渐进细化的实时立体匹配算法

基于卷积神经网络的立体匹配算法在精度上取得了较大的提高,但大多数算法仍然无法满足实时性要求。提出一种渐进细化的实时立体匹配算法,在低分辨率层级中初始化视差图,再渐进地恢复视差图的空间分辨率。该算法采用轻量的骨干网络提取多尺度特征,在保证算法实时性的同时,对特征进行反向融合,提高了特征的稳健性。提出一种多分支融合模块对视差图进行渐进细化,对不同区域的多种模式进行自动聚类,再分别预测视差图残差,根据聚类权重融合最终结果,使模型能够更好地处理具有不同特点的区域。在KITTI测试集上,所提算法的运行速度达到20 frame/s,与运行效率相当的DispNetC算法相比,错误率降低了约30%。     

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。     

基于可见/近红外光谱和深度学习的早期鸭胚雌雄信息无损检测

胚蛋雌雄识别一直是家禽业发展的瓶颈问题,在禽肉生产过程中倾向于养殖雄性个体,而禽蛋生产产业倾向于养殖雌性家禽。若能在孵化过程中较早鉴别出种蛋的雌雄,不仅能够降低家禽孵化产业的成本,还能够提高禽蛋和禽肉生产行业的经济效益。该文以种鸭蛋为研究对象,为了在种鸭蛋孵化早期实现对种蛋的雌雄识别,构建了可见/近红外透射光谱信息采集系统,在200～1 100 nm的波长范围内采集了345枚孵化了0~8 d的种鸭蛋光谱数据。搭建了适用于种鸭蛋光谱信息的6层卷积神经网络（convolutional neural network, CNN）,其中包括输入层、3个卷积层、全连接层与输出分类层。卷积层可以提取光谱中的有效信息,全连接层通过对卷积层提取的局部特征进行整合供输出层分类决策。另外在卷积神经网络中引入局部响应归一化和dropout操作能够加快网络的收敛速度。利用该卷积神经网络构建鸭胚雌雄信息识别网络,通过对比与分析不同孵化天数的识别效果,发现孵化7d的识别效果最佳。随后将孵化7 d的种鸭蛋原始光谱数据进行噪声去除,选取500~900 nm波段用于后续的特征波长选取和建模。分别运用了竞争性自适应重加权算法(CARS)、连续投影算法( SPA)与遗传算法(GA)选择能够区分鸭胚性别的波长点,将选取的特征波长转换为二维的光谱信息矩阵,二维光谱信息矩阵保留了一维光谱的有效信息,同时极大地方便了与卷积神经网络的结合。利用二维光谱信息矩阵和卷积神经网络相结合,实现孵化早期阶段鸭胚的雌雄识别。经检验,基于 SPA算法和CNN网络建立的模型效果较佳,其中训练集、开发集及测试集的准确率分别为93.36%,93.12%和93.83%;基于GA算法和CNN网络建立的模型效果次之,训练集、开发集及测试集的准确率分别为90.87%,93.12%和86.42%;基于CARS算法和CNN网络建立的模型的训练集、开发集及测试集的准确率分别为84.65%,83.75%和77.78%。研究结果表明基于可见/近红外光谱技术和卷积神经网络可以实现孵化早期鸭胚胎雌雄的无损鉴别,为后续相关自动化检测装置的研发提供了技术支撑。     

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。     

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。     

一种基于图像融合的无参考立体图像质量评价方法

提出了一种基于图像融合的立体图像质量评价方法。通过对立体图像的左右视图进行图像融合生成一幅彩色图像,融合算法采用主成分分析(PCA),使用归一化互相关(NCC)视差图算法,生成了对应的视差图;对融合图像和视差图分别进行归一化亮度系数和谱能量参数的提取,作为支持向量回归(SVR)的输入数据,在经过充分的训练后对立体图像的质量评分进行预测。在LIVE 3D立体图像数据库上的实验结果表明,提出的算法优于最新的无参考立体图像质量评价方法,与人类的主观评价具有较好的一致性。     

基于卷积神经网络的HL-2A装置H模辨识研究

基于HL-2A装置的放电实验数据，利用卷积神经网络和时间窗口算法开发了高约束(H)模时段的识别算法，得到了可靠的高成功率的高约束模时段识别结果。算法中，选取206次放电实验数据中等离子体储能及氘α通道信号作为双通道原始数据进行学习，得到一个深度为21层的二分类卷积神经网络。该网络模型经过其他474次放电数据的测试集检验，高约束模识别的正确率达到了98.17%。     

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%.     

基于时空双流卷积神经网络的红外行为识别

针对红外视频人体行为识别问题,提出了一种基于时空双流卷积神经网络的红外人体行为识别方法。通过将整个红外视频进行平均分段,然后将每一段视频中随机抽取的红外图像和对应的光流图像输入空间卷积神经网络,空间卷积神经网络通过融合光流信息可以有效地学习到红外图像中真正发生运动的空间信息,再将每一小段的识别结果进行融合得到空间网络结果。同时将每一段视频中随机抽取的光流图像序列输入时间卷积神经网络,融合每一小段的结果后得到时间网络结果。最后再将空间网络结果和时间网络结果进行加权求和,从而得到最终的视频分类结果。实验中,采用此方法对包含23种红外行为动作类别的红外视频数据集上的动作进行识别,正确识别率为92.0%。结果表明,该算法可以有效地对红外视频行为进行准确识别。     

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。     

融合扰动感知模型的孪生神经网络目标跟踪

针对全卷积孪生网络目标跟踪算法(Siamfc)在严重遮挡、旋转、光照变化、尺度变化等情况下容易出现跟踪失败的问题,提出了一种融合扰动感知模型的孪生神经网络目标跟踪算法。将孪生神经网络提取到的低层结构特征与高层语义特征进行有效融合,以提高特征的表征能力;利用模板自适应策略在线更新模板,以提高算法在遮挡和旋转等情况下跟踪的精确度。与此同时,将基于颜色直方图特征的扰动感知模型引入到算法中,通过加权融合的方式获得目标响应得分图,以此估计出目标的位置,并利用相邻帧尺度自适应策略估计出目标最佳尺度。为验证本文算法的效果,利用公开数据集测试所提算法性能,并与多种跟踪方法进行对比。实验结果表明:在2015目标跟踪标准测试数据集下本文所提算法总体跟踪精确度为0.945,总体成功率为0.929,相比Siamfc算法分别提高了2.9%和2.8%,在无人机航拍测试数据集中本文所提算法也具备较高的精确度与成功率,获得的跟踪效果良好。     

水下高分辨率声图中小目标的深度网络分类方法

针对声成像数据缺少条件下的水下沉底小目标分类问题,提出一种深度网络分类算法。首先,采用高斯混合模型对声影区统计特性进行建模并提取声图阴影,在此基础上构建仿真数据集和真实数据集。将仿真数据集输入卷积神经网络进行训练,保留其特征提取部分,用于对真实数据集进行特征提取.重建网络分类部分并采用真实数据集的特征向量进行训练。结果表明,所提出的方法分类正确率可达88.24%,与6种对照方法相比平均分类正确率分别提升8.67%,20.47%,19.78%,11.59%,9.01%,11.58%。验证了所提出方法在小样本条件下具有较好对水下沉底小目标的分类能力。其学习曲线收敛到96.25%,仅比验证曲线高5.14%,说明在一定程度上缓解了过拟合问题。将改进的卷积神经网络应用于融合分类器,通过与逻辑回归分类器、支持向量机对目标进行分类并融合决策,正确率为93.33%,可进一步提高算法的正确率和稳定性.      

全局模型和局部优化的深度网络显著性检测

设计有效的特征向量是显著性检测方法的关键,决定了模型效果的上限,基于深度卷积神经网络和手工提取特征相结合的思路,提出了一种新的基于全局模型和局部搜索的显著性检测方法。在全局模型中,通过对VGG-16网络设计额外的卷积层进行训练,生成初始显著图,达到了从图像整体角度预测每一个候选区域显著性的目的。在局部优化模型中,设计区域对比度描述子和区域特征描述子对多级分割的超像素点进行描述,预测每一个区域的显著性值。最后,利用线性拟合的方法将两种模型中产生的显著图进行融合,得到最终的显著图。对4个数据集进行对比测试实验,实验结果表明,本文方法具有最高的准确率。     

基于密集梯度生成对抗网络的偏振图像融合算法北大核心CSCD

针对单幅偏振图像在一定场景下无法提供充足信息的问题,结合强度图像和线偏振度图像的优势特征,提出一种基于密集梯度生成对抗网络的偏振图像融合算法。利用密集连接卷积网络和梯度算子构建密集梯度卷积模块,并将该模块应用在生成器中,用以增强融合图像的纹理细节;构造多尺度结构相似度和L1范数相结合的损失函数,用以提高网络的整体性能。在ZJU-RGB-P数据集进行定性比较和定量分析,实验结果表明,所提算法具有更好的主观视觉感受,同时各项评价指标均得到明显提升。     

基于三维卷积神经网络的肺结节识别研究

针对传统计算机辅助检测系统中肺结节检测存在大量假阳性的问题,提出一种基于三维卷积神经网络的肺结节识别方法。首先,将传统二维卷积神经网络扩展为三维卷积神经网络,充分挖掘肺结节的三维特征,增强特征的表达能力;其次,将密集连接网络与SENet相结合,在加强特征传递和复用的同时,通过特征重标定自适应学习特征权重;另外,引入focal loss作为网络的分类损失函数,提高对难样本的学习。在LUNA16数据集上的实验结果表明:与当前的主流深度学习算法相比,所提网络模型在平均每组CT图像中假阳个数为1和4时的检出率达到了0.911和0.934,CPM得分为0.891,优于大部分主流算法。     

基于中心点的遥感图像多方向舰船目标检测

针对目前基于深度学习的舰船目标斜框检测方法存在计算量大、效率低的问题,提出一种基于目标中心点的单阶段检测模型.由于舰船中心点不受舰船分布方向影响,模型主要思想是以目标中心点检测为基础,回归中心点处目标斜框的尺度和方向.首先设计特征提取网络,将卷积神经网络细节信息丰富的底层特征与语义信息丰富的高层特征融合起来形成特征图;然后将特征图输入到三个检测分支,分别预测目标中心点、中心点偏移值以及斜框的尺度与方向;设计组合损失函数对网络进行训练,并改进非极大值抑制算法以适应目标斜框检测的需要.在公开的SAR图像舰船目标检测数据集与光学遥感图像上进行了实验,实验结果表明,测试集平均准确率达0.906,检测精度与速度均优于其它检测模型,充分验证了所提算法的有效性.     

基于改进卷积神经网络的肺炎影像判别

目前肺炎类型判别主要依靠医生的经验,但一些肺炎的CT影像极为近似,即使有经验的医生,也容易判别错误,造成误诊。为此提出卷积神经网络分类算法,该算法由3个卷积层、3个亚采样层及1个完全连接层组成,并且对卷积层进行了特殊结构处理,由反向传播算法调整网络参数,并对反向传播过程提出了改进。临床实验证明,该方案较现在普遍研究的分类算法,如adaboost算法和svm算法具有更高的识别率和准确度,并且改进的卷积神经网络防止了训练数据时过拟合现象的产生。     

基于卷积神经网络的恒星光谱自动分类方法

恒星光谱自动分类是研究恒星光谱的基础内容,快速、准确自动识别、分类恒星光谱可提高搜寻特殊天体速度,对天文学研究有重大意义。目前我国大型巡天项目LAMOST每年发布数百万条光谱数据,对海量恒星光谱进行快速、准确自动识别与分类研究已成为天文学大数据分析与处理领域的研究热点之一。针对恒星光谱自动分类问题,提出一种基于卷积神经网络(CNN)的K和F型恒星光谱分类方法,并与支持向量机(SVM)、误差反向传播算法(BP)对比,采用交叉验证方法验证分类器性能。与传统方法相比CNN具有权值共享,减少模型学习参数;可直接对训练数据自动进行特征提取等优点。实验采用Tensorflow深度学习框架,Python3.5编程环境。K和F恒星光谱数据集采用国家天文台提供的LAMOST DR3数据。截取每条光谱波长范围为3 500~7 500 部分,对光谱均匀采样生成数据集样本,采用min-max归一化方法对数据集样本进行归一化处理。CNN结构包括：输入层,卷积层C1,池化层S1,卷积层C2,池化层S2,卷积层C3,池化层S3,全连接层,输出层。输入层为一批K和F型恒星光谱相同的3 700个波长点处流量值。C1层设有10个大小为1×3步长为1的卷积核。S1层采用最大池化方法,采样窗口大小为1×2,无重叠采样,生成10张特征图,与C1层特征图数量相同,大小为C1层特征图的二分之一。C2层设有20个大小为1×2步长为1的卷积核,输出20张特征图。S2层对C2层20张特征图下采样输出20张特征图。C3层设有30个大小为1×3步长为1的卷积核,输出30张特征图。S3层对C3层30张特征图下采样输出30张特征图。全连接层神经元个数设置为50,每个神经元都与S3层的所有神经元连接。输出层神经元个数设置为2,输出分类结果。卷积层激活函数采用ReLU函数,输出层激活函数采用softmax函数。对比算法SVM类型为C-SVC,核函数采用径向基函数,BP算法设有3个隐藏层,每个隐藏层设有20,40和20个神经元。数据集分为训练数据和测试数据,将训练数据的40%,60%,80%和100%作为5个训练集,测试数据作为测试集。分别将5个训练集放入模型中训练,共迭代8 000次,每次训练好的模型用测试集进行验证。对比实验采用100%的训练数据作为训练集,测试数据作为测试集。采用精确率、召回率、F-score、准确率四个评价指标评价模型性能,对实验结果进行详细分析。分析结果表明CNN算法可对K和F型恒星光谱快速自动分类和筛选,训练集数据量越大,模型泛化能力越强,分类准确率越高。对比实验结果表明采用CNN算法对K和F型恒星光谱自动分类较传统机器学习SVM和BP算法自动分类准确率更高。     

深度卷积网络的多品种多厂商药品近红外光谱分类

近红外光谱（NIR）分析具有分析高效、样品无损、环境无污染以及可现场检测等优点,特别适合药品的快速建模分析。但NIR存在吸收强度弱以及谱带重叠等缺点,需要建立稳健可靠的化学计量学模型对其进行分析。深度卷积神经网络是深度学习方法中一个重要分支,它通过逐层抽取数据特征并进行组合、转换,形成更高层的语义特征,具有极强的建模能力,广泛应用于计算机视觉、语音识别等领域,而在药品NIR分析方面尚未见报道。基于深度卷积网络模型,对药品NIR多分类建模进行研究。针对药品NIR数据的特点,设计若干个面向多品种、多厂商药品NIR分类的一维深度卷积网络模型。模型中卷积层和池化层交叠排列用于逐层抽取NIR数据特征,输出层连接softmax分类器,对药品NIR数据进行分类概率预测。在输出层之前采用全局最大池化层,将特征图进行整体池化,形成一个特征点,用于解决全连接层存在的限制输入维度大小,参数过多的问题。同时,在网络模型中引入批处理操作和dropout机制,以防止梯度消失和减小网络过拟合的风险。在网络模型的设计过程中,通过设计不同的卷积网络层数以及不同的卷积核尺寸大小,分析其对建模效果的影响,同时分析五种经典数据预处理方法对NIR分析的影响。以我国7个厂商生产的头孢克肟片和11个厂商生产的苯妥英钠片样本NIR为实验对象, 建立药品的多品种、多厂商分类模型,该模型在二分类、多分类实验中取得了良好的分类效果。在十八分类实验中,当训练集与测试集比例为7∶3时,分类准确率为99.37±0.45,比SVM, BP, AE和ELM算法取得更优的分类性能。同时,深度卷积神经网络模型推理速度较快,优于SVM和ELM算法,但训练速度慢于二者。大量实验结果表明,深度卷积神经网络可对多品种、多厂商药品NIR数据准确、可靠地判别分类,且模型具有良好的鲁棒性和可扩展性。该方法也可推广到烟草、石化等其他领域的NIR数据分类应用中。