激光与光电子学进展, 2019, 56 (23): 231006, 网络出版: 2019-11-27   

飞机目标分类的深度卷积神经网络设计优化 下载: 1184次

Design and Optimization of Deep Convolutional Neural Network for Aircraft Target Classification
作者单位
河北工业大学电子信息工程学院, 天津 300401
图 & 表

图 1. 使用的6种类型的飞机目标。(a) Boeing;(b) Cessna172;(c) F/A18;(d) AH-64;(e) C-130;(f) MQ-9

Fig. 1. Six types of aircraft targets are used. (a) Boeing; (b) Cessna172; (c) F/A18; (d) AH-64; (e) C-130; (f) MQ-9

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图 2. 飞机镜像操作效果图

Fig. 2. Effect of aircraft mirroring operation

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图 3. 飞机旋转操作效果图

Fig. 3. Effect of aircraft rotation operation

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图 4. 所设计的深度卷积神经网络结构图

Fig. 4. Structure of proposed deep convolutional neural network

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图 5. 采用不同损失函数的DCNN性能随训练变化的曲线。(a)训练准确率;(b)验证准确率;(c)训练损失;(d)验证损失

Fig. 5. Curves of DCNN training performance by adopting different loss functions. (a) Train accuracy; (b) verification accuracy; (c) train loss; (d) verification loss

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图 6. 训练集损失和验证集损失对比。(a)添加BN层;(b) dropout为0.5;(c) dropout为0.5,并添加BN层

Fig. 6. Comparison between train_loss and val_loss. (a) Adding BN layers; (b) dropout is 0.5; (c) dropout is 0.5, and BN layers are added

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图 7. 飞机分类DCNN结构的归一化混淆矩阵

Fig. 7. Normalized confusion matrix of the proposed DCNN architecture for aircraft classification

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表 1飞机型号参数列表

Table1. List of aircraft model parameters

Aircraft typeLength /mHeight /mWing span range /m
Boeing46.6112.9244.42
Cessna1728.282.7211.00
F/A1817.104.7011.43
AH-6417.733.8714.63
C-13029.7911.6640.41
MQ-911.003.8020.00

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表 2不同卷积层数网络的分类性能和损失性能

Table2. Classification and loss performances of networks with different number of convolutional layers

Number ofconvolutional layersClassification accuracyLoss
No. 1No. 2No. 3No. 1No. 2No. 3
Four0.8890.8910.9100.490.800.55
Five0.8930.8950.9150.510.660.58
Six0.8770.8690.8840.830.840.82
Seven0.8580.8590.8701.381.841.30

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表 3不同池化方式的分类性能和损失性能

Table3. Classification and loss performances for different pooling methods

Method of poolingClassification accuracyLoss
Max-pooling0.9070.65
Average-pooling0.8431.25

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表 4全连接层中神经元数量和隐藏层数的分类性能和损失性能

Table4. Classification and loss performances for the numbers of neurons and hidden layers in fully connected layer

Numbers of hiddenlayers and neuronsClassificationaccuracyLoss
Two (1024+1024)0.9650.15
Two (1024+512)0.9410.24
Three (1024+1024+1024)0.9720.12
Three (1024+1024+512)0.9780.15

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表 5采用不同优化器的分类性能

Table5. Classification performances of different optimizers

OptimizerClassification accuracy
SGD0.978
Adadelta0.594
RMSprop0.349
Adam0.173

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表 6三种减少过拟合方法的分类性能

Table6. Classification performances of three methods to reduce overfitting

MethodClassification accuracy
BN layer0.936
Dropout is 0.50.912
BN layer,and dropout is 0.50.991

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表 7不同方法的识别效果对比

Table7. Comparison of different methods

MethodClassification accuracy
AlexNet0.955
Proposed DCNN0.991

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马俊成, 赵红东, 杨东旭, 康晴. 飞机目标分类的深度卷积神经网络设计优化[J]. 激光与光电子学进展, 2019, 56(23): 231006. Juncheng Ma, Hongdong Zhao, Dongxu Yang, Qing Kang. Design and Optimization of Deep Convolutional Neural Network for Aircraft Target Classification[J]. Laser & Optoelectronics Progress, 2019, 56(23): 231006.

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