基于改进快速区域卷积神经网络的视频SAR运动目标检测算法研究

针对传统视频SAR(ViSAR)运动目标检测方法存在的帧间配准难度大、快速运动目标阴影特征不明显、虚警概率高等问题,该文提出一种基于改进快速区域卷积神经网络(Faster R-CNN)的视频SAR运动目标检测方法。该方法结合Faster R-CNN深度学习算法,利用K-means聚类方法对anchor box的长宽及长宽比进行预处理,并采用特征金字塔网络(FPN)架构对视频SAR运动目标的“亮线”特征进行检测。与传统方法相比,该方法具有实现简单、检测概率高、虚警概率低等优势。最后,通过课题组研制的Mini-SAR系统获取的实测视频SAR数据验证了新方法的有效性。

基于快速滤波算法的卷积神经网络加速器设计

为减少卷积神经网络(CNN)的计算量,该文将2维快速滤波算法引入到卷积神经网络,并提出一种在FPGA上实现CNN逐层加速的硬件架构。首先,采用循环变换方法设计行缓存循环控制单元,用于有效地管理不同卷积窗口以及不同层之间的输入特征图数据,并通过标志信号启动卷积计算加速单元来实现逐层加速;其次,设计了基于4并行快速滤波算法的卷积计算加速单元,该单元采用若干小滤波器组成的复杂度较低的并行滤波结构来实现。利用手写数字集MNIST对所设计的CNN加速器电路进行测试,结果表明:在xilinx kintex7平台上,输入时钟为100 MHz时,电路的计算性能达到了20.49 GOPS,识别率为98.68%。可见通过减少CNN的计算量,能够提高电路的计算性能。

基于改进掩码-区域卷积神经网络的混凝土病害实例分割

为对混凝土病害图像进行更精确的实例分割,提出改进掩码-区域卷积神经网络(Mask Region Convolution Neural Network,Mask-RCNN)。该网络采用轻量级的可移动网络(MobileNetV2)代替原始Mask-RCNN中卷积层过大的主干网络——残差网络(ResNet101),加入路径聚合网络(PANet),以提高Mask-RCNN提取浅层特征信息的能力。为验证改进Mask-RCNN的识别精度及其在实际工程中的可行性,首先构建多类混凝土病害图像数据集,利用K-means聚类算法确定最适合该数据集的先验边界框的长宽比,然后对比改进Mask-RCNN与原始Mask-RCNN、其它主流深度学习网络对混凝土五类病害(裂缝、露筋、剥落、白皙和空洞)的识别结果;最后利用无人机采集到的钢筋混凝土桥梁病害图像作为测试集进行测试。结果表明:改进Mask-RCNN在提高计算速度的同时能更准确地定位病害,减少了误检和漏检,识别精度高于原始Mask-RCNN及其它深度学习网络;改进Mask-RCNN可以识别无人机拍摄的未经训练的新的混凝土病害图像,识别精度满足实际工程需求。

基于卷积神经网络快速区域标定的表面缺陷检测

为检测生产线中产品的表面缺陷,提出一种基于卷积神经网络快速区域标定(FasterR-CNN)的缺陷检测方法,用于识别缺陷类型并标记出缺陷位置。预处理阶段提出区域规划方法粗略裁剪出缺陷主体,以避免产生大量冗余窗口,从而提升检测速度和精度。所提算法结合数据扩充方法增加了图像数量,通过划分K折交叉验证数据集改善了算法的鲁棒性;同时,将稀疏滤波思想融入卷积神经网络,提取双重深度特征作为FasterR-CNN的输入,提升了FasterR-CNN位置检测和识别的精度。通过油辣椒灌装生产线的封盖面典型缺陷检测验证了所提方法的可行性。

基于区域的快速卷积神经网络的焊缝TOFD检测缺陷识别

受扫查图像效果和检测人员能力与主观因素的影响,检测人员在使用超声衍射时差法(TOFD)的D扫描图像判断焊缝缺陷类型时,存在可靠性低、争议大、速度慢的问题。为了提高缺陷类型识别的准确性及效率,分析了焊缝缺陷的TOFD-D扫描图像特征,构建了一种基于区域的卷积神经网络(Faster RCNN),对焊缝缺陷D扫描图像中的缺陷类型进行自动识别;在网络训练过程中,提出了采用样本扩展及建议框优化方法以提高网络训练的稳定性及效率。结果表明:缺陷的TOFD-D扫描图像的轮廓与缺陷几何形状密切相关,可用于判断缺陷类型;Faster RCNN网络虽然可能对界面波及噪声造成误判,但对缺陷类型的识别率可达到97%以上,可实现缺陷类型的自动识别,并具有高识别率、鲁棒性和抗干扰能力。

基于生成对抗网络改进的更快速区域卷积神经网络交通标志检测

针对小尺寸、远距离的交通标志检测过程中缺少信息的问题,以改进的更快速区域卷积神经网络(Faster R-CNN)检测器为基础,结合生成对抗网络(GAN)的目标检测算法实现对小目标交通标志的检测。Faster R-CNN首先根据期望目标设定合适的锚点数量,生成包含小目标的候选区域,再使用生成网络对候选区域中的模糊小目标进行上采样,生成高分辨率图像,最后使用分类损失函数与回归损失函数对判别网络进行改进。试验结果表明,Faster R-CNN和生成对抗网络相结合的检测算法可以提高远距离小目标交通标志检测性能。

基于快速区域卷积神经网络的电网通信网入侵威胁预先识别方法

为改善传统电网通信网入侵威胁预测机制存在的若干缺陷,提出了一种基于快速区域卷积神经网络的电网通信网入侵威胁预先识别方法。首先构建快速区域卷积神经网络机制实现电网通信网入侵威胁精准预测;然后构建时间正序下的电网通信网入侵威胁核心要素样本精准预测机制;最后借助电网通信网入侵威胁预测函数输出最优预测结果。对模型进行了工程应用实践验证,满足电网通信网入侵威胁预测智慧化改造需求,大幅度优化了电网通信网入侵威胁预测智慧可控感知机制。

基于卷积神经网络的随机梯度下降算法

为解决卷积神经网络(CNN)中随机梯度下降算法(SGD)的学习率设置不当对SGD算法的影响,提出一种学习率自适应SGD的更新算法,随着迭代的进行该算法使学习率呈现周期性的改变。针对CNN中Relu激活函数将CNN中的阈值为负的神经元丢弃的缺陷,设计选择Leaky Relu作为激活函数的CNN。实验验证了使用该激活函数的有效性,实验结果表明,采用上述学习率更新算法的SGD可以使网络快速收敛,提高了学习正确率;通过将Leaky Relu激活函数和采用上述学习率更新算法的SGD相结合,进一步提高CNN的学习正确率。

基于卷积神经网络的车辆和行人检测算法

针对传统的车辆和行人检测算法在提取特征时鲁棒性较差的问题,提出一种基于深度学习的车辆和行人检测算法。该算法利用更快速的区域卷积神经网络(Faster RCNN)开源框架和Squeezenet网络,通过在线负样本学习(OHEM)算法和可变的非极大值抑制(Soft-NMS)算法来改进算法的检测精度。首先采用Squeezenet网络框架对图片提取特征,然后通过区域提取网络算法(RPN)获取图片中待检测的区域,最后在检测阶段加入OHEM算法对疑难样本进行重新学习和Soft-NMS抑制重叠矩形框,从而得到目标的得分和边界框。结果表明,基于卷积神经网络的车辆和行人检测算法能够获得较好的检测效果。

基于改进区域卷积神经网络的SAR图像船只检测方法

准确地掌握船只目标的位置和分布对海上交通管理、海洋事故救援及海洋环境保护等非常重要。近年来,合成孔径雷达(SAR)广泛应用到海上船只目标探测中。本文提出一种基于深度学习框架的船只检测方法,该方法根据SAR图像中船只目标的特点,对区域卷积神经网络的输入部分及目标候选框提取部分做出了适应性改进,并对训练方法进行了优化。实验表明,本文提出的方法能够在不同分辨率的SAR图像中检测出密集分布、沿岸分布等不同场景下不同大小的船只目标,且检测结果不受旁瓣等噪声的干扰,能够完整地保留船只目标的细节信息,实现整体检测。

基于深度卷积神经网络的糖尿病视网膜病变分期及病灶检测

针对糖尿病视网膜病变(DR)图像分辨率过大、病灶特征过于分散难以获取以及正负难易样本不平衡而导致DR分期精确率一直无法得到有效提高的问题,提出了改进的基于快速区域的卷积神经网络(Faster R-CNN)和子图分割相结合的DR分期方法。首先,使用子图分割解决视盘区域对于病灶识别的干扰问题;其次,在特征提取阶段使用深度残差网络以解决病灶在高分辨率眼底图像中占比小而导致的特征难以获取的问题;最后,在感兴趣区域(ROI)生成时采用在线困难样本挖掘(OHEM)方法解决正负难易样本不平衡的问题。在国际公开数据集EyePACS进行DR分期实验,所提方法在DR病分期中精确率0期达到94.83%,1期达到86.84%,2期达到94.00%,3期达到87.21%,4期达到82.96%。实验结果表明,改进后的Faster R-CNN能对DR图像高效分期并自动标注出病灶。

基于深度卷积神经网络的帧内模式决策

AVS2编码在节省码率的同时,自身的编码复杂度很高。因为AVS2采用了率失真优化(RDO)技术,所以编码树单元(CTU)划分的复杂度占据了AVS2编码复杂度的很大一部分。因此,提议用卷积神经网络(CNN)模型来替代原AVS2编码标准的参考软件RD19.1中编码树划分的过程。首先,将问题归类为分类问题,然后设计了适用于编码块划分的卷积神经网络结构,包括3个卷积层、1个最大池化层和2个全连接层。最后,将训练得到的模型分别应用于64×64和32×32大小的编码块上。实验结果显示,所建议方案比原RD19.1平均节省时间为31.36%,比特率平均增加了2.25%。

基于卷积神经网络的半身裙款式特征分类识别

针对服装特征分类识别不够全面、较多分类特征导致效果较差的问题,提出一种带有Inception v2模组的快速区域卷积神经网络模型的女装半身裙多特征分类识别方法。建立一个包含8类款式、11种颜色、5种图案、4种长度,共计28种类别标签的女装半身裙样本库;以快速区域卷积神经网络(Faster r-cnn)结构为基础,引入一个Inception v2模组,对半身裙的款式及多种特征进行学习训练,通过全连接层将来自Faster r-cnn主干网络和Inception v2的分类信息进行特征融合并共享损失,以提高算法的准确率;将目标检测框与分类结果一起输出,在对半身裙图像精准定位的基础上实现了半身裙款式及常见特征的分类识别。结果表明:该方法的平均分类准确率为92.8%,可以有效地对女装半身裙款式、特征进行分类识别,并且可用于实际场景的服装图片中。

基于卷积神经网络的生产日期识别

为了提高识别效率并减少人工成本,采用深度学习的方法对生产日期图像进行识别。首先对生产日期图像进行预处理,使用水平投影分割算法并提出一种区域最大值分割的方法将图像中的干扰字符去除,只留下数字、字母和汉字字符。然后创建一个由生产日期图像中常包含的数字、英文、汉字字符所组成的可扩展的数据集。最后构建一个卷积神经网络模型并将数据集送入训练以获得较高的识别准确率。经测试基于卷积神经网络的识别方法对生产日期识别的准确率高达98%。

基于改进快速区域卷积网络的目标检测轻量化算法

基于深度学习的目标检测算法已成为合成孔径雷达(SAR)图像目标检测任务的主流。深层网络通常具有大量参数,运行速度不能满足实时要求,难以在资源受限的设备(如移动端)上部署。考虑到对模型实时性和可移植性的要求,对双阶段目标检测算法快速区域卷积神经网络进行轻量化改进,比较不同改进方法对算法速度与精度的影响。结合SAR图像的特点,优化轻量化模型,与单阶段目标检测算法的单脉冲多盒检测网络对比。仿真实验结果表明,改进轻量化模型在保持原有精度水平下,模型占用内存和算法运算量大大减少,可有效满足SAR图像目标检测的实时性要求。

基于改进型卷积神经网络和行特征的文本检测

针对现有的自然场景文本检测算法准确率尚未理想的问题,提出了一种基于改进型卷积神经网络和行特征的文本检测方法.首先,采用增强的最大稳定极值区域(MSER)提取图像的连通分量,并应用剪枝方法来获取孤立的连通区域;其次,应用改进型卷积神经网络(CNN)对非字符区域进行消除,获得候选字符区域;然后,提出基于行特征构建多方向候选文本行的算法,用于检测任意定向和弯曲的场景文本;最后,应用C4.5决策树算法对候选文本行进行分类.该算法在ICDAR2013、ICDAR2015和MSER-TD500数据集上进行实验,实验结果表明,该算法能显著提高自然场景文本检测的准确率和召回率,且适用于任意方向、语言和字体的文本.

基于改进CTPN网络的电气铭牌文本区域检测

针对现有的文本区域检测网络对图像特征提取不充分,导致文本行间距过小或字间距过大的电气铭牌文本区域检测准确率低、误检率高,提出一种融合ResNet的改进CTPN算法用于电气铭牌文本区域检测.该模型在卷积神经网络模块中引入残差连接和并行卷积核操作,提升模型对铭牌图像提取特征的能力.在长短期记忆网络模块采用双向门控单元,降低模型训练难度.经实验验证,改进后的CTPN模型F值(F-measure)明显提升,对铭牌文本区域误检率显著降低.

基于视觉图像与激光点云融合的交通标志快速识别方法

交通标志对车辆交通起到重要作用和意义,而智能交通中交通标志识别由于标志特征提取效果差,导致识别率低、识别时间长,因此,提出一种新的基于视觉图像与激光点云融合的交通标志快速识别方法。采用双边滤波方法预处理原始激光点云数据;通过归一化处理得到视觉图像激光点云融合的目标空间激光点云位置测距数值;通过测距值获取目标图像位置,归一化处理交通标志视觉图像,引入k均值聚类算法二聚类处理图像,采用制作的切割模板切割图像感兴趣区域,提取交通标志图像的深度特征,结合卷积神经网络二次过滤特征,重新标定二次过滤后的特征,最终利用卷积神经网络模型实现交通标志快速识别;经实验对比证明,采用所提方法提取各个类型交通标志特征的提取效果较好,并且识别率达到89.74%,识别时间仅为13.1 s,干扰下识别时间最高仅为15.1 s,验证了该方法可以快速且准确识别各个类型的交通标志。

基于热重启机制的胶囊投影网络快速训练算法

胶囊投影网络是一种新型的深度神经网络结构,将传统的卷积神经网络与胶囊投影结构结合来学习潜在的视觉特征。尽管胶囊投影网络在多个分类数据集上展现出了先进的性能,但是训练该算法模型往往需要较高的学习成本,这对胶囊投影网络在实际问题中的应用带来一定的限制。针对该问题,将基于热重启机制的随机梯度下降算法引入到胶囊投影网络的学习中,提出了一种基于热重启机制的胶囊投影网络快速训练算法,并在多个分类数据集上对该方法进行实验评估。实验结果表明,与原始的胶囊投影网络相比,该方法不仅解决了训练成本高昂的问题,同时所学模型也具有比较好的泛化性能。

基于3D-Winograd的快速卷积算法设计及FPGA实现

近年来,卷积神经网络(CNN)已被计算机视觉任务广泛采用。由于FPGA的高性能、能效和可重新配置性,已被认为是最有前途的CNN硬件加速器,但是受FPGA计算能力、存储资源的限制,基于传统Winograd算法计算三维卷积的FPGA解决方案性能还有提升的空间。首先,研究了适用于三维运算的Winograd算法一维展开过程;然后,通过增加一次性输入特征图和卷积块的维度大小、低比特量化权重和输入数据等方法改善CNN在FPGA上的运行性能。优化思路包括使用移位代替部分除法的方法、分tile方案、二维到三维扩展及低比特量化等4个部分。相对传统的二维Winograd算法,优化算法每个卷积层的时钟周期数减少了7倍左右,相较传统滑窗卷积算法平均每个卷积层减少7倍左右。通过研究,证明了基于一维展开的3D-Winograd算法可以大大减少运算复杂度,并改善在FPGA运行CNN的性能。