Image Compression using Neural Networks and Haar Wavelet
图像编码中的混沌映射优化技术(二)
图像编码是指将图像数据转化为能够被计算机处理和存储的数字形式的过程。
在图像编码中,混沌映射优化技术是一种有效的方法。
混沌映射是指由非线性动力系统产生出的看似随机的序列,具有高度复杂的动态行为。
利用混沌映射优化图像编码可以提高编码效率和图像质量。
混沌映射可以产生无限序列的不重复数值,这些数值可以作为图像编码中的像素值或编码参数。
通过选择合适的混沌映射算法,可以增强图像编码的随机性和不可预测性,从而提高编码的安全性。
混沌映射的优势在于,其具有较好的乱序性、不可重构性和抗攻击性,从而确保图像数据的安全性。
在图像编码中,混沌映射可用于生成密钥序列。
传统的图像编码技术往往使用固定的密钥进行编码,这种方式容易受到攻击和破解。
而利用混沌映射生成的密钥序列具有高度随机性,难以被攻击者猜测和破解,因此可以提高图像编码的安全性。
另外,混沌映射还可以用于优化图像的数据传输和存储。
传统的图像编码技术往往将图像数据均匀地分割成若干块,并对每一块进行编码。
这种方法在一定程度上浪费了存储空间和网络带宽。
而利用混沌映射可以对图像数据进行压缩,减少冗余信息,并通过有损或无损的方式进行编码,从而减小图像数据的体积,提高图像的传输和存储效率。
在图像编码中,混沌映射还可以用于提高编码的效率和图像的质量。
通过选择合适的混沌映射算法,并结合图像的特征进行编码,可以有效地减少编码过程中的计算量和存储空间。
同时,混沌映射具有良好的非线性性质和随机性质,可以增强图像的细节和纹理,提高图像的清晰度和真实感。
总之,图像编码中的混沌映射优化技术是一种有效的方法。
它可以提高图像编码的安全性和效率,减小图像数据的体积,提高图像的传输和存储效率,并增强图像的质量。
因此,在实际的图像编码应用中,可以充分利用混沌映射优化技术,以满足人们对图像编码的需求。
生物医学图像处理
3.
图一 CVANN 模型 它的相关输入信号,权值,阈值和输出信号的是复数.定义神经元 n 的活性 Yn 如下:
这里 Wnm 是连系神经元 n 和神经元 m 的复值(CV)权值.Xm 是来自神经元 m 的 复值输入信号.Vn 是神经元 n 的复值阈值.为得到复值输出信号,将 Yn 写成如下实 部和虚部的形式:
在第一级与第二级使用 CVANN 以实现复制模式识别.
iii.
系统预测性能测量 在这篇论文中,我们用到了一个计算机算法以评估 CVANN 经训练后的分类输出,并检 测包含肺部及肺部边缘区域像素点..分割后的图像的正确分类像素点数可以通过一
下算法来计算:
������������ 和������������ 分别是网络的目标输出与实际输出.最后我们用以下这个公式计算这个方法的 准确度:
其中Tn(������ ) 和On(������ ) 都是复数,分别代表预想输出和实际输出.在 P 模式下,神经元 n 的实际输出值也即(4)的左边代表了实际模式与预想模式之间的误差 .N 代表输 出层的神经元总数.总的 CCVANN 模型就是两个 CVANN 的组合,如图二所显示:
图二
CCVANN 模型
图三图像肺部分离系统框图表示
其中复值反向传播算法用于训练该网络. 当(4)式表示的精确度达到时,训练就停止.在训练过程中用到了 16 副图,之后用剩下的 16 副图测试网络的性能 .计算出来的平均准确率达 99.80%.图四显示了最好准确率下四阶 CWT 和 CCVANN 分离出的图像.
图四有良性肿瘤的肺部图像(a) (B10 号图像) 有恶性肿瘤的肺部图像(b)(M 16 号图像) a 图分离后结果 (c) b 图分离后结果 (d) 为与单 CVANN 系统相比,我们将第一级 CVANN 学习效率,隐藏点数,最大相互影响点数分 别被设为 0.1 , 10 , 10 与[17]相似.第二个 CVANN 的这些参数有实验结果决定.网络结构如 下表一 表一网络结构
信息学院 硕士研究生课程 - 华东师范大学
信息学院 硕士研究生课程电子科学技术系专业名称:通信与信息系统课程编号:S0112020702020 课程名称:现代通信测量仪器课程英文名称:Test Set in Modern Communication学分: 2 总学时:36课程性质:跨专业选修课 适用专业:通信与信息系统、无线电物理教学内容及基本要求:本课程介绍现代通信领域经常使用的测量仪器,讲授这些仪器的设计原理,使用方法,各项主要技术指标的物理含义,及目前最先进的产品现状。
涉及的主要仪器有四大类,包括;1光纤通信测量仪器,主要有光源、光功率计、光时域反射计、光谱分析仪、光纤熔接机等。
2数字通信测试仪器,包括PDH误码测试仪、抖动测试仪、SDH分析仪、逻辑分析仪等。
3通用基础测试仪,包括数字存储示波器、精密LCR测试仪、程控直流电源、数字万用表等。
4微波测量仪器,包括频谱分析仪、网络分析仪、微波信号源、频率计、功率计、噪声系数测试仪等。
考试形式: 考查为主学习本课程的前期课程要求:通信原理、光纤通信、微波通信教材及主要参考书目、文献与资料:填写人:陈德智 审核人:郑正奇--------------------------------------------------------------------- 课程编号:S0112020810001 课程名称:DSP硬件设计方法课程英文名称:DSP’s Design Method学分: 2 周学时 总学时:40课程性质:专业选修课 适用专业:通信与信息系统教学内容及基本要求:教学内容:1、多维DSP信号分析;2、多维DSP系统建模;3、多维DSP系统的优化;4、DSP’s平台;5、DSP’s C编译;6、多维DSP’s实时系统。
基本要求:学生在理解讲课内容的基础上,阅读大量相关论文,从而对基本知识有深入理解和对前沿技术有全面的了解。
考核方式及要求:考试。
学习本课程的前期课程要求:信号处理。
教材及主要参考书目、文献与资料:1.TSM320C54xx Datesheet;2.TSM320C6000 Datesheet。
使用计算机视觉技术进行图像压缩的技巧分享
使用计算机视觉技术进行图像压缩的技巧分享图像压缩是一种将图像数据进行压缩以减少存储空间和传输带宽的技术。
通过压缩图像,我们可以在不明显降低图像质量的情况下减少数据量。
计算机视觉技术在图像压缩中起着至关重要的作用,它可以通过分析和利用图像的特征来提高压缩效率。
本文将分享使用计算机视觉技术进行图像压缩的一些技巧。
1. 无损压缩:无损压缩是指在压缩图像时不会造成图像质量的损失。
计算机视觉技术可以通过图像编码和解码过程中的一些技巧来实现无损压缩。
例如,利用哈夫曼编码可以将频繁出现的像素值表示为较短的编码,从而减少整体的数据量。
2. 有损压缩:有损压缩是指在压缩图像时会有一定程度的图像质量损失。
计算机视觉技术可以通过分析图像的特征和视觉感知模型来实现更高的压缩率。
例如,利用人眼对颜色的辨识能力有限这一特点,可以将一些细微的颜色差异合并为同一颜色,从而减少数据量。
3. 图像分割:图像分割是将图像分割成若干个具有独立含义的区域的过程,它可以用于图像压缩中的对象提取和背景去除。
计算机视觉技术可以通过分析图像的纹理、颜色和形状等特征来实现自动图像分割。
对于对象提取,可以将感兴趣的区域保留下来,而对于背景去除,可以将背景区域进行压缩或直接删除,减少数据量。
4. 图像缩放和重采样:图像缩放和重采样是指调整图像的尺寸大小以适应不同的需求和环境。
计算机视觉技术可以通过采样理论和插值算法等方法来进行图像缩放和重采样。
在图像压缩中,通过将图像缩小到较小的尺寸,然后再进行压缩,可以进一步减少数据量。
5. 图像滤波和降噪:图像滤波和降噪是指去除图像中的噪声和不必要的细节以提高图像质量的过程。
计算机视觉技术可以通过滤波算法和降噪模型来实现图像的局部平滑和细节增强。
在图像压缩中,通过去除不必要的细节和降低图像的噪声,可以进一步减少数据量。
6. 基于深度学习的图像压缩:深度学习在计算机视觉领域取得了巨大的成功。
它可以通过训练神经网络来实现对图像的特征提取和表示学习。
计算机视觉技术中的图像压缩方法
计算机视觉技术中的图像压缩方法图像压缩是计算机视觉技术中的重要技术之一,它能够将图像数据进行编码来减少存储空间和传输带宽需求。
在计算机视觉应用领域,图像压缩方法可以帮助提高图像处理算法的效率,减少资源消耗,并确保图像质量的同时降低存储和传输成本。
本文将介绍几种常见的图像压缩方法。
第一种方法是无损压缩法。
无损压缩法能够将图像数据压缩为一个较小的文件而不会损失任何图像信息。
这种压缩方法通常利用冗余和统计特性进行编码,例如重复模式、空间相关性和频域特性。
常见的无损压缩方法包括Lempel-Ziv-Welch (LZW)算法、无损预测编码(Lossless Predictive Coding)和可变长度编码(Variable Length Coding)等。
LZW算法通过对输入图像的字典建立和更新来实现压缩,将图像中重复的片段编码为索引。
而无损预测编码则通过利用图像中的局部相关性来预测每个像素点的值,然后将预测误差进行压缩编码。
这些无损压缩方法在一些对图像质量要求较高的应用中得到广泛应用,例如医学影像和卫星图像等。
第二种方法是有损压缩法。
有损压缩法通过牺牲一部分图像信息来达到更高的压缩比。
这种压缩方法通常基于人类感知系统对图像信息的敏感性,即人眼对于一些细节的感知不如对整体形状和颜色的感知敏感。
常见的有损压缩方法包括离散余弦变换(Discrete Cosine Transform,DCT)和小波变换(Wavelet Transform)。
DCT将图像分解为频域的小块,然后利用较少的低频系数来近似原始图像。
小波变换则将图像分解为时频领域的小块,提取出不同尺度和方向的特征。
这些有损压缩方法在广播电视、数字摄影和视频通信等领域得到广泛应用,可以显著减小存储和传输开销。
第三种方法是分层压缩法。
分层压缩法是一种将图像数据分为多个层次的压缩方法。
在分层压缩中,图像被分成多个不同的分辨率层次,每个层次可以根据需求进行选择和传输。
数字图像处理_第八章_图像压缩
给出。
c1 h1 h3 h5 h7 c2 h2 h3 h6 h7 c4 h4 h5 h0 h7
如果结果 0 ,解码器只要翻转码字中由奇偶校验字拨出 的比特位的位置(的码),然后以 h3h5h6h7 解码即可。
SNRrms
x 0 y 0 M 1 N 1 x 0
ˆ ( x, y ) 2 f
2
ˆ ( x , y ) f ( x, y ) f y 0
主观:典型观察者+典型图像
数字图像处理
Chapter 8 Image Compression
8.1 基础 8.1.4 保真度准则 表8.3为绝对等级。 可以并排对比,非常恶劣……非常好
a j P(a j )
j 1
J
P(a j ) 1
用(A,Z)描述信源。 aj kP(a j ) 如果产生k个信源符号,据大数定理, 将平均被输出 次,则根据k输出得到的平均自信息: kP(a1 ) log P(a1 ) kP(aJ ) log P(aJ )
P(a j ) log P(a j ) 每个信源输出的平均信息:k j 1
数字图像处理
Chapter 8 Image Compression
8.2 图像压缩模型 8.2 图像压缩模型。 常用图像压缩系统模型。
数字图像处理
Chapter 8 Image Compression
8.2 图像压缩模型 8.2.1 信源编码器和信源解码器 信源解码器
图中信源编码目的是消除输入冗余,信道编码是 增强信源编码器抗噪性。
遥感图像场景分类综述
人工智能及识别技术本栏目责任编辑:唐一东遥感图像场景分类综述钱园园,刘进锋*(宁夏大学信息工程学院,宁夏银川750021)摘要:随着科技的进步,遥感图像场景的应用需求逐渐增大,广泛应用于城市监管、资源的勘探以及自然灾害检测等领域中。
作为一种备受关注的基础图像处理手段,近年来众多学者提出各种方法对遥感图像的场景进行分类。
根据遥感场景分类时有无标签参与,本文从监督分类、无监督分类以及半监督分类这三个方面对近年来的研究方法进行介绍。
然后结合遥感图像的特征,分析这三种方法的优缺点,对比它们之间的差异及其在数据集上的性能表现。
最后,对遥感图像场景分类方法面临的问题和挑战进行总结和展望。
关键词:遥感图像场景分类;监督分类;无监督分类;半监督分类中图分类号:TP391文献标识码:A文章编号:1009-3044(2021)15-0187-00开放科学(资源服务)标识码(OSID ):Summary of Remote Sensing Image Scene Classification QIAN Yuan-yuan ,LIU Jin-feng *(School of Information Engineering,Ningxia University,Yinchuan 750021,China)Abstract:With the progress of science and technology,the application demand of remote sensing image scene increases gradually,which is widely used in urban supervision,resource exploration,natural disaster detection and other fields.As a basic image pro⁃cessing method,many scholars have proposed various methods to classify the scene of remote sensing image in recent years.This pa⁃per introduces the research methods in recent years from the three aspects of supervised classification,unsupervised classification and semi-supervised classification.Then,combined with the features of remote sensing images,the advantages and disadvantages of these three methods are analyzed,and the differences between them and their performance performance in the data set are com⁃pared.Finally,the problems and challenges of remote sensing image scene classification are summarized and prospected.Key words:remote sensing image scene classification;Unsupervised classification;Supervise classification;Semi-supervised clas⁃sification遥感图像场景分类,就是通过某种算法对输入的遥感场景图像进行分类,并且判断某幅图像属于哪种类别。
面向图像篡改检测的双流卷积注意力网络
第13卷㊀第11期Vol.13No.11㊀㊀智㊀能㊀计㊀算㊀机㊀与㊀应㊀用IntelligentComputerandApplications㊀㊀2023年11月㊀Nov.2023㊀㊀㊀㊀㊀㊀文章编号:2095-2163(2023)11-0014-08中图分类号:TP391.41㊀文献标志码:A面向图像篡改检测的双流卷积注意力网络孙㊀冉,张玉金,张立军,郭㊀静(上海工程技术大学电子电气工程学院,上海201620)摘㊀要:拼接和复制-粘贴是最常见的两种图像篡改手段,伪造区域的定位是图像取证领域最具挑战性的科学问题㊂针对该问题,提出了一种双流卷积注意力网络,以检测出可疑图像的伪造区域㊂双流卷积注意力网络分别考虑不同通道间像素的重要性和同一通道不同位置像素的重要性可以学习更丰富的特征,以提高检测准确度㊂第一支流为RGB流,从RGB图片中提取边缘异常㊁颜色反差等特征;另一支流为噪声流,捕捉真实区域和伪造区域之间的不一致噪声信息㊂双流网络提取到的特征信息在双线性池化层进行特征融合,在softmax层输出篡改检测结果㊂实验结果表明,本文方法在公共数据集上表现优于现有方法,并且对JPEG压缩具有较好的鲁棒性㊂关键词:图像篡改;注意力机制;双流网络;双线性池化;图像篡改检测Imageforgerydetectionbasedontwo-streamcascadedattentionnetworkSUNRan,ZHANGYujin,ZHANGLijun,GUOJing(SchoolofElectronicandElectricalEngineering,ShanghaiUniversityofEngineeringScience,Shanghai201620,China)Abstract:Copy-moveandsplicingarethetwomostcommonimagetamperingmethods.Thelocationoftheforgedareaisthemostchallengingprobleminthefieldofimageforensics.Thepaperproposesatwo-streamcascadedattentionnetworktodetecttheforgeryareaofagiventamperedimage.Byconsideringtheimportanceofpixelsbetweendifferentchannelsandtheimportanceofpixelsatdifferentpositionsinthesamechannel,two-streamcascadedattentionnetworkcanlearnmorefeaturestoimprovedetectionaccuracy.OneofthetwostreamsisanRGBstream,whichextractsfeaturessuchasedgeabnormalitiesandcolorcontrastfromtheRGBimage;theotherbranchisthenoisestream,whichcapturestheinconsistentnoiseinformationbetweentherealareaandthefakearea.Thefeatureinformationextractedbythetwo-streamnetworkisfusedinthebilinearpoolinglayer,andthetamperingdetectionresultisoutputinthesoftmaxlayer.ExperimentalresultsdemonstratethattheproposedmethodperformsbetteroncommondatasetsandisrobusttoJPEGcompression.Keywords:imagetamper;attentionmechanism;two-streamnetwork;bilinearpooling;imagetamperingdetection基金项目:上海市自然科学基金项目(17ZR1411900);上海市信息安全综合管理技术研究重点实验室项目(AGK2015006)㊂作者简介:孙㊀冉(1996-),男,硕士研究生,主要研究方向:图像处理;张立军(1974-),男,博士,讲师,主要研究方向:图像处理㊁计算机视觉;郭㊀静(1996-),女,硕士研究生,主要研究方向:图像处理㊁计算机视觉㊂通讯作者:张玉金(1982-),男,博士,副教授,硕士生导师,主要研究方向:多媒体取证㊁图像处理㊁模式识别㊂Email:yjzhang@sues.edu.cn收稿日期:2022-11-090㊀引㊀言随着图像编辑技术的发展,图像篡改成为了低成本的操作,不同的人群篡改图片的目的不同,但都会使图像内容的真实性得不到保障㊂已有的研究工作表明,图像篡改类型主要包括:复制-粘贴篡改[1]㊁拼接篡改[2]和修复篡改[3]㊂其中,复制-粘贴篡改是指在同一幅图像上,把某一部分区域复制后粘贴到该图像的另一个位置,从而达到以假乱真的目的;拼接篡改是指将一幅图像的某个部分复制下来粘贴到其他图像中以合成一幅伪造图像;修复篡改是指基于图像原有信息还原缺失部分或移除原图某一区域㊂目前,主流的图像篡改检测方法可以分为主动检测和被动检测(盲检测)[4],二者的主要区别在于是否在图像中预先嵌入附加信息,如数字水印等㊂图像拼接使用的源图像一般来自两幅或多幅不同图片,人们在对图像进行篡改时,往往只关注RGB域的逼真程度,而忽略图像噪声域的统计特性变化㊂图像噪声是指存在于图像数据中的干扰信息,图像成像过程中,CCD和CMOS传感器采集数据时一般会受到传感器材料属性㊁工作环境和电路结构等影响而引入各种噪声[5]㊂由于拼接篡改使用的图像通常来源于不同成像设备,而这些设备的噪声分布往往具有一定的差异,因此,噪声的不一致性对图像拼接篡改的分析与鉴定具有较好的辅助作用㊂2012年,以Alex-Net[6]为代表的卷积神经网络(ConvolutionalNeuralNetwork,CNN)在特征提取方面表现优异,随后一些学者开始使用深度学习技术来解决图像篡改检测问题㊂Yuan等学者[7]首次将卷积神经网络用于数字图像篡改检测,该方法从RGB彩色图像自动学习特征层次表示,并采用特征融合技术得到最终判别特征㊂Johnson等学者[8]提出了全卷积网络并应用于语义分割任务,实现了像素级别的分类㊂Salloum等学者[9]对此网络结构稍作修改,提出一种基于边缘强化的多任务图像被动取证框架用于像素级别的篡改区域分割,该算法采用VGG16网络提取图像篡改特征,并利用篡改区域掩码对篡改区域进行修正㊂Bondi等学者[10]结合图像成像设备属性的特点,提出利用相机指纹进行图像篡改检测和定位,该算法采用神经网络从图像块中提取相机模型特征,对拼接篡改具有良好的检测效果,但不适用于复制-粘贴的篡改类型㊂Bappy等学者[11]采用了一个混合的CNN-LSTM模型来捕捉篡改区域和非篡改区域之间的区分特征,LSTM(LongShortTermMemory)[12]是长短期记忆模型,能够记录图像上下文信息,并将LSTM和CNN中的卷积层相结合来理解篡改区域和相邻非篡改区域共享边界上像素间的空间结构差异㊂Zhou等学者[13]基于FasterR-CNN网络[14]提出一种双流网络,并对其进行端到端的训练,以检测可疑的篡改区域㊂在上述双流网络中,RGB流能够有效地反映图像篡改特性,噪声流则能更好地体现不同设备源图像进行拼接后的差异,故RGB流和噪声流对于图像篡改检测具有一定的互补性,但由于FasterR-CNN最优性能的限制,该网络仍存在提升空间㊂因此,本文在前人工作基础上改进了卷积注意力机制(ConvolutionalBlockAttentionModule,CBAM)[15]加入到特征提取网络,并在RPN模块引入Soft-NMS算法[16],构建了一种面向图像篡改检测的双流卷积注意力网络㊂改进的卷积注意力机制可有效抑制图片中冗余信息,达到对有效信息的专注检测,Soft-NMS算法可以有效地降低漏检概率㊂本文所提的双流网络可以学习更丰富的图像特征,以提高图像篡改检测准确度㊂1㊀网络总体框架本文所提双流卷积注意力网络的整体流程如图1所示㊂RGB流将原图输入网络中,通过加入改进卷积注意力机制的特征提取网络从RGB图像中提取特征,捕捉RGB域中的边缘异常㊁颜色反差等篡改痕迹;噪声流首先利用SRM模型[17]提取噪声信息,再通过特征提取网络分析图像真实区域和被篡改区域噪声间的不一致性;最后,将2个支流中提取到的特征信息在双线性池化层[18]融合得到最终的特征图,送入最后的全连接层进行分类和位置精修㊂预测边框R G B 域感兴趣特征区域推荐层注意力卷积层输入图像S R M滤波注意力卷积层噪声特征感兴趣区域池化层噪声域感兴趣特征分类结果双线性池化图1㊀网络整体框架Fig.1㊀Theframeworkofthenetwork1.1㊀改进的卷积注意力模块注意力机制是提升网络性能的一种方式,在传统的卷积池化过程中,默认特征图的每个通道的重要性是相同的,而实际并非如此,SEblock[19]即是为了解决该问题而研发的㊂一个SE模块分为压缩(Squeeze)和激发(Excitation)两个步骤,通过对前一51第11期孙冉,等:面向图像篡改检测的双流卷积注意力网络个卷积层输出的特征图进行全局平均池化操作得到1∗1∗C的压缩特征量,再经过2个全连接层,先对特征压缩量进行降维㊁再升维,增加了更多的非线性处理,更好地拟合通道之间复杂的相关性㊂最后与原始的特征图进行矩阵的对应元素相乘得到不同通道权重的特征图㊂CBAM是轻量级的卷积注意力模型,是对SEblock的一种改进,由通道注意力机制和空间注意力机制级联而成,CBAM对特征图进行操作,使提取到的特征更加精炼㊂其中,通道注意力和SEblock类似,只是多了一个并行的全局最大池化的操作,研究认为不同的池化意味着提取到的高层次特征更丰富㊂图2展示了通道注意力的过程㊂输入特征通道注意力全连接层均值池化最大池化图2㊀通道注意力Fig.2㊀Channelattention㊀㊀空间注意力关注的是同一通道间不同位置像素的重要性,该模块的输入是上一个通道注意力的输出㊂图3为空间注意力过程㊂特征图卷积空间注意力均值池化最大池化图3㊀空间注意力Fig.3㊀Spatialattention㊀㊀文献[20]中实验表明,SEblock中的2个全连接层中的降维操作会给通道注意力预测带来副作用,并且所捕获到通道之间的依存关系效率不高,研究提出一种有效的通道注意力机制(EfficientChannelAttention,ECA)模块,在不降维的情况下进行逐通道全局平均池化后,考虑每个通道及其k个近邻来捕获本地跨通道交互㊂受这种做法的启发,本文给出了改进的CBAM注意力模型(ImprovedCBAM,ICBAM),将2个全连接层换成大小为k的快速一维卷积生成权值,k值的大小通过学习自适应确定,结构如图4所示㊂整个过程可以用公式(1)表示:Fᶄ=Mc(F) FFᵡ=Ms(Fᶄ) Fᶄ(1)㊀㊀其中,F为输入特征;Mc为通道注意力特征;Ms为空间注意力特征; 表示逐项元素相乘㊂通道注意力空间注意力图4㊀改进的卷积注意力模块Fig.4㊀AdvancedCBAMblock㊀㊀在通道注意力模块,输入特征F经过并行的平均池化和最大池化得到2个通道描述子,分别通过卷积核大小为k的一维卷积计算权重,将得到的特征元素逐项求和,经由sigmoid函数得到权重系数Mc,和输入特征F相乘得到新的特征㊂见式(2):Mc(F)=σ(Ek(AvgPool(F))+Ek(MaxPool(F)))(2)㊀㊀其中,σ表示激活函数,Ek表示一维卷积后的权重㊂在空间注意力模块,输入是上一个通道注意力的输出,把带权重的通道特征送入2个大小为列通道维度的池化(最大池化和平均池化)得到H∗W∗2大小的特征图,对该特征图进行卷积操作和sigmoid激活之后,和该模块带权重的输入对应元素相乘得到最后的结果㊂研究推得的计算公式为:Ms(F)=σ(f7∗7([AvgPool(F),MaxPool(F)]))=σ(f7∗7([FavgS;FmaxS]))(3)其中,σ表示激活函数,f7∗7表示7∗7卷积操作㊂本文采用通道注意力机制在前㊁空间注意力机制在后的级联形式,将卷积注意力机制加到ResNet[21]第一个卷积层和最后一个卷积层之后㊂ResBlock+ICBAM结构如图5所示㊂激活函数激活函数通道注意力空间注意力快捷路径激活函数图5㊀Resblock+ICBAM结构Fig.5㊀ResblockwithICBAM61智㊀能㊀计㊀算㊀机㊀与㊀应㊀用㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀第13卷㊀1.2㊀FasterR-CNNFasterR-CNN是一种两阶段目标检测算法,在目标检测领域取得优异成绩,该算法主要由4个部分组成:特征提取网络㊁区域推荐网络(RegionProposalNetwork,RPN)㊁RoI(RegionofInterest)池化层㊁分类和回归㊂其中,特征提取网络提取图像的特征图送到RPN,RPN用于生成多个建议框,RoI池化层综合特征图和RPN的建议框信息送入全连接层和softmax层进行分类,同时进行boundingbox回归得到最终预测的目标位置㊂结构流程如图6所示㊂分类器感兴趣区域区域推荐层卷积层输入图像图6㊀FasterR-CNN流程Fig.6㊀TheprocessofFasterR-CNN1.3㊀RGB流RGB流是一个基础FasterR-CNN网络,在特征提取模块,采用带卷积注意力机制的ResNet网络学习RGB图像中篡改的特征㊂RGB流中的RPN(regionproposalnetwork)模块用来推荐可能存在篡改的区域,这一层使用softmax层分类器判断建议框是正㊁还是负,RPN模块的损失函数如下:LRPN(gi,fi)=1NclsðiLcls(gi,g∗i)+λ1Nregðig∗iLreg(fi,f∗i)(4)其中,gi表示候选框i可能被篡改的概率;g∗i表示候选框i为正样本标签;fi和f∗i是候选框的四维标签;Lcls表示RPN网络的交叉熵损失;Lreg表示建议边框的L1回归损失;Ncls表示RPN网络中批量的大小;Nreg表示建议边框的数量;λ表示用于平衡2个损失的超参数,本文选取λ=10㊂1.4㊀噪声流RGB流对篡改图像进行检测和定位精度和准确度有限,尤其是当篡改图像经过一些后处理操作㊁如滤波等,导致拼接区域的边缘不一致信息被隐藏,因此需要引入噪声流辅助检测和定位㊂噪声流的设计是为了更关注噪声而不是图像的语义信息,富隐写分析模型(SteganalysisRichModel,SRM)在图像隐写任务中表现优异,该模型主要从相邻像素中提取局部噪声㊂本文同样使用SRM模型来提取噪声输入到噪声流㊂在SRM的30个基础滤波器中,只使用3个滤波器也可以达到与30个滤波器近似的效果,另外的27个滤波器对噪声提取效果并没有明显的提升,因此本文采用3个滤波器,滤波器的权重如图7所示㊂14000000-12-1002-4200-12-1000000éëêêêêêùûúúúúú㊀112-12-2212-68-62-28-128-1-2-68-62-12-22-1éëêêêêêùûúúúúú12000000000001-2100000000000éëêêêêêùûúúúúú图7㊀SRM滤波器Fig.7㊀SRMfilter㊀㊀本文将提取出来的噪声特征直接输入到噪声流,噪声流的网络也采用FasterR-CNN,并且和RGB流共用RoI池化层的权重㊂1.5㊀双线性池化图像分别经过RGB流和噪声流的特征提取网络后,需要将2个特征图融合后再进行篡改的检测和定位操作㊂双线性池化主要用于特征融合,对于从同一个样本提取出来的特征X和特征Y,将2个特征相乘得到矩阵b,对所有位置进行求和池化操作得到矩阵ξ,最后把矩阵ξ张成一个张量,记为双线性向量x,对x进行归一化操作之后,就得到融合后的特征㊂为了加速计算和节省内存,本文采用文献[22]提出的紧凑双线性池化㊂池化层之后的输出是:x=fTRGBfN(5)㊀㊀其中,fRGB是RGB流的RoI特征,fN是噪声流的RoI特征㊂1.6㊀Soft-NMS算法非极大值抑制算法[23](Non-maximumsuppression,NMS)是目标检测框架中的重要组成部分,主要用于去除冗余的建议框,找到最佳的目标检测位置㊂具体做法是将RPN推荐的建议框按照置信度得分排序,将得分最高的建议框作为候选框,删除与该框重叠面积比例大于设定阈值的其他建议框㊂为了解决在预设的重叠阈值之内篡改区域检测不到的问题,本文采用Soft-NMS[16]算法,该算法改良了传统NMS算法,对非最大得分的建议框检测分数进行衰减,降低了目标区域被漏检的概率㊂传统的NMS的分数重置函数如下:71第11期孙冉,等:面向图像篡改检测的双流卷积注意力网络si=si,㊀iou(M,bi)<Nt0,㊀iou(M,bi)ȡNt{(6)㊀㊀其中,si表示置信度分数;M表示当前得分最高的候选框;bi表示建议框;iou(IntersectionoverUnion)表示交并比;Nt表示iou阈值㊂在Soft-NMS算法中,建议框bi与候选框M重叠区域比例越大,出现漏检的可能性就越高,相应的分数衰减应该更严重,于是Soft-NMS中的分数衰减函数设计如下:㊀si=si,㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀iou(M,bi)<Ntsi(1-iou(M,bi)),㊀iou(M,bi)ȡNt{(7)当2个建议框的iou大于设定的阈值时,si的值就会相应减小,降低了因彻底移除而造成漏检的概率,从而达到检测精度的提升㊂1.7㊀损失函数图像经过特征提取网络的全连接层和softmax层之后得到了RoI区域,还需要对这些RoI区域做分类和边框回归㊂总的损失函数如下:Ltotal=LRPN+Ltamper(fRGB,fN)+Lbbox(fRGB)(8)其中,Ltotal表示总损失;LRPN表示RPN网络中的RPN损失;Ltamper表示基于双线性池化特征的交叉熵分类损失;Lbbox表示boundingbox回归损失;fRGB和fN是来自RGB和噪声流的RoI特征㊂网络的训练是端到端的,输入的图像和提取的噪声特征的宽度调整为600像素㊂2个支流RoI池化后的特征维度均为7∗7∗1024㊂双线性池化之后的特征尺寸为16384㊂训练过程中RPN推荐的batchsize是64,测试时设为300㊂算法一共训练110000次,初始学习率设置为0.001,从第40000步开始减小为0.0001,Soft-NMS的阈值设为0.2㊂2㊀实验结果和分析为了验证双流卷积注意力网络算法的有效性,本文在CASIA[24-25]㊁COVER[26]和Columbia[27]三个主流图像数据集上评估算法的性能㊂CASIA数据集提供了多种物体的拼接和复制-粘贴操作,该数据集有CASIA1.0和CASIA2.0两个版本,其中CASIA1.0包含800张真实图像和921张篡改图像,CASIA2.0包含7491张真实图像和5123张篡改图像㊂COVER数据集是较小的复制-粘贴数据集,包含真实图像和篡改图像各100张㊂Columbia数据集是未压缩的拼接数据集,包含180张拼接篡改图像,183张真实图像㊂由于现有标准数据集的图片数量仍然较少,尚不能满足深度学习的训练过程,因此,本文在文献[13]合成的数据集进行预训练,Zhou等学者在COCO数据集[28]中复制图像内容后粘贴到其他图像上,复制的依据是图像的分割标注信息,真实图像和篡改图像各42000张㊂2.1㊀评价指标本文使用F1分数和AUC值来评估所提出的双流卷积注意力网络的性能㊂F1分数是将精确率(P)和召回率(R)结合的一种度量,精确率是指正确分类的正样本个数占分类器判定为正样本的样本个数的比例,见式(9):P=TPTP+FP(9)㊀㊀召回率指分类正确的正样本个数占真正的正样本个数的比例,见式(10):R=TPTP+FN(10)㊀㊀F1分数是精确率和召回率的调和平均值,见式(11):F1=2P∗RP+R=2TP2∗TP+FP+FN()(11)㊀㊀其中,TP为正确检测到的篡改像素数,FP为错误检测到的篡改像素数,FN为错误检测到的未篡改像素数㊂F1分数越高,说明模型越稳健㊂AUC值是ROC曲线下的面积值,AUC值的大小反映模型泛化能力,AUC值越大,模型泛化能力越强㊂2.2㊀网络预训练本文将合成数据集的90%用来预训练,余下的用来测试㊂训练的过程是端到端的,特征提取网络分别对比使用了CBAM-ResNet101和改进的CBAM-ResNet101㊂本文对比了文献[13]的预训练结果,见表1,这里使用平均精度(AveragePrecision,AP)进行评估,结果表明精度有了明显提升㊂预训练之后,网络需要在公共数据集上做进一步训练,表2给出了训练集和测试集的划分㊂表1㊀合成数据集平均精度比较Tab.1㊀Comparisonoftheaverageaccuracyofsyntheticdatasets方法APRGBNet0.445NoiseNet0.461RGB-N0.627RGB-N+CBAM0.685Proposed0.714㊀㊀表1中,RGBNet是一个单独的RGB网络,81智㊀能㊀计㊀算㊀机㊀与㊀应㊀用㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀第13卷㊀NoiseNet是单独的噪声流网络,RGB-N是双流网络,RGB-N+CBAM为加入卷积注意力的算法,最后一行为是本文改进的算法㊂由表1中数据可知,单一的RGB流或噪声流提取的信息有限,双流网络综合RGB流和噪声流的特征信息后,平均精度有了明显提升㊂在双流网络中引入卷积注意力机制后,提取到的特征图包含更丰富的篡改特征信息,经过Soft-NMS算法降低漏检的概率后,平均精度有所提高㊂改进的注意力机制避免了降维带来的副作用,更有效地利用了不同通道间的依赖关系,进一步提升了网络的特征提取能力㊂表2㊀训练集和测试集的划分Tab.2㊀ThedivisionoftrainingandtestingsetsStep/DatasetCASIAColumbiaCOVERTraining5123-75Testing921180252.3㊀结果对比现有图像篡改取证方法分为传统算法和基于深度学习的算法,本文与以下方法进行对比分析㊂(1)ELA[29]:识别图像中处于不同压缩因子的区域的算法㊂对于JPEG图像,整个图像应处于大致相同水平,如果某个区域压缩因子明显不同,则表示可能被篡改㊂(2)CFA1[30]:基于CFA模型的评估算法㊂利用相邻像素来估算彩色滤波器阵列并推理出篡改区域㊂(3)MFCN[9]:基于边缘强化的多任务图像被动取证框架㊂(4)RGB-N[13]:融合噪声信息的双流神经网络算法㊂(5)RGB+ELA[31]:基于双流FasterR-CNN的像素级图像拼接篡改定位算法㊂本文采用F1分数和AUC值对比上述5种算法,结果见表3㊁表4㊂表3㊁表4的数据表明,基于深度学习的算法优于传统特征提取算法,原因是ELA和CFA1算法都只关注单一篡改特征,并且不能包含全部篡改信息㊂在深度学习算法中,本文所提算法表现优于MFCN,在CASIA和COVER数据集表现优于RGB-N㊂MFCN性能较差的原因是采用小尺寸卷积核和上采样操作导致底层特征损失,因此对小区域篡改不敏感㊂RGB-N采用大小不同的锚框(anchor)进行定位,较小区域的篡改也可以被检测到,本文在特征提取模块引入改进的CBAM注意力机制,并在预测时采用Soft-NMS降低漏检概率,检测结果在3个数据集上都有所提升㊂文献[31]通过将SRM滤波器替换为错误等级分析算法使提取到的噪声信息包含更多篡改信息,并添加一个预测分支做到了像素级分类㊂相比文献[31],本文算法在Columbia数据集上略优,由于CASIA数据集拼接区域较为复杂,并且错误等级分析对篡改特征的提取效果优于SRM,故本文算法性能略低于文献[31]算法㊂因为COVER数据集是复制粘贴数据集,所以来自噪声流提供的特征信息几乎失效,因此在该数据集表现较差㊂表3㊀3个公共数据集F1分数对比Tab.3㊀ComparisonofF1scoresfromthreepublicdatasetsMethod/DatasetColumbiaCOVERCASIAELA[29]0.4700.2220.214CFA1[30]0.4670.1900.207MFCN[9]0.6120.541RGB-N[13]0.6970.4370.408RGB+ELA[31]0.745-0.665RGB-N+CBAM0.7260.4550.561本文算法0.7630.4800.633表4㊀3个公共数据集AUC值对比Tab.4㊀ComparisonofAUCvaluesforthreepublicdatasetsMethod/DatasetColumbiaCOVERCASIAELA[29]0.5810.5830.613CFA1[30]0.7200.4850.522MFCN[9]---RGB-N[13]0.8580.8170.795RGB+ELA[31]---RGB-N+CBAM0.8710.8320.801本文算法0.9050.8560.8182.4㊀检测结果分析本文算法篡改检测定位效果如图8所示㊂图8中,(a)表示拼接篡改图像,(b)表示ground-truth,(c)表示文献[31]算法检测定位结果,(d)表示RGB-N+CBAM定位结果,(e)表示RGB-N+ICBAM定位结果㊂图像均来自于CASIA1.0数据集㊂可视化结果显示,对于拼接边缘较为简单且篡改部分相对较小的区域如第3列和第6列,文献[31]所提算法和本文算法都能给出较为精确的定位结果,而对于拼接边缘较为复杂㊁且篡改部分相对较大的区域,文献[13]给出的可视化结果表现欠佳,也会存在未检测到的区域和检测错误的区域,本文算法则给出了篡改区域的矩形范围㊂改进后的注意力通过有效的通道注意力使提取到的篡改痕迹更加丰富,体现在可视化结果中表现为定位的矩形区域更加接近GroundTruth㊂91第11期孙冉,等:面向图像篡改检测的双流卷积注意力网络(a)拼接篡改图像(b)g r o u n d t r u t h(c)文献[13]算法(d)R G B-N+C B A M(e)本文算法图8㊀拼接篡改定位可视化Fig.8㊀Visualizationofimagesplicingdetection2.5㊀鲁棒性分析为了验证本文算法的鲁棒性,在CASIA1.0数据库上利用质量因子QF=70和QF=50对图像进行JPEG压缩,表5给出了本文算法㊁文献[13]和文献[31]所提算法的F1分数对比㊂结果显示,在QF=70时,RGB-N性能下降了23.0%,文献[31]所提算法性能下降了27.9%,在QF=50时,RGB-N性能下降了26.3%,文献[31]所提算法性能下降了31.7%,而本文所提算法通过在通道和空间维度对篡改痕迹进行更有效的特征提取,在QF=70和QF=50的情况下对比未压缩时分别下降17.7%和25.6%㊂从表5中可以进一步看出,除了在未压缩时F1分数略低于文献[31]的算法,本文所提算法在2种不同的质量因子情况下性能均优于现有算法,说明本文算法能够更好地抵抗JPEG压缩攻击㊂表5㊀不同压缩因子下算法的F1分数Tab.5㊀TheF1scoreofthealgorithmunderdifferentcompressionfactorsMethodQF1007050RGB-N[13]0.4080.3550.301RGB+ELA[31]0.6650.4790.453本文算法0.6330.5210.4713㊀结束语本文提出了一种双流卷积注意力网络对图像篡改区域进行检测和定位㊂首先,改进的卷积注意力机制能够抑制图片中无效信息,使提取到的特征更好地刻画伪造特性,双流网络加入噪声域信息可以学习更多丰富的特征;其次,通过引入Soft-NMS算法降低了伪造区域漏检的概率,提升了拼接篡改的检测精度㊂02智㊀能㊀计㊀算㊀机㊀与㊀应㊀用㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀第13卷㊀实验结果表明,本文算法的检测性能优于一些现有算法,且对JPEG压缩也具有较好的鲁棒性㊂本文算法尚不能做到像素级定位,未来的工作将考虑改进当前网络,进一步精准定位篡改区域㊂参考文献[1]SADEGHIS,DADKHAHS,JALABHA,etal.Stateoftheartinpassivedigitalimageforgerydetection:copy-moveimageforgery[J].PatternAnalysisandApplications,2017,231:284-295.[2]HSUYF,CHANGSF.Detectingimagesplicingusinggeometryinvariantsandcameracharacteristicsconsistency[C]//Proceedingsof2006IEEEInternationalConferenceonMultimediaandExpo.Toronto,ON,Canada:IEEE,2006.[3]朱新山,钱永军,孙彪,等.基于深度神经网络的图像修复取证算法[J].光学学报,2018,38(11):105-113.[4]FRIDRICHAJ,SOUKALBD,LUKÁS㊅AJ.Detectionofcopy-moveforgeryindigitalimages[C]//ProceedingsofDigitalForensicResearchWorkshop.Cleveland,OH:[s.n.],2003:55-61.[5]LIHaodong,LUOWeiqi,QIUXiaoqing,etal.Imageforgerylocalizationviaintegratingtamperingpossibilitymaps[J].IEEETransactionsonInformationForensicsandSecurity,2017,12(5):1240-1252.[6]KRIZHEVSKYA,SUTSKEVERI,HINTONG.ImageNetclassificationwithdeepConvolutionalNeuralNetworks[J].CommunicationsoftheACM,2017,60(6):84-90.[7]YUANRao,NIJiangqun.Adeeplearningapproachtodetectionofsplicingandcopy-moveforgeriesinimages[C]//2016IEEEInternationalWorkshoponInformationForensicsandSecurity(WIFS).UAE:IEEE,2017:1-6.[8]JOHNSONJ,KARPATHYA,LIFF.FullyConvolutionalnetworksforsemanticsegmentation[C]//ComputerVision&PatternRecognition.NewYork:IEEE,2015:3431-3440.[9]SALLOUMR,RENR,KUOCCJ,etal.ImagesplicinglocalizationusingaMulti-taskFullyConvolutionalNetwork(MFCN)[J].JournalofVisualCommunication&ImageRepresentation,2018,51:201-209.[10]BONDIL,LAMERIS,GUERAD,etal.Tamperingdetectionandlocalizationthroughclusteringofcamera-basedCNNfeatures[C]//ComputerVision&PatternRecognitionWorkshops.Honolulu,HI,USA:IEEE,2017:1855-1864.[11]BAPPYM,ROY-CHOWDHURYAK,BUNKJ,etal.Exploitingspatialstructureforlocalizingmanipulatedimageregions[C]//ProceedingsofIEEEInternationalConferenceonComputerVision.Venice,Italy:IEEEComputerSociety,2017:4980-4989.[12]HOCHREITERS,SCHMIDHUBERJ.Longshort-termmemory[J].NeuralComputation,1997,9(8):1735-1780.[13]ZHOUPeng,HANXintong,MORARIUVI,etal.Learningrichfeaturesforimagemanipulationdetection[C]//Proceedingsof2018IEEE/CVFConferenceonComputerVisionandPatternRecognition(CVPR).SaltLakeCity,USA:IEEE,2018:1053-1061.[14]RENShaoqing,HEKaiming,GIRSHICKR,etal.FasterR-CNN:Towardsreal-timeobjectdetectionwithregionproposalnetworks[J].IEEETransactionsonPatternAnalysis&MachineIntelligence,2017,39(6):1137-1149.[15]WOOS,PARKJ,LEEJY,etal.CBAM:Convolutionalblockattentionmodule[C]//ProceedingsofEuropeanConferenceonComputerVision.Cham:Springer,2018:3-19.[16]BODLAN,SINGHB,CHELLAPPAR,etal.Soft-NMS--Improvingobjectdetectionwithonelineofcode[J].arXivpreprintarXiv:1704.04503,2017.[17]FRIDRICHJ,KODOVSKYJ.1Richmodelsforsteganalysisofdigitalimages[J].IEEETransactionsonInformationForensicsandSecurity,2012,7(3):868-882.[18]LINTY,ROYCHOWDHURYA,MAJIS.BilinearCNNmodelsforfine-grainedvisualrecognition[J].arXivpreprintarXiv:1504.07889v1,2015.[19]HUJie,SHENLi,AlBANIES,etal.Squeeze-and-excitationnetworks[J].IEEETransactionsonPatternAnalysisandMachineIntelligence,2020,42:2011-2023.[20]WANGQilong,WUBanggu,ZHUPengfei,etal.ECA-Net:Efficientchannelattentionfordeepconvolutionalneuralnetworks[C]//Proceedingsof2020IEEE/CVFConferenceonComputerVisionandPatternRecognition(CVPR).Seattle,WA,USA:IEEE,2020:1-12.[21]HEKaiming,ZHANGXiangyu,RENShaoqing,etal.Deepresiduallearningforimagerecognition[C]//Proceedingsof2016IEEEConferenceonComputerVisionandPatternRecognition(CVPR).LasVegas,NV,USA:IEEE,2016:770-778.[22]GAOYang,BEIJBOMO,ZHANGNing,etal.Compactbilinearpooling[C]//Proceedingsof2016IEEEConferenceonComputerVisionandPatternRecognition(CVPR).LasVegas:IEEE,2016:317-326.[23]NEUBECKA,GOOLL.Efficientnon-maximumsuppression[C]//ProceedingsofInternationalConferenceonPatternRecognition.HongKong,China:IEEEComputerSociety,2006:1-6.[24]DONGJ,WANGW,TANT.Casiaimagetamperingdetectionevaluationdatabase2010[EB/OL].[2010].http://forensics.idealtest.org.2,5.[25]DONGJing,WANGWei,TANTieniu.Casiaimagetamperingdetectionevaluationdatabase[C]//Proceedingsof2013IEEEChinaSummitandInternationalConferenceonSignalandInformationProcessing.Beijing,China:IEEE,2013:422-426.[26]WENBihan,ZHUYe,SUBRAMANIANR,etal.COVERAGE-Anoveldatabaseforcopy-moveforgerydetection[C]//ProceedingsofInternationalConferenceonInformationProcessing(ICIP).P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neural network image processing tool 使用说明
neural network image processing tool使用说明神经网络图像处理工具使用说明神经网络图像处理工具是一种有效的工具,可以帮助用户进行图像处理和图像识别任务。
使用该工具,用户可以快速高效地处理图像,并提取图像中的特征和信息。
以下是该工具的使用说明:1. 安装和设置:- 下载并安装神经网络图像处理工具。
确保您的计算机系统满足最低系统要求。
- 打开工具并按照提示进行设置。
2. 图像处理:- 选择要处理的图像。
工具支持各种图像格式,如JPEG、PNG等。
您可以从计算机上的文件夹中选择图像,或者使用工具的拍摄功能拍摄新的照片。
- 将图像输入到工具中。
您可以将图像直接拖放到工具界面,或使用工具提供的上传功能。
3. 图像识别:- 对于图像识别任务,您可以使用预训练的神经网络模型。
工具可能会提供一些常见的预训练模型,如物体识别模型、人脸识别模型等。
您可以从列表中选择适合您需求的模型。
- 将选择的模型应用到图像上。
工具会自动运行模型,并将结果显示在界面上。
您可以查看识别出的物体、人脸或其他特征,并获取相应的识别结果。
4. 图像处理效果调整:- 工具可能提供一些图像处理的参数调整选项。
您可以根据需求调整这些参数,以获得最佳的图像处理效果。
- 调整完成后,您可以保存处理后的图像到计算机上的指定位置。
5. 导出和分享:- 一旦完成图像处理和识别任务,您可以选择将处理结果导出到计算机上。
导出格式可以是原始图像格式或其他常见的图像格式。
- 如果您希望分享图像处理结果,工具可能提供一些分享选项,如直接发布到社交媒体平台或通过电子邮件发送。
请注意,神经网络图像处理工具的具体功能和使用方式可能因不同的厂商和版本而有所不同。
建议仔细阅读厂商提供的详细使用手册以获取更准确的信息。
希望以上使用说明对您有所帮助!祝您在图像处理和识别任务中取得成功!。
基于字典学习的自动化图像压缩算法开发
基于字典学习的自动化图像压缩算法开发在当今数字化的时代,图像作为一种重要的信息载体,其数量呈爆炸式增长。
从我们日常拍摄的照片、医疗影像到卫星遥感图像,图像的应用无处不在。
然而,大量的图像数据也给存储和传输带来了巨大的挑战。
为了有效地解决这一问题,图像压缩技术应运而生。
在众多图像压缩算法中,基于字典学习的自动化图像压缩算法因其独特的优势,成为了研究的热点。
图像压缩的基本原理是去除图像中的冗余信息,同时尽可能地保留重要的视觉特征。
传统的图像压缩方法,如 JPEG 格式,通常基于离散余弦变换(DCT)等固定的变换方式。
然而,这些方法在处理复杂的图像内容时,往往难以达到理想的压缩效果。
而基于字典学习的方法则提供了一种更加灵活和自适应的解决方案。
字典学习的核心思想是从大量的图像数据中学习到一组“原子”,这些“原子”构成了一个字典。
在图像压缩过程中,原始图像可以通过这些字典中的原子的线性组合来近似表示。
通过选择合适的原子和组合系数,可以实现对图像的高效压缩。
在开发基于字典学习的自动化图像压缩算法时,首先需要解决的问题是如何构建有效的字典。
字典的质量直接决定了压缩效果的好坏。
一种常见的方法是通过对大量的图像样本进行训练,使用优化算法来学习字典中的原子。
为了提高字典的适应性和通用性,可以采用多尺度、多方向的字典结构,以更好地捕捉图像中的不同特征。
在字典构建完成后,接下来就是图像的编码过程。
在这个阶段,需要将原始图像分解为字典原子的线性组合,并计算出相应的组合系数。
为了提高编码效率,可以采用一些快速算法,如基于稀疏表示的编码方法。
这些方法利用了图像在字典下的稀疏性,能够在较短的时间内找到最优的编码系数。
同时,为了实现自动化的图像压缩,还需要考虑如何根据图像的特点自适应地调整压缩参数。
例如,对于纹理丰富的图像,可以选择较大的字典规模和较高的压缩比;而对于平滑的图像,则可以适当减小字典规模和压缩比,以避免过度压缩导致的图像质量下降。
neural network image processing tool 使用-概述说明以及解释
neural network image processing tool 使用-概述说明以及解释1.引言1.1 概述概述神经网络图像处理工具(Neural Network Image Processing Tool)是一种基于神经网络技术的图像处理工具,它能够通过学习和训练,对图像进行分析、处理和识别。
随着人工智能和深度学习的快速发展,神经网络图像处理工具已成为图像处理领域的热门技术之一。
该工具的核心思想是模仿人脑的神经网络结构和运作方式,通过构建多层神经网络模型,模拟人脑对图像的感知、理解和处理过程。
通过大量的训练样本和反向传播算法,神经网络图像处理工具能够从图像中自动学习特征和模式,并且可以根据学习到的知识进行图像分类、识别、分割等操作。
神经网络图像处理工具在多个领域具有广泛的应用,包括物体识别、人脸识别、图像分割、图像生成等。
它在图像处理中的应用能够显著提高识别和分析的准确性和效率,给图像处理技术带来了新的突破和进展。
本文将详细介绍神经网络图像处理工具的基础知识和应用技术。
首先,将介绍神经网络的基本原理和概念,包括神经元、权重和偏置等。
然后,将对图像处理的概念和方法做一个概述,包括图像的特征提取、图像分类和图像分割等。
最后,将详细介绍神经网络在图像处理中的应用,包括物体识别、人脸识别和图像生成等方面。
通过本文的学习,读者可以了解神经网络图像处理工具的基本原理和应用技术,对神经网络在图像处理中的作用有更加深入的理解。
同时,读者还可以了解神经网络图像处理工具的优势与不足,并展望其未来的发展方向。
神经网络图像处理工具将会在人工智能和图像处理领域发挥越来越重要的作用,为我们提供更加高效和准确的图像处理解决方案。
文章结构部分的内容可以按照以下方式进行编写:1.2 文章结构本文将按照以下结构进行组织和叙述:(1)引言部分将对整篇文章进行概述,介绍神经网络图像处理工具的背景和重要性,并明确本文的目的。
(2)正文部分将分为三个主要部分:神经网络基础知识、图像处理概述以及神经网络在图像处理中的应用。
基于多尺度特征融合的图像压缩感知重构
第 23卷第 1期2024年 1月Vol.23 No.1Jan.2024软件导刊Software Guide基于多尺度特征融合的图像压缩感知重构何卓豪1,2,宋甫元1,2,陆越1,2(1.南京信息工程大学数字取证教育部工程研究中心;2.南京信息工程大学计算机学院、网络空间安全学院,江苏南京 210044)摘要:图像压缩感知(CS)重构方法旨在将采样过后的图像恢复为高质量图像。
目前,基于深度学习的CS重构算法在重构质量及速度上性能优越,但在较低采样率时存在图像重构质量较差的问题。
为此,提出一种基于多尺度注意力融合的图像CS重构网络,在网络中引入多个多尺度残差块提取图像不同尺寸的信息,并融合每个多尺度残差块的空间注意力与密集残差块的通道注意力,自适应地将局部特征与全局依赖性集成,从而提升图像重构质量。
实验表明,所提算法在图像的PSNR、SSIM上均优于其他经典方法,重构性能更好。
关键词:压缩感知;注意力机制;深度学习;多尺度特征提取DOI:10.11907/rjdk.231013开放科学(资源服务)标识码(OSID):中图分类号:TP391.41 文献标识码:A文章编号:1672-7800(2024)001-0156-05Image Compression Sensing Reconstruction Based on Multi-Scale Feature FusionHE Zhuohao1,2, SONG Fuyuan1,2, LU Yue1,2(1.Engineering Research Center of Digital Forensics, Ministry of Education, Nanjing University of Information Science and Technology;2.School of Computer Science, Nanjing University of Information Science and Technology, Nanjing 210044, China)Abstract:Image compressed sensing (CS) reconstruction method aims to restore the sampled image to a high-quality image. At present, CS reconstruction algorithm based on deep learning has superior performance in reconstruction quality and speed, but it has the problem of poor image reconstruction quality at low sampling rate. Therefore, an image CS reconstruction network based on multi-scale attention fusion is pro⁃posed. Multiple multi-scale residual blocks are introduced into the network to extract the information of different sizes of images, and the spa⁃tial attention of each multi-scale residual block and the channel attention of dense residual blocks are fused. The local features and global de⁃pendencies are adaptively integrated to improve the quality of image reconstruction. Experimental results show that the proposed algorithm is superior to other classical methods in PSNR and SSIM, and has better reconstruction performance.Key Words:compression sensing; attention mechanism; deep learning; multi-scale feature extraction0 引言压缩感知(Compression Sensing, CS)是由Donoho[1]提出的一种新的采样方式,采样过程即为压缩,该方式突破了奈奎斯特采样定理的限制,能更高效采样信号。
卷积自编码器 结构
卷积自编码器结构Convolutional autoencoders, a type of neural network that utilizes convolutional layers for feature extraction and encoding, have gained popularity in recent years for various image processing tasks. These networks are capable of learning hierarchical representations of input data, which makes them ideal for tasks such as image denoising, image compression, and image generation. The convolutional architecture allows the network to capture spatial dependencies in the input data, making it particularly well-suited for processing images.卷积自编码器是一种利用卷积层进行特征提取和编码的神经网络类型,近年来在各种图像处理任务中变得流行起来。
这些网络能够学习输入数据的分层表示,这使它们非常适合诸如图像去噪、图像压缩和图像生成等任务。
卷积结构使得网络能够捕获输入数据的空间依赖关系,特别适合处理图像。
One of the key advantages of convolutional autoencoders is their ability to leverage the shared weights of the convolutional filters, which allows for parameter sharing and reduces the computational cost of training the network. This weight sharing enables the networkto learn more robust features and reduces the risk of overfitting, making it a powerful tool for learning representations of complex data such as images. Additionally, the hierarchical nature of convolutional autoencoders allows for the extraction of increasingly abstract features as we move deeper into the network, resulting in more meaningful and representative feature representations.卷积自编码器的关键优势之一是它们能够利用卷积滤波器的共享权重,从而实现参数共享并降低网络训练的计算成本。
医学影像中的机器学习模型研究
医学影像中的机器学习模型研究一、绪论医学影像技术已经成为现代医学领域的一个重要分支,并且在临床医学中的应用范围越来越广泛。
医学影像技术的快速发展使得医疗影像中积累了大量的数据,这些数据带有丰富的信息,而机器学习技术则能够从这些数据中挖掘出有价值的信息。
因此,将机器学习技术应用于医学影像分析中,已成为医学影像技术领域研究的一个热点。
二、医学影像中的机器学习模型1. 卷积神经网络卷积神经网络(Convolutional Neural Network, CNN)是目前医学影像中应用最广泛的一种机器学习模型,主要用于图像分类、目标检测、分割和配准等任务。
在医学影像分析中,CNN可以自动学习图像中的特征,并对图像进行分类或者定位等操作。
2. 支持向量机支持向量机(Support Vector Machine,SVM)是一种经典的机器学习算法,广泛应用于模式分类、图像分割和分析等领域。
借助支持向量机的线性和非线性特性,医学影像中的分割和识别等问题可以更加准确地得到解决。
3. 随机森林随机森林(Random Forest,RF)是一种基于决策树的集成学习算法,常用于医学影像特征选择、降维和分类等问题。
通过多个决策树的集成,随机森林可以提高分类准确率和鲁棒性。
三、机器学习模型在医学影像分析中的应用1. 乳腺癌检测乳腺癌是女性常见的恶性肿瘤之一,对其进行早期检测可以有效提高治愈率。
机器学习模型可以通过处理医学影像数据,实现对乳腺肿瘤的自动检测。
例如,使用CNN可以对乳腺X线摄影图像进行分析,实现对乳腺癌的自动检测。
2. 肺结节检测肺结节是肺癌的早期征象之一,通过对肺部CT影像的自动分析,可以实现对肺结节的检测和定位。
机器学习模型可以用于从肺部CT影像中自动检测肺结节,例如,使用支持向量机等算法,可以实现对肺结节的自动分割和检测。
3. 脑部疾病诊断脑部疾病是常见的神经系统疾病,例如脑卒中和脑肿瘤等。
机器学习模型可以用于从脑部医学影像中检测脑部异常,例如使用卷积神经网络可以实现对脑部疾病的自动诊断。
卷积神经网络在医学图像自动分析中的应用
卷积神经网络在医学图像自动分析中的应用卷积神经网络(Convolutional Neural Network,CNN)是一种基于人工神经网络的算法。
它在图像、语音、文本等领域的人工智能应用中表现出色,并在医学图像自动分析中展示了强大的潜力和效果。
本文将详细讨论CNN在医学图像自动分析中的应用。
一、什么是卷积神经网络?卷积神经网络是一种多层神经网络结构,其中包含卷积层、池化层、全连接层等组件。
它们通过不断学习图像结构和特征,进行高效自动分类和识别。
CNN首次被应用于手写数字识别和图像分类等领域,而后广泛地应用于医学图像自动分析中。
二、 CNN在医学图像自动分析中的优点医学图像是对人类身体状况和生理结构的重要记录形式,但传统的图像分析方法会受到分辨率、噪声、光照、姿态、尺度等多种因素的影响。
而卷积神经网络具有以下优点:1.自动特征提取CNN对于医学图像的自动特征提取十分有效。
其基于神经网络结构的卷积层可自动提取图像的局部特征,形成特征映射。
经过池化层的处理,可提高特征的鲁棒性,降低数据维度以减少过拟合的可能性。
2.高准确率CNN在医学图像的自动分类和识别方面十分有效,其精度可高达98%以上。
该算法通过对大量数据的学习和分类,使用卷积和池化操作将图像的特征映射转换为输出值,从而实现自动识别。
3.灵活性CNN的神经网络架构具有灵活性,可根据不同的输入图像尺寸、分辨率、颜色等建立不同的网络结构。
同时,CNN还具有可训练性,通过调整网络权重和偏置,可不断优化算法的表现。
三、医学图像自动分析中的应用场景卷积神经网络在医学图像自动分析中的应用场景包括以下几个方面:1.肺结节分类肺结节是肺癌的早期诊断标志之一,CNN可有效自动分类不同类型的肺结节。
例如,肺结节的大小、边缘、形态、纹理等特征可被CNN自动提取并进行分类。
2.脑部影像分析CNN可应用于自动分析脑部影像的病症,例如卒中、脑癌、颅内出血等。
其自动学习的能力可以大大减少专业医师对脑部影像所需的时间和劳动量。
基于神经网络的图像数据压缩算法研究
基于神经网络的图像数据压缩算法研究近年来,随着数字化技术的不断发展,图像已经成为了人们日常生活中非常重要的一部分。
同时,随着图像数据不断增加,对其进行各种操作所需要的时间和计算量也大大增加。
因此,研究一种高效且实用的图像数据压缩算法显得尤为重要。
传统的图像数据压缩算法主要包括JPEG、PNG等。
然而,由于这些算法几乎都是静态算法,难以适应大规模和高清晰度的图像数据压缩需求。
为了解决这个问题,近年来,越来越多的研究者开始采用基于神经网络的图像数据压缩算法进行研究。
基于神经网络的图像数据压缩算法的主要思想是将图像数据分成多个块,在块内进行压缩,并利用神经网络算法将块重新组合成原始图像,从而达到压缩的效果。
这种算法由于其输出是由神经网络模型生成的,因此具有更强的模型适应性,可以针对不同的图像和场景进行优化。
具体来说,基于神经网络的图像数据压缩算法主要分为编码器和解码器两部分。
编码器部分是利用神经网络对图像数据进行压缩,将图像通过多个神经网络模块并行处理得到不同的特征表示,并将这些特征表示进行可逆压缩。
由于特征表示较少,这一部分所需的计算量较小,因此能够在较短的时间内处理大规模图像数据。
解码器部分是利用神经网络对压缩后的数据进行解码。
解码器首先对压缩后的特征进行还原,然后通过模型将还原后的每个块进行组合得到原始图像。
由于解码阶段需要将压缩后的数据进行反向还原,需要比编码器部分更多的计算资源。
因此,为了在实际应用中获得较好的性能,解码速度必须得到优化。
当然,基于神经网络的图像数据压缩算法也存在一些问题。
首先,由于神经网络的训练需要消耗大量的计算资源和时间,因此建立一个高效的神经网络模型是非常困难的。
同时,由于神经网络算法的黑盒特性,压缩后的图像数据难以进行再处理,甚至很难逆向推出原始数据。
总的来说,基于神经网络的图像数据压缩算法具有很大的发展潜力。
因为这种算法能够通过转化为快速的、可逆的和独立于特定图像类别的压缩技术来应对大规模和高清晰度的图像数据。
基于图神经网络的图像处理系统
基于图神经网络的图像处理系统随着深度学习技术的快速发展,图像处理系统在不断逐步完善。
图神经网络(Graph Neural Network,简称GNN)作为一种新兴的神经网络模型,在图像处理领域表现出了巨大的潜力。
本文将介绍基于图神经网络的图像处理系统的原理、应用场景以及未来的发展趋势。
一、图神经网络的原理图神经网络是一种基于图结构数据的神经网络模型。
与传统的神经网络不同,图神经网络能够对节点和图的特征进行有效的学习与表征。
其核心思想是通过节点之间的连接关系来传播信息,从而更好地理解节点的上下文语义。
图神经网络的基本结构包括节点表征学习和图表征学习。
节点表征学习通过聚合节点的邻居信息来更新节点的特征表示,而图表征学习则通过将节点表征聚合得到整个图的特征表示。
这种多层次的信息传递和聚合,使得图神经网络能够更好地处理图结构的数据。
二、基于图神经网络的图像处理系统的应用场景1. 图像语义分割图像语义分割是指将图像中的每个像素点分配到不同的类别中,常用于物体检测和图像分割等领域。
基于图神经网络的图像处理系统可以学习每个像素点的上下文信息,通过对周围像素的聚合来做出更准确的分类和分割。
2. 图像生成图像生成是指通过给定的一些条件或随机噪声生成符合特定要求的图像。
基于图神经网络的图像处理系统可以学习图像的特征分布,并通过生成模型来生成与输入条件匹配的图像。
3. 图像超分辨率重建图像超分辨率重建是指通过对低分辨率图像的处理,提高图像的清晰度和细节。
基于图神经网络的图像处理系统可以学习图像的细节信息,并通过反向传播的方式对低分辨率图像进行重建。
三、基于图神经网络的图像处理系统的发展趋势随着对深度学习技术的研究不断深入,基于图神经网络的图像处理系统有着广阔的发展前景。
以下为其未来的发展趋势:1. 算法优化目前,基于图神经网络的图像处理系统在处理大规模图像数据时面临着计算和存储的挑战。
未来的发展重点将放在算法优化上,以提高系统的速度和效率。
基于深度学习的图像编码与压缩技术研究
基于深度学习的图像编码与压缩技术研究图像编码与压缩技术已经成为现代图像处理领域中的一个重要研究方向。
随着互联网和数字媒体的快速发展,对于图像的传输和存储需求也越来越高。
传统的图像编码方法虽然能够实现压缩,但存在着信息丢失和图像质量下降的问题。
而利用深度学习技术进行图像编码和压缩则能够在一定程度上解决这些问题。
本文将对基于深度学习的图像编码与压缩技术进行研究。
深度学习是一种机器学习的方法,它模拟了人类大脑的神经网络结构,并能够从大量的数据中学习到特征和模式。
在图像处理领域,深度学习已经取得了显著的成果,包括图像分类、目标检测和图像生成等任务。
基于深度学习的图像编码与压缩技术就是利用深度学习方法对图像进行编码和压缩,以减小图像的存储空间和传输带宽,同时保持图像质量。
深度学习方法在图像编码与压缩中的应用主要有两个方向:无损压缩和有损压缩。
无损压缩是指在图像编码和压缩过程中不丢失任何图像信息,保持原图像完整。
有损压缩则是对图像进行一定程度的信息丢失,以换取更高的压缩比。
无论是无损压缩还是有损压缩,深度学习都能够发挥重要作用。
在无损压缩方面,深度学习能够学习到图像中的冗余信息,并将其用更少的空间进行表示。
传统的无损压缩方法主要基于预测编码、差分编码和算术编码等技术,效果受限。
而基于深度学习的无损压缩方法则能够更好地利用图像的特征,并通过编码器和解码器之间的学习来实现更高的压缩比和更低的失真。
在有损压缩方面,深度学习方法能够学习到图像中的重要特征,并将其用更低的比特率表示。
传统的有损压缩方法主要基于离散余弦变换(DCT)和小波变换等技术,但在高压缩比下存在失真严重的问题。
基于深度学习的有损压缩方法利用卷积神经网络(CNN)等深度学习模型学习到了更高级的特征表征,能够较好地保持图像质量。
除了传统的图像编码和压缩任务,基于深度学习的图像编码与压缩技术还可以应用于其他领域。
例如,基于深度学习的图像超分辨率技术可以将低分辨率图像转换为高分辨率图像,提高图像的细节表达能力。
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Image Compression using Neural Networks and Haar WaveletADNAN KHASHMAN, KAMIL DIMILILERElectrical & Electronic Engineering DepartmentNear East UniversityDikmen Road, NicosiaCYPRUSamk@.tr, kdimililer@.trAbstract: - Wavelet-based image compression provides substantial improvements in picture quality at higher compression ratios. Haar wavelet transform based compression is one of the methods that can be applied for compressing images. An ideal image compression system must yield good quality compressed images with good compression ratio, while maintaining minimal time cost. With Wavelet transform based compression, the quality of compressed images is usually high, and the choice of an ideal compression ratio is difficult to make as it varies depending on the content of the image. Therefore, it is of great advantage to have a system that can determine an optimum compression ratio upon presenting it with an image. We propose that neural networks can be trained to establish the non-linear relationship between the image intensity and its compression ratios in search for an optimum ratio. This paper suggests that a neural network could be trained to recognize an optimum ratio for Haar wavelet compression of an image upon presenting the image to the network. Two neural networks receiving different input image sizes are developed in this work and a comparison between their performances in finding optimum Haar-based compression is presented.Key-Words: -Optimum Image Compression, Haar Wavelet Transform, Neural Networks1 IntroductionCompression methods are being rapidly developed to compress large data files such as images, where data compression in multimedia applications has lately become more vital [1]. With the increasing growth of technology and the entrance into the digital age, a vast amount of image data must be handled to be stored in a proper way using efficient methods usually succeed in compressing images, while retaining high image quality and marginal reduction in image size [2].Wavelets are a mathematical tool for hierarchically decomposing functions. Image compression using Wavelet Transforms is a powerful method that is preferred by scientists to get the compressed images at higher compression ratios with higher PSNR values [3]. It is a popular transform used for some of the image compression standards in lossy compression methods. Unlike the discrete cosine transform, the wavelet transform is not Fourier-based and therefore wavelets do a better job of handling discontinuities in data.Haar wavelet transform is a method that is used for image compression. Previous works using Haar image compression include an application which was applied to adaptive data hiding for the images dividing the original image into 8x8 sub-blocks and reconstructing the images after compression with good quality [4], and the use of Parametric Haar-like transform that is based on a fast orthogonal parametrically adaptive transform such that it may be computed with a fast algorithm in structure similar to classical haar transform [5]. Furthermore, Ye et al. [6] used wavelet transform to digitally compress fingerprints and reconstruct original images via components of the approximation, horizontal detail, vertical detail and diagonal detail from the input image transformation.Artificial neural networks implementations in image processing applications has marginally increased in recent years. Image compression using wavelet transform and a neural network was suggested previously [7]. Moreover, different image compression techniques were combined with neural network classifier for various applications [8],[9]. A neural network model called direct classification was also suggested; this is a hybrid between a subset of the self-organising Kohonen model and theadaptive resonance theory model to compress the image data [10]. Periodic Vector Quantization algorithm based image compression was suggested previously based on competitive neural networks quantizer and neural networks predictor [11],[12]. More works using neural networks emerged lately. Northan and Dony suggested a work based on a multiresolution neural network (MRNN) filter bank and its potential as a transform for coding that was created for use within a state-of-the-art subband-coding framework [13]. Veisi and Jamzad suggested an image compression algorithm based on the complexity of the images after dividing each image into blocks and using the complexity of each block to be computed using complexity measure methods and one network is selected for each block according to its complexity value [14]. A direct solution method applied to image compression using neural networks [15]. Mi and Huang suggested using Principal Component Analysis based image compression and compared three algorithm performances on image compression depending on the SNR values [16]. Ashraf and Akbar suggested a neural network quantizer to be used in a way that an image is first compressed at a high compression ratio with loss and the error image is then compressed lossless resulting an image not only strictly lossless but also expected to yield a high compression ratio especially if the lossy compression technique is good [17]. However, none of these works have suggested using a neural network to determine optimum compression ratio. The aim of the work presented within this paper is to develop an optimum image compression system using haar wavelet transform and a neural network. Recently the neural network based DCT compression system was applied to find the optimum compression ratios [18],[19]. These recent works used visual inspection and computational analysis based comparison criteria; as suggested in [20], to determine the optimum compression ratios for different training and testing images.The proposed novel method suggests that a trained neural network can learn the non-linear relationship between the intensity (pixel values) of an image and its optimum compression ratio. Based on our hypothesis, a trained neural network could recognize the optimum haar compression ratio of an image upon its presentation to the neural network. The development and implementation of this image compression system uses 100 images of various objects, contrasts and intensities.The paper is organized as follows: Section 2 describes the image database which is used for theimplementation of our proposed system. Section 3Original Image 10%20% 30%40% 50%60% 70%80% 90%Fig. 1. An original image and its Haar compression atnine ratiospresents the two neural networks designs and their implementations. Section 4 introduces the evaluation method of the results and provides an analysis of the system implementation, in addition to a comparison of the performance of the two neural networks. Finally, Section 5 concludes the work that is presented within this paper and suggests further work.2 Image DatabaseThe development and implementation of the proposed optimum image compression system uses 100 images from our database that have different objects, brightness and contrast [21]. Haar compression has been applied to 70 images using 9 compression ratios (10%, 20%, 30%, … 90%) as shown in an example in Fig. 1.The optimum Haar compression ratios for the 70 images were determined using the optimum compression criteria based on visual inspection of the compressed images as suggested in [20], thus providing 70 images with known optimum compression ratios and the remaining 30 images with unknown optimum compression ratios. The image database is then organized into three sets: •Training Image Set: contains 40 images with known optimum compression ratios which areused for training the neural networks withinimage compression system. Examples of training image set are shown in Fig. 2.•Testing Image Set 1: contains 30 images with known optimum compression ratios which areused to test and evaluate the efficiency of thetrained neural networks. Examples of thesetesting images are shown in Fig. 3.•Testing Image Set 2: contains 30 images with unknown optimum compression ratios which areused to further test the trained neural networks.Examples of these testing images are shown inFig. 4.The optimum ratios for Haar compression of the 40 images in the training image set database can be seen listed in Table 1, whereas examples of original images and their compressed version using their optimum compression ratios prior to training the neural networks are shown in Fig. 5.Fig. 2. Training image Set examplesFig. 3. Testing image Set 1 examplesFig. 4. Testing image Set 2 examplesTable 1. Pre-determined Optimum Haar CompressionRatios (OHCR)Image OHCR Image OHCRImage 1 80 % Image 2180 % Image 2 70 % Image 22 80 % Image 3 90 % Image 23 80 % Image 4 80 % Image 24 80 % Image 5 90 % Image 25 80 % Image 6 80 % Image 26 80 % Image 7 80 % Image 27 80 % Image 8 90 % Image 28 90 % Image 9 90 % Image 29 90 % Image 10 80 % Image 30 70 % Image 11 80 % Image 31 80 % Image 12 80 % Image 32 80 % Image 13 90 % Image 33 80 % Image 14 70 % Image 34 80 % Image 15 90 % Image 35 70 % Image 16 80 % Image 36 70 % Image 17 80 % Image 37 80 % Image 18 90 % Image 38 80 % Image 19 80 % Image 39 80 % Image 20 90 % Image 40 80 %Image 36 Optimum Ratio (70%)Image 40 Optimum Ratio (80%)Image 29 Optimum Ratio (90%)Fig. 5. Images with optimum Haar compression3 Neural Network ImplementationThe optimum image compression system uses asupervised neural network based on the back propagation learning algorithm, due to its implementation simplicity, and the availability of sufficient “input / target” database for training this supervised learner [22], [23]. This relationship can be seen in Fig. 6 which shows the different values of optimum compression ratios for the database images. The neural network relates the image intensity (pixel values) to the image optimum compression ratio having been trained using images with predetermined optimum compression ratios. The ratios vary according to the variations in pixel values within the images. Once trained, the neural network would select the optimum compression ratio of an image upon presenting the image to the neural network by using its intensity values.Adobe Photoshop was used to resize the original images of size (256x256) pixels into (64x64) pixels and (32x32) pixels. The 64x64 images were used to train the first neural network (named ANN64), whereas the 32x32 images were used to train the second neural network (named ANN32). All images were presented to the neural networks using the one-pixel-per-node approach, thus resulting in 4096 pixel values per image for ANN64 and 1024 pixel values per image for ANN32.Further reduction to the size of the images was attempted in order to reduce the number of input layer neurons and consequently the training time, however, meaningful neural network training could not be achieved thus, the use of whole images of sizes (32x32) and (64x64) pixels.The hidden layers for both of the neural networks contain 50 neurons which assures meaningful training while keeping the time cost to a minimum. The output layers have nine neurons according to the number of possible compression ratios (10% - 90%). During the learning phase, initial random weights of values between 0.45 and -0.45 were used for both networks. The learning coefficient and the momentum rate were adjusted during various experiments in order to achieve the required minimum error value of 0.005; which was considered as sufficient for this application. Fig. 7a and Fig. 7b shows the topology of the ANN64 and ANN32 neural networks, respectively, within the image compression system.Fig. 7a. The optimum image compression system using ANN64. (OHCR: Optimum Haar Compression Ratio). Original Image (256x256) pixels Image Input Hidden Output Compressed Image (256x256) pixels 010203040506070809013579111315171921232527293133353739Images C o m p r e s s i o n R a t i o (%)Fig. 6. Relationship between images and optimum compression ratios4 Results and DiscussionThe first neural network (ANN64) learnt andconverged after 1635 iterations and within 1582.56seconds, and the second neural network (ANN32)learnt and converged after 2003 iterations andwithin 530.09 seconds, whereas the running time for both generalized neural networks after training and using one forward pass was 0.0150 seconds for ANN32 and 0.0160 seconds for ANN64.These results were obtained using a 2.0 GHz PCwith 2 GB of RAM, Windows XP OS and Matlab2008a software. Table 2 lists the final parametersof the successfully trained ANN32 and ANN64neural networks. Fig. 8a and Fig. 8b show the errorversus iteration graphs of the ANN32 and ANN64respectively during the neural network training.The evaluation of the training and testing resultswas performed using two measurements: therecognition rate and the accuracy rate. Therecognition rate is defined as follows:100∗⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛=T OHC OHCI I RR , (1)where RR OHC is the recognition rate for the neural network within the optimum Haar compression system, I OHC is the number of optimally compressed images, and I T is the total number of images in the database set.The accuracy rate RA OHC for the neural network output results is defined as follows: ()100*101⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛∗−−=T i p OHC S S S RA ,(2) where S P represents the pre-determined (expected) optimum compression ratio in percentage, S i represents the optimum compression ratio as determined by the trained neural network in percentage and S T represents the total number of compression ratios. The Optimum Compression Deviation (OCD) is another term that is used in our evaluation. OCD is the difference between the pre-determined or expected optimum compression ratio S P and the optimum compression ratio S i as determined by the trained neural network, and is defined as follows:()10∗−=i p S S OCD .(3)The OCD is used to indicate the accuracy of the system, and depending on its value the recognition rates vary.Original Image (256x256) pixelsImage Input Hidden Output Fig. 7b. The optimum image compression system using ANN32. (OHCR: Optimum Haar CompressionRatio).Compressed Image (256x256) pixelsTable 2. Neural Networks Final Parameters Final Parameters ANN64ANN32 Input Neurons 4096 1024 Hidden Neurons 50 50 Output Neurons 9 9 Learning Coefficient 0.006 0.006Momentum Rate 0.4 0.4Minimum Error 0.005 0.005Iterations 1635 2003Training Time (seconds) 1582.56 530.09Run Time (seconds) 0.0160 0.0150Fig. 8a. Learning curve of ANN32Fig. 8b. Learning curve of ANN64Table 3 shows the three considered values of OCD and their corresponding accuracy rates and recognition rates. The evaluation of the system implementation results uses (OCD = 1) as itprovides a minimum accuracy rate of 89% which isconsidered sufficient for this application.The trained neural networks recognized correctly the optimum compression ratios for all 40 training images as would be expected, thus yielding 100% recognition of the training set. Testing the ANN64 trained neural network using the 30 images fromTest Set 1 that were not presented to the networkbefore yielded 96.67% recognition rate, where 29 out of the 30 images with known optimum compression ratios were assigned the correct ratio. However, testing the ANN32 trained neural network using the same 30 images yielded 93.3% recognition rate, where 28 out of the 30 images with known compression ratios were assigned the correct ratio.The trained neural networks were also tested using the remaining 30 images with unknown optimum compression ratios from the testing set. The results of this application are shown in Table 4, whereas Fig. 11 shows examples of the optimally compressed images as determined by the trained neural network.5 ConclusionA novel method to image compression using neural networks is proposed in this paper. The method uses Haar compression with nine compression ratios and a supervised neural network that learns to associate the grey image intensity (pixel values) with a single optimum compression ratio. The implementation of the proposed method uses haar image compression where the quality of the compressed images degrades at higher compression ratios due to the nature of the lossy wavelet compression. The aim of an optimum ratio is to combine high compression ratio with good quality compressed image.The proposed system was developed and implemented using 100 images of various objects, contrasts and intensities, and two neural networks; namely ANN32 and ANN64.The ANN64 neural network within the image compression system learnt to associate the 40 training images with their predetermined optimum compression ratios within 1582.56 seconds, whereas the ANN32 neural network learnt to associate the 40 training images with their predetermined optimum compression ratios within 530.09 seconds. Once trained, The ANN64 neural network could recognize the optimum compression ratio of an image within 0.016 seconds however ANN32 neural network could recognize the optimum compression ratio of an image within 0.015 seconds upon presenting the image to the network.Table 3. Optimum Compression Deviation andCorresponding RatesOCD AccuracyRate(RA OHC)ANN64Recognition Rate(RR OHC)ANN32Recognition Rate(RR OHC)0 100 % 16/30 (53.3%) 12/30 (40%)1 89 % 29/30 (96.67%) 28/30 (93.3%)2 78 % 30/30 (100%) 30/30(100%) Table 4. Optimum Haar Compression Ratios (%) as determined by the neural networksImage OHCRANN32OHCRANN64Image71 80 % 80 %Image72 90 % 90 %Image73 80 % 80 %Image74 80 % 80 %Image75 90 % 90 %Image76 80 % 80 %Image77 80 % 70 %Image78 90 % 80 %Image79 80 % 90 %Image80 90 % 90 %Image81 80 % 80 %Image82 90 % 90 %Image83 80 % 90 %Image84 70 % 80 %Image85 70 % 90 %Image86 70 % 80 %Image87 80 % 70 %Image88 90 % 90 %Image89 70 % 80 %Image90 80 % 90 %Image91 80 % 80 %Image92 80 % 80 %Image93 80 % 90 %Image94 70 % 70 %Image95 90 % 80 %Image96 90 % 80 %Image97 80 % 80 %Image98 70 % 70 %Image99 90 % 90 %Image100 80 % 90 %In this work, a minimum accuracy level of 89% was considered as acceptable. Using this accuracy level, the first neural network (ANN64) yielded 96.67% correct recognition rate of optimum compression ratios, whereas, the second neural network (ANN32) yielded 93.3% correct recognition rate. The successful implementation of our proposed method using both neural networks was shown throughout the high recognition rates and the minimal time costs when running the trained neural networks- 0.016 second for ANN64 and 0.015 second for ANN32. However, the first neural network (ANN64) is considered as superior to the second neural network in providing an optimum Haar-based image compression ratio, due to its higher recognition ratio.Future work will include the implementation of this method using biorthogonal wavelet transform compression and comparing the performance with Haar-based image compression.References:[1]M. J. Nadenau, J. Reichel, and M. 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