改进ASPP及多层次特征语义融合分割方法

为解决图像语义分割中多尺度目标分割困难、类别边界预测不准确等问题，提出一种基于改进空洞空间金字塔池化的多层次特征语义融合分割方法。将深层次网络特征按通道分组，利用分组空洞空间金字塔池化模块捕获每个分组多尺度特征上下文信息；引入条状池化模块对上下文信息补充和完善，增强全局语义信息表达；根据语义引导融合模块建立不同层次特征像素间对应关系，将深层次语义信息以自底向上方式逐步融入到低层次高分辨率图像中。实验结果表明，该方法在PASCAL VOC 2012和Cityscapes公开数据集上分别获得73.1%、71.8%的平均交并比，且在相同精度下，该方法减少了39%的参数量。     

多尺度特征融合工件目标语义分割

目的 目标语义特征提取效果直接影响图像语义分割的精度,传统的单尺度特征提取方法对目标的语义分割精度较低,为此,提出一种基于多尺度特征融合的工件目标语义分割方法,利用卷积神经网络提取目标的多尺度局部特征语义信息,并将不同尺度的语义信息进行像素融合,使神经网络充分捕获图像中的上下文信息,获得更好的特征表示,有效实现工件目标的语义分割。方法 使用常用的多类工件图像定义视觉任务,利用残差网络模块获得目标的单尺度语义特征图,再结合本文提出的多尺度特征提取方式获得不同尺度的局部特征语义信息,通过信息融合获得目标分割图。使用上述方法经多次迭代训练后得到与视觉任务相关的工件目标分割模型,并对训练权重与超参数进行保存。结果 将本文方法和传统的单尺度特征提取方法做定性和定量的测试实验,结果表明,获得的分割网络模型对测试集中的目标都具有较精确的分割能力,与单尺度特征提取方法相比,本文方法的平均交并比mIOU（mean intersection over union）指标在验证集上训练精度提高了4.52%,在测试集上分割精度提高了4.84%。当测试样本中包含的目标种类较少且目标边缘清晰时,本文方法能够得到更精准的分割结果。结论 本文提出的语义分割方法,通过多尺度特征融合的方式增强了神经网络模型对目标特征的提取能力,使训练得到的分割网络模型比传统的单尺度特征提取方式在测试集上具有更优秀的性能,从而验证了所提出方法的有效性。     

用于咽喉器官分割的空洞残差金字塔算法

对咽喉器官分割是喉镜图像分析以及计算机辅助诊疗的先决条件.为准确地分割器官部位,提出一种用于咽喉器官分割的空洞残差金字塔算法.首先提出空洞残差(dilatedresidual,DR)模块,使用多种空洞卷积提取图像不同感受野下的特征,结合残差策略提升特征多样性并加快网络训练速度;然后将DR模块与特征金字塔结合,融合多尺度特征并补充器官浅层特征,使得网络适应器官的多种形态;最后设计咽喉器官分割网络——DRP-Mask.在8 000幅喉镜图像数据集上的实验结果表明,与其他5种语义分割网络相比, DRP-Mask的平均交并比提升2%～4%,比基准网络平均精度提升1.6%,实现对器官准确定位的同时也对其进行完整的分割,分割结果更贴合医生标注结果.     

基于密集连接与特征增强的语义分割算法

在语义分割算法DeepLabv3+中,由于对主干网络提取的特征信息利用不充分,导致了分割边缘不连续、目标丢失以及分割错误等问题。为此,提出一种基于密集连接和特征增强的语义分割算法。采用共享空洞空间金字塔池化(S-ASPP)模块建立多个空洞卷积之间的联系,增强局部信息之间的语义关联,捕获密集的采样点像素,同时提高对高层特征信息的利用。引入特征金字塔增强模块(FPEM)和特征融合模块(FFM),对主干网络输出的多层特征信息进行处理,增强特征的表达能力,并采用FFM对FPEM输出的不同尺度特征信息进行融合,提高各层特征之间的互补能力,以获得更全面的特征图信息。在此基础上,将S-ASPP和FFM的输出进行拼接和卷积操作,得到最终的分割结果。在PASCAL VOC 2012和Cityscapes数据集上的实验结果表明,该算法的平均交并比分别达到81.13%和73.39%,相较于基准算法DeepLabv3+分别提升了2.3和2.1个百分点,充分利用了骨干网络中的每层特征信息,提升了算法的分割精度,取得了较好的分割效果。     

特征融合型卷积神经网络的语义分割

语义分割是对图像中的不同目标进行像素级的分割和分类,是图像处理领域中的一项重要研究,应用十分广泛。深度卷积神经网络在近几年的机器视觉研究中取得了显著成效。针对密集预测的语义分割任务,提出了一种基于VGGNet网络的方法。该方法在深层特征图像中融合了浅层信息,且采用并行的不同采样率的空洞卷积进行特征提取与融合,更有效地提取不同层的特征和上下文信息,从而提高语义分割精度。采用全连接条件随机场优化图像边界,进一步提高语义分割的精度。该方法在PASCAL VOC 2012语义分割任务测试集中取得了71.3% mIOU的结果,优于之前基于VGGNet的主要经典方法。     

基于多重感受野UNet的仪表图像分割方法

为解决现有深度学习图像分割算法不能有效分割指针仪表图像中密集小目标的问题,提出基于多重感受野UNet的仪表图像分割方法.将自编码器结构和空洞卷积结构结合,使多尺度浅层特征和深层语义信息融合;以多种光照强度下采集的指针仪表数据训练模型,充分提升神经网络的泛化能力;并行调节空洞卷积参数,使神经网络学习到最优模型.实验结果表...     

结合全局注意力机制的实时语义分割网络

针对轻量化网络结构从特征图提取有效语义信息不足,以及语义信息与空间细节信息融合模块设计不合理而导致分割精度降低的问题,本文提出一种结合全局注意力机制的实时语义分割网络(global attention mechanism with real time semantic segmentation network ,GaSeNet)。首先在双分支结构的语义分支中引入全局注意力机制,在通道与空间两个维度引导卷积神经网来关注与分割任务相关的语义类别,以提取更多有效语义信息;其次在空间细节分支设计混合空洞卷积块,在卷积核大小不变的情况下扩大感受野,以获取更多全局空间细节信息,弥补关键特征信息损失。然后重新设计特征融合模块,引入深度聚合金塔池化,将不同尺度的特征图深度融合,从而提高网络的语义分割性能。最后将所提出的方法在CamVid数据集和Vaihingen数据集上进行实验,通过与最新的语义分割方法对比分析可知,GaSeNet在分割精度上分别提高了4.29%、16.06%,实验结果验证了本文方法处理实时语义分割问题的有效性。     

基于深度特征融合的图像语义分割

在图像语义分割中使用卷积网络进行特征提取时,由于最大池化和下采样操作的重复组合引起了特征分辨率降低,从而导致上下文信息丢失,使得分割结果失去对目标位置的敏感性。虽然基于编码器-解码器架构的网络通过跳跃连接在恢复分辨率的过程中逐渐细化了输出精度,但其将相邻特征简单求和的操作忽略了特征之间的差异性,容易导致目标局部误识别等问题。为此,文中提出了基于深度特征融合的图像语义分割方法。该方法采用多组全卷积VGG16模型并联组合的网络结构,结合空洞卷积并行高效地处理金字塔中的多尺度图像,提取了多个层级的上下文特征,并通过自顶向下的方法逐层融合,最大限度地捕获上下文信息;同时,以改进损失函数而得到的逐层标签监督策略为辅助支撑,联合后端像素建模的全连接条件随机场,无论是在模型训练的难易程度还是预测输出的精度方面都有一定的优化。实验数据表明,通过对表征不同尺度上下文信息的各层深度特征进行逐层融合,图像语义分割算法在目标对象的分类和空间细节的定位方面都有所提升。在PASCAL VOC 2012和PASCAL CONTEXT两个数据集上获得的实验结果显示,所提方法分别取得了80.5%和45.93%的mIoU准确率。实验数据充分说明,并联框架中的深度特征提取、特征逐层融合和逐层标签监督策略能够联合优化算法架构。特征对比表明,该模型能够捕获丰富的上下文信息,得到更加精细的图像语义特征,较同类方法具有明显的优势。     

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。     

分支空洞卷积神经网络的机加工车间场景语义分割

机加工车间场景的语义分割方法是开发工业场景中自主导航小车AGV所需要的一项关键技术.针对AGV需要精确识别可通行区域和不可通行区域,以及机加工车间场景中目标类别较多且密集导致难以准确分割的问题,提出一种基于DeepLabv3深度学习模型架构的分支空洞卷积神经网络模型.在预训练残差网络ResNet-50的基础上,首先扩展分支结构,通过分支结构设置不同比例的空洞卷积扩张率实现调节特征图感受野,获取不同感受野的上下文信息;然后通过相同扩张率的叠加状态改善空洞卷积的棋盘效应,减少上下文信息的缺失;最后添加多尺度特征融合的解码器单元,利用目标定位准确的浅层特征和目标分类准确的深层特征进行特征融合,弥补由于棋盘效应导致的上下文信息缺失和像素信息不相关性的问题.在自制小样本机加工车间场景数据集上的实验结果表明,与DeepLabv3模型相比,该模型的验证精度提高5.14％,且对于可通行区域、道路线和不可通行区域的语义分割结果更加准确.     

基于卷积神经网络的语义分割算法研究

针对语义分割中残差网络并不能完好地提取图像信息和分割效果差的问题,提出一种联合特征金字塔模型(JFP)用来融合残差网络的输出特征,并结合暗黑空间金字塔池化模型(ASPP)进一步提取特征。在解码部分应用简单的解码结构,恢复图像尺寸完成语义分割;同时引入注意力模型作为辅助语义分割网络,辅助神经网络进行训练。该方法分别在Pascal VOC 2012数据集和增强的Pascal VOC 2012数据集上对网络进行训练,并在Pascal VOC 2012的验证集上进行测试,其平均交并集之比(mIoU)分别达到了78.55%和80.14%,表明该方法具有良好的语义分割性能。     

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。     

多尺度条形池化与通道注意力的图像语义分割

目的 针对自然场景下图像语义分割易受物体自身形状多样性、距离和光照等因素影响的问题,本文提出一种新的基于条形池化与通道注意力机制的双分支语义分割网络(strip pooling and channel attention net,SPCANet)。方法 SPCANet从空间与内容两方面对图像特征进行抽取。首先,空间感知子网引入1维膨胀卷积与多尺度思想对条形池化技术进行优化改进,进一步在编码阶段增大水平与竖直方向上的感受野;其次,为了提升模型的内容感知能力,将在ImageNet数据集上预训练好的VGG16(Visual Geometry Group 16-layer network)作为内容感知子网,以辅助空间感知子网优化语义分割的嵌入特征,改善空间感知子网造成的图像细节信息缺失问题。此外,使用二阶通道注意力进一步优化网络中间层与高层的特征选择,并在一定程度上缓解光照产生的色差对分割结果的影响。结果 使用Cityscapes作为实验数据,将本文方法与其他基于深度神经网络的分割方法进行对比,并从可视化效果和评测指标两方面进行分析。SPCANet在目标分割指标mIoU(mean intersection over union)上提升了1.2%。结论 提出的双分支语义分割网络利用改进的条形池化技术、内容感知辅助网络和通道注意力机制对图像语义分割进行优化,对实验结果的提升起到了积极作用。     

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...     

基于边缘增强的遥感图像弱监督语义分割方法

随着弱监督学习被应用于遥感图像语义分割,大大降低了模型训练的数据成本。然而,由于监督信息不足,类激活图难以准确激活出遥感图像中不同尺度大小的目标,这使得基于类激活图获得的伪分割掩码边缘粗糙,从而导致最终的分割结果不准确。此外,大部分的弱监督语义分割方法都是基于可视化的两阶段方法,模型复杂繁琐。针对上述问题,设计了一种基于边缘增强的端到端弱监督语义分割网络。在特征空间边缘增强模块中,以自监督方式引导网络学习遥感图像中尺寸不一的目标,并且,细化伪分割掩码的边缘;在输出空间边缘增强模块中,通过端到端训练提升分割精度,同时降低模型训练的繁琐度。在ISPRS 2D数据集上的实验结果表明,该方法在仅使用图像级标签的情况下MIoU分别为57.72%和59.45%,与其他方法相比,效果较好。     

全局特征及多层次特征聚合的冠脉分割算法

冠脉计算机断层扫描血管造影(CTA)图像分割在辅助医生判断血管堵塞、血管疾病诊断等许多实际应用中发挥重要作用。针对CTA图像中存在大量噪声和FCN、U-Net、V-Net等经典深度学习算法分割结果不细腻的问题,提出了全局特征及多层次特征聚合网络。这种新型的网络由全局特征模块、特征融合与V形细化多层次特征聚合模块以及深度监督三部分组成。全局特征模块综合早期和后期特征信息,在融合丰富的细节和语义信息基础上实现对原始CTA图像过滤操作,生成基础特征。细化V形模块在基础特征的基础上生成不同层次的细化特征图,通过聚合不同层次的细化特征图,得到精准冠脉分割图像。此外,在每一个细化V形模块之后加入深度监督机制来避免梯度消失的问题。对提出的方法进行了定量与定性的分析,结果表明,该方法优于主流基线。消融实验也证明了每个模块的有效性。     

基于双注意力3D-UNet的肺结节分割网络模型

为提高计算机辅助诊断系统对大尺寸肺结节分割的完整度以及小尺寸肺结节的分割精度,构建双注意力3D-UNet肺结节分割网络模型。将传统3D-UNet网络中的上采样操作替换为DUpsampling结构,通过最小化特征图的像素点与被压缩标签图像之间的损失,得到更具表达能力的特征图,进而提高网络收敛速度。在此基础上,融入空间注意力模块和通道注意力模块,使单通道与多通道中相似的特征彼此相关,增加特征图的全局相关性以提高分割结果的精度。实验结果表明,与3D-UNet等方法相比,该模型有效提高了肺结节分割的准确率,在公共数据集LIDC-IDRI上的MIoU分数达到89.4%。     

FSNet: 基于频率特性的烟雾图像分割网络

烟雾图像分割是对烟雾进行识别与精准定位的基础, 是火灾预警的重要手段. 针对烟雾分割时存在过分割、欠分割以及边界拟合粗糙的问题, 本文提出一种基于频率分离特性的烟雾图像分割网络. 所提出的频率分离模块将特征图中的烟雾区域分离为低频主体部分和高频边界部分, 同时基于多任务学习设计多模块权重自适应损失函数对烟雾整体、主体、边界分别监督学习, 起到细化烟雾边界和改善烟雾整体分割结果的作用; 此外, 结合可变形卷积提出改进的空洞空间金字塔池化模块以解决其信息利用率低和特征关联性差的问题. 在对比实验中, FSNet的烟雾交并比为76.55%, 比基线网络提高了4.25%. 可视化分割结果可以看出, FSNet能有效缓解过分割、欠分割, 所得烟雾边界更平滑, 烟雾图像分割的整体性能获得较大提升.     

并行注意力机制在图像语义分割中的应用

在卷积神经网络中融入注意力机制越来越成为语义分割强化特征学习的重要方法.提出了一种融合了局部注意力和全局注意力的卷积神经网络.输入图像经主干网络的特征提取,并行输入给局部注意力和全局注意力模块.局部注意力模块以编码-解码结构实现多尺寸的局部特征融合,全局注意力模块根据每个像素与其所在特征图上所有像素的相关性捕获全局信息...