1.一种基于CNN多特征联合和多核稀疏表示的车型识别方法,包括以下步骤:
1)采集车辆图像,将采集到的车辆图像分为训练样本和测试样本,对车辆图像进行预处理,调整图片像素,并对图片添加标签,标注图像的所属车型类别,其中,训练样本表示为X=[x1,x2,…,xn],n表示训练样本个数,测试样本表示为y;
2)基于CNN自动提取样本各层级的车辆图像特征,得到车辆特征向量;
3)对车辆特征向量进行基于多核的非线性映射,转换到高维的特征空间;
4)对高维的特征空间进行样本空间转换,减少核空间特征参数的维数;
5)优化约束函数,求解稀疏表示系数向量;
6)定义满足类间重构误差最大且类内重构误差最小的目标函数;
7)优化求解核函数权值和投影系数矩阵;
8)基于求得的核函数权值和投影系数矩阵,根据测试样本的核稀疏最小重构误差实现对车辆类型的识别。
2.如权利要求1所述的一种基于CNN多特征联合和多核稀疏表示的车型识别方法,其特征在于:步骤2)中:基于CNN中AlexNet网络,设计5个卷积层与3个全连接层:层1-5是卷积层,被用来提取车辆的局部特征,其中,层1、2、5在卷积滤波后有池化层;层6-7是全连接层,被用来提取车辆的全局特征;
利用CNN网络对训练样本进行训练,从CNN网络提取第1、2、5池化层和第6、7全连接层每一层的特征分量Ft,t=1,2,3,4,5,F1,F2,F3,F4,F5分别对应第1、2、5、6、7层的特征分量,车辆特征分量经加权联合后得到车辆联合特征向量F=(F1,F2,…,F5)。
3.如权利要求2所述的一种基于CNN多特征联合和多核稀疏表示的车型识别方法,其特征在于:步骤3)中:将车辆特征分量Ft分别输入到不同的基础单核函数κm中,核函数包括三个高斯核和两个线性核,κ1,κ2,κ3为高斯核,σ表示函数的宽度参数;κ4,κ5为线性核,κ4(xi,xj)=xiTxj,κ5(xi,xj)=(1+xiTxj),i和j均为整数,i∈{1,2,...,n},j∈{1,2,...,n};
通过加权融合形成一个多核矩阵 m是整数,m∈{1,2,…,M},M=5,β表示加权融合过程中的核权重值;
基于多核矩阵对训练样本和测试样本进行非线性匹配,将原始特征空间转换到高维特征空间H0,在空间H0上训练样本矩阵表示为φ(X)=[φ(x1),φ(x2),…,φ(xn)],测试样本表示为φ(y)。
4.如权利要求3所述的一种基于CNN多特征联合和多核稀疏表示的车型识别方法,其特征在于:步骤4)中:将转换到高维特征空间H0的特征参数乘以一个低维的投影矩阵P,减少核空间特征参数的维数,P=[P1,P2,…,Pd]∈Rm×d,d是投影空间的维数。
5.如权利要求4所述的一种基于CNN多特征联合和多核稀疏表示的车型识别方法,其特征在于:步骤5)中:基于稀疏编码理论利用l-2范数约束优化求解,得到稀疏表示系数向量α,约束优化公式为:其中,λ≥0,表示为了避免过拟合而加入的正则项,通过交叉验证来选择大小;矩阵A是投影矩阵P的系数矩阵,P=φ(X)A; Km(i,y)=κm(xi,y);
Km(i,j)=κm(xi,xj),i和j均为整数,i∈{1,2,...,n},j∈{1,2,...,n}。
6.如权利要求5所述的一种基于CNN多特征联合和多核稀疏表示的车型识别方法,其特征在于:步骤6)中:定义满足类间重构误差最大且类内重构误差最小的目标函数F(A,β):其中,I为单位矩阵;Jb=tr(ATKβSbKβA),tr(·)表示矩阵的迹;
Sb为类间散度矩阵, ei是第i个元素为1其他元素为0的n维单位向量,αi表示第i个训练样本的稀疏表示系数向量,δs(αi)是一个n维向量,它的非零元素由矩阵αi中跟除第li类以外关联的位置元素组成,而跟第li类关联的位置元素为0,li表示车辆的类别,c为训练样本的类别个数;
Jw=tr(AT(KβSwKβ+λI)A),Sw为类内散度矩阵是一个n维向量,它的非零元素由矩阵αi中跟第li类关联的位置元素组成,除第li类以外的其他位置元素均为0。
7.如权利要求6所述的一种基于CNN多特征联合和多核稀疏表示的车型识别方法,其特征在于:步骤7)中:优化求解核函数权值β和投影系数矩阵A,将目标函数转化为:其中,ρ表示给定一个A和β后的极大值,
采用交替迭代的方法进行优化求解,重复迭代次数直到收敛,具体如下:优化求解A:
固定β,则目标函数为:
使用最小角回归算法求得最优解A;
优化求解β:
固定A,则目标函数为:
定义一个关于β的函数h(β)=tr(AT(KβSbKβ-ρKβSwKβ-ρλI)A);
对其求偏导
通过解二次规划问题 其中z是β在 方向上的映射,优化求解β。
8.如权利要求7所述的一种基于CNN多特征联合和多核稀疏表示的车型识别方法,其特征在于:步骤8)中:使用最小重构误差根据稀疏表示系数向量α分类样本y,重构误差表示为根据公式 进行车型识别分类。