Статья: Применение предварительно обученных нейронных сетей для решения задачи обратного поиска рентгеновских изображений запрещенных предметов и веществ

   В работе рассматриваются вопросы применения предварительно обученных нейронных сетей для решения задачи обратного поиска рентгеновских изображений запрещенных предметов и веществ. Целью работы является проведение анализа и обоснование путей повышения эффективности систем распознавания рентгеновских изображений багажа и ручной клади пассажиров. Представлен анализ существующих отечественных и зарубежных работ в области распознавания рентгеновских изображений багажа и ручной клади пассажиров. Выявлено, что, несмотря на достигнутые результаты по разработке алгоритмов распознавания запрещенных предметов и веществ, они не в полной мере справляются с таким фактором сложности, как наложение предметов. Для решения данной проблемы в работе предлагается дополнительно анализировать те рентгеновские изображения, на которых уверенность в распознавании объектов невысокая. Данный этап включает в себя следующие шаги: сегментация изображений, извлечение признаков сегментированных элементов изображений; поиск схожих изображений по базе данных; принятие решения о классе сегментированных элементов изображений. В данной статье рассматриваются три последних шага. Проанализированы варианты реализации подходов к извлечению признаков из изображений, в частности основанные на применение сверточных автоэнкодеров и предварительно обученных нейронных сетей. Выбран подход, основанный на применении предварительно обученных нейронных сетей. В работе применяется нейронная сеть архитектуры ResNet-50, предварительно обученная на коллекции ImageNet. Для применения данной модели для извлечения векторов признаков изображений, был предварительно удален последний слой классификации. Все предыдущие слои модели кодируют изображение в вектор. ResNet-50 генерирует 2048-мерный вектор признаков изображений. Для понижения размерности векторов признаков изображений используется метод главных компонент. Решение о том, является ли сегментированный элемент изображения запрещенным предметом или веществом, рассматривается как задача обратного поиска с применением алгоритма K‑ближайших соседей. Класс элемента рентгеновского изображения в данном случае – это класс, наиболее часто встречающийся среди k ближайших соседей. В целях апробации предложенного подхода был сформирован обучающий набор данных, включающий 4 635 изображений отдельных предметов и веществ, которые могут встречаться в багаже и ручной клади пассажиров. Представлен сравнительный анализ времени индексации и поиска изображений при различных алгоритмах и количестве признаков. Представлен сравнительный анализ точности модели. Сделан вывод, что наиболее приемлемым является алгоритм Brute force в сочетании с методом главных компонент.