双分支网络架构下的图像相似度学习

图像相似度学习是指通过网络学习图像内容信息来预测两张图像是否匹配。迄今为止,基于卷积神经网络改进的变体网络有效提升了学习效率,但由于提取特征比较单一无法准确描述图像特征,导致相似度学习效率较低。为此,本文提出一种基于卷积神经网络结构的双分支网络。该网络为左右分支网络结构相同,但权值不共享,网络输入为双分支输入。首先由左右分支网络分别提取单通道图像特征;然后通过特征融合层进行特征融合;最后将融合特征直接输入全连接层进行相似度学习,既改善了提取的图像特征多样性,又加快了模型训练速度。在实验室工业相机拍摄的芯片卡槽图像数据集上进行对比试验,结果表明,相比其他模型,本文提出的模型具有较强的网络学习能力和模型泛化能力,准确率高达97.96%。     

无人机遥感影像轻型交通标志实时检测方法研究

常规目标检测模型对于硬件需求较高,难以在无人机载硬件上直接运行并实施流畅交通标志检测。针对这一问题,本文提出一种轻型的交通标志检测模型。该模型基于轻量级卷积神经网络结构设计,利用非对称卷积核级联特征提取层特征以及最大池化层搭建特征提取网络,并利用三层特征增强网络实现对无人机遥感影像中多尺度、多类别交通标志的快速精准检测。同时针对原始图像质量问题设计了图像增强模块,提高了训练后模型的泛化能力。测试结果表明,本文提出的模型能够在无人机硬件上流畅运行,并能够对多场景下的交通标志目标实施精准检测。     

高光谱图像混合像元多维卷积网络协同分解法

受成像光谱仪性能与复杂地物分布的影响,高光谱图像存在大量的混合像元。传统的基于学习的混合像元分解方法通常都是浅层模型,或缺少对空间、光谱信息的综合应用。本文提出一种多维卷积网络协同的混合像元分解深层模型,采用多种维度卷积网络能更充分利用多种维度语义信息,有利于估计小样本和高维的高光谱图像混合像元丰度。对训练数据进行增广处理,构建光谱维、空间维和立方体3种卷积神经网络;设计了融合层,协同3种卷积神经网络提取特征,“端到端”的估计混合像元丰度值;模型使用了批量归一化、池化和Dropout方法避免过拟合现象。试验结果表明,多维卷积网络协同方法的引入能更有效地提取空-谱特征信息,与其他的卷积网络解混模型相比,估计的混合像元丰度精度有显著提高。     

利用深度卷积循环神经网络的高光谱影像空谱特征分类方法

针对高光谱影像分类问题,提出了基于深度卷积循环神经网络的高光谱影像空谱特征分类方法.首先将高光谱数据立方体看作一组特征序列;然后利用深度卷积循环神经网络构建特征序列的依赖关系,并采用"预训练+微调"的训练策略对深层网络模型进行训练,从而使得所设计的深层网络在训练样本较少的情况下也能得到更加充分的优化.在Pavia大学和Indian Pines数据集上的试验结果表明,构建的深度卷积循环神经网络的分类精度比RNN方法分别提升了9.49％和5.8％.     

一种边缘辅助的卫星影像云修复卷积神经网络

遥感影像的云修复是改善影像质量、降低数据成本的一种重要手段。使用Landsat 8影像研究卷积神经网络在云修复中的应用,提出一种影像信息重建的新式网络结构——边缘辅助的门控卷积网络（edge-guided gated convolutional network,EGCN）。该网络以多时相数据作为含云影像上被遮挡信息的辅助数据,主干网络为多时空门控卷积网络（spatial-temporal based gated convolutional network,STGCN）,在多尺度特征融合模块引入一种改进的非局部（non-local,NL）模块——门控非局部（gated non-local,GNL）来替代传统的卷积层,并以边缘特征提取网络（edge network,ENet）为分支,从边缘信息层面进行特征引导。实验结果表明,GNL模块和ENet的加入均有助于提升云修复效果。     

联合空谱信息的高光谱影像深度胶囊网络分类

向量化的胶囊神经元和动态路由式的信息传递机制赋予了胶囊网络更强的特征表示能力.在遥感领域,基于胶囊网络的高光谱影像分类方法已经获得了较传统深度学习模型更为优异的分类结果.针对现有胶囊分类模型中存在的网络浅层、空谱联合信息利用不足等问题,本文利用卷积胶囊层、残差连接、三维卷积胶囊层构建了一种用于高光谱影像分类的新型深度胶...     

面向机器阅读的地图名称注记类别识别方法

地图在人们的生产生活中发挥着重要作用,地图注记中蕴含大量信息,识别地图名称注记类别对未来计算机阅读地图以及进一步绘制地图具有重大意义。近年来,热门的深度学习技术尤其是卷积神经网络对解决图像分类问题具有良好效果,使用训练集对卷积神经网络进行训练,神经网络模型可以提取出数据集图片中的特征,并不断调整模型参数直到训练完成。以谷歌的开源框架TensorFlow作为实验的深度学习平台,对多部地图集的多份注记数据集进行智能分类研究,从地图集中人工获取注记图片作为样本数据集,构建卷积神经网络模型并尝试混合训练和分开训练两种方式。实验表明,混合训练方式获得的模型表现更加出色。     

基于卷积神经网络的高分辨率遥感影像目标检测方法研究EI北大核心CSCD

高分辨率遥感影像目标检测作为高分对地观测系统中影像信息自动提取及分析理解的重要内容,对高分对地观测系统应用价值的发挥具有重要影响。卷积神经网络作为最热门的深度学习模型,由于其可以根据海量数据和标注自行进行有效图像特征提取和学习,在训练数据充足的情况下,模型具有良好的泛化能力,能够在复杂多变的条件下依然保持良好的稳健性和普适性。因此,基于卷积神经网络的目标检测架构被相继提出,但现有网络架构多是针对自然图像设计的,相对于自然图像,高分辨率遥感影像存在背景更加复杂、目标尺度更小、同类目标尺度变化更大和影像尺寸更大等特点;将这些网络架构直接用于高分辨率遥感影像目标检测会存在网络目标建议框尺度不匹配,待检影像相对于网络输入过大,以及缺乏训练数据等问题。针对上述问题,论文系统性地开展基于卷积神经网络的高分辨遥感影像目标检测方法研究。主要研究内容如下。     

结合轻量双注意力模块的孪生卷积网络变化检测

针对向神经网络模型中引入注意力模块,导致模型复杂度进一步提高的问题,该文提出了结合轻量双注意力模块的孪生卷积网络变化检测方法。通过在孪生卷积网络模型基础上,加入构建的轻量双注意力模块,达到了向模型中引入较少参数量并且提升变化检测性能的效果。在现有的两个公开数据集上,该文算法分别达到了95.2%和98.4%的总体检测精度,优于其他现有方法。     

基于深度学习的农村建筑物遥感影像检测

如何快速高效地从遥感影像中检测农村建筑物对农村地区发展研究有着重要意义。传统的目标检测依赖人工提取特征并不能充分挖掘数据之间的关联,以至于检测精度不高。本文利用建筑物和非建筑物影像在Caffe深度学习框架下对几种卷积神经网络进行训练和测试,改进后的Caffe Net网络结构提高了建筑物训练和测试速度。通过对比两个结构相似的神经网络,发现将池化层置于归一层前能显著提升卷积神经网络在遥感影像检测中的精度。实验结果表明,改进后的Caffe Net性能得到了提升,检测精度达到了95.00%,更适合大量数据的训练和测试。     

U型卷积神经网络的ZY-3影像道路提取方法

针对经典全卷积神经网络在池化和上采样过程中造成图像分辨率不断下降以及对各个像素进行分类时忽略了像素之间的关系,导致提取道路比较模糊和平滑的问题。该文提出一种基于U型卷积网络的ZY-3道路提取方法。首先,参考医学图像分割领域表现突出的U-Net模型,采用对称式网络结构将低级细节信息与高级语义信息相结合,提高道路的初提取精度;其次考虑到卷积神经网络对百万量级的参数优化程度相对不足,采用集成学习的方法,通过变更权重获得若干个模型进行融合,进一步提升了道路提取的精度;最后,通过使用形态学开运算完成孔洞的去除等工作。实验结果表明,该文方法的提取结果在不同实验区域中平均准确度达到了95%以上,显著优于基于经典全卷积网络模型、基于纹理与形状特征提取道路的方法。     

利用残差通道注意力网络的高光谱图像分类

残差网络能够有效地解决卷积神经网络出现的梯度消失问题,应用于高光谱图像分类取得了良好的效果,但简单地堆积残差单元并不能很好地提高模型性能。通道注意力机制能够有区别地处理卷积层输出的特征图,更好地利用对分类有用的特征通道。为了充分利用残差网络及通道注意力机制的特征提取能力,设计适用于高光谱图像分类的残差通道注意力网络。在残差单元中结合卷积层和通道注意力机制,实现对特征通道的重新调整,并在模型中实现局部残差学习和全局残差学习,促进信息传递,增强模型稳定性。实验结果表明,该方法用于Indian Pines数据和University of Pavia数据能够分别取得98.78%和99.22%的分类精度,在有限数量训练样本的情况下,能够达到较高的分类精度。     

基于VGG19卷积神经网络和迁移学习的水稻病害图像分类方法

本文在原有VGG19卷积神经网络的基础上,提出了一种基于迁移学习模型参数的水稻病害图像分类方法。该方法利用ImageNet数据集预训练生成的VGG19卷积神经网络,通过将网络相关参数迁移和调整的方式构建水稻病害图像分类的技术流程。通过对图像的预处理扩充样本数据,针对病害特征利用训练集调整训练参数,并利用验证集进行性能实测优化分类模型,实现水稻病害图像的快速识别分类,最后利用测试集评价分类精度。测试结果表明,该方法能够很好实现水稻病害图像的分类,分类精度达到99%以上。     

高分影像场景分类的半监督深度卷积神经网络学习方法

传统基于深度卷积神经网络的场景分类方法往往需要大量标记样本用于模型的参数训练,在标记训练集数量有限的情况下,学习得到的特征泛化能力降低.针对这一问题,本文提出了高分影像分类的半监督深度卷积神经网络学习方法(3sCNN),采用自学习半监督策略,训练阶段不断增加训练样本:首先,通过有限的标记数据对深度网络进行初步训练;然后,利用经过初步训练的网络对未标记数据进行预测,得到未标记样本的预测标签及其对应的置信度;最后,将具有高置信度的未标记样本作为真实标记数据加入到训练集中,继续对网络进行训练并重复上述过程.为验证算法的有效性,本文在3个常用数据集上进行试验,试验结果证明本文算法可以有效提高有限样本下高分影像场景分类精度.     

基于LDCNN特征提取的多核SVM高分辨率遥感影像场景分类

针对卷积神经网络特征维度高且单层特征不能准确表达复杂高分辨率遥感影像语义信息的问题,本文提出了一种提取低维卷积神经网络（LDCNN）深层次特征进行多核SVM分类的场景分类方法。首先将预训练的卷积神经网络改造成低维网络结构,其次提取低维网络的不同深层特征并进行不同核函数的SVM分类,找到对应的最优核函数;然后将多种最优核函数加权融合成为一个新的合成核;最后进行多核SVM分类。试验表明,本文方法不仅特征维度低,且通过多核SVM能够充分结合各层特征的优点,在两个标准数据集上均取得了99%以上的分类精度。此外,该试验还证明了本文方法具有较强的迁移学习能力。     

改进的HRNet应用于路面裂缝分割与检测

针对利用传统卷积神经网络进行路面裂缝分割时存在准确率低、信息丢失及边缘模糊的问题,本文提出了基于改进HRNet模型的路面裂缝分割算法。模型在原始HRNet的基础上进行改进,主干网络部分采用DUC模块代替双线性插值上采样;下采样改为passthrough layer代替原始卷积;在模型解码部分,进行逐级上采样的同时引入SE-Block,对不同特征层的融合重新标定权重。通过与原始HRNet及传统卷积神经网络U-Net对比可知,本文算法在公共数据与自制数据集上的分割精度表现优秀,F1分值分别达到了91.31%和78.69%,可以很好地满足实际工程的需求。     

改进Mask R-CNN公路病害检测算法

针对公路路面病害与背景像素对比度低导致检测困难的问题,本文提出了改进Mask R-CNN公路病害检测算法(FAC-Mask R-CNN)。首先在ResNet101基础上增加强位置信息浅层特征表达,并融合相邻特征图作为主干网络最终特征输出,同时引入CBAM模块,以减弱目标与背景像素间低对比度的影响;然后采用深度可分离卷积和空洞卷积分别代替主干网络及有效特征层输出过程应用的普通卷积,提升模型计算效率及掩码预测精度。FAC-Mask R-CNN在公路路面病害数据集(RDD)上平均精确率为89.86%,召回率为88.54%,调和均值为90%,相较于Mask R-CNN算法平均精确率提升3.09%。结果表明,FAC-Mask R-CNN能有效完成公路路面病害精细化检测与分割任务。     

改进残差网络及时序气象卫星云图的台风等级分类研究

结合了传统残差网络在数据样本小环境下分支卷积层特征的浪费问题，且考虑台风云图时空关联性强、特征复杂因素，参考日本国立情报学研究所在西北太平洋上空通过数个气象卫星拍摄的8 000多景高分辨率台风云图，编制了适应于残差神经网络的时序台风云图分类训练集和测试集。为满足数据集及台风特征，有效优化了原始残差网络的残差块，并得到了恒等映射残差块。经由增加卷积输出来促进分支通路更好的被利用，保留台风图像时序特性，提高网络性能。实验显示，W-ResNets模型在自建台风数据集上的训练精度达到99.60%,测试精度达到76.19%,相较于浅层卷积神经网络的测试精度高出8.48%,相比于使用传统的残差神经网络提高了2.87%,为进一步验证模型的泛化性能，采用MNIST通用数据集进行网络对比实验，宽残差网络得到98.786%的测试精度，优于传统残差网络。文中的W-ResNets预报模型可在小样本台风数据集推广使用。     

基于多方向自适应感知网络的高光谱遥感图像分类

高光谱遥感能够同步获取目标场景的光谱数据和空间图像,满足对目标物体成分组成和形貌特征的探测需求,已被广泛应用于精准农业、地质勘察、环境监测和生物医学等领域。近几年,得益于优秀的空谱信息表征能力,基于卷积神经网络的高光谱图像分类方法取得了优于传统方法的分类精度。然而,基于一定规则和固定方形窗口的卷积运算无法满足不同对象、不同分布的空谱特征提取需求,当像素位于类别边缘时该模式无法避免其他类别的无关信息,导致类别间的信息扩散以及跨类别像素的误分和错分。针对上述问题,本文提出了一种基于多方向自适应感知的高光谱图像空谱联合分类方法,并通过联合不同邻域范围的空谱上下文信息来改善模型的局部空谱建模能力。具体研究过程如下：首先,将常规卷积网络的全窗口滤波器拆分为不同方向的半窗滤波器,从而设计出侧窗卷积以捕捉具有方向性的空谱特征;然后,在此基础上进一步将不同方向的侧窗滤波核整合到统一的卷积架构中构造空谱分离多方向卷积,并设计方向自适应感知模块,以密集连接构建基于高光谱图像的多方向自适应感知分类网络,赋予模型自适应学习多种空谱结构特征的能力,弥补常规卷积和侧窗卷积只能建模单一方向空谱关系的不足,提升模型对...     

主动学习和卷积神经网络的地图图片识别方法

针对目前互联网中存在有大量地图图片识别精度低、分类模型训练困难等问题,该文提出了一种基于主动学习和卷积神经网络的地图图片识别方法,通过主动学习算法优化地图/非地图图片样本数量及分类结构,可使用少量的训练样本以及人工投入,来获取基于卷积神经网络的高精度地图图片识别模型。结果表明:基于主动学习方法将地图/非地图图片样本类型划分为17类时,地图图片识别精度最高,约为95.01%。本文地图识别方法可有效地推动图像地理信息挖掘、地图审查及地理信息监管等领域的技术进步。