弱监督深度语义分割网络的多源遥感影像水体检测

目的 深度语义分割网络的优良性能高度依赖于大规模和高质量的像素级标签数据。在现实任务中,收集大规模、高质量的像素级水体标签数据将耗费大量人力物力。为了减少标注工作量,本文提出使用已有的公开水体覆盖产品来创建遥感影像对应的水体标签,然而已有的公开水体覆盖产品的空间分辨率低且存在一定错误。对此,提出采用弱监督深度学习方法训练深度语义分割网络。方法 在训练阶段,将原始数据集划分为多个互不重叠的子数据集,分别训练深度语义分割网络,并将训练得到的多个深度语义分割网络协同更新标签,然后利用更新后的标签重复前述过程,重新训练深度语义分割网络,多次迭代后可以获得好的深度语义分割网络。在测试阶段,多源遥感影像经多个代表不同视角的深度语义分割网络分别预测,然后投票产生最后的水体检测结果。结果 为了验证本文方法的有效性,基于原始多源遥感影像数据创建了一个面向水体检测的多源遥感影像数据集,并与基于传统的水体指数阈值分割法和基于低质量水体标签直接学习的深度语义分割网络进行比较,交并比（intersection-over-union,IoU）分别提升了5.5%和7.2%。结论 实验结果表明,本文方法具有收敛性,并且光学影像和合成孔径雷达（synthetic aperture radar,SAR）影像的融合有助于提高水体检测性能。在使用分辨率低、噪声多的水体标签进行训练的情况下,训练所得多视角模型的水体检测精度明显优于基于传统的水体指数阈值分割法和基于低质量水体标签直接学习的深度语义分割网络。     

融合空洞卷积与注意力的胃癌组织切片分割

目的 病理组织切片检查是诊断胃癌的金标准,准确发现切片中的病变区域有助于及时确诊并开展后续治疗。然而,由于病理切片图像的复杂性、病变细胞与正常细胞形态差异过小等问题,传统的语义分割模型并不能达到理想的分割效果。基于此,本文提出了一种针对病理切片的语义分割方法ADEU-Net （attention-dilated-efficient U-Net++）,提高胃癌区域分割的精度,实现端到端分割。方法 ADEU-Net使用经过迁移学习的EfficientNet作为编码器部分,增强图像特征提取能力。解码器采用了简化的U-Net++短连接方式,促进深浅层特征融合的同时减少网络参数量,并重新设计了其中的卷积模块提高梯度传递能力。中心模块使用空洞卷积对编码器输出结果进行多尺度的特征提取,增强模型对不同尺寸切片的鲁棒性。编码器与解码器的跳跃连接使用了注意力模块,以抑制背景信息的特征响应。结果 在2020年“华录杯”江苏大数据开发与应用大赛（简称“SEED”大赛）数据集中与其他经典方法比较,验证了一些经典模型在该分割任务中难以拟合的问题,同时实验得出修改特征提取方式对结果有较大提升,本文方法在分割准确度上比原始U-Net提高了18.96%。在SEED数据集与2017年中国大数据人工智能创新创业大赛（brain of things,BOT）数据集中进行了消融实验,验证了本文方法中各个模块均有助于提高病理切片的分割效果。在SEED数据集中,本文方法ADEU-Net比基准模型在Dice系数、准确度、敏感度和精确度上分别提升了5.17%、2.7%、3.69%、4.08%;在BOT数据集中,本文方法的4项指标分别提升了0.47%、0.06%、4.30%、6.08%。结论 提出的ADEU-Net提升了胃癌病理切片病灶点分割的精度,同时具有良好的泛化性能。     

面向上行流媒体的压缩感知视频流技术前沿

上行流媒体在军民融合领域展现出日益重要的新兴战略价值,压缩感知视频流技术体系在上行流媒体应用中具有前端功耗低、容错性好、适用信号广等独特优势,已成为当前可视通信研究的前沿与热点之一。本文从阐述上行流媒体的应用特征出发,从性能指标、并行分块计算成像、低复杂度视频编码、视频重构和语义质量评价等方面,分析了当前针对压缩感知视频流的基础理论与关键技术,对国内外相关的研究进展进行了探究与比较。面向上行流媒体的压缩感知视频流面临着观测效率难控、码流适配困难和重建质量较低等技术挑战。对压缩感知视频流的技术发展趋势进行展望,未来将通过前端与智能云端的分工协作,突破高效率的视频观测与语义质量导引视频重构等关键技术,进一步开拓压缩感知视频流在上行流媒体应用中的定量优势与演进途径。     

基于特征融合与双模板嵌套更新的孪生网络跟踪算法

为提高全卷积孪生网络SiamFC在复杂场景下的识别和定位能力,提出一种基于多响应图融合与双模板嵌套更新的实时目标跟踪算法。使用深度ResNet-22替换AlexNet作为骨干网络以提升网络特征提取性能,建立强识别能力的骨干语义分支。在ResNet-22的浅层使用高分辨率特征,构造强定位能力的浅层位置分支,计算并融合两个分支响应。通过高置信度的双模板嵌套更新机制对两个分支的模板进行更新,以适应目标的外观和位置变化。在OTB2015和VOT2016数据集上的实验结果表明,与基于SiamFC、SiamDW等的目标跟踪算法相比,该算法在目标快速移动、遮挡等复杂场景下跟踪效果更稳定,并且运行速度达到34 frame/s,满足实时性要求。     

Mask R-CNN中特征不平衡问题的全局信息融合方法

特征不平衡问题是影响神经网络检测效率的关键因素。针对Mask R-CNN中的特征不平衡问题,提出一种基于全局特征金字塔网络（GFPN）的信息融合方法。通过将GFPN产生的不同大小特征相融合,生成包含全局语义信息的特征网络,并采用反向过程对原始特征层进行重新标度,从而使得每个特征层均含有全局语义信息。实验结果表明,与原始基于Mask R-CNN的方法相比,该方法的检测精度提升4~6个百分点,而检测时间仅增加0.112 s。     

轻量化卷积神经网络在SAR图像语义分割中的应用

针对合成孔径雷达图像的语义分割问题,构建了一个全新的TerraSAR-X语义分割数据集GDUT-Nansha。然后,为解决传统深度学习方法模型体积大,难以在样本数量偏少的合成孔径雷达图像数据集上应用的问题,对轻量化卷积神经网络ENet模型进行了分析和改造。提出了一种改进的轻量化卷积神经网络模型(revised weighted loss eNet,RWL-ENet);针对合成孔径雷达图像数据集样本不平衡问题,使用了带有权重的损失函数。通过和其他经典卷积神经网络语义分割模型的对比实验,验证了新数据集的可靠性;同时,在参数量和模型体积远远小于其他网络模型的前提下,RWL-ENet模型在像素精度、平均像素精度、平均交并比三个定量指标上分别达到了0.884、0.804和0.645。     

基于注意力机制和集成学习的网页黑名单判别方法

搜索引擎作为互联网主要应用之一,能够根据用户需求从互联网资源中检索并返回有效信息。然而,得到的返回列表往往包含广告和失效网页等噪声信息,而这些信息会干扰用户的检索与查询。针对复杂的网页结构特征和丰富的语义信息,提出了一种基于注意力机制和集成学习的网页黑名单判别方法,并采用本方法构建了一种基于集成学习和注意力机制的卷积神经网络（EACNN）模型来过滤无用的网页。首先,根据网页上不同种类的HTML标签数据,构建多个基于注意力机制的卷积神经网络（CNN）基学习器;然后,采用基于网页结构特征的集成学习方法对不同基学习器的输出结果执行不同的权重计算,从而实现EACNN的构建;最后,将EACNN的输出结果作为网页内容分析结果,从而实现网页黑名单的判别。所提方法通过注意力机制来关注网页语义信息,并通过集成学习的方式引入网页结构特征。实验结果表明,与支持向量机（SVM）、K近邻（KNN）、CNN、长短期记忆（LSTM）网络、GRU、结合注意力机制的卷积神经网络（ACNN）等基线模型相比,所提模型在所构建的面向地理信息领域的判别数据集上具有最高的准确率（0.97）、召回率（0.95）和F₁分值（0.96）,验证了EACNN在网页黑名单判别工作中的优势。     

基于边缘关注模型的语义分割方法

肝脏是人体代谢功能的主要器官,目前机器学习在肝脏影像语义分割研究中的难点有：1）肝脏中间部位有下腔静脉、软组织和血管,甚至有坏死或肝裂等情况;2）肝脏与一些邻近器官之间的边界模糊,难以分辨。针对这些问题,提出了边缘关注模型（EAM）及边缘关注网络（EANet）。该网络采用了Encoder-Decoder（编码-解码）的模型框架：在编码器中运用了在ImageNet上预训练好的残差网络ResNet34和EAM,由此来充分获取肝脏边缘的细节特征信息;在解码器中则运用了反卷积操作和EAM对有效信息进行特征提取,进而得到肝脏影像的语义分割图。最后,对分割后噪声较大的图片实施了平滑处理。在三个数据集上与AHCNet进行对比,结果显示：在3Dircadb数据集上,EANet的体积重叠误差（VOE）和相对体积差异（RVD）分别降低了1.95个百分点和0.11个百分点,且DICE精度提高了1.58个百分点;在Sliver07数据集上,EANet的VOE、最大表面距离（MSD）和均方差对称表面距离（RMSD）分别降低了大约1个百分点、3.3 mm和0.2 mm;在某医院临床MRI肝脏影像数据集上,EANet的VOE和RVD分别降低了0.88个百分点和0.31个百分点,且DICE精度提高了1.48个百分点。实验结果表明,所提出的EANet具有较好的肝脏图像分割效果。     

全监督学习的图像语义分割方法研究进展

近年来,随着深度学习进入计算机视觉领域,各种深度学习图像语义分割方法相继出现,其中全监督学习方法的分割效果显著超过弱监督学习方法。将全监督学习的图像语义分割方法分为五类,并对各类中最具有代表性的方法进行详细分析,重点阐述各种方法核心部分的实现过程。对语义分割领域中的主流数据集进行归纳总结,介绍了性能算法指标,并在主流数据集上对各种代表性方法的效果进行对比,最后对语义分割的未来进行展望。     

颜色模型扰动的语义对抗样本生成方法

卷积神经网络是一种具有强大特征提取能力的深度神经网络,其在众多领域得到了广泛应用。但是,研究表明卷积神经网络易受对抗样本攻击。不同于传统的以梯度迭代生成对抗扰动的方法,提出了一种基于颜色模型的语义对抗样本生成方法,利用人类视觉和卷积模型在识别物体中表现出的形状偏好特性,通过颜色模型的扰动变换来生成对抗样本。在样本生成过程中其不需要目标模型的网络参数、损失函数或者相关结构信息,仅依靠颜色模型的变换和通道信息的随机扰动,所以这是一种可以完成黑盒攻击的对抗样本。