1.一种基于Resnet和随机森林融合的鱼类分类方法,其特征在于,它包括以下步骤:步骤1:进行数据集的采集、选择,采集若干类海洋鱼类作为初始数据集;
步骤2:进行数据集预处理;
步骤3:进行数据集的增强;
步骤4:进行特征提取网络的构造和图像特征提取,提取出若干类鱼的特征信息;
步骤5:进行随机森林的构造,将若干类鱼的特征信息放入随机森林分类器中进行训练;
步骤6:构造特征提取网络和随机森林鱼类分类模型;
采用所构造的鱼类分类模型进行鱼类的分类;
在步骤3中,包括以下步骤:
步骤3‑1:进行图像翻转:对鱼类图像进行水平翻转或者是垂直翻转;
步骤3‑2:进行图像旋转:将鱼类图像旋转一定角度;
步骤3‑3:进行图像平移:将鱼类图像沿水平方向平移或者竖直方向平移;
步骤3‑4:进行对比度变换:改变鱼类图像的S和V亮度分量;
步骤3‑5:噪声扰动:对鱼类图像进行椒盐噪声或者高斯噪声;
通过以上步骤,扩展每类鱼的图像的数量,并随机打散划分成若干张鱼类训练集和若干张鱼类验证集;
在步骤4中,包括以下步骤:
步骤4‑1:将步骤3获得的鱼类图片输入Resnet网络中,输入图像为多通道,大小为H×W,经过一个卷积核为F,卷积核个数为K,步长为S,在使用CNN处理图像信息时,输入图像中的大部分边缘像素只被卷积核操作一次,而图像中间的像素会被多次扫描;这在一定程度上降低了边界信息的参考程度;另一方面,在使用零填充后,新边界对实际处理的某个部分有影响;同时,可以对不同尺寸的输入图像进行补齐,使其大小一致;设输入尺寸为(H,W),后置尺寸为(FH,FW),输出尺寸为(OPH,OPW),填充长度为P,步幅为s,则输出尺寸公式如下零填充大小为P的卷积操作,输出的大小为H1×W1×K计算公式如式(1)、式(2)所示:步骤4‑2:将步骤4‑1得出的结果经过Batch Normalization层,能够加速网络收敛和控制过拟合,在BN层中,均值为μ,方差为δ,偏移为β,可学习参数为γ;一个较小数为∈,作用是防止分母为0;输入为X,输出为Y,计算公式如式(3)、式(4)所示:Y=γX1+β(4)
步骤4‑3:再经过修正线性单元ReLU激活函数,偏置为b,权重为W,转置矩阵为T,输入为X,输出为Y,计算公式如式(5)所示:T
Y=max(0,W×X+b) (5)
步骤4‑4:再经过最大池化层MAXPOOL,得出第一阶段的特征图;
步骤4‑5:将步骤4‑4的输出特征图输入到第二阶段,第二阶段由3个bottleneck组成,第1个bottleneck将图像通道增加4倍,第2个和第3个bottleneck保持通道和图像大小不变,得到特征图;
步骤4‑6:将步骤4‑5的输出特征图输入到第三阶段,第三阶段由4个bottleneck组成,第1个bottleneck将图像通道增加2倍,图像尺寸减半,第2个、第3个和第4个bottleneck保持通道和图像大小不变,得到特征图;
步骤4‑7:将步骤4‑6的输出特征图输入到第四阶段,第四阶段由6个bottleneck组成,第1个bottleneck将图像通道增加2倍,图像尺寸减半,第2、3、4、5、6个bottleneck保持通道和图像大小不变,得到特征图;
步骤4‑8:将步骤4‑7的输出特征图输入到第五阶段,第五阶段由3个bottleneck组成,第1个bottleneck将图像通道增加2倍,图像尺寸减半,第2个和第3个bottleneck保持通道和图像大小不变,得到特征图;
步骤4‑9:将步骤4‑8得到的特征图经过输出大小为1×1的平均池化层,减小计算的参数量,防止过拟合,再经过展平操作,得出维度为D的图像特征向量;
步骤4‑10:Resnet网络选用NLLLoss损失函数,在NLLLoss损失函数中,输入为x,目标为y,权重为w,批次大小为N,默认还原为“mean”,它的计算公式如式(6)所示:步骤4‑11:网络权重的更新,预测结果和实际结果的计算损失进行网络节点的更新;
步骤4‑12:获取训练集的特征集,将数据集经过上述步骤4‑1至步骤4‑11更新之后的特征提取网络,得出大小为N,长度为D的图像特征集。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,在步骤1中,收集拍摄海洋鱼类图片,做好鱼类种类标签和数量的对应整理。
3.根据权利要求2所述的方法,其特征在于,在步骤2中,包括以下步骤:步骤2‑1:使用预训练的多类别目标检测网络模型、使用网上公开的鱼类数据集进行鱼类目标检测训练;
步骤2‑2:进行鱼类图片的目标定位,保留少量的背景信息,裁剪出只有鱼类目标的矩形区域。
4.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,在步骤5中,具体包括以下步骤:步骤5‑1:进行特征样本集的选择,使用步骤4中获取的图像特征集,每轮从图像特征集中通过Bootstraping的方式抽取N个样例,得到一个大小为N的样本子集,用来训练一个决策树,共进行X轮的抽取,一共生成X个决策树;
步骤5‑2:进行决策树的生成,图像特征集中每张图像的特征向量为D维,在每一轮生成决策树的过程中,从D个特征中随机选择其中的若干个特征组成一个新的特征子集,通过使用新的特征子集来生成决策树,在生成决策树的过程中,由于这X个决策树在训练集的选择和特征的选择上都是随机的,因此各个决策树之间是相互独立的,在决策树节点的特征选择使用“gini”量化评估标准,表示在样本集合中一个随机选中的样本被分错的概率,“gini”指数越小表示集和被选中的样本被分错的概率越小,即集合的纯度越高,分类类别数为K,从k=1开始,样本属于第k类的概率为pk,概率分布按照式(7)计算:步骤5‑3:进行决策树的组合,由于生成的X个决策树之间是相互独立的,每个决策树的重要性是相等的,因而在将它们进行组合时,无需考虑他们的权值,或者可以认为他们具有相同的权值,对于分类问题,最终的分类结果使用所有的决策树投票来确定最终分类结果。
5.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,在步骤6中,将步骤4构造的Resnet特征提取器和步骤5构造的随机森林分类器进行整合,构造出Resnet+随机森林的鱼类分类模型。