融合低阶特征与全局特征的图像语义分割方法

目前,深度全卷积网络在图像语义分割领域已经取得了瞩目的成就,但特征图的细节信息在多次下采样过程中会大量损失,对分割精度造成影响。针对该问题设计了一个用于图像语义分割的深度全卷积网络。该网络采用“编码器-解码器”结构,在编码器后端引入空洞卷积以降低细节信息的损失,在解码过程中融合对应尺寸的低阶语义特征,并在解码器末端融入全局特征以提升模型的分割精度。使用数据增强后的CamVid数据集对网络进行训练和测试,测试结果达到了90.14%的平均像素精度与71.94%的平均交并比。实验结果表明,该网络能充分利用低阶特征与全局特征,有效提升分割性能,并在区域平滑方面有很好的表现。     

基于融合多层卷积特征的显著性区域提取

针对目前卷积神经网络提取图像特征不充分导致的显著性提取效果不明显的问题,提出了一种多层卷积特征融合的自编码显著性区域提取算法.在使用卷积网络提取图像特征时,其浅层卷积特征一般提取的是图像的细节特征如颜色、纹理和位置特征,深层次卷积特征一般是图像的语义特征,在编码层将浅层卷积特征经过下采样融合到深层次的卷积特征中,并将深层次卷积特征进行上采样融合到浅层卷积特征中,实验表明这样可以大大提高编码质量;在解码中将编码时的卷积特征也进行融合,可以获取到解码丢失的信息进而得到更优的解码图像.此外还设计了逐层监督的方式来指导解码层的训练,即用标准的区域提取图进行下采样作为每一层解码层的标准图进行监督训练.实验结果表明,该方法可以在PAGRN的基础上将F度量平均提升0.071,平均绝对误差MEA平均降低0.031.     

基于改进全卷积神经网络的玉米叶片病斑分割

玉米叶部病斑的准确分割是识别玉米叶部病害类别、实现作物精准施药的关键。为了准确分割出玉米叶部的病斑区域,提出了一种基于改进全卷积神经网络（Fully Convolutional Neural Network,FCN）的玉米叶片病斑分割方法。该方法的网络结构主要包括一个编码网络和对应的解码网络,在解码网络之后添加一个像素级别的分类器。编码网络结构是在传统VGG16网络的基础上进行改进,解码网络主要是对编码网络中的下采样层进行反卷积操作,通过对解码网络不断地进行训练,可以恢复编码网络输出特征图的分辨率,得到更为精确的分割效果。利用该研究方法与FCN、DeepLabV3、PSP Net等图像分割网络模型在不同的评价指标上进行比较,结果表明研究方法具有较好的分割性能,可以准确分割出玉米叶部的病斑区域。     

面向目标6DoF姿态与尺寸估计的全卷积神经网络模型

针对6DoF姿态估计需要收集与标注大量数据训练神经网络提出一种小数据集下面向目标6DoF姿态与尺寸估计的全卷积神经网络模型以降低人工操作成本。首先采用注意力机制与特征金字塔相结合的方式通过区域建议网络提取感兴趣区域,将该区域输入并行融合全卷积网络获得掩膜图;其次通过增加跳跃连接丰富每个卷积后的特征信息,将其融合并通过分类获得预测标准化坐标空间图;最后将得到的掩膜图与标准化坐标空间图通过三维点云配准获得目标的6DoF姿态与尺寸。实验表明,该方法在小数据集下较PVN3D方法精度提升约2.6%,较GPVPose方法精度提升约1%。     

结合编码-解码网络和条件随机场的全极化合成孔径雷达土地覆盖分类

针对多极化合成孔径雷达影像地物分类特征表征性较弱及全卷积网络分类精度较低的问题,文中提出结合编码-解码网络(E-D-Net)和条件随机场(CRF)的全极化合成孔径雷达(SAR)土地覆盖分类算法.首先,利用Freeman分解和Pauli分解建模全极化SAR影像,提取各分解对应的散射特征.再借鉴语义分割网络模型的建模思想和多尺度卷积单元构建对称网络模型,将多尺度非对称卷积单元嵌入中层,设计E-D-Net网络模型.通过E-D-Net网络模型对PolSAR影像Freeman分解散射特征进行多层自主学习,获得初始分类结果.最后,利用全连接CRF结合Pauli相干分解伪彩色图信息,对初始分类结果再进行降噪和平滑优化,得到最终分类结果.在两地区PolSAR影像上的实验验证文中算法的有效性和可行性.     

显著性引导及不确定性监督的深度编解码网络

基于U-Net的编码-解码网络及其变体网络在医学图像语义分割任务中取得了卓越的分割性能.然而,网络在特征提取过程中丢失了部分空间细节信息,影响了分割精度.另一方面,在多模态的医学图像语义分割任务中,这些模型的泛化能力和鲁棒性不理想.针对以上问题,本文提出一种显著性引导及不确定性监督的深度卷积编解码网络,以解决多模态医学图像语义分割问题.该算法将初始生成的显著图和不确定概率图作为监督信息来优化语义分割网络的参数.首先,通过显著性检测网络生成显著图,初步定位图像中的目标区域;然后,根据显著图计算不确定分类的像素点集合,生成不确定概率图;最后,将显著图和不确定概率图与原图像一同送入多尺度特征融合网络,引导网络关注目标区域特征的学习,同时增强网络对不确定分类区域和复杂边界的表征能力,以提升网络的分割性能.实验结果表明,本文算法能够捕获更多的语义信息,在多模态医学图像语义分割任务中优于其他的语义分割算法,并具有较好的泛化能力和鲁棒性.     

结合通道注意力的特征融合多人姿态估计算法

为了提高二维复杂场景下多人姿态估计准确度和速度,提出了一种Mobile-YOLOv3模型与多尺度特征融合全卷积网络相结合的自顶向下多人姿态估计方法.利用深度可分离卷积改进YOLOv3网络以作为高效的人体目标检测器.针对网络特征下采样过程中上层高分辨率信息不断遗失问题,在经典U型网络结构中嵌入多尺度特征融合模块,从而使网络中的低尺度特征也包含高分辨率信息,并在特征融合模块中引入通道注意力机制,进一步突出多尺度融合特征图的关键通道信息.试验结果表明:相比于堆叠沙漏网络(Stacked Hourglass Network,SHN)和级联金字塔网络(Cascaded Pyramid Network,CPN),文中所提出的人体姿态估计算法在COCO数据集上的姿态估计平均准确率分别提高了4.7和3.7.     

多尺度上下文信息增强的显著目标检测全卷积网络

针对目前基于深度学习的显著目标检测算法存在的目标完整性和区域平滑度的不足,基于非局部深度特征提出一种多尺度上下文信息增强的全卷积网络算法,包含多级别特征提取、多尺度上下文特征增强、对比度特征提取和局部-全局信息融合预测4个模块.首先从VGG16模型提取多级别局部特征,利用多尺度上下文实现特征信息增强;然后设计组合的损失函数进行网络训练以学习对比度特征;最后用局部-全局融合的方式实现显著图的预测.与已有算法在ECSSD,HKU-IS和DUT-OMRON数据集上进行实验的结果表明,该算法在复杂场景图像上的鲁棒性更好,对背景噪声具有更有效的抑制作用,得到的显著目标区域更加连续和完整.     

基于全卷积神经网络与低秩稀疏分解的显著性检测

为了准确检测复杂背景下的显著区域,提出一种全卷积神经网络与低秩稀疏分解相结合的显著性检测方法,将图像分解为代表背景的低秩矩阵和对应显著区域的稀疏噪声,结合利用全卷积神经网络学习得到的高层语义先验知识,检测图像中的显著区域.首先,对原图像进行超像素聚类,并提取每个超像素的颜色、纹理和边缘特征,据此构成特征矩阵;然后,在MSRA数据库中,基于梯度下降法学习得到特征变换矩阵,利用全卷积神经网络学习得到高层语义先验知识;接着,利用特征变换矩阵和高层语义先验知识矩阵对特征矩阵进行变换;最后,利用鲁棒主成分分析算法对变换后的矩阵进行低秩稀疏分解,并根据分解得到的稀疏噪声计算显著图.在公开数据集上进行实验验证,并与当前流行的方法进行对比,实验结果表明,本文方法能够准确地检测感兴趣区域,是一种有效的自然图像目标检测与分割的预处理方法.     

结合双流特征融合及对抗学习的图像显著性检测

为实现图像显著区域或目标的低级特征与语义信息有意义的结合,以获取结构更完整、边界更清晰的显著性检测结果,提出一种结合双流特征融合及对抗学习的彩色图像显著性检测(SaTSAL)算法.首先,以VGG-16和Res2Net-50为双流异构主干网络,实现自底向上、不同级别的特征提取;之后,分别针对每个流结构,将相同级别的特征图送入卷积塔模块,以增强级内特征图的多尺度信息;进一步,采用自顶向下、跨流特征图逐级侧向融合方式生成显著图;最后,在条件生成对抗网络的主体框架下,利用对抗学习提升显著性检测结果与显著目标的结构相似性.以P-R曲线、F-measure、平均绝对误差、S-measure为评价指标,在ECSSD,PASCAL-S,DUT-OMRON以及DUTS-test 4个公开数据集上与其他10种基于深度学习的显著性检测算法的对比实验表明,SaTSAL算法优于其他大部分算法.     

多尺度特征图融合的目标检测

目的 自然场景图像中,特征提取的质量好坏是决定目标检测性能高低的关键因素。大多数检测算法都是利用卷积神经网络（CNN）强大的学习能力来获得目标的先验知识,并根据这些知识进行目标检测。卷积神经网络的低层次特征缺乏特征的代表性,而高层次的特征则对小尺度目标的监测能力弱。方法 利用原始SSD（single shot multiBox detector）网络提取特征图,通过1×1卷积层将提取的特征图统一为256维;通过反卷积操作增加自顶向下特征图的空间分辨率;通过对应元素相加的操作,将两个方向的特征图进行融合。将融合后的特征图采用3×3的卷积核进行卷积操作,减小特征图融合后的混叠效应。根据以上步骤构建具有较强语义信息的特征图,同时保留原有特征图的细节信息;对预测框进行聚合,利用非极大抑制（NMS）实现最终的检测效果。结果 在PASCAL VOC 2007和PASCAL VOC 2012数据集上进行实验测试,该模型的mAP（mean average precision）为78.9%和76.7%,相对于经典的SSD算法,分别提高了1.4%和0.9%;此外,本文方法在检测小尺度目标时相较于经典SSD模型mAP提升了8.3%。结论 提出了一种多尺度特征图融合的目标检测算法,以自顶向下的方式扩展了语义信息,构造了高强度语义特征图用于实现精确目标检测。     

基于区域自适应多尺度卷积的单声道语音增强算法

卷积神经网络的感受野大小与卷积核的尺寸相关,传统的卷积采用了固定大小的卷积核,限制了网络模型的特征感知能力;此外,卷积神经网络使用参数共享机制,对空间区域中所有的样本点采用了相同的特征提取方式,然而带噪频谱图噪声信号与干净语音信号的分布存在差异,特别是在复杂噪声环境下,使得传统卷积方式难以实现高质量的语音信号特征提取和过滤.为了解决上述问题,提出了多尺度区域自适应卷积模块,利用多尺度信息提升模型的特征感知能力;根据对应采样点的特征值自适应地分配区域卷积权重,实现区域自适应卷积,提升模型过滤噪声的能力.在TIMIT公开数据集上的实验表明,提出的算法在语音质量和可懂度的评价指标上取得了更优的实验结果.     

基于全融合网络的三维点云语义分割

为提高室内场景的点云语义分割精度,设计了一个全融合点云语义分割网络。网络由特征编码模块、渐进式特征解码模块、多尺度特征解码模块、特征融合模块和语义分割头部组成。特征编码模块采用逆密度加权卷积作为特征编码器对点云数据进行逐级特征编码,提取点云数据的多尺度特征;然后通过渐进式特征解码器对高层语义特征进行逐层解码,得到点云的渐进式解码特征。同时,多尺度特征解码器对提取的点云多尺度特征分别进行特征解码,得到点云多尺度解码特征。最后将渐进式解码特征与多尺度解码特征融合,输入语义分割头部实现点云的语义分割。全融合网络增强了网络特征提取能力的鲁棒性,实验结果也验证了该网络的有效性。     

基于深度卷积长短时神经网络的视频帧预测

针对视频帧预测中难以准确预测空间结构信息细节的问题，通过对卷积长短时记忆（LSTM）神经网络的改进，提出了一种深度卷积长短时神经网络的方法。首先，将输入序列图像输入到两个不同通道的深度卷积LSTM网络组成的编码网络中，由编码网络学习输入序列图像的位置信息变化特征和空间结构信息变化特征；然后，将学习到的变化特征输入到与编码网络通道数对应的解码网络中，由解码网络输出预测的下一张图；最后，将这张图输入回解码网络中，预测接下来的一张图，循环预先设定的次后输出全部的预测图。与卷积LSTM神经网络相比，在Moving-MNIST数据集上的实验中，相同训练步数下所提方法不仅保留了位置信息预测准确的特点，而且空间结构信息细节表征能力更强。同时，将卷积门控循环单元（GRU）神经网络的卷积层加深后，该方法在空间结构信息细节表征上也取得了提升，检验了该方法思想的通用性。     

轻量金字塔解码结构的单目深度估计网络

针对单目深度估计网络庞大的参数量和计算量,提出一种轻量金字塔解码结构的单目深度估计网络,可以在保证估计精度的情况下降低网络模型的复杂度、减少运算时间。该网络基于编解码结构,以端到端的方式估计单目图像的深度图。编码端使用ResNet50网络结构;在解码端提出了一种轻量金字塔解码模块,采用深度空洞可分离卷积和分组卷积以提升感受野范围,同时减少了参数量,并且采用金字塔结构融合不同感受野下的特征图以提升解码模块的性能;此外,在解码模块之间增加跳跃连接实现知识共享,以提升网络的估计精度。在NYUD v2数据集上的实验结果表明,与结构注意力引导网络相比,轻量金字塔解码结构的单目深度估计网络在误差RMS的指标上降低约11.0%,计算效率提升约84.6%。     

基于图神经网络的多维度池化图分类

目前很多处理图数据的图神经网络方法被提出,然而大多数研究侧重于对特征聚合的卷积层的研究而不是进行下采样的池化层.此外,形成聚类簇的池化方式需要额外计算分配矩阵;节点得分的池化方式排名方式单一.为解决上述问题,提高图分类任务的准确性,本文提出了一种新的基于多维度信息的图池化算子MDPool.该模型使用节点特征信息以及图拓扑结构信息,获取不同维度下的节点得分.使用注意力机制归纳不同维度下的得分权重,生成更为健壮的节点排名,基于节点排名自适应选择节点集合生成诱导子图.提出的MDPool可以集成到多种的图神经网络结构,将MDPool池化算子与图神经网络卷积层堆叠形成编码解码模型EDMDPool.在4个公开数据集的图分类任务中, EDMDPool均高于现有基线模型.     

MDA-Net:一种结合双路径注意力机制的医学图像分割网络

准确的医学图像分割对于疾病的诊断和治疗规划至关重要,但由于医学图像形态复杂,且图像内不同对象结构差异大,导致其在医学图像分割效果上并不明显.针对这一问题,提出了一种MDA-Net网络,其包含Mobile-NetV2、CAM、PAM这3个模块,以Mobile-NetV2作为骨干网络,提取图片初级信息.通过通道注意力模块(CAM)对每个特征图通道之间所有关联的特征信息加以整理,从而使相互依赖的特征图有选择性地加以突出.位置注意力模块(PAM)通过对每个像素区域进行特征加权和,选择性地聚合每个区域的特征.在解码部分采用转置卷积将骨干网络中的低层次信息和经过CAM、PAM得到的高层次信息进行融合,以此来丰富分割特征图的语义信息.在IBSI数据集和LUNA数据集上的实验效果表明,MDA-Net与其它医学图像分割模型相比,有更好的效果.     

注意力机制下密集空洞卷积的肺部图像分割

目的 卷积神经网络（convolutional neural network,CNN）在计算机辅助诊断（computer-aided diagnosis,CAD）肺部疾病方面具有广泛的应用,其主要工作在于肺部实质的分割、肺结节检测以及病变分析,而肺实质的精确分割是肺结节检出和肺部疾病诊断的关键。因此,为了更好地适应计算机辅助诊断系统要求,提出一种融合注意力机制和密集空洞卷积的具有编码—解码模式的卷积神经网络,进行肺部分割。方法 将注意力机制引入网络的解码部分,通过增大关键信息权重以突出目标区域抑制背景像素干扰。为了获取更广更深的语义信息,将密集空洞卷积模块部署在网络中间,该模块集合了Inception、残差结构以及多尺度空洞卷积的优点,在不引起梯度爆炸和梯度消失的情况下,获得了更深层次的特征信息。针对分割网络常见的特征丢失等问题,对网络中的上/下采样模块进行改进,利用多个不同尺度的卷积核级联加宽网络,有效避免了特征丢失。结果 在LUNA （lung nodule analysis）数据集上与现有5种主流分割网络进行比较实验和消融实验,结果表明,本文模型得到的预测图更接近于标签图像。Dice相似系数、交并比（intersection over union,IoU）、准确度（accuracy,ACC）以及敏感度（sensitivity,SE）等评价指标均优于对比方法,相比于性能第2的模型,分别提高了0.443%,0.272%,0.512%以及0.374%。结论 本文提出了一种融合注意力机制与密集空洞卷积的肺部分割网络,相对于其他分割网络取得了更好的分割效果。     

基于深度卷积神经网络的道路场景理解

在无人驾驶技术中,道路场景的理解是一个非常重要的环境感知任务,也是一个很具有挑战性的课题。提出了一个深层的道路场景分割网络（Road Scene Segmentation Network,RSSNet）,该网络为32层的全卷积神经网络,由卷积编码网络和反卷积解码网络组成。网络中采用批正则化层防止了深度网络在训练中容易出现的“梯度消失”问题;在激活层中采用了Maxout激活函数,进一步缓解了梯度消失,避免网络陷入饱和模式以及出现神经元死亡现象;同时在网络中适当使用Dropout操作,防止了模型出现过拟合现象;编码网络存储了特征图的最大池化索引并在解码网络中使用它们,保留了重要的边缘信息。实验证明,该网络能够大大提高训练效率和分割精度,有效识别道路场景图像中各像素的类别并对目标进行平滑分割,为无人驾驶汽车提供有价值的道路环境信息。     

融合边缘信息的显著性目标检测

为了解决显著性检测中图像的低对比度区域和边缘区域存在误检测的问题.提出包含边缘检测子网络和显著性检测子网络的双分支网络模型.在自顶向下的信息流传递过程中，边缘检测子网络和显著性检测子网络分别独立学习边缘信息和显著性信息.设计信息交互模块和特征聚合模块，使得两个子网络将各自学到的特征信息逐层融合.边缘检测子网络，由真值图通过距离变换生成的边缘真值图进行监督，边缘检测子网络仅用于训练阶段.在5个经典数据集上进行的实验结果表明：相比于其他12种主流的检测方法，在F度量，平均绝对误差，结构化度量，精确率-召回率等指标中，本文方法均有明显的提升.基于边缘检测子网络提供的边缘信息能有效引导模型区分出低对比度图片中的边缘部分，得到边缘轮廓完整的显著图.该方法生成的显著图边缘轮廓连续性更好，空间结构细节信息更清晰，对低对比度区域更敏感.