An ensemble deep learning based shoreline segmentation approach (WaterNet) from Landsat 8 OLI images

Shorelines constantly vary due to natural, urbanization and anthropogenic effects such as global warming, population growth, and environmental pollution. Sustainable monitoring of coastal changes is vital in terms of coastal resource management, environmental preservation and planning. Publicly available Landsat 8 OLI (Operational Land Manager) images provide accurate, reliable, temporal and up-to-date information about coastal areas. Recently, the use of machine learning and deep learning algorithms have become widespread. In this study, we used our public Landsat 8 OLI satellite image dataset to create a majority voting method which is an ensemble automatic shoreline segmentation system (WaterNet) to obtain shorelines automatically. For this purpose, different deep learning architectures have been utilized namely as Standard U-Net, Dilated U-Net, Fractal U-Net, FC-DenseNet, and Pix2Pix. Also, we have suggested a novel framework to create labeling data from OpenStreetMap service to create a unique dataset called YTU-WaterNet. According to the results, IoU and F1 scores have been calculated as 99.59% and 99.79% for the WaterNet. The results indicate that the WaterNet method outperforms other methods in terms of shoreline extraction from Landsat 8 OLI satellite images.     

融合邻域色差的PSPNet对遥感影像的分割

传统的遥感影像语义分割利用影像的光谱特性,将具有相似值的像素进行归类,但无法区分具有不同光谱的同一类对象.针对这一问题,提出将邻域的色差信息和原始图像一起输入PSPNet网络中的方法.先将RGB变换到LAB空间,然后采用CIELAB公式计算出每一个像素与周围8个邻域像素的色差值,取平均值作为该像素的邻域色差值.在WHU...     

基于IoU约束的孪生网络目标跟踪方法

基于孪生网络的跟踪方法通过离线训练跟踪模型,不需要对跟踪模型进行在线更新,兼顾了跟踪精度和速度。现有孪生网络目标跟踪方法使用固定阈值选择正负训练样本易造成训练样本漏选问题,且训练时分类分支和回归分支之间存在低相关性问题,不利于训练出高精度的跟踪模型。为此,提出了一种基于交并比(IoU)约束的孪生网络目标跟踪方法。通过使用动态阈值策略根据预定义锚框与目标真实框的相关统计特征,动态调整正负训练样本的界定阈值,提升跟踪精度。所提方法使用IoU质量评估分支代替分类分支,通过锚框与目标真实框之间的IoU反映目标位置,提升跟踪精度,降低模型的参数量。在数据集VOT2016、OTB-100、VOT2019、UAV123上进行了对比实验,所提方法均有较好的表现。在VOT2016数据集上,所提方法的跟踪精度比SiamRPN方法高0.017,期望平均重叠率为0.463,与SiamRPN++相比仅差0.001,实时运行速度可达220帧/s。      

结合多层特征及空间信息蒸馏的医学影像分割

U-Net在医学影像分割领域是目前应用最广泛的分割模型，其“编码-解码”结构也成为了构建医学影像分割模型最常用的结构。尽管U-Net在许多领域实现了非常高的分割准确度，但是存在着计算复杂度高、推理速度慢、运行消耗内存大等问题，导致其难以在移动应用平台部署。为解决这一问题，提出了一种结合多层特征及空间信息蒸馏的医学影像分割方法TinyUnet。该方法使用轻量化的U-Net作为学生网络。考虑到小模型没有足够的学习能力，通过选择合适的蒸馏位置，对多层教师特征图进行蒸馏; 同时加强教师网络深层特征图的边缘，并构建边缘关键点图结构，采用图卷积网络对学生网络进行空间信息蒸馏，从而补充重要的边缘信息和空间信息。实验表明:在3个医学影像数据集上，TinyUnet能够达到U-Net 98.3%~99.7%的分割准确度，但是将U-Net的参数量平均降低了99.6%，运算速度提高了约110倍; 同时，与其他轻量化医学影像分割模型相比，TinyUnet不仅具有较高的分割准确度，而且占用内存更少，运行速度更快。      

改进U-Net网络及在遥感影像道路提取中的应用

高分辨率遥感图像分割在军事、民用等领域具有良好的应用前景,但由于复杂的背景条件以及干扰物的遮挡,导致现有算法无法较好地从遥感影像中提取道路细节信息。研究基于改进U Net网络模型,提出了MDAU-Net（multi dimension attention U-Net）网络结构模型,通过对U-Net网络结构加深至七层结构来提升精细分割道路的能力;并提出了一种多维注意力模块MD-MECA（multi dimension modified efficient channel attention）,将其添加至编码部分的特征传递步骤中,以达到对编码部分的特征传递进行优化的目的;其中利用DropBlock与Batch Normalization解决网络训练过程中出现的过拟合。试验结果表明:改进后算法可以有效提升道路的提取效果,在测试集上的准确率达到了97.04%。     

基于结构化特征的遥感影像道路智能提取方法

遥感影像道路提取是空基平台对地智能理解的重要内容.利用道路网络特有的结构特点,从道路网络结构相似性损失函数和结构化特征算子两个方面,提出了一种结构化特征表示的道路提取方法.首先,针对遥感图像中道路目标占比较小的特点,设计了深度较浅、分辨率较高的编解码网络结构;其次,引入道路网络的结构相似性(SSIM)损失,并提出一种道...     

基于超像素与多尺度残差U-Net相结合的遥感图像飞机检测方法

遥感图像中存在飞机很小、角度和位置不确定且背景复杂等问题,从遥感图像中检测飞机是一项重要且具有挑战性的任务,因此,提出一种基于超像素与多尺度残差U-Net(Multi-scale Residual U-Net,MSRU-Net)相结合的遥感图像飞机检测方法。首先对遥感图像进行超像素预分割,将位置相邻且像素特征相似的像素点组成若干个超像素,保持图像进一步分割的有效特征;然后构建多尺度残差U-Net,学习其多尺度判别特征。与传统的飞机检测方法相比,该方法用少量的超像素代替大量像素表达图像特征,降低了图像分割的复杂度,再利用MSRU-Net分割遥感超像素图像,有效检测不同尺度的飞机图像。在公共飞机遥感图像数据集上实验,结果表明,该方法能够有效的检测遥感图像不同尺度的飞机图像,检测精确率达到91.2 %。     

基于Swin Transformer和多尺度特征融合的红外弱小目标检测方法

红外弱小目标的检测识别是军事侦察和遥感探测领域的一项关键技术。针对现有的传统目标检测方法普遍存在的检测误报率高、环境适应性差等问题,本文设计提出了一种基于Swin Transformer和多尺度特征融合的红外弱小目标检测方法。该方法首先在基于编解码Unet网络架构的基础上,通过引入Swin Transformer的自注意力机制代替常规的卷积核来进行目标特征的分层提取,从而有助于在更大的感受野下挖掘目标在不同尺度下的潜在信息;之后,通过设计一个自底向上的跨层特征融合模块作为网络模型的解码器,可以从复杂背景中保留红外弱小目标特征,并将目标的浅层局部信息和深层语义信息进行充分融合。试验测试结果表明,所提方法在红外小目标公共测试数据集SIRST上能够实现0.747的交并比指标(IoU),以及0.752的归一化交并比指标(nIoU),其性能均优于其它典型方法,在不同复杂场景下均拥有更好的检测效果。     

基于联合正则化策略的人脸表情识别方法

针对目前人脸表情识别大多采用基于深度学习的端到端特征提取及分类方法的现象，提出了一种新的深度模型优化方法。基于ResNet18残差网络架构和正则化思想，提出了联合正则化策略，即将过滤器响应正则化和批量正则化、实例正则化和组正则化、组正则化和批量正则化分别嵌入网络之中，平衡和改善特征数据分布，弥补单一正则化的缺点，提升模型性能。在2个公开数据集FER2013和CK+进行了验证和测试，最高准确率分别达到了73.558%和94.9%，实验结果表明，联合正则化策略提高了基础网络的性能，其表现优于诸多当前较新的人脸表情识别方法。      

基于注意力机制和改进YOLOv3的红外弱小目标检测

红外弱小目标检测技术是红外探测系统的核心技术之一。针对远距离复杂场景下红外弱小目标对比度低、信噪比低和纹理特征稀疏分散导致目标检测率低的问题,提出一种融合注意力机制和改进YOLOv3的红外弱小目标检测算法。首先,在YOLOv3的基础上,用更大尺度的检测头替换最小尺度的检测头,在保证推理速度的基础上有效提升了红外图像中小目标的检测概率。然后,在检测头之前设计了Infrared Attention模块,通过通道间的信息交互,抽取出更加关键重要的信息供网络学习。最后,用完全交并比损失(Complete IoU Loss)替代交并比损失(Intersection over Union Loss)来衡量预测框的检测能力,通过梯度回传实现更好的模型训练。实验结果表明,提出的YOLOv3-DCA能完成多种场景下红外弱小目标的检测任务,且检测准确率、召回率、F1和平均准确率分别达到91.8%、88.8%、93.0%和88.8%,平均准确率比YOLOv3基线提升约7%,与主流的SSD、CenterNet和YOLOv4模型对比平均准确率也取得了目前最优。     

基于注意力机制与特征相关性的人脸表情识别

针对自然条件下人脸表情识别面临遮挡、光照、姿势变化等挑战，存在识别准确率低的问题, 提出了一种新的深度学习网络模型用于人脸表情识别。以ResNet为基础网络，融合了瓶颈注意力机制及全局二阶池化层，其中瓶颈注意力机制专注于表情重要特征的提取，全局二阶池化层度量表情特征之间的相关性，在此基础上通过联合正则化策略，平衡和改善特征数据分布情况，提高表情识别准确率。所提方法在2个公开数据集FER2013和CK+ 进行了测试及验证，最高准确率分别达到了74.227%和95.8%，性能优于诸多现存的主流方法，表明所提模型具有较好的准确性和鲁棒性。      

基于八叉树的简化构型三角片等值面削减算法

采用简化构型的SMC算法相比标准MC算法能够有效减少构成等值面的三角片的数量,但因为其仅是在体元内部的简化,所以不能较好地利用数据集表面局部形态特征。针对这一问题进一步提出OSMC算法。其根据简化构型的特点,首先采用八叉树结构组织体元,然后采用自底向上的合并策略合并节点,最后实现局部区域三角片合并。实验证明:OSMC算法能够实现比SMC算法更多的三角片削减,尤其对于具有较多平坦区域的数据集效果显著,其对公开数据集数据的平均削减率为55.1%,而SMC算法为29.7%,在面对高分辨率的地质数据时其最高削减率达到了80%,平均也超过了50%,同时OSMC算法能够更好地适应数据集分辨率的增长。      

一种轻量化的多目标实时检测模型

为实现公安监控系统内容分析的精准智能及提高服务实战能力，提出一种轻量化的多目标实时检测算法。首先，基于CenterNet检测网络增加了CBNet的多融合阶梯级联结构，有效地解决了主干网络在日常监控中特征提取能力不足的问题；其次，通过模型剪枝压缩网络减少参数量，加快了监控视频分析速度。本文利用部分COCO数据集和自行采集的现场数据进行训练与测试，并与其他主流检测算法（YOLO、Faster-RCNN、SSD等）进行消融实验。实验结果表明:所提模型在公共安全监控中能有效地做到速度与精度的均衡，并具有较强的普适性。      

基于动态语义记忆网络的长尾图像描述生成

图像描述生成任务旨在基于输入图像生成对应的自然语言描述。现有任务数据集中大部分图像的描述语句通常包含少量常见词和大量罕见词，呈现出长尾分布。已有研究专注于提升模型在整个数据集上的描述语句准确性，忽视了对大量罕见词的准确描述，限制了在实际场景中的应用。针对这一问题，提出了基于动态语义记忆网络(DSMN)的长尾图像描述生成模型，旨在保证模型对常见名词准确描述的同时，提升模型对罕见名词的描述效果。DSMN模型能够动态挖掘罕见词与常见词的全局语义关系，实现从常见词到罕见词的语义知识迁移，通过协同考虑全局单词语义关系信息及当前输入图像和已生成单词的局部语义信息提升罕见词的语义特征表示能力和预测性能。为了有效评价长尾图像描述生成方法，基于MS COCO Captioning数据集定义了长尾图像描述生成任务专用测试集Few-COCO。在MS COCO Captioning和Few-COCO数据集上的多个量化实验表明，DSMN模型在Few-COCO数据集上的罕见词描述准确率为0.602 8%，召回率为0.323 4%，F-1值为0.356 7%，相较于基准方法提升明显。      

自适应短文本关键词生成模型

关键词抽取对文本处理影响较大，其识别的准确度及流畅程度是任务的关键。为有效缓解短文本关键词提取过程中词划分不准确、关键词与文本主题不匹配、多语言混合等难题，提出了一种基于图到序列学习模型的自适应短文本关键词生成模型ADGCN。模型采用图神经网络与注意力机制相结合的方式作为对文本信息特征提取的编码框架，针对词的位置特征和语境特征编码，解决了短文本结构不规律和词之间存在关联复杂信息的问题。同时采用了一种线性解码方案，生成了可解释的关键词。在解决问题的过程中，从某社交平台收集并公布了一个标签数据集，其包括社交平台发文文本和话题标签。实验中，从用户需求角度出发对模型结果的相关性、信息量、连贯性进行评估和分析，所提模型不仅可以生成符合短文本主题的关键词，还可以有效缓解数据扰动对模型的影响。所提模型在公开数据集KP20k上仍表现良好，具有较好的可移植性      

Android恶意软件检测低冗余特征选择方法

针对Android恶意软件检测特征选择中,对类间具有相同频率分布的特征过度关注而导致特征冗余问题,提出了一种Android恶意软件检测低冗余特征选择方法。利用Mann-Whitney检验方法选择出存在频率分布偏差的特征;通过外观比率间隔算法量化偏差程度和特征出现频率剔除低偏差和整体软件中低频使用的特征;结合粒子群优化算法和分类器检测效果得到最优特征子集。使用公开数据集DREBIN和AMD进行实验,实验结果显示,在AMD数据集上选择出了294维特征,进行特征选择后6种分类器的检测准确率提高了1%~5%,在DREBIN数据集上选择出了295维特征,少于4种对比方法,且进行特征选择后6种分类器的检测准确率提高了1.7%~5%。实验结果表明,所提方法能够降低Android恶意软件检测中特征的冗余性,提升恶意软件的检测准确率。      

基于空间注意力机制的行人再识别方法

行人再识别是图像检索领域的一个重要部分,但是由于行人姿态各异、背景复杂等因素,导致提取到的行人特征鲁棒性和代表性不强,进而影响行人再识别的精度。在AlignedReID++算法基础上,提出了基于空间注意力机制的行人特征提取方法,应用在行人再识别中取得了很好的效果。首先,在特征提取部分,引入空间注意力机制来增强特征表达,同时抑制可能的噪声;其次,通过在卷积层中引入实例正则化层（IN）来辅助批正则化层（BN）对特征进行归一化处理,解决单一BN层对特征色调变化以及光照变化的不敏感性,提高特征提取对亮度、色调变化的鲁棒性;最后,在Market1501、DukeMTMC和CUHK03 3个行人再识别通用数据集上对所提改进模型进行测试评价。实验结果显示:改进后的模型在3个数据集上识别精度分别提升了2%、2.9%和5.1%,表明改进后的模型相较于改进前的模型,在精度以及鲁棒性上都有显著提高。      

面向电力系统的多粒度隐患检测方法

由于电力系统的安全问题往往会造成严重的经济或社会影响,隐患检测已成为电力系统不可或缺的重要环节。随着人工智能领域的发展,基于深度学习的智能化电力系统隐患检测技术逐渐得到越来越多的关注。但目前的方法大多只是单一地考虑图像的全局特征或局部特征,无法全面彻底表征图像,进而难以捕捉电力领域尤其室外复杂背景下的隐患检测。为此,基于深度学习技术,提出了一种面向电力系统的多粒度隐患检测方法MGNet。通过引入图像的多粒度信息,构建全局和局部网络,进行多粒度级检测;并通过不同粒度级检测结果的协作式融合,增强检测的全面性。在杆塔连接金具隐患和线路通道机械隐患2个数据集上进行了实验比较和分析,对所提模型的检测性能进行评估。通过与现有最优隐患检测基准方法相比,所提方法在2种不同数据集上的平均精度均值分别提升了2.74%和2.77%,验证了模型的有效性。      

基于知识图谱和自动机器学习的软件缺陷预测

不稳定和召回率低效的软件缺陷预测模型难以在行业领域应用,为解决稳定和高效各项性能评价指标的软件缺陷预测模型在工程实践应用的问题,提出了一种基于知识图谱和自动化机器学习的软件缺陷预测方法AutoKGGAS,首先获取软件缺陷预测模型数据,对知识建模、知识获取、知识融合、知识储存与知识计算等知识图谱构建技术研究,实现知识图谱...