基于卷积神经网络的小样本图像识别方法

为提高仅包含少量训练样本的图像识别准确率,利用卷积神经网络作为图像的特征提取器,提出一种基于卷积神经网络的小样本图像识别方法。在原始小数据集中引入数据增强变换,扩充数据样本的范围;在此基础上将大规模数据集上的源预训练模型在目标小数据集上进行迁移训练,提取除最后全连接层之外的模型权重和图像特征;结合源预训练模型提取的特征,采用层冻结方法,微调目标小规模数据集上的卷积模型,得到最终分类识别结果。实验结果表明,该方法在小规模图像数据集的识别问题中具有较高的准确率和鲁棒性。     

结合改进主动学习的SVD-CNN弹幕文本分类算法

为解决传统卷积神经网络（CNN）模型使用池化层进行文本特征降维会损失较多文本语义信息的问题,提出一种基于奇异值分解（SVD）算法的卷积神经网络模型（SVD-CNN）。首先,采用改进的基于密度中心点采样的主动学习算法（DBC-AL）选择对分类模型贡献率较高的样本进行标注,以低标注代价获得高质量模型训练集;然后,结合SVD算法建立SVD-CNN弹幕文本分类模型,使用奇异值分解的方法代替传统CNN模型池化层进行特征提取和降维,并在此基础上完成弹幕文本分类任务;最后,使用改进的梯度下降算法（PSGD）对模型参数进行优化。为了验证改进算法的有效性,使用多种弹幕数据样本集,对提出的模型与常用的文本分类模型进行对比实验。实验结果表明,改进的算法能够更好地保留文本语义特征,保证训练过程的稳定性并提高了模型的收敛速度,在不同的弹幕文本上较传统算法具有更好的分类性能。     

结合Bi-2DPCA与CNN的美式手语识别

针对现有美式手语（ASL）识别算法准确率低和模型训练时间长的问题,提出一种结合双向二维主成分分析（Bi-2DPCA）与卷积神经网络（CNN）并基于贝叶斯优化的识别算法。利用Bi-2DPCA算法对原始图像做数据降维处理,提取行、列方向的特征图,使用卷积神经网络对特征图进行训练分类,同时采用贝叶斯优化算法对模型超参数进行自动调参。在24分类ASL数据集上的实验结果表明,该算法的识别准确率达到99.15%,训练时间相比传统CNN算法减少90.3%。     

元迁移学习在少样本跨域图像分类中的研究

目的 现有基于元学习的主流少样本学习方法假设训练任务和测试任务服从相同或相似的分布,然而在分布差异较大的跨域任务上,这些方法面临泛化能力弱、分类精度差等挑战。同时,基于迁移学习的少样本学习方法没有考虑到训练和测试阶段样本类别不一致的情况,在训练阶段未能留下足够的特征嵌入空间。为了提升模型在有限标注样本困境下的跨域图像分类能力,提出简洁的元迁移学习（compressed meta transfer learning,CMTL）方法。方法 基于元学习,对目标域中的支持集使用数据增强策略,构建新的辅助任务微调元训练参数,促使分类模型更加适用于域差异较大的目标任务。基于迁移学习,使用自压缩损失函数训练分类模型,以压缩源域中基类数据所占据的特征嵌入空间,微调阶段引导与源域分布差异较大的新类数据有更合适的特征表示。最后,将以上两种策略的分类预测融合视为最终的分类结果。结果 使用mini-ImageNet作为源域数据集进行训练,分别在EuroSAT(EuropeanSatellite)、ISIC(InternationalSkinImagingCollaboration)、CropDiseas(Cr...     

对抗学习遥感图像场景识别

目的 在高分辨率遥感图像场景识别问题中,经典的监督机器学习算法大多需要充足的标记样本训练模型,而获取遥感图像的标注费时费力。为解决遥感图像场景识别中标记样本缺乏且不同数据集无法共享标记样本问题,提出一种结合对抗学习与变分自动编码机的迁移学习网络。方法 利用变分自动编码机（variational auto-encoders,VAE）在源域数据集上进行训练,分别获得编码器和分类器网络参数,并用源域编码器网络参数初始化目标域编码器。采用对抗学习的思想,引入判别网络,交替训练并更新目标域编码器与判别网络参数,使目标域与源域编码器提取的特征尽量相似,从而实现遥感图像源域到目标域的特征迁移。结果 利用两个遥感场景识别数据集进行实验,验证特征迁移算法的有效性,同时尝试利用SUN397自然场景数据集与遥感场景间的迁移识别,采用相关性对齐以及均衡分布适应两种迁移学习方法作为对比。两组遥感场景数据集间的实验中,相比于仅利用源域样本训练的网络,经过迁移学习后的网络场景识别精度提升约10%,利用少量目标域标记样本后提升更为明显;与对照实验结果相比,利用少量目标域标记样本时提出方法的识别精度提升均在3%之上,仅利用源域标记样本时提出方法场景识别精度提升了10%~40%;利用自然场景数据集时,方法仍能在一定程度上提升场景识别精度。结论 本文提出的对抗迁移学习网络可以在目标域样本缺乏的条件下,充分利用其他数据集中的样本信息,实现不同场景图像数据集间的特征迁移及场景识别,有效提升遥感图像的场景识别精度。     

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。     

基于深度在线迁移的变负载下滚动轴承故障诊断方法

针对变负载条件下滚动轴承源域与目标域中相同状态的数据特征分布差异性较大,目标域数据按照序列方式在线获取时,数据更新需重新训练模型的问题,提出一种深度在线迁移的CNN-ISVM (convolutional neural networks-incremental support vector machine)变负载下滚动轴承故障诊断方法.该方法运用短时傅里叶变换得到不同负载下滚动轴承振动信号的频谱图并构建数据集;使用源域数据建立CNN-ISVM预训练模型并保存模型参数;利用迁移学习将源域共享模型参数迁移至目标域CNN-ISVM模型训练过程中,快速建立分类模型;分类模型中的ISVM分类器在保留已学到知识的基础上,在线处理目标域新增数据,无需重新训练.经实验验证,所提出方法可实现数据按照序列方式采集的变负载下滚动轴承多状态在线分类,并具有较好的稳定性及较高的准确率.     

卷积神经网络在短文本情感多分类标注应用

情感多分类标注对文本信息的敏感性远高于二分类问题。为了有效利用语义依赖距离和语义多层次进行情感多分类,提出一种多窗口多池化层的卷积神经网络模型。首先使用多窗口的卷积层提取上下文局部语义,然后通过多池化层降低特征维度,同时保留不同层次的语义,由多层次语义构成文本特征向量,最后送入全连接层完成多分类标注。采用斯坦福情感树库数据集验证所提模型的多分类标注效果。实验结果表明,在训练集含短语和未包含短语两种设定下,模型的短文本情感多分类正确率分别达到54.6%和43.5%。     

基于相似度学习的多源迁移算法

针对与测试数据分布相同的训练数据不足,相关领域中存在大量的、与测试数据分布相近的训练数据的场景,提出一种基于相似度学习的多源迁移学习算法(SL-MSTL).该算法在经典SVM分类模型的基础上提出一种新的迁移分类模型,增加对多源域与目标域之间的相似度学习,可以有效地利用各源域中的有用信息,提高目标域的分类效果.实验的结果表明了SL-MSTL 算法的有效性和实用性.     

基于迁移学习与多标签平滑策略的图像自动标注

针对图像标注数据集标签分布不平衡问题,提出了基于标签平滑策略的多标签平滑单元（MLSU）。MLSU在网络模型训练过程中自动平滑数据集中的高频标签,使网络适当提升了低频标签的输出值,从而提升了低频标注词的标注性能。为解决图像标注数据集样本数量不足造成网络过拟合的问题,提出了基于迁移学习的卷积神经网络（CNN）模型。首先利用互联网上的大型公共图像数据集对深度网络进行预训练,然后利用目标数据集对网络参数进行微调,构建了一个多标签平滑卷积神经网络模型（CNN-MLSU）。分别在Corel5K和IAPR TC-12图像标注数据集上进行实验,在Corel5K数据集上,CNN-MLSU较卷积神经网络回归方法（CNN-R）的平均准确率与平均召回率分别提升了5个百分点和8个百分点;在IAPR TC-12数据集上,CNN-MLSU较两场K最邻近模型（2PKNN_ML）的平均召回率提升了6个百分点。实验结果表明,基于迁移学习的CNN-MLSU方法能有效地预防网络过拟合,同时提升了低频词的标注效果。     

基于深度卷积自编码神经网络的手写数字识别研究

针对提高不同笔体下的手写识别准确率进行了研究,将深度卷积神经网络与自动编码器相结合,设计卷积自编码器网络层数,形成深度卷积自编码神经网络。首先采用双线性插值方法分别对MNIST数据集与一万幅自制中国大学生手写数字图片进行图像预处理,然后先使用单一MNIST数据集对深度卷积自编码神经网络进行训练与测试;最后使用MNIST与自制数据集中5 000幅混合,再次训练该网络,对另外5 000幅进行测试。实验数据表明,所提深度卷积自编码神经网络在MNIST测试集正确率达到99.37%,有效提高了准确率;且5 000幅自制数据集模型测试正确率达99.33%,表明该算法实用性较强,在不同笔体数字上得到了较高的识别准确率,模型准确有效。     

面向样本不平衡的网络安全态势要素获取

针对传统的网络安全态势要素获取模型中,当样本分布不平衡时,占比很少的样本（统称小样本）不能被有效检测,准确识别到每一类攻击样本成为研究热点之一。利用深度学习提出了一种面向样本不平衡的要素获取模型,利用卷积神经网络作为基分类器提取网络数据的深层特征,其次使用GAN生成对抗网络扩充小样本的方法,解决样本分布不均衡问题。在扩充后的平衡数据集上采用迁移学习,加快基分类器到适应于小样本的新分类的训练时间。在NSL-KDD数据集上的实验表明,经过生成对抗网络扩充后的数据集,结合迁移学习有效加快了模型训练收敛速度,并有效提高网络安全态势要素获取的分类精度。     

提高小样本高光谱图像分类性能的变维卷积神经网络

目的 为了解决基于卷积神经网络的算法对高光谱图像小样本分类精度较低、模型结构复杂和计算量大的问题,提出了一种变维卷积神经网络。方法 变维卷积神经网络对高光谱分类过程可根据内部特征图维度的变化分为空—谱信息融合、降维、混合特征提取与空—谱联合分类的过程。这种变维结构通过改变特征映射的维度,简化了网络结构并减少了计算量,并通过对空—谱信息的充分提取提高了卷积神经网络对小样本高光谱图像分类的精度。结果 实验分为变维卷积神经网络的性能分析实验与分类性能对比实验,所用的数据集为Indian Pines和Pavia University Scene数据集。通过实验可知,变维卷积神经网络对高光谱小样本可取得较高的分类精度,在Indian Pines和Pavia University Scene数据集上的总体分类精度分别为87.87%和98.18%,与其他分类算法对比有较明显的性能优势。结论 实验结果表明,合理的参数优化可有效提高变维卷积神经网络的分类精度,这种变维模型可较大程度提高对高光谱图像中小样本数据的分类性能,并可进一步推广到其他与高光谱图像相关的深度学习分类模型中。     

融合通道特征的混合神经网络文本分类模型

基于卷积神经网络与循环神经网络的混合文本分类模型通常使用单通道词嵌入。单通道词嵌入空间维度低,特征表示单一,导致一维卷积神经网络不能充分学习文本的空间特征,影响了模型的性能。因此,该文提出一种融合通道特征的混合神经网络文本分类模型。该模型使用了双通道词嵌入丰富文本表示,增加了空间维度,在卷积的过程中融合了通道特征,优化了空间特征与时序特征的结合方式,最终提高了混合模型的分类性能。在IMDB、20NewsGroups、复旦中文数据集、THUC数据集上进行实验,该模型的分类准确率相比于传统卷积神经网络平均提升了1%,在THUC数据集上准确率最高提升了1.3%。     

基于小样本学习的SAR图像识别

深度学习已成为图像识别领域的一个研究热点。与传统图像识别方法不同,深度学习从大量数据中自动学习特征,并且具有强大的自学习能力和高效的特征表达能力。但在小样本条件下,传统的深度学习方法如卷积神经网络难以学习到有效的特征,造成图像识别的准确率较低。因此,提出一种新的小样本条件下的图像识别算法用于解决SAR图像的分类识别。该算法以卷积神经网络为基础,结合自编码器,形成深度卷积自编码网络结构。首先对图像进行预处理,使用2D Gabor滤波增强图像,在此基础上对模型进行训练,最后构建图像分类模型。该算法设计的网络结构能自动学习并提取小样本图像中的有效特征,进而提高识别准确率。在MSTAR数据集的10类目标分类中,选择训练集数据中10%的样本作为新的训练数据,其余数据为验证数据,并且,测试数据在卷积神经网络中的识别准确率为76.38%,而在提出的卷积自编码结构中的识别准确率达到了88.09%。实验结果表明,提出的算法在小样本图像识别中比卷积神经网络模型更加有效。     

基于卷积神经网络的加密流量分类方法

针对传统加密网络流量分类方法准确率较低、泛用性不强、易侵犯隐私等问题,提出了一种基于卷积神经网络的加密流量分类方法,避免依赖原始流量数据,防止过度拟合特定应用程序的字节结构。针对网络流量的数据包大小和到达时间信息,设计了一种将原始流量转换为二维图片的方法,直方图中每个单元格代表到达相应时间间隔的具有相应大小数据包的数量,不依赖数据包有效载荷,避免了侵犯隐私;针对LeNet-5卷积神经网络模型进行了优化以提高分类精度,嵌入Inception模块进行多维特征提取并进行特征融合,使用1*1卷积来控制输出的特征维度;使用平均池化层和卷积层替代全连接层,提高计算速度且避免过拟合;使用对象检测任务中的滑动窗口方法,将每个网络单向流划分为大小相等的块,确保单个会话中训练集中的块和测试集中的块没有重叠,扩充了数据集样本。在ISCX数据集上的分类实验结果显示,针对应用流量分类任务,准确率达到了 95%以上。对比实验结果表明,训练集和测试集类型不同时,传统分类方法出现了显著的精度下降乃至失效,而所提方法的准确率依然达到了89.2%,证明了所提方法普适于加密流量与非加密流量。进行的所有实验均基于不平衡数据集,如果对数据集进行平衡化处理,准确率可能会进一步提高。     

基于权值分布的多模型分类算法研究

为了提高卷积神经网络对图像分类的正确率,对网络结构进行研究,提出了多模型融合卷积神经网络。通过提取单个模型的输出特征向量,进行融合后得到新的输出特征向量,再搭建单层分类器进行图像分类,提高分类准确率。将单个模型与多模型融合的分类准确率进行比较,多模型融合卷积神经网络的分类准确率有所提高。分析了卷积神经网络最后一层全连接层的权值分布,发现同一模型在不同数据集上的权值分布曲线相似,分类效果好的网络模型其权值分布曲线更平缓。     

基于深度卷积神经网络End-to-End模型的亲属关系认证算法

针对如何利用人脸图像进行亲属关系认证的问题,提出基于深度卷积神经网络End-to-End模型的亲属关系认证算法.首先,构建一个包含卷积层、全连接层和soft-max分类层的深度卷积神经网络模型.卷积层可以提取亲子图像的隐性特征,全连接层可以将提取的隐性特征映射为亲属关系认证的二分类问题,soft-max分类层可以直接判断该对样本是否具有亲属关系.然后,将成对的标记训练数据输入网络进行迭代,优化深度网络模型参数,直至损失曲线稳定.最后,利用训练完毕的深度网络模型对输入测试图像对进行分类判决,通过统计得到最终的准确率.在KinFaceWI和KinFaceWII数据库上的结果显示,相比以往的亲属关系认证算法,文中模型具有更好的性能.     

基于堆叠双向LSTM的雷达目标识别方法

现阶段雷达目标检测识别主要依赖人工算法提取目标的特征,难点在于环境自适应能力弱,高强度杂波背景下难以有效检测到目标;针对上述问题,结合深度学习在图像识别等领域表现出的强大的学习表示能力,提出基于堆叠双向长短期记忆网络的雷达目标识别方法;网络模型以雷达多普勒维的回波数据构建数据集,采用双向LSTM提取雷达回波数据在时间序列上的正向和逆向信息,通过RMSProp优化算法对神经网络参数迭代训练,实现了对无人机这种低空慢速小目标的有效识别;实验结果表明,基于堆叠双向LSTM的雷达目标识别方法优于传统的SVM分类算法和卷积神经网络分类算法.     

基于MV-PearlNet的珍珠细粒度分类方法

提出多视图卷积神经网络模型MV-PearlNet,替代人工进行细粒度珍珠分类.该模型采用并行化处理方式,针对珍珠的多个视角图片提取特征,可提升珍珠图片的特征提取效果,并且采用中间层特征融合作为珍珠的特征表达.在训练集数据量有限的情况下,通过MV-PearlNet结合K-means方法,将无监督聚类算法应用到提取得到的特征中,并利用相似度计算完成自动类标学习,这些操作起到了扩充数据集的作用,有助于改善深度分类模型因为训练集不足导致的欠拟合问题,可提高模型的分类准确率.实验结果表明,相比于主流卷积神经网络模型,MV-PearlNet对珍珠细粒度图片的分类准确率有明显的提高.