一种辅助新型冠状病毒肺炎检测的肺实质分割算法

新型冠状病毒肺炎给人类健康及社会经济造成了巨大的负面影响,而X光胸片中的肺实质提取成为新型冠状病毒肺炎诊断过程中的关键环节。在U-Net的基础上,提出一种结合编解码模式的肺实质分割算法。应用特征融合思想,构建A形特征融合模块,充分学习深层特征的语义信息。引入注意力机制,在深层卷积神经网络中加入密集空洞卷积模块和残差多核池化模块,扩大卷积感受野并提取上下文特征信息。通过改进可变形卷积和分割损失函数,提升网络模型的泛化能力和鲁棒性。实验结果表明,该算法的分割准确度、Dice系数、敏感度、Jaccard指数分别为98.16%、98.32%、98.13%、98.54%,能够实现X光胸片中肺实质部位的有效分割。     

基于改进U-Net网络的隧道裂缝分割算法研究

针对复杂背景下隧道的细小裂缝图像特征难以提取以及裂缝像素类别不平衡等问题,提出了一种改进U-Net网络的隧道裂缝分割算法。将U-Net模型的编码器和解码器与残差模块相结合,使得网络参数共享,并避免出现深层网络梯度消失的问题;在此结构基础上引入挤压和激励（Squeeze and Excitation,SE）模块来提升重要特征,抑制无用特征,加强对裂缝边缘和形状等特征的权重分配;采用组合损失函数来处理裂缝像素正负样本不平衡的问题,进一步获得更加精细的分割结果。在公共隧道裂缝数据集和自制数据集上设计对比实验来验证改进模型的有效性。结果表明：该算法对裂缝的分割精度均优于其他方法,F1-Score分别达到了76.36%和75.46%,并且运行速度也有明显的提升,可以很好地满足实际工程的应用需求。     

融合注意力和多尺度特征的街景图像语义分割

为了解决在街道场景图像语义分割任务中传统U-Net网络在多尺度类别下目标分割的准确率较低和图像上下文特征的关联性较差等问题,提出一种改进U-Net的语义分割网络AS-UNet,实现对街道场景图像的精确分割.首先,在U-Net网络中融入空间通道挤压激励(spatial and channel squeeze&excitation block, scSE)注意力机制模块,在通道和空间两个维度来引导卷积神经网络关注与分割任务相关的语义类别,以提取更多有效的语义信息;其次,为了获取图像的全局上下文信息,聚合多尺度特征图来进行特征增强,将空洞空间金字塔池化(atrous spatial pyramid pooling, ASPP)多尺度特征融合模块嵌入到U-Net网络中;最后,通过组合使用交叉熵损失函数和Dice损失函数来解决街道场景目标类别不平衡的问题,进一步提升分割的准确性.实验结果表明,在街道场景Cityscapes数据集和Cam Vid数据集上AS-UNet网络模型的平均交并比(mean intersection over union, MIo U)相较于传统U-Net网络分别提...     

基于改进的U-Net肺结节分割方法研究

由于肺部CT图像的特征信息复杂程度高,经典U型卷积网络对肺结节分割存在准确率较低和误分割等问题.针对这一问题,提出一种改进的U型卷积网络模型.该模型将U-Net网络和DenseNet网络融合,将解码器浅层特征连接至深层特征来增强特征的复用性.通过U-Net网络与卷积条件随机场(ConvCRF)的端到端结合训练来增强边缘特征,解决了边界模糊的问题.提出一种改进的focal loss损失函数,该函数提高了结节所占的权重,解决了正负样本不平衡的问题.在LUNA16数据集中作对比实验验证了模型的性能,分割精准度达到0.9374,敏感度为0.941,该结果证明了改进模型在肺结节分割中更优.     

基于改进的V-Net模型肺结节分割算法的研究

由于CT图像是三维图像,在原始的V-Net模型分割中,易出现结节漏检和边界分割不清晰,以及损失函数Dice训练时不稳定等问题。根据这些问题,提出3D多尺度SE V-Net,简称MSEV-Net网络,同时通过联合损失函数来提高训练的稳定性。该网络模型在V-Net网络的基础上,使用多尺度卷积模块来替换原有的5×5×5卷积,同时在残差连接后加入SE通道注意力模块,通过不同尺度的特征融合和学习不同通道之间的关系,解决肺结节小不易分割的问题。同时在V-Net网络残差连接基础上加一条短跳跃连接,使得整个网络更好利用全局特征。联合损失函数选择Dice和交叉熵损失函数进行融合,可以很好地解决训练不稳定问题。提出的MSEV-Net网络模型和联合损失函数在平均分割准确率PA达到0.998,DSC达到0.837。实验结果表明,该方法在提高肺结节分割精度方面具有一定的效果。     

融合残差上下文编码和路径增强的视杯视盘分割

目的 从眼底图像中分割视盘和视杯对于眼部疾病智能诊断来说是一项重要工作,U-Net及变体模型已经广泛应用在视杯盘分割任务中。由于连续的卷积与池化操作容易引起空间信息损失,导致视盘和视杯分割精度差且效率低。提出了融合残差上下文编码和路径增强的深度学习网络RCPA-Net,提升了分割结果的准确性与连续性。方法 采用限制对比度自适应直方图均衡方法处理输入图像,增强对比度并丰富图像信息。特征编码模块以ResNet34(residual neural network)为骨干网络,通过引入残差递归与注意力机制使模型更关注感兴趣区域,采用残差空洞卷积模块捕获更深层次的语义特征信息,使用路径增强模块在浅层特征中获得精确的定位信息来增强整个特征层次。本文还提出了一种新的多标签损失函数用于提高视盘视杯与背景区域的像素比例并生成最终的分割图。结果 在4个数据集上与多种分割方法进行比较,在ORIGA(online retinal fundus image database for glaucoma analysis)数据集中,本文方法对视盘分割的JC(Jaccard)指数为0.939 1,F-measure为...     

空洞可分离卷积和注意力机制的实时语义分割

目的 为满足语义分割算法准确度和实时性的要求,提出了一种基于空洞可分离卷积模块和注意力机制的实时语义分割方法。方法 将深度可分离卷积与不同空洞率的空洞卷积相结合,设计了一个空洞可分离卷积模块,在减少模型计算量的同时,能够更高效地提取特征;在网络输出端加入了通道注意力模块和空间注意力模块,增强对特征的通道信息和空间信息的表达并与原始特征融合,以进一步提高特征的表达能力;将融合的特征上采样到原图大小,预测像素类别,实现语义分割。结果 在Cityscapes数据集和CamVid数据集上进行了实验验证,分别取得70.4%和67.8%的分割精度,速度达到71帧/s,而模型参数量仅为0.66 M。在不影响速度的情况下,分割精度比原始方法分别提高了1.2%和1.2%,验证了该方法的有效性。同时,与近年来的实时语义分割方法相比也表现出一定优势。结论 本文方法采用空洞可分离卷积模块和注意力模块,在减少模型计算量的同时,能够更高效地提取特征,且在保证实时分割的情况下提升分割精度,在准确度和实时性之间达到了有效的平衡。     

基于U-Net网络的医学图像分割研究综述

近年来随着深度学习技术的快速发展,卷积神经网络(CNN)成为语义分割的重要支撑框架,被广泛运用于多种目标检测与分割的任务当中。在医学图像分割任务中,U-Net网络以其优异的分割性能、可拓展性的网络结构等特点成为该领域研究的热点。如今有众多学者从网络的结构等方面对U-Net进行改进以优化网络性能、提升分割准确度。研究通过对相关文献的分析,首先介绍了基于U-Net的经典改进模型;然后阐述了六大U-Net改进机制：注意力机制、inception模块、残差结构、空洞机制、密集连接结构以及集成网络结构;随后介绍了医学图像分割常用评价指标和非结构化改进方案,这些非结构化改进方法包括数据增强、优化器、激活函数和损失函数四个方面;之后列举并分析了在肺结节、视网膜血管、皮肤病和颅内肿瘤新冠肺炎四大医学图像分割领域的改进模型;最后对U-Net网络的未来发展进行展望,为相关研究提供思路。     

交叉特征融合和RASPP驱动的场景分割方法

本文针对场景中目标多样性和尺度不统一等现象造成的边缘分割错误、特征不连续问题, 提出了一种交叉特征融合和RASPP驱动的场景分割方法. 该方法以交叉特征融合的方式合并编码器输出的多尺度特征, 在融合高层语义信息时使用复合卷积注意力模块进行处理, 避免上采样操作造成的特征信息丢失以及引入噪声的影响, 细化目标边缘分割效果. 同时提出了深度可分离残差卷积, 在此基础上设计并实现了结合残差的金字塔池化模块——RASPP, 对交叉融合后的特征进行处理, 获得不同尺度的上下文信息, 增强特征语义表达. 最后, 将RASPP模块处理后的特征进行合并, 提升分割效果. 在Cityscapes和CamVid数据集上的实验结果表明, 本文提出方法相比现有方法具有更好的表现, 并且对场景中的目标边缘有更好的分割效果.     

结合注意力机制和多路径U-Net的视网膜血管分割

针对现有算法无法精确分割细微血管末端,且分割结果易受光学造影与病变区域影响的问题,提出一种结合注意力和多路径U-Net的视网膜血管分割算法.首先,设计一个双路径U-Net,通过纹理与结构分支提取粗和细粒度血管,并使用语义指导模块充分融合深浅层特征;其次,采用一种引入注意力机制和DropBlock的残差模块来代替普通卷积模块,改善处于复杂背景区域中血管的分割效果,防止过拟合;最后,将双路径U-Net的输出图与原图传入特征细化模块进行特征提取和融合,进一步细化血管分割结果.在DRIVE, STARE和CHASEDB1数据集上的实验结果表明,该算法的准确率分别为97.01%,96.43%和97.52%;灵敏度分别为80.31%,84.38%和81.61%;受试者工作特性曲线下方的面积(AUC)分别为98.67%, 98.06%和98.83%,综合分割性能优于其他算法.     

基于改进U-Net网络的细小裂纹检测

针对复杂背景下细小裂纹图像检测难、噪声干扰多和裂纹宽度信息易丢失的问题,提出一种基于U-Net改进的方法.利用残差块解决网络退化,加入BN层改善梯度弥散,融入深度可分离卷积以及高尺度的转置卷积,实现特征信息由浅入深的传递;改进注意力机制,实现细节特征的优化;延伸U-Net特征向量长度,在底部加入由最大池化层、小尺度深度...     

DeepLabv3plus-IRCNet：小目标特征提取的图像语义分割

目的 为了解决经典卷积神经网络无法满足图像中极小目标特征提取的准确性需求问题,本文基于DeepLabv3plus算法,在下采样过程中引入特征图切分模块,提出了DeepLabv3plus-IRCNet（IR为倒置残差（inverted residual,C为特征图切分（feature map cut））图像语义分割方法,支撑图像极小目标的特征提取。方法 采用由普通卷积层和多个使用深度可分离卷积的倒置残差模块串联组成的深度卷积神经网络提取特征,当特征图分辨率降低到输入图像的1/16时,引入特征图切分模块,将各个切分特征图分别放大,通过参数共享的方式提取特征。然后,将每个输出的特征图进行对应位置拼接,与解码阶段放大到相同尺寸的特征图进行融合,提高模型对小目标物体特征的提取能力。结果 本文方法引入特征图切分模块,提高了模型对小目标物体的关注,充分考虑了图像上下文信息,对多个尺度下的各个中间层特征进行融合,提高了图像分割精度。为验证方法的有效性,使用CamVid（Cambridge-driving labeled video database）数据集对提出的方法进行验证,平均交并比（mean intersection over union,mIoU）相对于DeepLabv3plus模型有所提升。验证结果表明了本文方法的有效性。结论 本文方法充分考虑了图像分割中小目标物体的关注度,提出的DeepLabv3plus-IRCNet模型提升了图像分割精度。     

多尺度特征金字塔融合的街景图像语义分割

针对街景图像语义分割任务中的目标尺寸差异大、多尺度特征难以高效提取的问题, 本文提出了一种语义分割网络(LDPANet). 首先, 将空洞卷积与引入残差学习单元的深度可分离卷积结合, 来优化编码器结构, 在降低了计算复杂度的同时缓解梯度消失的问题. 然后利用层传递的迭代空洞空间金字塔, 将自顶向下的特征信息依次融合, 提高了上下文信息的有效交互能力; 在多尺度特征融合之后引入属性注意力模块, 使网络抑制冗余信息, 强化重要特征. 再者, 以通道扩展上采样代替双线插值上采样作为解码器, 进一步提升了特征图的分辨率. 最后, LDPANet方法在Cityscapes和CamVid数据集上的精度分别达到了91.8%和87.52%, 与近几年网络模型相比, 本文网络模型可以精确地提取像素的位置信息以及空间维度信息, 提高了语义分割的准确率.     

改进DeepLabV3+网络的遥感影像农作物分割方法

针对于当前遥感影像农作物提取存在的识别精度较低、边缘识别效果较差、提取速度慢等问题,提出了一种改进DeepLabV3+网络的遥感影像农作物分割方法。将特征提取网络改为更轻量级的MobileNetV2网络,空洞空间金字塔池化模块中的普通卷积改为深度可分离卷积,大幅减少模型计算量,提高模型计算速度;在特征提取模块以及空洞空间金字塔池化模块加入双注意力机制,进一步优化模型边缘识别效果,提升模型分割精度。此外针对农作物数据集类别不平衡问题,引入加权损失函数,给予玉米、薏米与背景类不同的权重,提高模型对农作物区域分割精度。以2019年某地区的无人机遥感影像为研究对象,对玉米、薏米两种农作物进行分割。实验结果表明,改进DeepLabV3+算法像素准确率可达到93.9%,平均召回率可达到90.7%,平均交并比可达到83.3%,优于传统DeepLabV3+、Unet、Segnet等常用于农作物提取的分割方法,对农作物具有更好的分割效果。     

改进Deeplab v3+网络的手术器械分割方法

针对当前国内手术器械管理耗费人力,智能化程度低的问题,提出一种动态学习特征的改进Deeplab v3+网络模型语义分割算法。为了加强相关任务有效特征学习,在Deeplab v3+模型编码端嵌入注意力机制CBAM模块并通过密集深度分离卷积和扩张卷积提取图像高层特征;在解码端增加两路低层特征来源,保留了重要特征信息,提高了分割准确率。实验结果表明,改进后网络在手术器械数据集上MIoU、PA、Recall、[F]值分别为0.854、0.874、0.872和0.873。相较于其他语义分割网络,改进网络分割性能更优,有极大的工程实用价值。     

引入注意力机制和多视角融合的脑肿瘤MR图像U-Net分割模型

目的 脑肿瘤核磁共振（magnetic resonance,MR）图像分割对评估病情和治疗患者具有重要意义。虽然深度卷积网络在医学图像分割中取得了良好表现,但由于脑胶质瘤的恶性程度与外观表现有巨大差异,脑肿瘤MR图像分割仍是一项巨大挑战。图像语义分割的精度取决于图像特征的提取和处理效果。传统的U-Net网络以一种低效的拼接方式集成高层次特征和低层次特征,从而导致图像有效信息丢失,此外还存在未能充分利用上下文信息和空间信息的问题。对此,本文提出一种基于注意力机制和多视角融合U-Net算法,实现脑肿瘤MR图像的分割。方法 在U-Net的解码和编码模块之间用多尺度特征融合模块代替传统的卷积层,进行多尺度特征映射的提取与融合;在解码模块的级联结构中添加注意力机制,增加有效信息的权重,避免信息冗余;通过融合多个视角训练的模型引入3维图像的空间信息。结果 提出的模型在BraTS18（Multimodal Brain Tumor Segmentation Challenge 2018）提供的脑肿瘤MR图像数据集上进行验证,在肿瘤整体区域、肿瘤核心区域和肿瘤增强区域的Dice score分别为0.907、0.838和0.819,与其他方法进行对比,较次优方法分别提升了0.9%、1.3%和0.6%。结论 本文方法改进了传统U-Net网络提取和利用图像语义特征不足的问题,并引入了3维MR图像的空间信息,使得肿瘤分割结果更加准确,具有良好的研究和应用价值。     

基于YOLOv3与注意力机制的桥梁表面裂痕检测算法

为了实现桥梁表面裂痕的快速准确检测和及时修复,在目标检测网络YOLOv3的基础上,结合深度可分离卷积与注意力机制,提出实时检测桥梁表面裂痕的轻量级目标检测网络.使用深度可分离卷积操作替换YOLOv3的标准卷积操作,达到降低网络参数量的目的.同时为了解决深度可分离卷积操作带来的网络精度下降的问题,引入MobileNet v2的反转残差块.卷积块注意力模块同时关注图像的通道注意力和空间注意力,较好地进行特征的自适应学习.实验表明,文中算法可实现对桥梁表面裂痕的实时检测.相比YOLOv3,具有更高的检测精度和检测速度.     

基于特征选择与残差融合的肝肿瘤分割模型

目的 高效的肝肿瘤计算机断层扫描（computed tomography,CT）图像自动分割方法是临床实践的迫切需求,但由于肝肿瘤边界不清晰、体积相对较小且位置无规律,要求分割模型能够细致准确地发掘类间差异。对此,本文提出一种基于特征选择与残差融合的2D肝肿瘤分割模型,提高了2D模型在肝肿瘤分割任务中的表现。方法 该模型通过注意力机制对U-Net瓶颈特征及跳跃链接进行优化,为符合肝肿瘤分割任务特点优化传统注意力模块进,提出以全局特征压缩操作（global feature squeeze,GFS）为基础的瓶颈特征选择模块,即全局特征选择模块（feature selection module,FS）和邻近特征选择模块（neighbor feature selection module,NFS）。跳跃链接先通过空间注意力模块（spatial attention module,SAM）进行特征重标定,再通过空间特征残差融合（spatial feature residual fusion module,SFRF）模块解决前后空间特征的语义不匹配问题,在保持低复杂度的同时使特征高效表达。结果 在LiTS （liver tumor segmentation）公开数据集上进行组件消融测试并与当前方法进行对比测试,在肝脏及肝肿瘤分割任务中的平均Dice得分分别为96.2%和68.4%,与部分2.5D和3D模型的效果相当,比当前最佳的2D肝肿瘤分割模型平均Dice得分高0.8%。结论 提出的FSF-U-Net （feature selection and residual fusion U-Net）模型通过改进的注意力机制与优化U-Net模型结构的方法,使2D肝肿瘤分割的结果更加准确。