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专利号: 2019107476971
申请人: 广东工业大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2025-05-17
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于BD胶囊网络的柑橘黄龙病分类方法,其特征在于,包括以下步骤:S1:图像预处理,所述图像为包括柑橘叶子的图像;

S2:特征提取,所述图像通过BD胶囊网络的输入层输入至BD胶囊网络,使用BD胶囊网络的卷积层提取所述图像对应的初级特征;

S3:特征转换,在初级胶囊层中对每个初级特征进行相应的空间维度转换,在初级特征维度基础上扩展一个新维度,得到与每个初级特征对应的特征向量;

S4:分析特征向量,数字胶囊层利用动态路由算法对每个特征向量进行分析,输出2个输出向量,根据输出向量确定图像类别;

S5:重构图像,将输出向量通过全连接层并进行Batchnorm和Dropout操作,输出重构图像;

步骤S4中所述数字胶囊层,包括若干胶囊层,每一个胶囊都由向量表示,一个胶囊里含有物体的姿态参数和属于该类别的概率;

步骤S4中利用动态路由算法的具体计算过程包括:

式中,ui表示的是第i层胶囊层的输出, 表示的是通过计算第i层胶囊层得出第j层预测向量输出,Wij表示的是用于学习和反向传播的权重值;

通过判断权重值来更新上下胶囊层的关联度,取舍上下胶囊层在学习过程中所占的比例,若预测的结果与真实值相近,则增加上下胶囊层的关联值,若预测的结果与真实值相差较远,则减少上下胶囊层关联值:cij表示的是相邻胶囊层i、j层关联值,bij表示的第i层胶囊层被第j层胶囊层选择的概率,在路由层开始执行时,bij的初始值设置为0,k为数字胶囊层中胶囊的总个数,j∈[1,k];

输入第j层胶囊层的向量用sj来表示:

vj表示第j层胶囊层的输出;

输入 和输出vj经过向量之间的内积运算,更新bij的值,通过bij来调节胶囊层之间的关联程度:所述全连接层包括第一全连接层、第二全连接层、第三全连接层,其中,第一全连接层的输入为所述输出向量,第一全连接层的输出进行Batchnorm和Dropout操作后输入第二全连接层,第二全连接层的输出进行Batchnorm和Dropout操作后输入第三全连接层,第三全连接层输出重构图像;

所述Batchnorm操作,包括以下步骤:

Ⅰ.求出此次批量数据x={x1,x2,...xm}的均值μx,所述的批量数据为第一全连接层或第二全连接层的输出:Ⅱ.求出x={x1,x2,...xm}的方差

Ⅲ.对x做归一化

式中,ε表示偏差;

Ⅳ.引入缩放γ和平移变量β,计算输出yi:

所述Dropout操作为利用伯努利随机分布实现随机减少全连接层的神经元,减少的神经元在训练时其所有的连接都剔除。

2.根据权利要求1所述的基于BD胶囊网络的柑橘黄龙病分类方法,其特征在于,步骤S1中图像预处理,具体为:利用双线性插值方法对柑橘叶子图像进行放缩,统一尺寸大小。

3.根据权利要求2所述的基于BD胶囊网络的柑橘黄龙病分类方法,其特征在于,所述统一尺寸为78*78像素值大小。

4.根据权利要求1所述的基于BD胶囊网络的柑橘黄龙病分类方法,其特征在于,步骤S4中根据输出向量确定图像类别,具体为:对2个输出向量求L2范数,求出每个输出向量的长度,范数值最大的输出向量代表的就是图像概率最大的类别。

5.根据权利要求4所述的基于BD胶囊网络的柑橘黄龙病分类方法,其特征在于,所述数字胶囊层输出后还计算预测分类与实际分类的差距程度:+ 2 ‑ 2

Lc=Tcmax(0,m‑||vc||) +λ(1‑Tc)max(0,||vc||‑m)式中,vc表示数字胶囊层输出的结果值,Lc表示损失函数,c表示分类的类别,Tc是分类+ -的指示函数,分类c在结果有病时为1,无病时为0;m 为上边缘,惩罚假阴性;m 为下边缘,惩+ -罚假阳性;λ是比例系数,调整等式中加号前半部分和后半部分之间的比重;m 、m 和λ都是超参数,在BD胶囊网络学习之前预设为定值。