基于高阶TV正则化低秩矩阵重构的深度神经网络鲁棒性增强研究
批准号:
62072024
项目类别:
面上项目
资助金额:
57.0 万元
负责人:
王恒友
依托单位:
学科分类:
计算机图像视频处理与多媒体技术
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
王恒友
中文摘要
随着深度学习研究的不断深入,其鲁棒性不足问题受到研究者的广泛关注。即当输入样本受到一定的对抗干扰时,原先得到的深度神经网络模型将无法对该样本进行有效识别。因此,若忽视其潜在的鲁棒性隐患,深度学习的应用,如人脸识别支付等,不仅会让攻击者乘虚而入,而且会给社会造成不可估量的损失。本项目拟结合现有的防御机制,充分利用低秩矩阵重构的图像结构探索能力及高阶TV范数正则化的区域光滑增强优势,探索基于高阶TV正则化低秩矩阵重构的样本预处理机制,提升对抗噪声消除效果,增强深度神经网络的鲁棒性。具体研究内容包括:(1)构建高阶TV正则化低秩矩阵重构模型及其快速求解算法;(2)设计基于关键点检测及低秩矩阵重构的噪声消除防御方法;(3)结合GAN网络,搭建基于高阶TV正则化低秩矩阵重构的对抗噪声消除网络模型。本项目的研究,不仅有利于拓展低秩矩阵理论及其应用范围,而且为解决深度神经网络的鲁棒性提供新思路。
英文摘要
With the deepening of deep learning research, its problem of robustness has attracted widespread attention from researchers. When the input samples are corrupted by certain adversarial disturbance, the original deep neural network model will not achieve the expected recognition effect. Therefore, if the potential robust risks are neglected, the application of deep learning, such as payment based on face recognition, will not only allow malicious attackers to take advantage of it, but also cause immeasurable losses to society. This project intends to combine the existing defensive framework, make full use of the low-rank matrix reconstruction image structure exploration ability and high-order TV norm regularization of regional smooth enhancement advantages, develop images pre-processing mechanism based on high-order TV regularization low-rank matrix reconstruction, so as to better improve the ability to eliminate noise and enhance the robustness of deep neural networks. The specific research contents include: (1) Constructing low-rank matrix reconstruction models with higher-order TV regularization and their fast solving algorithms; (2) Designing a de-noising defense method based on key point detection and low-rank matrix reconstruction; (3) Combing GAN network, build an adversarial noise removing optimization model based on low-rank matrix reconstruction with higher-order TV regularization. The research of this project not only expands the theory of low-rank matrix and its application scope, but also provides new ideas for solving the stability of deep neural networks.
深度神经网络由于其出色表现,在各领域得到广泛应用,然而却存在鲁棒性不足的问题。本项目利用低秩矩阵重构的图像结构探索能力及高阶TV范数正则化的区域光滑增强优势,探索基于高阶TV正则化低秩矩阵重构的样本预处理机制,提升对抗噪声消除效果,增强深度神经网络的鲁棒性,取得了较好的进展。. 在基于低秩重构的深度神经网络鲁棒性增强方面,一是提出了基于重加权低秩矩阵填充模型的深度神经网络鲁棒性增强方法,通过对受攻击样本进行关键点检测排序并将其丢弃,运用所构建的填充模型进行图像重构,从而实现对抗噪声去除的目的;二是利用光滑秩函数的低秩逼近性能,提出了结构引导的改进低秩图像对抗噪声去除方法;三是根据高阶TV正则化的优势,提出了高阶TV正则化的低秩矩阵重构对抗噪声去除方法;四是提出了一种具有频域变换的鲁棒注意力排序架构对抗样本防御网络,通过在第一个卷积层之后引入离散余弦变换激活层,有效抑制了基于梯度攻击的攻击方法;五是提出了一种具有非对称去偏对比的鲁棒图表示学习方法。. 在低秩矩阵重构算法及其图像处理方面,一是提出了异常值估计的结构光滑低秩矩阵恢复模型, 通过估计异常值来确定严重被污染的像素位置和 TV 范数正则化,实现野点噪声的去除;二是提出了面向多视图子空间聚类的非凸低秩稀疏张量表示;三是构建深度矩阵分解稀疏感知重建网络,实现稀疏采样的图像重建。. 在深度神经网络的模型优化及其图像分析研究方面,主要工作如下:一是提出了全局和边缘信息增强的遥感影像语义分割算法(GE-Swin);二是提出了ragBERT:用于图像字幕的关系对齐和语法方面的BERT模型;三是针对建筑施工场景下的目标检测问题,提出了一种增强的多尺度目标检测算法,以解决由于建筑工地的尺度变化而导致的检测性能差的问题;四是提出了基于双金字塔和Transformer的多尺度高光谱图像锐化网络;五是提出了遥感图像中极端目标检测算法;六是构建了基于多尺度光流时空增强和正态挖掘下的视频异常检测模型;七是提出了基于残差结构子图的图神经网络;八是针对目标检测中的边界问题,提出了一种新的多分支半监督语义分割方法。
广义低秩矩阵重构算法及其应用研究
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批准号:61502024
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项目类别:青年科学基金项目
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资助金额:20.0万元
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批准年份:2015
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负责人:王恒友
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依托单位:
国内基金
海外基金