面向高度近视条纹损伤的深监督特征聚合网络

目的 条纹状损伤是高度近视向病理性近视发展过程中的一种重要眼底改变。临床研究表明,在无创的眼底光学相干断层扫描（optical coherence tomography,OCT）图像中,条纹状损伤主要表现为视网膜色素上皮层—Bruch’s膜—脉络膜毛细血管复合体（retinal pigment epithelium-Bruch’s membrane-choriocapillario complex,RBCC）损伤,具体包括RBCC异常和近视牵引纹。由于OCT图像中条纹损伤存在目标小、边界模糊等问题,其自动分割极具挑战性。本文提出了一种基于特征聚合下采样和密集语义流监督的特征融合分割网络（deep-supervision and feature-aggregation based network,DSFA-Net）,用于实现OCT图像中条纹损伤的自动分割。方法 为减少网络参数量,DSFA-Net以通道减半的U-Net为基准网络,在编码器路径中设计并嵌入特征聚合下采样模块（feature aggregation pooling module,FAPM）,使得网络在下采样过程中保留更多的上下文和局部信息,在解码器路径中设计并嵌入一种新的深监督模块——密集语义流监督模块（dense semantic flow supervision module,DSFSM）,使得网络在解码过程中聚合不同分辨率图像之间的细节和语义信息。结果 方法在上海市第一人民医院提供的751幅2维眼底OCT B扫描图像上进行验证与评估。相比于U-Net,本文方法在参数量降低53.19%的情况下,平均Dice相似系数（Dice similarity coefficient,DSC）、Jaccard和敏感度指标分别提高了4.30%、4.60%和2.35%。与多种较流行的语义分割网络相比,本文网络在保持最小网络参数量的同时,分割性能取得了较明显提升。为了更加客观地评估FAPM与DSFSM模块的性能,本文同时进行了一系列消融实验。在基准网络添加FAPM模块后,平均DSC、Jaccard和敏感度指标分别提高了1.05%、1.35%和3.35%。在基准网络添加DSFSM模块后,平均DSC、Jaccard和敏感度指标分别提高了4.90%、5.35%和5.90%。在基准网络添加FAPM与DSFSM模块后,平均DSC、Jaccard和敏感度指标分别提高了6.00%、6.45%和5.50%。消融实验的结果表明,本文提出的DSFSM和FAPM模块可以有效提升网络的分割性能。结论 本文提出的DSFA-Net提升了眼底OCT图像中条纹损伤的分割精度,具备潜在的临床应用价值。     

语义拉普拉斯金字塔多中心乳腺肿瘤分割网络

目的 乳腺肿瘤分割对乳腺癌的辅助诊疗起着关键作用,但现有研究大多集中在单中心数据的分割上,泛化能力不强,无法应对临床的复杂数据。因此,本文提出一种语义拉普拉斯金字塔网络（semantic Laplacian pyramids network,SLAPNet）,实现多中心数据下乳腺肿瘤的准确分割。方法 SLAPNet主要包含高斯金字塔和语义金字塔两个结构,前者负责得到多尺度的图像输入,后者负责提取多尺度的语义特征并使语义特征能在不同尺度间传播。结果 网络使用Dice相似系数（Dice similarity coefficient,DSC）作为优化目标。为了验证模型性能,采用多中心数据进行测试,与AttentionUNet、PSPNet （pyramid scene parsing network）、UNet 3+、MSDNet （multiscale dual attention network）、PyConvUNet （pyramid convolutional network）等深度学习模型进行对比,并利用DSC和Jaccard系数（Jaccard coefficient,JC）等指标进行定量分析。使用内部数据集测试时,本文模型乳腺肿瘤分割的DSC为0.826;使用公开数据集测试时,DSC为0.774,比PyConvUNet提高了约1.3%,比PSPNet和UNet3+提高了约1.5%。结论 本文提出的语义拉普拉斯金字塔网络,通过结合多尺度和多级别的语义特征,可以在多中心数据上准确实现乳腺癌肿瘤的自动分割。     

结合残差路径及密集连接的乳腺超声肿瘤分割

目的 乳腺癌是常见的高发病率肿瘤疾病,早期确诊是预防乳腺癌的关键。为获得肿瘤准确的边缘和形状信息,提高乳腺肿瘤诊断的准确性,本文提出了一种结合残差路径及密集连接的乳腺超声肿瘤分割方法。方法 基于经典的深度学习分割模型U-Net,添加残差路径,减少编码器和解码器特征映射之间的差异。在此基础上,在特征输入层到解码器最后一步之间引入密集块,通过密集块组成从输入特征映射到解码最后一层的新连接,减少输入特征图与解码特征图之间的差距,减少特征损失并保存更有效信息。结果 将本文模型与经典的U-Net模型、引入残差路径的U-Net （U-Net with Res paths）模型在上海新华医院崇明分院乳腺肿瘤超声数据集上进行10-fold交叉验证实验。本文模型的真阳率（true positive,TP）、杰卡德相似系数（Jaccard similarity,JS）和骰子系数（Dice coefficients,DC）分别为0.870 7、0.803 7和0.882 4,相比U-Net模型分别提高了1.08%、2.14%和2.01%;假阳率（false positive,FP）和豪斯多夫距离（Hausdorff distance,HD）分别为0.104 0和22.311 4,相比U-Net模型分别下降了1.68%和1.410 2。在54幅图像的测试集中,评价指标JS > 0.75的肿瘤图像数量的总平均数为42.1,最大值为46。对比实验结果表明,提出的算法有效改善了分割结果,提高了分割的准确性。结论 本文提出的基于U-Net结构并结合残差路径与新的连接的分割模型,改善了乳腺超声肿瘤图像分割的精确度。     

心脏动态MRI图像分割的时空多尺度网络

目的 心脏磁共振成像（magnetic resonance imaging,MRI）的自动分割技术有利于在临床诊断中评估心脏的功能参数。然而由于心脏磁共振成像技术产生的图像边界不清晰、各向分辨率异性等特性,现有的大多数方法依旧存在类内不确定、类间不清晰问题。针对这一问题,提出了一种利用时间信息进行特征增强,并利用空间信息进行特征矫正的多输入、多分支和多任务的分割网络（spatio-temporal UNet,ST UNet）。方法 为充分获取动态心脏MRI图像的时间信息,提出了全新的时间增强编码模块,将需要进行分割的目标帧和一段包含了目标帧的连续时间片段作为关键序列一同输入网络。关键序列用于获取更丰富的时间特征,目标帧提供更精准的边缘特征。为了聚集更多有益的特征,更好地融合时域特征和边缘特征,采用可变形全局连接代替传统的长连接,为网络的解码部分提供更广泛的多维特征信息。在训练过程中额外学习空间方向场特征,并使用该特征对原有的分割结果进行矫正。结果 在ACDC （Automated Cardiac Diagnosis Challenge）心脏分割挑战中,以Dice系数和HD （Hausdorff distance）距离为评价指标,该方法在左心室、右心室和左心肌分割的平均Dice系数分别为95%、91.5%和91%,HD距离的平均值分别为6.77、11.39和8.54。结论 实验表明,提出的新型网络能够充分地利用心脏MRI图像的时空信息,有效地提升目标器官的分割效果,更有助于医生对于心脏诊断。     

基于递归切片网络的三维点云语义分割与实例分割

目的 针对三维点云语义与实例分割特征点提取精度不高、实例分割精度极度依赖语义分割的性能、在密集场景或小单元分割目标中出现语义类别错分以及实例边缘模糊等问题,提出了基于递归切片网络的三维点云语义分割与实例分割网络。方法 网络对输入点云进行切片,并将无序点云映射到有序序列上;利用双向长短期记忆网络（bidirectional long short-term memory,BiLSTM）得到带有局部特征和全局特征的编码特征矩阵;将编码特征矩阵解码为两个并行分支,进行多尺度的特征融合;对语义与实例特征进行融合,得到并行的语义与实例分割网络。结果 在斯坦福大尺度3D室内场景数据集（Stanford large-scale 3D indoor spaces dataset,S3DIS）以及ShapeNet数据集上,与目前最新点云分割方法进行实验对比。实验结果表明,在S3DIS数据集上,本文算法的语义分割的平均交并比指标为73%,较动态核卷积方法（position adaptive convolution,PAConv）提高7.4%,并且在13个类别中的8个类别取得最好成绩;实例分割中平均实例覆盖率指标为67.7%。在ShapeNet数据集上,语义分割的平均交并比为89.2%,较PAConv算法提高4.6%,较快速、鲁棒的点云语义与实例分割方法（fast and robust joint semantic-instance segmentation,3DCFS）提高1.6%。结论 本文提出的语义与实例分割融合网络,综合了语义分割与实例分割的优点,有效提高语义分割与实例分割精度。     

多特征融合与残差优化的点云语义分割方法

目的 当前的大场景3维点云语义分割方法一般是将大规模点云切成点云块再进行处理。然而在实际计算过程中,切割边界的几何特征容易被破坏,使得分割结果呈现明显的边界现象。因此,迫切需要以原始点云作为输入的高效深度学习网络模型,用于点云的语义分割。方法 为了解决该问题,提出基于多特征融合与残差优化的点云语义分割方法。网络通过一个多特征提取模块来提取每个点的几何结构特征以及语义特征,通过对特征的加权获取特征集合。在此基础上,引入注意力机制优化特征集合,构建特征聚合模块,聚合点云中最具辨别力的特征。最后在特征聚合模块中添加残差块,优化网络训练。最终网络的输出是每个点在数据集中各个类别的置信度。结果 本文提出的残差网络模型在S3DIS （Stanford Large-scale 3D Indoor Spaces Dataset）与户外场景点云分割数据集Semantic3D等2个数据集上与当前的主流算法进行了分割精度的对比。在S3DIS数据集中,本文算法在全局准确率以及平均准确率上均取得了较高精度,分别为87.2%,81.7%。在Semantic3D数据集上,本文算法在全局准确率和平均交并比上均取得了较高精度,分别为93.5%,74.0%,比GACNet （graph attention convolution network）分别高1.6%,3.2%。结论 实验结果验证了本文提出的残差优化网络在大规模点云语义分割的应用中,可以缓解深层次特征提取过程中梯度消失和网络过拟合现象并保持良好的分割性能。     

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。     

融合上下文和注意力的视盘视杯分割

目的 青光眼会对人的视力造成不可逆的损伤,从眼底图像中精确地分割视盘和视杯是青光眼诊治中的一项重要工作,为有效提升视盘和视杯的分割精度,本文提出了融合上下文和注意力的视盘视杯分割方法（context attention U-Net,CA-Net）。方法 进行极坐标转换,在极坐标系下进行分割可以平衡数据分布。使用修改的预训练ResNet作为特征提取网络,增强特征提取能力。采用上下文聚合模块（context aggregation module,CAM）多层次聚合图像上下文信息,使用注意力指导模块（attention guidance module,AGM）对融合后的特征图进行特征重标定,增强有用特征;使用深度监督思想同时对浅层网络权重进行训练,同时在视杯分割网络中引入了先验知识,约束对视杯的分割。结果 在3个数据集上与其他方法进行对比实验,在Drishti-GS1数据集中,分割视盘的Dice （dice coefficient）和IOU （intersection-over-union）分别为0.981 4和0.963 5,分割视杯的Dice和IOU分别为0.926 6和0.863 3;在RIM-ONE （retinal image database for optic nerve evaluation）-v3数据集中,分割视盘的Dice和IOU分别为0.976 8和0.954 6,分割视杯的Dice和IOU分别为0.864 2和0.760 9;在Refuge数据集中,分割视盘的Dice和IOU分别为0.975 8和0.952 7,分割视杯的Dice和IOU分别为0.887 1和0.797 2,均优于对比算法。同时,消融实验验证了各模块的有效性,跨数据集实验进一步表明了CA-Net的泛化性,可视化图像也表明CA-Net能够分割出更接近标注的分割结果。结论 在Drishti-GS1、RIM-ONE-v3和Refuge三个数据集的测试结果表明,CA-Net均能取得最优的视盘和视杯分割结果,跨数据集测试结果也更加表明了CA-Net具有良好的泛化性能。     

面向甲状腺结节超声图像分割的多尺度特征融合“h”形网络

目的 准确定位超声甲状腺结节对甲状腺癌早期诊断具有重要意义,但患者结节大小、形状以及位置的不确定性极大影响了结节分割的准确率和模型的泛化能力。为了提高超声甲状腺结节分割的精度,增强泛化性能并降低模型的参数量,辅助医生诊断疾病,减少误诊,提出一种面向甲状腺结节超声图像分割的多尺度特征融合“h”形网络。方法 首先提出一种网络框架,形状与字母h相似,由一个编码器和两个解码器组成,引入深度可分离卷积缩小网络尺寸。编码器用于提取图像特征,且构建增强下采样模块来减少下采样时造成的信息损失,增强解码器特征提取的能力。第1个解码器负责获取图像的初步分割信息;第2个解码器通过融合第1个解码器预先学习到的信息来增强结节的特征表达,提升分割精度,并设计了融合卷积池化金字塔实现多尺度特征融合,增强模型的泛化能力。结果 该网络在内部数据集上的Dice相似系数（Dice similarity coefficients, DSC）、豪斯多夫距离（Hausdorff distance,HD）、灵敏度（sensitivity,SEN）和特异度（specificity,SPE）分别为0.872 1、0.935 6、0.879 7和0.997 3,在公开数据集DDTI（digital database thyroid image）上,DSC和SPE分别为0.758 0和0.977 3,在数据集TN3K（thyroid nodule 3 thousand）上的重要指标DSC和HD分别为0.781 5和4.472 6,皆优于其他模型。结论 该网络模型以较低的参数量提升了甲状腺超声图像结节的分割效果,增强了泛化性能。     

互注意力机制驱动的轻量级图像语义分割网络

目的 在图像语义分割中,细节特征和语义特征的融合是该领域的一个难点。一些在特定网络架构下设计的专用融合模块缺乏可扩展性和普适性,自注意力虽然可以实现全局的信息捕获,但不能实现不同特征的融合,其他的注意力机制在进行掩码计算时缺少可解释性。本文根据特征图之间的关联度进行建模,提出一种互注意力机制驱动的分割模块。方法 该模块获取不同阶段的细节特征图和语义特征图,建立细节特征图上任一点和语义特征图之间的关联模型,并在关联模型的指导下对语义特征图上的特征进行聚合,作为细节特征图上该特征点的补充,从而将语义特征图上的信息融合到细节特征图上,并进一步采用相同的操作将细节特征图上的信息融合到语义特征图上,实现来自不同阶段特征图的相互融合。结果 选取5个语义分割模型进行实验,实验结果表明,在使用替换方式对BiSeNet V2（bilateral segmentation network）进行修改之后,浮点运算量、内存占用量和模型参数数量分别下降了8.6%,8.5%和2.6%,但是平均交并比却得到了提升。在使用插入方式对另外4个网络进行修改后,所有网络的平均交并比全部得到了不同程度的提高。结论 本文提出的互注意力模块可普遍提升模型的语义分割准确度,实现不同网络模型的即插即用,具有较高的普适性。     

设计特征向加工特征转换的扫体重构法

针对同时需要铣削和车削加工的零件,提出一种基于扫体的从设计特征向加工特征转换的统一方法.采用扫体方式重构零件和毛坯模型,并将毛坯与零件之间的差体沿着这些扫体扫掠路径拆分出各种新的加工扫体,最后将这些加工扫体依照它们之间的邻接关系和加工特征形状结构选择合并成加工特征.该方法实现了同一零件中直扫体和回转扫体2种特征的统一转换,能够产生对应各种不同加工方法和方向的加工特征,有利于工艺优化.文中方法已应用于一个CAPP系统,其结果证明了该方法的可靠性.     

一种基于分布的形状特征描述子

形状特征描述在基于内容的图像检索与识别研究中具有重要地位,文中对图像检索及识别中常用的形状描述进行了介绍。提出一个新的基于区域中心分布的方案来对图像形状特征进行描述,该描述子以待识别对象的区域二值图像的中心点为圆心,将各点到圆心的距离进行规范化处理,统计落入以区域中心为圆心的各环内的点数与总像素点数n的比例,从而形成一个基于中心分布的形状特征向量。经过数学证明该描述方案提取的形状特征具有缩放、旋转和平移不变性。文中通过使用该方案提取的图像特征进行图像识别检索实验,取得了理想的实验结果,说明了它是一个有效的图像区域形状描述子。     

基于实体模型的产品形状特征识别

依据实体造型的特点,从模型空间的特征层入手,搜寻模型空间中的简单形状特征,并根据造型特点获取单个特征在零件模型上的几何拓扑关系,从而实现形状特征的自动识别.通过分析特征实体造型,提出一种基于实体模型的产品形状特征识别方法,并结合微波器件产品开发特征参数提取模块,实现复杂零件模型形状特征的自动识别与提取.该方法为快速建立企业零件库提供途径,也为网络环境下的协同设计和数据共享奠定基础.     

Boosted cascade of scattered rectangle features for object detection

This paper presents a variant of Haar-like feature used in Viola and Jones detection framework,called scattered rectangle feature,based on the common-component analysis of local region feature. Three common components,feature filter,feature structure and feature form,are extracted without concern-ing the details of the studied region features,which cast a new light on region feature design for spe-cific applications and requirements: modifying some component(s) of a feature for an improved one or combining different components of existing features for a new favorable one. Scattered rectangle feature follows the former way,extending the feature structure component of Haar-like feature out of the restriction of the geometry adjacency rule,which results in a richer representation that explores much more orientations other than horizontal,vertical and diagonal,as well as misaligned,detached and non-rectangle shape information that is unreachable to Haar-like feature. The training result of the two face detectors in the experiments illustrates the benefits of scattered rectangle feature empirically; the comparison of the ROC curves under a rigid and objective detection criterion on MIT CMU upright face test set shows that the cascade based on scattered rectangle features outperforms that based on Haar-like features.     

语义特征造型系统中特征模型转换的研究

通过对新一代的语义特征模型的分析,参考Bidarra等人的研究成果,运用有效性标准,确立语义特征造型中特征转换的方法,在采用数学方法基础上,提出了怎样在数学模型中把设计特征表示转换成加工特征表示。设计过程中的设计特征由一组具有几何特征的面和一组属性（包括维数和具体特征）表示。加工过程中的加工特征由许多面和这些加工操作中面面之间有意义的关系来表示。特征转换中采用数学方法,能够在集合运算中形成加工特征,特征相交这种困难问题也可用数学描述,并且理论上能够转换,从而提高产品模型的可编辑性和易编辑性。     

混合加工特征识别方法

介绍一种集成了自动特征识别和用户交互特征定义的混合特征识别方法，该方法采用基于广义痕迹的特征识别建立零件的加工特征模型，通过交互特征定义对已建立的加工特征模型进行局部修改和再解释，在交互特征定义中，用户只需通过选取要修改的特征面定义自己的特征，剩余的面则调用自动特征识别算法处理，特征参数由系统提供的统一算法计算，从而减少了交互的工作量，这种混合特征识别方法有助于提高加工特征识别系统的实用性和健壮性。     

面向三维变量设计的可变特征模型

本文提出了一个面向三维变量设计的产品形状可变特征模型，其中包括特征树，特征表有特征约束关系图等新概念，用于描述设计过程中的形体模型和特征间的相互内在联系，从而不仅可作参数化设计，还支持更广泛意义上的变量设计。     

基于局部特征识别的特征有效性维护方法

缺乏特征模型的有效性维护功能已经成为目前特征造型系统存在的一个严重而亟待解决的问题.在对特征有效性条件进行深入分析的基础上,提出了一个基于扩展属性邻接图（extended attributed adjacency graph,简称EAAG）的特征有效性表示方法,特别是提出了基于局部特征识别的特征有效性维护新方法.该方法不仅能够自动判别特征的有效性是否被破坏,而且能确定导致特征无效的原因和遭破坏后特征的状态,从而能够根据用户的意图自动维持特征模型的有效性.     

根据工艺需要进行设计特征模型调整的方法

保持不同领域特征模型的一致性是多领域特征建模的一个核心问题。为有效地维护特征模型的一致性，提出一种根据对加工特征模型的修改要求自动确定设计特征模型调整方案的方法。该方法从加工特征修改所涉及的拓扑元素出发，通过搜索拓扑元素约束关系图找出相关的拓扑元素约束链，并以此为基础，利用有关准则自动确定设计特征调整的最优方案。该方法从加工的需求出发调整设计模型，保证设计与加工特征模型的一致性，可用于支持面向制造的设计。     

Adaptability Feature''''s Concept, Modeling and Application in Product Design

1 Introduction In practical, commonly the component structure design needs to begin from assemble. During the early design phase, it requires an initial correlation definition and configuration form definition for those important components and the spatial orientation layout design. In the following stages, the component structure details are gradual refined based on those pre-defined constraints and layout scheme, e.g. hole-and-cylinder mating, slot-and-key coupling etc. The design scheme ne…