ВВЕДЕНИЕ................................................................................................................ 2
1. АНАЛИЗ МЕТОДОВ АУГМЕНТАЦИИ ОБУЧАЮЩИХ ДАННЫХ ДЛЯ
РАСПОЗНАВАНИЯ ИЗОБРАЖЕНИЙ ................................................................ 13
1.1 Проблемы практического применения свёрточных нейронных сетей.........13
1.2 Аугментация данных......................................................................................... 19
1.3 Виды и способы аугментации данных ............................................................ 22
1.3.1 Матричная фильтрация............................................................................ 24
1.3.2 Геометрические преобразования............................................................ 24
1.3.3 Изменения цветового пространства ....................................................... 25
1.3.4 Дропаут...................................................................................................... 26
1.3.5 Наложение изображений ......................................................................... 27
1.3.6 Состязательное обучение ........................................................................ 29
1.3.7 Перенос стиля ........................................................................................... 31
1.3.8 Генеративно-состязательные сети.......................................................... 32
1.4 Естественные состязательные примеры ......................................................... 34
1.5 Оценка помехоустойчивости нейронных сетей............................................. 37
1.6 Постановка и формализация научной задачи исследования ........................ 38
Выводы по разделу 1............................................................................................... 42
2. ИССЛЕДОВАНИЕ ПОМЕХОУСТОЙЧИВОСТИ СВЁРТОЧНОЙ
НЕЙРОННОЙ СЕТИ............................................................................................... 43
2.1 Метод оценки помехоустойчивости СНС ...................................................... 43
2.2 План исследования............................................................................................ 47
3
2.3 Модель формирования и искажения изображений с низкой плотностью
точек ............................................................................................................... 49
2.4 Структура нейронной сети............................................................................... 52
2.5 Оценка зависимости качества распознавания от величины
неопределенности в тестовых наборах данных ............................................. 53
2.6 Исследование помехоустойчивости сети, обученной на наборах данных с
искажениями...................................................................................................... 54
Выводы по разделу 2............................................................................................... 57
3. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ НЕОПРЕДЕЛЁННОСТИ В ОБУЧАЮЩИХ
ДАННЫХ НА ПОМЕХОУСТОЙЧИВОСТЬ СВЁРТОЧНОЙ НЕЙРОННОЙ
СЕТИ.........................................................................................................................59
3.1 Зависимость точности распознавания от неопределённости в тестовых и
обучающих данных (UTR и UTS)........................................................................ 59
3.2 Интегральная точность распознавания изображений при различных
пороговых значениях требуемой минимальной точности распознавания.. 61
3.3 Распознавание зашумленных естественных изображений и обучение
свёрточных нейронных сетей на зашумленных естественных
изображениях..................................................................................................... 66
3.4 Результаты анализа работы свёрточной сети при прочих видах искажений
естественных изображений.............................................................................. 70
Выводы по разделу 3............................................................................................... 73
4. МЕТОД ОПТИМАЛЬНОЙ АУГМЕНТАЦИИ ОБУЧАЮЩИХ ДАННЫХ БЕЗ
УВЕЛИЧЕНИЯ ИХ ОБЪЁМА ............................................................................... 75
4.1 Проблема распознавания естественных изображений.................................. 75
4.2 Наборы данных, структура свёрточной нейронной сети, типы искажений и
моделирование................................................................................................... 77
4
4.3 Зависимости точности распознавания изображений от интенсивности
размытия............................................................................................................. 81
Выводы по разделу 4............................................................................................... 84
5. НИЗКОЧАСТОТНАЯ ФИЛЬТРАЦИЯ ИЗОБРАЖЕНИЙ ДЛЯ
ПРОТИВОДЕЙСТВИЯ СОСТЯЗАТЕЛЬНЫМ ИСКАЖЕНИЯМ..................... 86
5.1 Методы противодействия состязательным искажениям............................... 86
5.2 Инструменты и методы..................................................................................... 92
5.2.1 Наборы данных......................................................................................... 92
5.2.2 Свёрточные нейронные сети................................................................... 95
5.2.3 Состязательные атаки .............................................................................. 97
5.3 Разработанный метод противодействия высокочастотным искажениям
............................................................................................................................. 99
5.4 Постановка эксперимента............................................................................... 103
5.5 Результаты работы предложенного метода.................................................. 105
Выводы по разделу 5............................................................................................. 110
ЗАКЛЮЧЕНИЕ ......................................................................................................... 112
СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ............................ 114
СПИСОК ТЕРМИНОВ ............................................................................................. 115
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ......................................................................................... 116
Приложение 1. Акты о внедрении и использовании результатов диссертационной
работы...................................................................................................................... .. 140
