基于迁移学习的人脸姿态分类方法

人脸姿态分类在智能人机交互、虚拟现实、智能控制以及人脸识别等多个领域都有广泛的应用。由于人脸姿态分类过程中存在不同角度间特征重叠率高的问题,导致其分类精度过低。为提高人脸姿态分类的准确率与鲁棒性,提出了基于迁移学习的人脸姿态分类方法。该方法利用卷积神经网络的特征提取和学习能力,对特征进行识别和分类,从而得到单方向人脸姿态的训练参数。利用迁移学习,将卷积神经网络训练好的参数应用于训练两个方向的人脸姿态模型中。使用该方法在CAS-PEAL数据集上进行了实验,最终结果的准确率达到98. 7%,并且与AlexNet、VGGNet和ResNet等网络模型做对比实验,得到了更好的人脸姿态分类效果。实验结果表明,所提出的方法显著提高了人脸姿态分类的准确率与鲁棒性。     

基于混合注意力机制的动态人脸表情识别

针对自然环境中存在人脸遮挡、姿势变化等复杂因素,以及卷积神经网络（CNN）中的卷积滤波器由于空间局部性无法学习大多数神经层中不同面部区域之间的长程归纳偏差的问题,提出一种用于动态人脸表情识别（DFER）的混合注意力机制模型（HA-Model）,以提升DFER的鲁棒性和准确性。HA-Model由空间特征提取和时序特征处理两部分组成：空间特征提取部分通过两种注意力机制——Transformer和包含卷积块注意力模块（CBAM）的网格注意力模块,引导网络从空间角度学习含有遮挡、姿势变化的鲁棒面部特征并关注人脸局部显著特征;时序特征处理部分通过Transformer引导网络学习高层语义特征的时序联系,用于学习人脸表情特征的全局表示。实验结果表明,HA-Model在DFEW和AFEW基准上的准确率分别达到了67.27%和50.41%,验证了HA-Model可以有效提取人脸特征并提升动态人脸表情识别的精度。     

基于卷积块注意力模块的图像描述生成模型

图像描述生成模型是使用自然语言描述图片的内容及其属性之间关系的算法模型.对现有模型描述质量不高、图片重要部分特征提取不足和模型过于复杂的问题进行了研究,提出了一种基于卷积块注意力机制模块(CBAM)的图像描述生成模型.该模型采用编码器-解码器结构,在特征提取网络Inception-v4中加入CBAM,并作为编码器提取图...     

注意力引导的三流卷积神经网络用于微表情识别

目的 微表情识别在心理咨询、置信测谎和意图分析等多个领域都有着重要的应用价值。然而,由于微表情自身具有动作幅度小、持续时间短的特点,到目前为止,微表情的识别性能仍然有很大的提升空间。为了进一步推动微表情识别的发展,提出了一种注意力引导的三流卷积神经网络（attention-guided three-stream convolutional neural network, ATSCNN）用于微表情识别。方法 首先,对所有微表情序列的起始帧和峰值帧进行预处理;然后,利用TV-L1(total variation-L1)能量泛函提取微表情两帧之间的光流;接下来,在特征提取阶段,为了克服有限样本量带来的过拟合问题,通过3个相同的浅层卷积神经网络分别提取输入3个光流值的特征,再引入卷积块注意力模块以聚焦重要信息并抑制不相关信息,提高微表情的识别性能;最后,将提取到的特征送入全连接层分类。此外,整个模型架构采用SELU(scaled exponential linear unit)激活函数以加快收敛速度。结果 本文在微表情组合数据集上进行LOSO(leave-one-subject-out)交叉验...     

基于全局空间注意力的人脸表情识别

人脸表情识别是模式识别领域中一个重要的研究方向。传统的机器学习方法受限于需要手动提取特征,该方式会导致识别结果的泛化能力不足,且稳定性较差。针对该限制,设计了一种基于深度学习的人脸表情识别算法,该算法通过卷积神经网络提取特征,然后经过全局空间注意力模块对特征分配权重,增强并融合重要特征、抑制边缘特征,从而提升网络分类的准确性。通过在FER2013人脸表情数据集上的实验,验证了该算法的合理性与有效性,最高达到了1.014%的准确度提升。最后,将算法应用于真实场景下的人脸表情识别,同样能拥有较高的识别精度,验证了该算法在真实环境下的有效性。     

多尺度融合注意力机制的人脸表情识别网络

针对在人脸表情识别中普通卷积神经网络难以提取有效特征、网络模型参数复杂等问题,提出了一种多尺度融合注意力机制网络（multi-scale integrated attention network,MIANet）。为了同时增加网络的宽度和深度又避免冗余计算,在网络中引入Inception结构,用于提取图像的多尺度特征信息。使用高效通道注意机制（efficient channel attention,ECA）,强调与面部表情相关的区域抑制不相关的背景区域,提高重要面部特征的表达能力。在卷积层中采用深度可分离卷积,减少网络参数,防止过拟合。使用提出的方法在公开数据集FER-2013和CK+上进行实验,分别取得了95.76%和72.28%的准确率。实验结果表明,该方法识别效果较好,泛化能力较强,在人脸表情识别中对网络结构设置和参数配置方面具有一定的参考价值。     

结构图注意力网络的新冠肺炎轻重症诊断

目的 为辅助医生快速分辨新型冠状病毒肺炎(corona virus disease 2019, COVID-19)轻、重症患者,以便对症下药减轻医疗负担,提出一种基于结构图注意力网络的轻重症诊断算法。方法 基于胸部CT图像提取的特定特征以及肺段间的位置关系构建结构图,以肺部内不同肺段为节点,以提取特征为节点属性。采用图神经网络汇聚相邻节点特征,再利用池化层获取分别代表左肺叶和右肺叶特征的图表示。使用结构注意力机制计算左、右肺叶的感染情况对结果诊断的重要性,并依据重要性融合左、右肺叶图表示以得到最终图表示,最后执行分类任务。由于数据中存在明显的类别不平衡现象,采用Focal-Loss损失函数优化模型以减轻对分类结果的影响。结果 实验将所提算法分别与传统机器学习方法和流行的图神经网络算法做性能对比。在重症诊断的准确率上,本文算法相较于传统机器学习方法和图神经网络算法分别取得14.2%～42.0%和3.6%～4.8%的提升。在AUC(area under curve)指标上,本文算法相较于上述两种算法分别取得8.9%～18.7%和3.1%～3.6%的提升。除此之外,通过消融实验发现具有结构注...     

集成注意力机制和扩张卷积的道路提取模型

目的 为解决当前遥感影像道路提取方法普遍存在的自动化程度低、提取精度不高和由于样本数量不平衡导致的模型训练不稳定等问题,本文提出一种集成注意力机制和扩张卷积的道路提取模型(attention and dilated convolutional U-Net,A&D-UNet)。方法 A&D-UNet聚合网络模型以经典U-Net网络结构为基础,在编码部分引入残差学习单元(residual learning unit,RLU),降低深度卷积神经网络在训练时的复杂度;应用卷积注意力模块(convolutional block attention module,CBAM)从通道和空间维度两个方面优化分配权重,突出道路特征信息;并使用扩张卷积单元(dilated convolutional unit,DCU)感受更大范围的特征区域,整合道路的上下文信息。采用二进制交叉熵(binary cross entropy,BCE)和Dice相结合的复合损失函数训练模型,减轻遥感影像中样本数量不平衡导致的模型不稳定。结果 在公开的美国马萨诸塞州和Deep Globe道路数据集上进行模型验证实验...     

基于注意力的热点块和显著像素卷积神经网络的人脸防伪方法

人脸防伪用于验证被测试者是否为真实活体,是计算机视觉领域的一个研究热点.攻击手段的多样性以及人脸识别主要在嵌入式、移动式等不具备高计算能力的设备上应用,使得快速有效的人脸防伪计算成为具有挑战性的任务.针对该问题,文中提出了一种基于注意力的热点块和显著像素卷积神经网络的方法.其中,热点块机制以对5个热点块的判别来取代对整...     

基于注意力机制的轻量型人体姿态估计

针对高分辨率人体姿态估计网络存在参数量大、运算复杂度高等问题,提出一种基于高分辨率网络（HRNet）的轻量型沙漏坐标注意力网络（SCANet）用于人体姿态估计。首先引入沙漏（Sandglass）模块和坐标注意力（CoordAttention）模块;然后在此基础上构建了沙漏坐标注意力瓶颈（SCAneck）模块和沙漏坐标注意力基础 （SCAblock）模块两种轻量型模块,在降低模型参数量和运算复杂度的同时,获取特征图空间方向的长程依赖和精确位置信息。实验结果显示,在相同图像分辨率和环境配置的情况下,在COCO（Common Objects in COntext）校验集上,SCANet模型与HRNet模型相比参数量降低了52.6%,运算复杂度降低了60.6%;在MPII（Max Planck Institute for Informatics）校验集上,SCANet模型与HRNet模型相比参数量和运算复杂度分别降低了52.6%和61.1%;与常见的人体姿态估计网络如堆叠沙漏网络（Hourglass）、级联金字塔网络（CPN）和SimpleBaseline相比,SCANet模型在拥有更少的参数量与运算复杂度的情况下,仍能实现对人体关键点的高准确度预测。     

基于优化CBAM改进YOLOv5的农作物病虫害识别

针对多种农作物病虫害图像, 在自然环境下因虫害种类繁多, 小目标特征相似的技术问题, 导致检测困难难以达到令人满意的精度. 本文提出了一种自然背景下加强局部特征和全局特征信息融合的害虫检测识别模型YOLOv5-EB, 在公开的大规模害虫数据集IP102上进行实验, 结果表明该研究比YOLOv5模型精确度提高了5个百分点. 引入一维卷积替换CBAM中通道注意力的MLP操作, 优化了通道注意力经过全局处理后容易忽略通道内信息交互的问题; 其次使用6×6卷积替换Focus操作, 来增强提取害虫特征的能力. 实验结果表明, 对害虫进行检测时, YOLOv5-EB的平均精度值达到了87%, 与Faster R-CNN、EfficientDet、YOLOv3、YOLOv4、YOLOv5模型相比, 不仅有效提高了作物害虫图像的识别性能, 而且有效提高了检测速度. 研究表明, YOLOv5-EB算法满足对多种农作物病虫害目标检测的准确性和实时性要求.     

基于word embedding和CNN的情感分类模型

尝试将word embedding和卷积神经网络（CNN）相结合来解决情感分类问题。首先,利用Skip-Gram模型训练出数据集中每个词的word embedding,然后将每条样本中出现的word embedding组合为二维特征矩阵作为卷积神经网络的输入;此外,每次迭代训练过程中,输入特征也作为参数进行更新。其次,设计了一种具有3种不同大小卷积核的神经网络结构,从而完成多种局部抽象特征的自动提取过程。与传统机器学习方法相比,所提出的基于word embedding和CNN的情感分类模型成功将分类正确率提升了5.04%。     

改进Faster R-CNN模型的CT图磨玻璃密度影目标检测

目的 针对Faster R-CNN （faster region convolutional neural network）模型在肺部计算机断层扫描（computed tomography，CT）图磨玻璃密度影目标检测中小尺寸目标无法有效检测与模型检测速度慢等问题，对Faster R-CNN模型特征提取网络与区域候选网络（region proposal network，RPN）提出了改进方法。方法 使用特征金字塔网络替换Faster R-CNN的特征提取网络，生成特征金字塔；使用基于位置映射的RPN产生锚框，并计算每个锚框的中心到真实物体中心的远近程度（用参数“中心度”表示），对RPN判定为前景的锚框进一步修正位置作为候选区域（region proposal），并将RPN预测的前景/背景分类置信度与中心度结合作为候选区域的排序依据，候选区域经过非极大抑制筛选出感兴趣区域（region of interest，RoI）。将RoI对应的特征区域送入分类回归网络得到检测结果。结果 实验结果表明，在新冠肺炎患者肺部CT图数据集上，本文改进的模型相比于Faster R-CNN模型，召回率（recall）增加了7%，平均精度均值（mean average precision，mAP）增加了3.9%，传输率（frames per second，FPS）由5帧/s提升至9帧/s。特征金字塔网络的引入明显提升了模型的召回率与mAP指标，基于位置映射的RPN显著提升了模型的检测速度。与其他最新改进的目标检测模型相比，本文改进的模型保持了双阶段目标检测模型的高精度，并拉近了与单阶段目标检测模型在检测速度指标上的距离。结论 本文改进的模型能够有效检测到患者肺部CT图的磨玻璃密度影目标区域，对小尺寸目标同样适用，可以快速有效地为医生提供辅助诊断。     

融合多头注意力机制的新冠肺炎联合诊断与分割

目的 新冠肺炎疫情席卷全球,为快速诊断肺炎患者,确认患者肺部感染区域,大量检测网络相继提出,但现有网络大多只能处理一种任务,即诊断或分割。本文提出了一种融合多头注意力机制的联合诊断与分割网络,能同时完成X线胸片的肺炎诊断分类和新冠感染区分割。方法 整个网络由3部分组成,双路嵌入层通过两种不同的图像嵌入方式分别提取X线胸片的浅层直观特征和深层抽象特征;Transformer模块综合考虑提取到的浅层直观与深层抽象特征;分割解码器扩大特征图以输出分割区域。为响应联合训练,本文使用了一种混合损失函数以动态平衡分类与分割的训练。分类损失定义为分类对比损失与交叉熵损失的和;分割损失是二分类的交叉熵损失。结果 基于6个公开数据集的合并数据实验结果表明,所提网络取得了95.37%的精度、96.28%的召回率、95.95%的F1指标和93.88%的kappa系数,诊断分类性能超过了主流的ResNet50、VGG16(Visual Geometry Group)和Inception＿v3等网络;在新冠病灶分割表现上,相比流行的U-Net及其改进网络,取得最高的精度(95.96%),优异的敏感度(78.89...     

面向COVID-19疫情预测的图卷积神经网络时空数据学习

目的 当前的疾病传播研究主要集中于时序数据和传染病模型,缺乏运用空间信息提升预测精度的探索和解释。在处理时空数据时需要分别提取时间特征和空间特征,再进行特征融合得到较为可靠的预测结果。本文提出一种基于图卷积神经网络（graph convolutional neural network,GCN）的时空数据学习方法,能够运用空间模型端对端地学习时空数据,代替此前由多模块单元相集成的模式。方法 依据数据可视化阶段呈现出的地理空间、高铁线路、飞机航线与感染人数之间的正相关关系,将中国各城市之间的空间分布关系和交通连接关系映射成网络图并编码成地理邻接矩阵、高铁线路直达矩阵、飞机航线直达矩阵以及飞机航线或高铁线路直达矩阵。按滑动时间窗口对疫情数据进行切片后形成张量,依次分批输入到图深度学习模型中参与卷积运算,通过信息传递、反向传播和梯度下降更新可训练参数。结果 在新型冠状病毒肺炎疫情数据集上的实验结果显示,采用GCN学习这一时空数据的分布特征相较于循环神经网络模型,在训练过程中表现出了更强的拟合能力,在训练时间层面节约75%以上的运算成本,在两类损失函数下的平均测试集损失能够下降80%左右。结论 本文所采用的时空数据学习方法具有较低的运算成本和较高的预测精度,尤其在空间特征强于时间特征的时空数据中有着更好的性能,并且为流行病传播范围和感染人数的预测提供了新的方法和思路,有助于相关部门在公共卫生事件中制定应对措施和疾病防控决策。     

面向表情识别的重影非对称残差注意力网络模型

针对ResNet50中的Bottleneck经过1×1卷积降维后主干分支丢失部分特征信息而导致在表情识别中准确率不高的问题,本文通过引入Ghost模块和深度可分离卷积分别替换Bottleneck中的1×1卷积和3×3卷积,保留更多原始特征信息,提升主干分支的特征提取能力;利用Mish激活函数替换Bottleneck中的ReLU激活函数,提高了表情识别的准确率;在此基础上,通过在改进的Bottleneck之间添加非对称残差注意力模块(asymmetric residual attention block, ARABlock)来提升模型对重要信息的表示能力,从而提出一种面向表情识别的重影非对称残差注意力网络（ghost asymmetric residual attention network, GARAN）模型。对比实验结果表明,本文方法在FER2013和CK+表情数据集上具有较高的识别准确率。     

CT图像肺及肺病变区域分割方法综述

计算机断层扫描(computed tomography, CT)技术能为新冠肺炎(corona virus disease 2019,COVID-19)和肺癌等肺部疾病的诊断与治疗提供更全面的信息,但是由于肺部疾病的类型多样且复杂,使得对肺CT图像进行高质量的肺病变区域分割成为计算机辅助诊断的重难点问题。为了对肺CT图像的肺及肺病变区域分割方法的现状进行全面研究,本文综述了近年国内外发表的相关文献：对基于区域和活动轮廓的肺CT图像传统分割方法的优缺点进行比较与总结,传统的肺CT图像分割方法因其实现原理简单且分割速度快等优点,早期使用较多,但其存在分割精度不高的缺点,目前仍有不少基于传统方法的改进策略;重点分析了基于卷积神经网络(convolutional neural network, CNN)、全卷积网络(fully convolutional network, FCN)、U-Net和生成对抗网络(generative adversarial network, GAN)的肺CT图像分割网络结构改进模型的研究进展,基于深度学习的分割方法具有分割精度高、迁移学习能力强和鲁棒性高等优点,特...     

层次化双注意力神经网络模型的情感分析研究

在篇章级的情感分类中由于篇章级文本较长,特征提取较普通句子级分析相对较难,大多方法使用层次化的模型进行篇章文本的情感分析,但目前的层次化模型多以循环神经网络和注意力机制为主,单一的循环神经网络结构提取的特征不够明显。本文针对篇章级的情感分类任务,提出一种层次化双注意力神经网络模型。首先对卷积神经网络进行改进,构建词注意力卷积神经网络。然后模型从两个层次依次提取篇章特征,第一层次使注意力卷积神经网络发现每个句子中的重要词汇,提取句子的词特征,构建句子特征向量;第二层次以循环神经网络获取整个篇章的语义表示,全局注意力机制发现篇章中每个句子的重要性,分配以不同的权重,最后构建篇章的整体语义表示。在IMDB、YELP 2013、YELP 2014数据集上的实验表明,模型较当前最好的模型更具优越性。