改进U-Net的高分辨率遥感图像轻量化分割

针对传统图像分割方法分割效率低下,遥感图像特征复杂多样,复杂场景下分割性能受到限制等问题,在基于U-Net网络架构的基础上,提出一种能够较好提取遥感图像特征并兼顾效率的改进U-Net模型.首先,以EfficientNetV2作为U-Net的编码网络,增强特征提取能力,提高训练和推理效率,然后在解码部分使用卷积结构重参数化方法并结合通道注意力机制,几乎不增加推理时间的前提下提升网络性能,最后结合多尺度卷积融合模块,提高网络对不同尺度目标的特征提取能力和更好地结合上下文信息.实验表明,改进的网络在遥感图像分割性能提升的同时分割效率也提高.     

基于循环密集连接融合更多局部特征的肝脏分割

由于腹部图像中肝脏区域的复杂性和传统分割方法特征提取上的局限性等原因,肝脏分割领域仍存在着很多挑战.针对现有分割网络在肝脏区域的全局信息和局部信息处理上存在的不足,设计了一种融合更多局部特征的循环密集连接网络的分割方法.该方法将循环密集连接模块和局部特征补充模块整合为编码过程的学习单元,使编码单元融合深层次全局信息和更多尺度的局部特征信息.最后,在解码过程后,利用softmax函数输出分割结果.在LiTS数据集上该方法在多个评价指标中表现优异,精确度达到了95.1％.此外,在Data_67数据集上的相关实验也证明了该方法具有很好的泛化性能.实验表明,密集连接融合更多的局部信息,能够使肝脏分割模型的性能更加优异.     

改进U-Net网络的遥感图像水质分割算法

针对遥感图像中一般水体、黑臭水体以及富营养化水体形状不规则以及相似难以准确分割的问题，选取研究区创建富含3类水体的数据集，利用深度学习卷积网络模型对3类水体数据集进行训练与测试。根据测试效果分析提出基于改进U-Net网络的遥感水质分割算法，改进卷积深度及在编码阶段输入层引入ASPP模块获取更加复杂的光谱信息，提高分割精度。实验表明，所提出的改进型U-Net分割算法能够显著提升水质分类的精确度和分割效果，从而实现一般、黑臭及富营养化水体的准确分类。     

基于多尺度特征融合双U型皮肤病变分割算法

针对皮肤病分割问题中皮肤病变区域大小不一且形状各异问题,提出一种基于多尺度特征融合的双U型皮肤病分割算法.该算法由粗分U型网络和细分U型网络两部分组成.首先粗分U型网络编码部分采用预训练VGG-19模型对相关特征进行多尺度特征提取;在解码阶段利用改进注意力残差块将底层与高层信息进行有效的映射融合,得到初步的Mask;然后将初步生成的Mask与原图像聚合,并输入多路特征提取编码器中进行二次特征蒸馏;而细分U型网络解码器同时与粗分U型网络编码部分和细分U型网络的编码部分特征映射进行融合,保证网络可以聚合更多的有效特征;最后利用Focal Tversky损失函数进一步提升分割效果.实验表明,所提算法在ISBI2016数据集上实验分割精度为96.11％、敏感度为93.59％、特异性为97.10％、Dice系数为93.14％、Jaccard系数为87.17％,能够有效地分割皮肤病病变区域.     

基于编解码结构的多特征融合眼底图像分割

为解决现有眼底图像分割方法对于细微血管存在低分割精度和低准确率的问题,提出一种基于编解码结构的U-Net改进网络模型。首先对数据进行预处理与扩充,提取绿色通道图像,并将其通过对比度限制直方图均衡化和伽马变换以增强对比度;其次训练集被输入到用于分割的神经网络中,在编码过程加入残差模块,用短跳跃连接将高、低特征信息融合,并利用空洞卷积增加感受野,解码模块加入注意力机制增加对细微血管分割精度;最后利用训练完成的分割模型进行预测得出视网膜血管分割结果。在DRIVE和CHASE-DB1眼底图像数据集上进行对比实验,模型算法的平均准确率、特异性和灵敏度分别达到96.77%和97.22%、98.74%和98.40%、80.93%和81.12%。实验结果表明该算法能够改善微细血管分割准确率及效率不高的问题,对视网膜血管可以进行更准确的分割。     

多层次编码—解码网络遥感图像建筑物分割

为提高高分辨率遥感影像建筑物边缘提取精度和高分辨率特征利用率,提出了一种基于残差分组卷积的高分辨率遥感影像建筑物提取方法.利用多层次编码—解码结构提取影像中建筑物不同尺度特征,同层次特征之间引入密集连接保证高分辨率特征的有效性,相邻层次特征之间引入交换单元增加不同深度的上下文信息交互.使用武汉大学建筑物数据集对模型进行训练及评估,与现有的全卷积神经网络SegNet、UNet和UNet++相比,评价指标recall、IoU、F1等高出2％以上.实验结果表明该网络在对建筑物边缘精准提取方面具有很好的效果.     

基于无监督深度学习的多模态手术轨迹快速分割方法

传统的手术机器人轨迹分割方法存在耗时长、分割准确度差且容易产生过度分割等问题.为解决上述问题,本文提出了一种基于特征提取网络DCED-Net(密集连接的卷积编码-解码网络)的多模态手术轨迹分割方法.DCED-Net采用无监督方法,不必进行十分耗时的人工标注,使用密集连接结构,使图像信息能更有效地在卷积层间传递,从而提高了特征提取质量.将特征提取后的视频数据和运动学数据投入转移状态聚类(TSC)模型得到预分割结果.为进一步提高分割精度,提出了一种基于轨迹段间相似性的合并后处理算法,通过衡量轨迹段间的4个相似性指标,包括主成分分析、互信息、数据中心距离和动态时间规整,将相似度高的分割段进行迭代合并,从而降低过度分割造成的影响.公开数据集JIGSAWS上的大量实验证明,与经典的轨迹分割聚类方法相比,本文方法的分割准确率最高提升了48.4%,分割速度加快了6倍以上.     

多尺度遥感语义分割网络

高分辨率遥感图像语义分割在国土规划、地理监测、智慧城市等领域有着广泛的应用价值,但是现阶段研究中存在相似地物和精细地物分割不准确问题。为解决这一问题,提出了一种新型的多尺度语义分割网络MSSNet。它由编码层、解码层和输出层组成。为解决相似地物的分割问题,编码层使用深层网络ResNet101充分提取地物特征,并在解码层的解码器中加入残差块,提高基于像素点的分类能力。为解决精细结构地物的分割问题,解码层中的解码器加入了空洞空间金字塔池化结构提取多尺度地物特征,以便精确分割不同尺度的地物。为了强化语义分割能力,输出层合并了多个解码器的输出,为最终的预测提供了更多的信息。在两个公开数据集Vaihingen和Potsdam上进行了实验,分别取得了87%和87.3%的全局精确度,超过了大多数已发表的方法。实验结果表明,提出的MSSNet能够精确地分割相似地物和精细地物,并且具有训练过程简单和易于使用的优点,非常适合进行高分辨率遥感图像语义分割。     

改进SeMask主干网络的高分辨率遥感影像变化检测模型

随着城市化进程的加速和人口不断增加, 土地资源的利用和管理变得愈发重要. 高分辨率遥感影像技术的发展为土地覆盖类别变化检测提供了新的途径. 目前, 多数遥感影像变化检测任务主要针对显著建筑物的变化检测, 缺少对土地覆盖类别变化检测任务的研究, 本研究基于公开数据集, 对更多土地覆盖类别变化情况进行标注. 在原语义分割主干网络的基础上结合孪生网络结构, 提出适用于土地覆盖类别变化检测任务的检测模型, 该模型在网络的特征提取阶段加入变化引导模块, 以辅助网络关注两时相影像中的变化信息, 并在网络不同阶段加入通道信息交互模块, 以增强不同特征图的信息融合. 同时, 在特征提取阶段最后一层加入特征对齐模块, 以缓解下采样过程导致的特征偏移. 在土地覆盖类别变化检测数据集上的实验结果表明, 本文提出的方法可以有效提取影像中的变化信息, 并提高分割精度.     

多模态特征融合的遥感图像语义分割网络

遥感图像语义分割是指通过对遥感图像上每个像素分配语义标签并标注,从而形成分割图的过程,在国土资源规划、智慧城市等领域有着广泛的应用。高分辨率遥感图像存在目标大小尺度不一与阴影遮挡等问题,单一模态下对相似地物和阴影遮挡地物分割较为困难。针对上述问题,提出了将IRRG（infrared、red、green）图像与DSM（digital surface model）图像融合的遥感图像语义分割网络MMFNet。网络采用编码器-解码器的结构,编码层采用双输入流的方式同时提取IRRG图像的光谱特征和DSM图像的高度特征。解码器使用残差解码块（residual decoding block,RDB）提取融合后的特征,并使用密集连接的方式加强特征的传播和复用。提出复合空洞空间金字塔（complex atrous spatial pyramid pooling,CASPP）模块提取跳跃连接的多尺度特征。在国际摄影测量与遥感学会（international society for photogrammetry and remote sensing,ISPRS）提供的Vaihingen和Potsdam数据集上进行了实验,MMFNet分别取得了90.44%和90.70%的全局精确度,相比较与DeepLabV3+、OCRNet等通用分割网络和CEVO、UFMG_4等同数据集专用分割网络具有更高的分割精确度。     

残差密集空间金字塔网络的城市遥感图像分割

目的 遥感图像语义分割是根据土地覆盖类型对图像中每个像素进行分类,是遥感图像处理领域的一个重要研究方向。由于遥感图像包含的地物尺度差别大、地物边界复杂等原因,准确提取遥感图像特征具有一定难度,使得精确分割遥感图像比较困难。卷积神经网络因其自主分层提取图像特征的特点逐步成为图像处理领域的主流算法,本文将基于残差密集空间金字塔的卷积神经网络应用于城市地区遥感图像分割,以提升高分辨率城市地区遥感影像语义分割的精度。方法 模型将带孔卷积引入残差网络,代替网络中的下采样操作,在扩大特征图感受野的同时能够保持特征图尺寸不变;模型基于密集连接机制级联空间金字塔结构各分支,每个分支的输出都有更加密集的感受野信息;模型利用跳线连接跨层融合网络特征,结合网络中的高层语义特征和低层纹理特征恢复空间信息。结果 基于ISPRS （International Society for Photogrammetry and Remote Sensing） Vaihingen地区遥感数据集展开充分的实验研究,实验结果表明,本文模型在6种不同的地物分类上的平均交并比和平均F₁值分别达到69.88%和81.39%,性能在数学指标和视觉效果上均优于SegNet、pix2pix、Res-shuffling-Net以及SDFCN （symmetrical dense-shortcut fully convolutional network）算法。结论 将密集连接改进空间金字塔池化网络应用于高分辨率遥感图像语义分割,该模型利用了遥感图像不同尺度下的特征、高层语义信息和低层纹理信息,有效提升了城市地区遥感图像分割精度。     

改进U-Net型网络的遥感图像道路提取

目的 遥感图像道路提取在城市规划、交通管理、车辆导航和地图更新等领域中发挥了重要作用,但遥感图像受光照、噪声和遮挡等因素以及识别过程中大量相似的非道路目标干扰,导致提取高质量的遥感图像道路有很大难度。为此,提出一种结合上下文信息和注意力机制的U-Net型道路分割网络。方法 使用Resnet-34预训练网络作为编码器实现特征提取,通过上下文信息提取模块对图像的上下文信息进行整合,确保对道路的几何拓扑结构特征的提取;使用注意力机制对跳跃连接传递的特征进行权重调整,提升网络对于道路边缘区域的分割效果。结果 在公共数据集Deep Globe道路提取数据集上对模型进行测试,召回率和交并比指标分别达到0.847 2和0.691 5。与主流方法U-Net和CE-Net（context encoder network）等进行比较,实验结果表明本文方法在性能上表现良好,能有效提高道路分割的精确度。结论 本文针对遥感图像道路提取中道路结构不完整和道路边缘区域不清晰问题,提出一种结合上下文信息和注意力机制的遥感道路提取模型。实验结果表明该网络在遥感图像道路提取上达到良好效果,具有较高的研究和应用价值。     

改进U-Net网络的遥感影像道路提取方法研究

从遥感影像中提取道路目标对智慧城市建设具有重要意义。由于遥感数据中道路及背景特征复杂多样,使用深度学习方法对道路进行提取的准确性仍然受到限制。基于U-Net网络架构设计实现了用于遥感影像道路提取的深度语义分割模型AS-Unet,该模型分为编码器和解码器两部分。在编码器部分加入通道注意力机制,对提取的丰富低层特征进行筛选,突出目标特征,抑制背景噪声干扰,从而提高深浅层信息融合准确率;为解决网络对道路目标单一尺寸的敏感问题,在编码器最后一层卷积层后面加入空间金字塔池化模块来捕获不同尺度道路特征;在解码器部分加入空间注意力机制,进行位置关系信息学习和深层次语义特征筛选,提高特征图还原能力。在Massachusetts和DeepGlobe道路数据集上进行实验,结果证明,在召回率、精度、[F1]值等评估指标上,明显优于SegNet、FCN等语义分割网络。所设计的AS-Unet网络性能优良,具有更高的分割准确率,具备一定理论和实际应用价值。     

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。     

全卷积神经网络下的多光谱遥感影像分割

目的 传统的遥感影像分割方法需要大量人工参与特征选取以及参数选择,同时浅层的机器学习算法无法取得高精度的分割结果。因此,利用卷积神经网络能够自动学习特征的特性,借鉴处理自然图像语义分割的优秀网络结构,针对遥感数据集的特点提出新的基于全卷积神经网络的遥感影像分割方法。方法 针对遥感影像中目标排列紧凑、尺寸变化大的特点,提出基于金字塔池化和DUC（dense upsampling convolution）结构的全卷积神经网络。该网络结构使用改进的DenseNet作为基础网络提取影像特征,使用空间金字塔池化结构获取上下文信息,使用DUC结构进行上采样以恢复细节信息。在数据处理阶段,结合遥感知识将波段融合生成多源数据,生成植被指数和归一化水指数,增加特征。针对遥感影像尺寸较大、采用普通预测方法会出现拼接痕迹的问题,提出基于集成学习的滑动步长预测方法,对每个像素预测14次,每次预测像素都位于不同图像块的不同位置,对多次预测得到的结果进行投票。在预测结束后,使用全连接条件随机场（CRFs）对预测结果进行后处理,细化地物边界,优化分割结果。结果 结合遥感知识将波段融合生成多源数据可使分割精度提高3.19%;采用基于集成学习的滑动步长预测方法可使分割精度较不使用该方法时提高1.44%;使用全连接CRFs对预测结果进行后处理可使分割精度提高1.03%。结论 针对宁夏特殊地形的遥感影像语义分割问题,提出基于全卷积神经网络的新的网络结构,在此基础上采用集成学习的滑动步长预测方法,使用全连接条件随机场进行影像后处理可优化分割结果,提高遥感影像语义分割精度。     

High-resolution Remote Sensing Image Road Extraction Method for Improving U-Net

Accurate and efficient extraction of road information based on remote sensing image is a great significance for the establishment and maintenance of basic geographic databases. Due to the complex background information of high-resolution remote sensing images, existing algorithms cannot extract road information very well. U-Net network has good experimental results in image segmentation, but the accuracy of road segmentation results is not good. For this reason, this paper proposes a high-resolution image road extraction method based on improved U-Net network. Firstly, the U-Net-based network structure is designed and implemented. The network uses VGG16 as the network coding structure, which can extract feature semantic information better. Secondly, the use of Batch Normalization and Dropout solves the phenomenon of over-fitting that occurs during the network training process. Finally, the training data is expanded by rotation and mirror transformation, and the ELU activation function is used to improve the network training speed. The experimental results show that the method can extract road information more accurately and efficiently.     

一种改进U-Net的高分辨率遥感影像道路提取方法

从遥感影像中准确高效地提取道路信息,对基础地理数据库的建立与维护具有重大意义。高分辨率遥感影像背景信息复杂,导致现有算法无法较好地从中提取道路信息。U-Net网络在图像分割方面有较好的实验效果,但道路分割结果准确性不佳,因此,提出了一种改进U-Net网络的高分辨率影像道路提取方法。首先,设计基于U-Net的网络结构,将VGG16作为网络编码结构,可更好地提取特征语义信息;其次,利用Batch Normalization与Dropout解决网络训练过程中出现的过拟合;最后,对训练数据利用旋转与镜像变换进行扩充,采用ELU激活函数,提升了网络训练速度。实验结果表明：该方法可以较为准确高效地提取道路信息。     

多尺度特征金字塔融合的街景图像语义分割

针对街景图像语义分割任务中的目标尺寸差异大、多尺度特征难以高效提取的问题, 本文提出了一种语义分割网络(LDPANet). 首先, 将空洞卷积与引入残差学习单元的深度可分离卷积结合, 来优化编码器结构, 在降低了计算复杂度的同时缓解梯度消失的问题. 然后利用层传递的迭代空洞空间金字塔, 将自顶向下的特征信息依次融合, 提高了上下文信息的有效交互能力; 在多尺度特征融合之后引入属性注意力模块, 使网络抑制冗余信息, 强化重要特征. 再者, 以通道扩展上采样代替双线插值上采样作为解码器, 进一步提升了特征图的分辨率. 最后, LDPANet方法在Cityscapes和CamVid数据集上的精度分别达到了91.8%和87.52%, 与近几年网络模型相比, 本文网络模型可以精确地提取像素的位置信息以及空间维度信息, 提高了语义分割的准确率.     

加强类别关系的农作物遥感图像语义分割

目的 遥感图像处理技术在农作物规划、植被检测以及农用地监测等方面具有重要的作用。然而农作物遥感图像上存在类别不平衡的问题,部分样本中农作物类间相似度高、类内差异性大,使得农作物遥感图像的语义分割更具挑战性。为了解决这些问题,提出一种融合不同尺度类别关系的农作物遥感图像语义分割网络CRNet(class relation network)。方法 该网络将ResNet-34作为编码器的主干网络提取图像特征,并采用特征金字塔结构融合高阶语义特征和低阶空间信息,增强网络对图像细节的处理能力。引入类别关系模块获取不同尺度的类别关系,利用一种新的类别特征加强注意力机制(class feature enhancement, CFE)结合通道注意力和加强位置信息的空间注意力,使得农作物类间的语义差异和农作物类内的相关性增大。在解码器中,将不同尺度的类别关系融合,增强了网络对不同尺度农作物特征的识别能力,从而提高了对农作物边界分割的精度。通过数据预处理、数据增强和类别平衡损失函数(class-balanced loss, CB loss)进一步缓解了农作物遥感图像中类别不平衡的问题。结果 在Barley...