基于多尺度稀疏表示的场景分类

提出一种基于多尺度稀疏表示的场景分类框架。首先从图像中提取多个尺度的局部特征,然后利用稀疏编码为每个尺度的特征单独学习相应的过完备字典;在图像表示阶段,为图像各尺度上的局部特征依据与其对应尺度的字典进行编码,并按照空间金字塔表示方法和特征各维最大汇总(max pooling)对各尺度上的特征编码分别汇总;最后将不同尺度上汇总的特征串接,形成对图像最终描述的全局向量。在三个常用标准场景库上的分类结果表明,提出的算法由于利用了不同尺度特征间的互补关系,与采用单尺度特征的方法相比,性能有了显著提升。     

基于稀疏恢复与优化的显著性目标检测算法

针对目前基于稀疏表示的显著性检测算法中存在的边界显著性检测不足、字典表达能力不够等问题,提出一种基于稀疏恢复与优化的检测算法。首先对图像进行滤波平滑和超像素分割,并从边界与内部超像素中挑选可靠的背景种子构建稀疏字典;然后基于该字典对整幅图像进行稀疏恢复,根据稀疏恢复误差生成初始显著图;再运用改进的基于聚类的二次优化模型对初始显著图进行优化;最后经过多尺度融合得到最终显著图。在三大公开测试数据集上的实验结果表明,所提算法能够保持高效快速、无训练等优点,同时性能优于目前主流的非训练类算法,在处理边界显著性方面表现优异,具有较强的鲁棒性。     

字典学习和稀疏表示的海马子区图像分割

目的 海马子区体积极小且结构复杂,现有多图谱的分割方法难以取得理想的分割结果,为此提出一种字典学习和稀疏表示的海马子区分割方法。方法 该方法为目标图像中的每个体素点建立稀疏表示和字典学习模型以获取该点的标记。其中,字典学习模型由图谱灰度图像中的图像块构建。提出利用图谱标记图像的局部二值模式(LBP)特征增强训练字典的判别性;然后求解目标图像块在训练字典中的稀疏表示以确定该点标记;最后依据图谱的先验知识纠正分割结果中的错误标记。结果 与现有典型的多图谱方法进行定性和定量对比,该方法优于现有典型的多图谱分割方法,对较大海马子区的平均分割准确率可达到0.890。结论 本文方法适用于在大脑核磁共振图像中精确分割海马子区,且具有较强的鲁棒性,可为神经退行性疾病的诊断提供可靠的依据。     

Gabor特征集结合判别式字典学习的稀疏表示图像识别

稀疏编码中字典的选择无论对图像重建还是模式分类都有重要影响,为此提出Gabor特征集结合判别式字典学习的稀疏表示图像识别算法.考虑到Gabor局部特征对光照、表情和姿态等变化的鲁棒性,首先提取图像对应不同方向、不同尺度的多个Gabor特征;然后将降维的增广Gabor特征矩阵作为初始特征字典,通过对该字典的学习得到字典原子对应类别标签的新结构化字典,新字典中特定类的子字典对相关的类具有好的表示能力,同时应用Fisher判别约束编码系数,使它们具有小的类内散度和大的类间散度;最后同时用具有判别性的重构误差和编码系数来进行模式分类.基于3个数据库的实验结果表明本文方法具有可行性和有效性.     

多尺度脊波字典的构造及其在图像编码中的应用

在变换域图像编码技术中,图像的稀疏表示是编码的关键。该文在分析了脊波函数的缺陷的基础上,首先提出了一种多尺度脊波字典的构造方法,并通过树形结构对原子进行组织,加快了图像稀疏分解中最匹配原子的搜索速度;然后提出了一种基于树形多尺度脊波字典的匹配追踪静态图像编码方法;最后通过对量化失真与编码速率的分析,结合稀疏分解系数的分布,提出了系数的自适应量化和编码方案。实验结果表明,多尺度脊波字典能够对图像进行有效的稀疏表示;与JPEG2000相比,新的编码算法具有更好的编码性能,尤其在低比特率条件下。     

基于过完备字典稀疏表示的图像超分辨率研究

提出一种基于过完备字典稀疏表示的通用图像超分辨率算法。利用过完备字典代替稀疏基,采用学习的方法得到低分辨率图像和高分辨率图像之间的关系,最终从高分辨率图像块的字典中重构出超分辨率图像。实现了基于matlab的稀疏表示(omp算法)和字典更新(K-SVD算法)的字典学习算法,并通过仿真实验,以PSNR等指标论证了编码算法的有效性。     

基于多尺度稀疏表示的图像融合方法

针对目前基于稀疏表示的常用图像融合算法计算复杂度高以及忽略图像局部特征的问题,提出多尺度稀疏表示(multi-scale sparse representation,MSR)的图像融合方法.充分利用小波多尺度分析较好突出图像局部特征的特点,将其和过完备稀疏表示有效结合;待融合图像在小波解析域中进行小波多层分解,对每个尺度的特征运用K-SVD (kernel singular value decomposition)多尺度字典进行OMP (orthogonal matching pursuit)稀疏编码,并在小波域中各个尺度中进行融合.实验结果表明,与传统的小波变换、轮廓波变换、稀疏表示融合算法相比,该算法更能保证图像局部特征的完整性,实现更好的性能.     

融合稀疏表示和字典学习的脑部MR图像分割

针对脑部磁共振图像中白质、灰质和脑脊液的分割精度问题,提出一种融合稀疏表示和字典学习的图像分割方法。首先,利用基于块的输入数据来训练过完备字典;然后,根据学习到的字典获得最优稀疏表示的高维特征;最后,结合每个像素局部和非局部重构误差实现分割。在模拟和真实图像数据库上的实验结果表明,该方法能利用带有距离因子和稀疏因子的公式准确分割MR图像,在稳定性方面优于其他MR分割方法。     

一种改进的快速SLIC分割算法

近年来,超像素算法被应用到计算机视觉的各个领域。超像素捕获图像冗余信息,降低图像后续处理的复杂度。超像素分割作为图像的预处理过程需要满足图像处理的实时性和准确性。在SLIC算法的框架下,所提算法的主要目的是提高超像素分割的效率;通过原图像降尺度过程,提取原图像中少量像素,生成降尺度图像;利用SLIC算法对降尺度图像进行超像素分割;初次超像素分割之后,根据降尺度图像的分割结果对原图像中像素进行K近邻分类,实现原图像的超像素最终分割结果。实验表明,对于同一处理对象,在准确度相近的状态下,本算法处理速度高于SLIC算法。     

有监督子空间建模和稀疏表示的场景分类

提出了一种基于有监督子空间建模和稀疏表示的场景分类算法。该算法将采用非监督方式求取所有场景类别公共字典的稀疏编码模型分解为一系列各目标函数相互独立的多目标优化问题,实现了各类别字典的有监督学习。在所有类别的字典学习完毕后,再以各子空间和的基集来对每幅图像中所有局部特征进行协同编码,并借助空间金字塔表示(SPR)和特征各维最大汇总(max pooling)构成最终图像的全局特征表示。为对算法的有效性进行验证,在4个常用的场景图像库上进行了分类实验,结果表明该算法比采用非监督字典学习的方法在性能上有了显著提升。     

基于生成模型约束的graph cuts标签融合算法

人脑磁共振图像（magnetic resonance imaging,MRI）分割算法易受图谱错误标签的影响,为减少错误标签对标签融合准确度的影响,提高人脑磁共振图像的分割精度,在图谱预选阶段采用梯度信息和互信息筛选出相似性较大的图谱图像,标签融合阶段提出利用生成模型（generative model,GM）约束的graph cuts标签融合方法,快速准确地分割出人脑海马体结构。与其他的标签融合方法对比,提出的算法具有更高的分割精度。     

Kernel sparse representation for MRI image analysis in automatic brain tumor segmentation

The segmentation of brain tumor plays an important role in diagnosis, treatment planning, and surgical simulation. The precise segmentation of brain tumor can help clinicians obtain its location, size, and shape information. We propose a fully automatic brain tumor segmentation method based on kernel sparse coding. It is validated with 3D multiple-modality magnetic resonance imaging (MRI). In this method, MRI images are pre-processed first to reduce the noise, and then kernel dictionary learning is used to extract the nonlinear features to construct five adaptive dictionaries for healthy tissues, necrosis, edema, non-enhancing tumor, and enhancing tumor tissues. Sparse coding is performed on the feature vectors extracted from the original MRI images, which are a patch of m×m×m around the voxel. A kernel-clustering algorithm based on dictionary learning is developed to code the voxels. In the end, morphological filtering is used to fill in the area among multiple connected components to improve the segmentation quality. To assess the segmentation performance, the segmentation results are uploaded to the online evaluation system where the evaluation metrics dice score, positive predictive value (PPV), sensitivity, and kappa are used. The results demonstrate that the proposed method has good performance on the complete tumor region (dice: 0.83; PPV: 0.84; sensitivity: 0.82), while slightly worse performance on the tumor core (dice: 0.69; PPV: 0.76; sensitivity: 0.80) and enhancing tumor (dice: 0.58; PPV: 0.60; sensitivity: 0.65). It is competitive to the other groups in the brain tumor segmentation challenge. Therefore, it is a potential method in differentiation of healthy and pathological tissues.     

串行处理卷积神经网络的海马子区分割

目的 海马体积很小,对比度极低,传统标记融合方法选用手工设计的特征模型,难以提取出适应性好、判别性强的特征。近年来,深度学习方法取得了极大成功,基于深度网络的方法已应用于医学图像分割中,但海马结构复杂,子区较多且体积差别较大,特别是CA2和CA3子区体积极小,常见的深度网络无法准确分割海马子区。为了解决这些问题,提出一种结合多尺度输入和串行处理神经网络的海马子区分割方法。方法 针对海马中体积差距较大的子区,设计两种不同的网络,结合多种尺度图像块信息,为小子区建立类别数量均衡的训练集,避免网络被极端化训练,最后,采用串行标记的方式对海马子区进行分割。结果 在Tail,SUB和PHG子区上的准确率达到了0.865,0.81,0.773,较现有的多图谱子区分割方法有较大提高,并且将体积较小子区CA2,CA3上的准确率分别提高了6%和9%。结论 该算法将基于卷积神经网络的分类方法引入到标记融合阶段,根据海马子区特殊的灰度及结构特点,设计两种针对性网络,实验证明,该算法能提取出适应性好、判别性强的特征,提高了分割准确率。     

字典重建和空间分布关系约束下的特征选择与图像拼接

目的 针对大型图像检索领域中,复杂图像中SIFT特征描述子的冗余和高维问题,提出了一种基于字典重建和空间分布关系约束的特征选择的方法,来消除冗余特征并保留最具表现力的、保留原始空间结构性的SIFT特征描述子。方法 首先,实验发现了特征选择和字典学习方法在稀疏表示方面的内在联系,将特征选择问题转化为字典重构任务;其次,在SIFT特征选择问题中,为了保证特征空间中特征的鲁棒性,设计了新型的字典学习模型,并采用模拟退火算法进行迭代求解;最后,在字典学习的过程中,加入熵理论来约束特征的空间分布,使学习到的特征描述子能最大限度保持原始SIFT特征空间的空间拓扑关系。结果 在公开数据集Holiday大型场景图片检索数据库上,通过与国际公认的特征选择方法进行实验对比,本文提出的特征选择方法在节省内存空间和提高时间效率（30%~ 50%）的同时,还能保证所筛选的特征描述子的检索准确率比同类特征提高8%~ 14.1%;在国际通用的大型场景图片拼接数据库IPM上,验证本文方法在图像拼接应用中特征提取和特征匹配上的有效性,实验表明本文方法能节省（50% ~70%）图像拼接时间。结论 与已有的方法比较,本文的特征选择方法既不依赖训练数据集,也不丢失重要的空间结构和纹理信息,在大型图像检索、图像拼接领域和3D检索领域中,能够精简特征,提高特征匹配效率和准确率。     

结合全卷积网络的无监督视频目标分割

对视频中的目标进行像素级分割是计算机视觉领域的研究热点，完全没有用户标注的无监督视频分割对分割算法提出了更高的要求。近几年在分割中常使用基于帧间运动信息进行建模的方法，即用光流等运动信息预测目标轮廓，再结合颜色等特征建立模型进行分割。针对这些方法产生的前景背景混淆以及边缘粗糙等问题，本文提出结合全卷积网络的视频目标分割方法。首先通过全卷积网络预测视频序列中显著目标的轮廓，结合光流获得的运动显著性标签进行修正，然后建立时间-空间图模型，运用图割的方法获得最终的预测标签。在SegTrack v2以及DAVIS这2个通用数据集上进行评估，结果表明本文方法较基于帧间运动信息的方法在分割效果上有明显的提高。     

嵌入压缩采样的腹部CT胰腺分割网络

针对全自动分割算法因胰腺器官解剖变异性较高而难以实现准确定位的问题,文中提出嵌入压缩采样的编码器解码器网络.通过分阶段训练网络的方式,分割网络可级联在预训练阶段,从标签空间中感知的胰腺位置先验知识实现对分割目标的精准定位,保证分割结果与标签形状的一致性.胰腺器官分割实验表明,文中网络分割性能较优.     

基于块对角化表示的多视角字典对学习

字典学习作为一种高效的特征学习技术被广泛应用于多视角分类中。现有的多视角字典学习方法大多只利用多视角数据的部分信息,且只学习一种类型的字典。实际上,多视角数据的相关性信息和多样性信息同样重要,且仅考虑一种合成型字典或解析型字典的学习算法不能同时满足处理速度、可解释性以及应用范围的要求。针对上述问题,提出了一种基于块对角化表示的多视角字典对学习方法(Block-Diagonal Representation based Multi-View Dictionary-Pair Learning,BDR-MVDPL),该方法通过引入字典对学习模型获得包含更多对分类有用的信息的表示系数,并通过显式约束使其具有块对角化结构,保证了编码系数矩阵的判别性;然后采用特征融合的方式将所有视角的编码系数进行串联,并将串联后的编码系数回归到对应的标签向量上,使多视角数据的多样性信息和数据相关性能够同时被利用;最后,该算法将字典学习与分类器学习整合到一个框架中,采用迭代求解的方式,交替更新字典对和分类器,使所提方法能够自动完成分类。3个多特征数据集上的实验结果表明,与主流的多视角字典学习算法相比,所提算法在保持低复杂度的同时具有更高的分类准确率。