基于Transformer的脊椎CT图像分割

目的 脊椎CT（computed tomography）图像存在组织结构显示不佳、对比度差以及噪音干扰等问题;传统分割算法分割精度低,分割过程需人工干预,往往只能实现半自动分割,不能满足实时分割需求。基于卷积神经网络（convolutional neural network,CNN）的U-Net模型成为医学图像分割标准,但仍存在长距离交互受限的问题。Transformer集成全局自注意力机制,可捕获长距离的特征依赖,在计算机视觉领域表现出巨大优势。本文提出一种CNN与Transformer混合分割模型TransAGUNet （Transformer attention gate U-Net）,以实现对脊椎CT图像的高效自动化分割。方法 提出的模型将Transformer、注意力门控机制（attention gate,AG）及U-Net相结合构成编码—解码结构。编码器使用Transformer和CNN混合架构,提取局部及全局特征;解码器使用CNN架构,在跳跃连接部分融入AG,将下采样特征图对应的注意力图（attention map）与下一层上采样后获得的特征图进行拼接,融合低层与高层特征从而实现更精细的分割。实验使用Dice Loss与带权重的交叉熵之和作为损失函数,以解决正负样本分布不均的问题。结果 将提出的算法在VerSe2020数据集上进行测试,Dice系数较主流的CNN分割模型U-Net、Attention U-Net、U-Net++和U-Net3+分别提升了4.47%、2.09%、2.44%和2.23%,相较优秀的Transformer与CNN混合分割模型TransUNet和TransNorm分别提升了2.25%和1.08%。结论 本文算法较以上6种分割模型在脊椎CT图像的分割性能最优,有效地提升了脊椎CT图像的分割精度,分割实时性较好。     

前列腺磁共振图像分割的反卷积神经网络方法

目的 前列腺磁共振图像存在组织边界对比度低、有效区域少等问题,手工勾勒组织轮廓边界的传统分割方法无法满足临床实时性要求,针对这些问题提出了一种基于深度反卷积神经网络的前列腺磁共振图像分割算法。方法 基于深度学习理论,将训练图像样本输入设计好的卷积神经网络,提取具有高度区分性的前列腺图像特征,反卷积策略用于拓展特征图尺寸,使网络的输入尺寸与输出预测图大小匹配。网络生成的概率预测图通过训练一个softmax分类器,对预测图像取二值化,获得最终的分割结果。为克服原始图像中有效组织较少的问题,采用dice相似性系数作为卷积网络的损失函数。结果 本文算法以Dice相似性系数和Hausdorff距离作为评价指标,在MICCAI 2012数据集中,Dice相似性系数大于89.75%,Hausdorff距离小于1.3 mm,达到了传统方法的分割精度,并且将处理时间缩短在1 min以内,明显优于其他方法。结论 定量与定性的实验表明,基于反卷积神经网络的前列腺分割方法可以准确地对磁共振图像进行分割,相比于其他分割算法大幅度减小了处理时间,能够很好地适用于临床的前列腺图像分割任务。     

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。     

结合深度学习和支持向量机的海马子区图像分割

目的 由于海马子区体积很小且结构复杂,传统的分割方法无法达到理想的分割效果,为此提出一种基于卷积神经网络和支持向量机的海马子区分割方法。方法 该方法构建一种新模型,将卷积神经网络和支持向量机结合起来,使用支持向量机分类器替换卷积神经网络的输出层,通过训练深层网络自动提取图像块特征,利用所提取的图像特征训练支持向量机实现图像的像素级分类。结果 实验选取美国旧金山CIND中心的32位实验者的脑部磁共振图像（MRI）进行海马子区分割测试,在定性和定量方面分别对比了本文方法与支持向量机（SVM）、卷积神经网络（CNN）和基于稀疏表示与字典学习方法的分割结果。所提方法对海马子区CA1、CA2、DG、CA3、Head、Tail、SUB、ERC和PHG的分割准确率分别为0.969、0.733、0.967、0.837、0.981、0.920、0.972、0.968和0.976。本文方法优于现有的基于稀疏表示与字典学习、支持向量机和卷积神经网络的方法,各海马子区分割准确率均有较大提升,对较大子区如Head,准确率较现有最优方法提升10.2%,对较小子区如CA2、CA3,准确率分别有36.2%和52.7%的大幅提升。结论 本文方法有效提升了海马子区的分割准确率,可用于大脑核磁共振图像中海马及其子区的准确分割,为诸多神经退行性疾病的临床诊断与治疗提供依据。     

面向GF-2遥感影像的U-Net城市绿地分类

目的 高分2号卫星（GF-2）是首颗民用高空间分辨率光学卫星，具有亚米级高空间分辨率与宽覆盖结合的显著特点，为城市绿地信息提取等多领域提供了重要的数据支撑。本文利用GF-2卫星多光谱遥感影像，将一种改进的U-Net卷积神经网络首次应用于城市绿地分类，提出一种面向高分遥感影像的城市绿地自动分类提取技术。方法 先针对小样本训练集容易产生的过拟合问题对U-Net网络进行改进，添加批标准化（batch normalization，BN）和dropout层获得U-Net+模型；再采用随机裁剪和随机数据增强的方式扩充数据集，使得在充分利用影像信息的同时保证样本随机性，增强模型稳定性。结果 将U-Net+模型与最大似然法（maximum likelihood estimation，MLE）、神经网络（neural networks，NNs）和支持向量机（support vector machine，SVM）3种传统分类方法以及U-Net、SegNet和DeepLabv3+这3种深度学习语义分割模型进行分类结果精度对比。改进后的U-Net+模型能有效防止过拟合，模型总体分类精度比改进前提高了1.06%。基于改进的U-Net+模型的城市绿地总体分类精度为92.73%，平均F₁分数为91.85%。各分类方法按照总体分类精度从大到小依次为U-Net+（92.73%）、U-Net （91.67%）、SegNet （88.98%）、DeepLabv3+（87.41%）、SVM （81.32%）、NNs （79.92%）和MLE （77.21%）。深度学习城市绿地分类方法能充分挖掘数据的光谱、纹理及潜在特征信息，有效降低分类过程中产生的"椒盐噪声"，具有较好的样本容错能力，比传统遥感分类方法更适用于城市绿地信息提取。结论 改进后的U-Net+卷积神经网络模型能够有效提升高分遥感影像城市绿地自动分类提取精度，为城市绿地分类提供了一种新的智能解译方法。     

U-Net通道变换网络在腺体图像分割中的应用

目的 腺体医学图像分割是将医学图像中的腺体区域与周围组织分离出来的过程,对分割精度有极高要求。传统模型在对腺体医学图像分割时,因腺体形态多样性和小目标众多的特点,容易出现分割不精细或误分割等问题,对此根据腺体医学图像的特点对U-Net型通道变换网络分割模型进行改进,实现对腺体图像更高精度分割。方法 首先在U-Net型通道变换网络的编码器前端加入ASPP_SE （spatial pyramid pooling_squeeze-and-excitation networks）模块与ConvBatchNorm模块的组合,在增强编码器提取小目标特征信息能力的同时,防止模型训练出现过拟合现象。其次在编码器与跳跃连接中嵌入简化后的密集连接,增强编码器相邻模块特征信息融合。最后在通道融合变换器（channel cross fusion with Transformer,CCT）中加入细化器,将自注意力图投射到更高维度,提高自注意机制能力,增强编码器全局模块特征信息融合。简化后的密集连接与CCT结合使用,模型可以达到更好效果。结果 改进算法在公开腺体数据集MoNuSeg （multi-organ nuclei segmentation challenge）和Glas （gland segmentation）上进行实验。以Dice系数和IoU （intersection over union）系数为主要指标,在MoNuSeg的结果为80.55%和67.32%,在Glas数据集的结果为92.23%和86.39%,比原U-Net型通道变换网络分别提升了0.88%、1.06%和1.53%、2.43%。结论 本文提出的改进算法在腺体医学分割上优于其他现有分割算法,能满足临床医学腺体图像分割要求。     

基于改进U-Net的卫星图像分割算法

为解决传统模型与算法对遥感卫星图像小目标的分割精度低、泛化能力差等问题,提出一种基于改进U-Net的图像分割算法。将骨干网络改为ResNet18并加入优化后的空洞卷积池化金字塔与卷积注意力机制模块,充分提取小目标边缘特征。该算法在中国南部某地区的公开卫星图像数据集上的平均交并比与分割总精度分别达到了75.8%与95.6%,均超过U-Net、DeepLabV3+、SegNet、W-Net等主流语义分割网络。实验结果表明,该算法能有效改善网络的预测精度与小目标的分割结果。     

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。     

自适应感受野机制遥感图像分割模型

目的 遥感图像中存在大小、形态不一的目标,增加了目标分割任务的困难性。感受野代表了特征图中每个像素对应输入图像的区域,若感受野与目标形状的契合度较高,则特征图中包含的目标特征更加完整,有利于分割。在现有的分割方法中,通常采用的是正方形的感受野,而遥感图像中目标形状多变,导致感受野无法较好地契合目标形状,在提取目标特征时会引入过多的无用特征,从而影响分割精度。为此,本文提出基于自适应感受野机制的遥感图像分割模型。方法 在编码—解码网络结构的基础上,引入自适应感受野机制。首先在编码器上提取不同大小和宽高比的感受野特征,然后在特征融合时使用通道注意力模块自适应地获取通道权重,通过加权强化与目标形状契合度高的感受野的特征,弱化与目标形状契合度低的感受野的特征,在保留目标特征的同时减少背景特征的干扰,进而提升模型的分割精度。结果 在Inria Aerial Image Labeling数据集与DeepGlobe Road Extraction数据集上进行实验并与相关方法比较,在两个数据集上的平均交并比分别为76.1%和61.9%,平均F1值分别为86.5%和76.5%。结论 本文模型能够提取不同形状感受野的特征,并自适应地获取通道权重,使模型能提取更加完整的目标特征,从而提升目标分割效果。     

面向乳腺超声图像分割的混合监督双通道反馈U-Net

目的 基于超声图像的乳腺病灶分割是实现乳腺癌计算机辅助诊断和定量分析的基本预处理步骤。由于乳腺超声图像病灶边缘通常较为模糊,而且缺乏大量已标注的分割图像,增加了基于深度学习的乳腺超声图像分割难度。本文提出一种混合监督双通道反馈U-Net（hybrid supervised dual-channel feedback U-Net,HSDF-U-Net）算法,提升乳腺超声图像分割的准确性。方法 HSDF-U-Net通过融合自监督学习和有监督分割实现混合监督学习,并且进一步通过设计双通道反馈U-Net网络提升图像分割准确性。为了改善标记数据有限的问题,首先在自监督学习框架基础上结合标注分割图像中的标签信息,设计一种边缘恢复的辅助任务,以实现对病灶边缘表征能力更强的预训练模型,然后迁移至下游图像分割任务。为了提升模型在辅助边缘恢复任务和下游分割任务的表现,将循环机制引入经典的U-Net网络,通过将反馈的输出结果重新送入另一个通道,构成双通道编码器,然后解码输出更精确的分割结果。结果 在两个公开的乳腺超声图像分割数据集上评估HSDF-U-Net算法性能。HSDF-U-Net对Dataset B数据集中的图像进行分割获得敏感度为0.848 0、Dice为0.826 1、平均对称表面距离为5.81的结果,在Dataset BUSI（breast ultrasound images）数据集上获得敏感度为0.803 9、Dice为0.803 1、平均对称表面距离为6.44的结果。与多种典型的U-Net分割算法相比,上述结果均有提升。结论 本文所提HSDF-U-Net算法提升了乳腺超声图像中的病灶分割的精度,具备潜在的应用价值。     

网络弹性与恢复机制的研究综述

当网元故障或遭受攻击而失效时,网络性能下降,网络的拓扑结构也被破坏甚至崩溃。网络弹性描述在网元失效时网络功能和结构的恢复能力。针对不同网络类型和失效模式,研究者提出了多种网元恢复机制用于增强网络弹性,并建模分析如何减少网络失效的可能性,这对于现实系统的管理和维护具有重要的指导意义。本文首先简要介绍了网络失效和网络弹性的相关概念;其次从自发性恢复和指向性恢复两个方面介绍了当前主要的网络恢复机制;接着介绍了网络恢复机制在现实基础设施网络中的应用;最后总结讨论了今后发展方向。     

“网络安全与维护”课程教学的探索与研究

随着网络技术的发展、家用电脑的普及以及上网用户的增多,网络安全与维护显得越来越重要。本文结合在笔者在教学工作中的体会,主要探讨了网络安全与维护的重要性、现有"网络安全与维护"课程体系,重点分析和研究了"网络安全与维护"课程的教学思路和方法。     

软件定义网络的测量方法研究

测量技术是状态监测、性能管理、安全防御等网络研究的基础,在网络研究领域具有重要地位.相较于传统网络,软件定义网络在标准性、开放性、透明性等方面的优势给网络测量研究带来了新的机遇.测量数据平面和测量控制平面的分离,启发了通用和灵活的测量架构的设计与实现;标准化的编程接口,使得测量任务可以快速地开发和部署,中心化的网络控制可以基于反馈的测量结果实时地优化数据平面的硬件配置和转发策略,数据平面基于流表规则的处理机制支持对流量更加精细化地测量.但是,软件定义网络测量中额外部署的测量机制造成的资源开销与网络中有限的计算资源、存储资源、带宽资源产生了矛盾,中心化的控制平面也存在一定的性能瓶颈,这是软件定义网络测量研究中的主要问题和挑战.分别从测量架构、测量对象两方面对当前软件定义网络测量研究成果进行了归纳和分析,总结了软件定义网络测量的主要研究问题.最后,基于现有研究成果讨论了未来的研究趋势.     

深度网络模型压缩综述

深度网络近年在计算机视觉任务上不断刷新传统模型的性能,已逐渐成为研究热点.深度模型尽管性能强大,然而由于参数数量庞大、存储和计算代价高,依然难以部署在受限的硬件平台上（如移动设备）.模型的参数一定程度上能表达其复杂性,相关研究表明并不是所有的参数都在模型中发挥作用,部分参数作用有限、表达冗余、甚至会降低模型的性能.本文首先对国内外学者在深度模型压缩上取得的成果进行了分类整理,依此归纳了基于网络剪枝、网络精馏和网络分解的方法;随后,总结了相关方法在多种公开深度模型上的压缩效果;最后,对未来研究可能的方向和挑战进行了展望.     

网络科学发展综述

概述了网络科学发展的历史、主要研究内容、基本概念和网络特性、理论基础、网络科学主要模型及相关的分析方法和工具。介绍了网络科学的主要研究课题和近年的进展。最后,指出了网络科学的发展趋势和应用前景。     

智能网及其结构模型

概述了智能网（ＩＮ）的发展及其体系结构，并对基于计算机的智能网参考模型进行了分析。     

企业网络安全结构设计

在电子政务和电子商务应用快速发展的今天,信息安全问题越来越突出。该文主要从技术因素的角度阐述了如何进行安全的网络结构设计。结合企业网络的实际情况,采用模块化的设计理念,把企业网络分成两个部分:企业园区网络和企业边界网络,分析其中关键技术。     

构建安全的校园网系统

文章从技术和管理层面讨论了安全校园网系统的建设问题。在技术层面上,根据校园网应用的不同,划分不同的安全等级区域,并针对各个区域的应用需求进行网络安全设计;在管理层面上,强调建立网络安全管理及应急响应机制,保障网络管理的规范化、制度化,提高网络安全管理能力。     

新型网络技术

对几种新型网络技术和协议的特点作了分析研究，目的在于对新型网络技术和协议的了解，以及在此基础上的应用。     

浅谈中小企业网络组建方案

通过对中小企业网络发展的数据统计,发现中小企业的网络需求日益旺盛,经过对中小企业网络现状的分析,组建一套适合自身的网络环境是十分必要的;通过网络组建的设计方案、基于安全的网络基本配置方案、网络管理方案三方面对中小企业组网进行探讨,利用例子及经验,尽量详尽的解释了组网遇到的关键性问题;最后总结得出一个大部分中小企业从网络的设计、实施、管理等阶段应遵循的一般性原则。