兵工学报 ›› 2023, Vol. 44 ›› Issue (8): 2319-2328.doi: 10.12382/bgxb.2022.0412
收稿日期:
2022-05-19
上线日期:
2023-08-30
通讯作者:
基金资助:
LIU Yi, REN Jihuan, WU Xiang*(), BO Yuming
Received:
2022-05-19
Online:
2023-08-30
摘要:
在复杂的陆战环境中,图像分类技术是快速区分装甲车辆目标的一种重要手段。针对现有基于卷积神经网络(CNN)的主流分类算法对于训练样本的数量及质量有较高要求,在新装备装甲车辆图像分类任务中精度不足的问题,提出一种集成了两个基于不同学习策略的CNN的迁移学习方法。一个CNN在图像样本较易获取、数量充足的老式装甲车辆图像数据集上进行预训练,学习局部细节特征;另一个CNN在图像质量较低的新装备装甲车辆的虚拟图像数据集上进行预训练,学习全局特征。对预训练好的CNN均利用数量有限的新装备装甲车辆真实样本按照不同策略微调,提升表征能力。设计基于Optuna超参数优化框架的自学习模型集成机制,可对两个CNN的输出进行自主加权优化,进一步提高算法的分类准确率。实验结果表明,与随机初始化训练的同一模型相比,所提方法在新装备装甲车辆图像分类任务中准确率提高7%,有效缓解了训练样本偏少的问题。
中图分类号:
刘懿, 任济寰, 吴祥, 薄煜明. 基于集成迁移学习的新装备装甲车辆分类[J]. 兵工学报, 2023, 44(8): 2319-2328.
LIU Yi, REN Jihuan, WU Xiang, BO Yuming. Newly Equipped Armored Vehicle Classification Based on Integrated Transfer Learning[J]. Acta Armamentarii, 2023, 44(8): 2319-2328.
模块名 | 输出尺寸 | 构成 |
---|---|---|
卷积模块1 | 56×56 | 7×7×64,3×3 池化 |
残差模块1 | 56×56 | 3×3×64、3×3×64堆叠2次 |
残差模块2 | 28×28 | 3×3×128、3×3×128堆叠2次 |
残差模块3 | 14×14 | 3×3×256、3×3×256堆叠2次 |
残差模块4 | 7×7 | 3×3×512、3×3×512堆叠2次 |
输出层 | 1×1 | 均值池化, 全连接层, SoftMax激活函数 |
表1 ResNet-18网络结构
Table 1 Network structure of the ResNet-18
模块名 | 输出尺寸 | 构成 |
---|---|---|
卷积模块1 | 56×56 | 7×7×64,3×3 池化 |
残差模块1 | 56×56 | 3×3×64、3×3×64堆叠2次 |
残差模块2 | 28×28 | 3×3×128、3×3×128堆叠2次 |
残差模块3 | 14×14 | 3×3×256、3×3×256堆叠2次 |
残差模块4 | 7×7 | 3×3×512、3×3×512堆叠2次 |
输出层 | 1×1 | 均值池化, 全连接层, SoftMax激活函数 |
数据集 | 总样本数 | 训练样本数 | 测试样本数 | 每类样本数 |
---|---|---|---|---|
D1 | 1000 | 800 | 200 | 200 |
D2 | 500 | 300 | 200 | 100 |
250 | 40 | 10 | 50 |
表2 数据集的介绍
Table 2 Introduction to the datasets
数据集 | 总样本数 | 训练样本数 | 测试样本数 | 每类样本数 |
---|---|---|---|---|
D1 | 1000 | 800 | 200 | 200 |
D2 | 500 | 300 | 200 | 100 |
250 | 40 | 10 | 50 |
分类方法 | 测试数据集正确率 | |
---|---|---|
30张D2学习样本 | 60张D2学习样本 | |
HOG+SVM | 54 | 62 |
深度学习 | 60 | 74 |
迁移学习 (D1) | 63 | 74 |
迁移学习 ( ) | 64 | 74 |
本文方法 | 67 | 76.5 |
表3 实验结果
Table 3 Experimental results
分类方法 | 测试数据集正确率 | |
---|---|---|
30张D2学习样本 | 60张D2学习样本 | |
HOG+SVM | 54 | 62 |
深度学习 | 60 | 74 |
迁移学习 (D1) | 63 | 74 |
迁移学习 ( ) | 64 | 74 |
本文方法 | 67 | 76.5 |
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doi: 10.3969/j.issn.1000-1093.2019.09.013 |
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doi: 10.3969/j.issn.1000-1093.2020.08.002 |
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doi: 10.3969/j.issn.1000-1093.2021.12.015 |
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