类别特征以及美学特征,并将这三种特征进行高质量的融合,以达到更好的图像美学质量评估效果。该方法在AVA数据集上的分类准确率达到89.5%,相对于传统方法平均提高了19.9%,在CUHKPQ数据集上的泛化性能也有了很大提升。实验结果表明,所提方法在图像美学质量评估问题上,能够取得更好的分类性能。     

跨模态多标签生物医学图像分类建模识别

目的 生物医学文献中的图像经常是包含多种模式的复合图像,自动标注其类别,将有助于提高图像检索的性能,辅助医学研究或教学。方法 融合图像内容和说明文本两种模态的信息,分别搭建基于深度卷积神经网络的多标签分类模型。视觉分类模型借用自然图像和单标签的生物医学简单图像,实现异质迁移学习和同质迁移学习,捕获通用领域的一般特征和生物医学领域的专有特征,而文本分类模型利用生物医学简单图像的说明文本,实现同质迁移学习。然后,采用分段式融合策略,结合两种模态模型输出的结果,识别多标签医学图像的相关模式。结果 本文提出的跨模态多标签分类算法,在ImageCLEF2016生物医学图像多标签分类任务数据集上展开实验。基于图像内容的混合迁移学习方法,比仅采用异质迁移学习的方法,具有更低的汉明损失和更高的宏平均F1值。文本分类模型引入同质迁移学习后,能够明显提高标签的分类性能。最后,融合两种模态的多标签分类模型,获得与评测任务最佳成绩相近的汉明损失,而宏平均F1值从0.320上升到0.488,提高了约52.5%。结论 实验结果表明,跨模态生物医学图像多标签分类算法,融合图像内容和说明文本,引入同质和异质数据进行迁移学习,缓解生物医学图像领域标注数据规模小且标签分布不均衡的问题,能够更有效地识别复合医学图像中的模式信息,进而提高图像检索性能。