3D多尺度深度卷积神经网络肺结节检测

目的 肺结节是肺癌的早期存在形式。低剂量CT（computed tomogragphy）扫描作为肺癌筛查的重要检查手段,已经大规模应用于健康体检,但巨大的CT数据带来了大量工作,随着人工智能技术的快速发展,基于深度学习的计算机辅助肺结节检测引起了关注。由于肺结节尺寸差别较大,在多个尺度上表示特征对结节检测任务至关重要。针对结节尺寸差别较大导致的结节检测困难问题,提出一种基于深度卷积神经网络的胸部CT序列图像3D多尺度肺结节检测方法。方法 包括两阶段：1）尽可能提高敏感度的结节初检网络;2）尽可能减少假阳性结节数量的假阳性降低网络。在结节初检网络中,以组合了压缩激励单元的Res2Net网络为骨干结构,使同一层卷积具有多种感受野,提取肺结节的多尺度特征信息,并使用引入了上下文增强模块和空间注意力模块的区域推荐网络结构,确定候选区域;在由Res2Net网络模块和压缩激励单元组成的假阳性降低网络中对候选结节进一步分类,以降低假阳性,获得最终结果。结果 在公共数据集LUNA16（lung nodule analysis 16）上进行实验,实验结果表明,对于结节初检网络阶段,当平均每例假阳性个数为22时,敏感度可达到0.983,相比基准ResNet + FPN（feature pyramid network）方法,平均敏感度和最高敏感度分别提高了2.6%和0.8%;对于整个3D多尺度肺结节检测网络,当平均每例假阳性个数为1时,敏感度为0.924。结论 与现有主流方案相比,该检测方法不但提高了肺结节检测的敏感度,还有效地控制了假阳性,取得了更优的性能。     

基于深度卷积神经网络的肺结节检测算法

在传统的肺结节检测算法中，存在检测敏感度低，假阳性数量大的问题。针对这一问题，提出了基于深度卷积神经网络（CNN）的肺结节检测算法。首先，有目的性地简化传统的全卷积分割网络；然后，创新地加入对部分CNN层的深监督并使用改进的加权损失函数，获得高质量的候选肺结节，保证高敏感度；其次，设计了基于多尺度上下文信息的三维深度CNN来增强对图像的特征提取；最后，将训练得到的融合分类模型用于候选结节分类，以达到降低假阳率的目的。所提算法使用了LUNA16数据集，并通过对比实验验证算法的性能。在检测阶段，当每个CT检测出的候选结节数为50.2时，获得的敏感度为94.3%，与传统的全卷积分割网络相比提升了4.2个百分点；在分类阶段，竞争性能指标达到0.874。实验结果表明，所提算法能够有效提高检测敏感度和降低假阳率。     

基于注意力特征金字塔网络的肺结节检测算法

针对肺结节计算机辅助检测（CAD）系统中肺结节形态各异难以检测带来的敏感度低、假阳性率高的问题,提出一种基于注意力特征金字塔网络的肺结节检测算法。在第一阶段,以更加紧凑的双路径网络（DPN）为骨干网络,并结合特征金字塔网络（FPN）进行多尺度预测,以获取不同层次的特征信息,同时嵌入全局注意力机制（GAM）来细化学习要强调的语义特征,并提高算法的敏感度;在第二阶段,提出一种假阳性抑制网络,以获得最终分类预测结果;在训练阶段,采用焦点损失函数和多种数据增强技术来处理数据不平衡问题。在公开数据集LUNA16(LUng Nodule Analysis 2016)上的实验结果显示：仅有第一阶段的算法的竞争性能指标（CPM）达到了0.908,而加入假阳性抑制网络后算法的CPM达到了0.933,这与经典算法基于最大强度投影（MIP）的卷积神经网络（CNN）算法相比提升了1.1个百分点;而消融实验的结果表明DPN、FPN、GAM对于提升检测敏感度是有作用的。以上证明了所提出的两阶段检测算法可以获取多尺度结节信息,提高肺结节检测的敏感度,并且降低假阳性率。     

基于特征金字塔网络的肺结节检测

针对计算机断层扫描（CT）影像中肺结节尺寸变化较大、尺寸小且不规则等特点导致的检测敏感度较低的问题，提出了基于特征金字塔网络（FPN）的肺结节检测方法。首先，利用FPN提取结节的多尺度特征，并强化小目标及目标边界细节的特征；其次，在FPN的基础上设计语义分割网络（名为掩模特征金字塔网络（Mask FPN））用于快速准确地分割提取肺实质，作为目标候选区域定位图像；并且，在FPN顶层添加反卷积层，采用多尺度预测策略改进快速区域卷积神经网络（Faster R-CNN）以提高检测性能；最后，针对肺结节数据集的正负样本不平衡问题，在区域候选网络（RPN）模块采用焦点损失函数以提高结节的检出率。所提方法在公开数据集LUNA16上进行实验，结果表明，利用FPN和反卷积层改进的新网络对结节检测效果有一定的帮助，采用焦点损失函数也有一定效果。综合多种改进，当平均每个扫描件的候选结节数为46.7时，所提方法的肺结节检测敏感度指标为95.7%，与其他卷积神经网络方法如Faster R-CNN、UNet等相比，具有较高的敏感性。所提方法能够较好地提取不同尺度上的结节特征，提高CT图像肺结节检测的敏感度，同时对于较小的结节也能有效检测，能更有效地辅助肺癌的诊断治疗。     

基于特征金字塔网络的肺结节检测

针对计算机断层扫描（CT）影像中肺结节尺寸变化较大、尺寸小且不规则等特点导致的检测敏感度较低的问题,提出了基于特征金字塔网络（FPN）的肺结节检测方法。首先,利用FPN提取结节的多尺度特征,并强化小目标及目标边界细节的特征;其次,在FPN的基础上设计语义分割网络（名为掩模特征金字塔网络（Mask FPN））用于快速准确地分割提取肺实质,作为目标候选区域定位图像;并且,在FPN顶层添加反卷积层,采用多尺度预测策略改进快速区域卷积神经网络（Faster R-CNN）以提高检测性能;最后,针对肺结节数据集的正负样本不平衡问题,在区域候选网络（RPN）模块采用焦点损失函数以提高结节的检出率。所提方法在公开数据集LUNA16上进行实验,结果表明,利用FPN和反卷积层改进的新网络对结节检测效果有一定的帮助,采用焦点损失函数也有一定效果。综合多种改进,当平均每个扫描件的候选结节数为46.7时,所提方法的肺结节检测敏感度指标为95.7%,与其他卷积神经网络方法如Faster R-CNN、UNet等相比,具有较高的敏感性。所提方法能够较好地提取不同尺度上的结节特征,提高CT图像肺结节检测的敏感度,同时对于较小的结节也能有效检测,能更有效地辅助肺癌的诊断治疗。     

基于可变形卷积神经网络的肺结节假阳性识别

针对肺结节检测中假阳性高的问题,提出一种基于可变形卷积神经网络的肺结节假阳性降低框架。使用多尺度候选结节作为输入,使用可变形卷积神经网络提取候选结节的多层次上下文特征,渐进融合不同输入顺序的候选结节特征信息。通过端到端的学习方式集成多流渐进特征信息得到最终的分类结果。在LUNA16数据集和合作医院临床数据集上,所提框架CPM评分优于已有方法,检测出的结节数量最多,假阳性结节数量最少,有很好的泛化能力,能有效降低结节假阳性,适用于真实的临床数据。     

基于卷积神经网络的胸片肺结节检测

针对目前胸片的肺结节检测方案的检出率较低,且存在大量的假阳性的问题,提出了一种新的基于卷积神经网络(CNN)的肺结节检测方案.增强肺结节区域的图像信号;选择正、负样本训练卷积神经网络模型,检测结节时用滑动窗口的方法对增强后的图片进行处理得到候选区域;根据候选区域的面积排除假阳性.方案中省略了传统方法中的肺区分割步骤,避免了因此可能丢失的肺结节图像.在日本放射技术学会(JSRT)数据库上测试结果显示,系统在平均每幅图5.0个假阳性水平下敏感度为86％,对不明显和非常不明显的结节检出率达到了84％,优于当前相关文献报道的方法.     

基于深度卷积神经网络的舰载机目标检测

针对航母甲板面舰载机密集易遮挡,舰载机目标难以检测,且检测效果易受光照条件和目标尺度影响的问题,提出了一种改进的更快的区域卷积神经网络(Faster R-CNN)舰载机目标检测方法。该方法设计了带排斥损失策略的损失函数,并结合多尺度训练,利用实验室条件下采集的图片对深度卷积神经网络进行训练并测试。测试实验显示,相对于原始Faster R-CNN检测模型,改进后的模型对遮挡舰载机目标具有良好的检测效果,召回率提高了7个百分点,精确率提高了6个百分点。实验结果表明,所提的改进方法能够自动全面地提取舰载机目标特征,解决了遮挡舰载机目标的检测问题,检测精度和速度均能够满足实际需要,且在不同的光照条件和目标尺度下适应性强,鲁棒性较高。     

基于深度卷积神经网络的行人检测

行人检测一直是目标检测研究与应用中的热点。目前行人检测主要通过设计有效的特征提取方法建立对行人特征的描述,然后利用分类器实现二分类。卷积神经网络作为深度学习的重要组成,在图像、语音等领域得到了成功应用。针对人工设计的特征提取方法难以有效表达复杂环境下行人特征的问题,提出采用多层网络构建深度卷积神经网络实现对行人检测的方法。系统分析了卷积神经网络层数、卷积核大小、特征维数等对识别效果的影响,优化了网络参数。实验结果表明该方法对于行人检测具有很高的识别率,优于传统方法。     

深度卷积神经网络的显著性检测

目的 显著性检测问题是近年来的研究热点之一,针对许多传统方法都存在着特征学习不足和鲁棒检测效果不好等问题,提出一种新的基于深度卷积神经网络的显著性检测模型.方法 首先,利用超像素的方法聚类相似特征的像素点,仿人脑视皮层细胞提取目标边缘,得到区域和边缘特征.然后,通过深度卷积神经网络学习图像的区域与边缘特征,获取相应的目标检测显著度置信图.最后,将深度卷积神经网络输出的置信度融入到条件随机场,求取能量最小化,实现显著性与非显著性判别,完成显著性检测任务.结果 在两个常用的视觉检测数据库上进行实验,本文算法的检测精度与当前最好的方法相比,在MSAR数据库上检测精度相对提升大约1.5%,在Berkeley数据库上提升效果更加明显,达到了5%.此外,无论是自然场景还是人工建筑场景、大目标与小目标,检测的效果都是最好的.结论 本文融合多特征的深度学习方法与单一浅层人工特征的方法相比更有优势,它避免了手工标定特征所带来的不确定性,具有更好的鲁棒性与普适性,从主观视觉愉悦度和客观检测准确度两方面说明了算法的有效性.     

基于卷积神经网络的显著性检测

显著性检测在图像处理领域应用广泛,当前显著性检测主要有自底而上与自顶而下及一些相关或改进算法,它们各有优势和缺陷。提出了一种基于卷积神经网络的显著性检测算法,利用卷积神经网络在图像处理方面强大的功能提取图像特征,进行特征融合,最后得到显著性图,用于显著性检测。将本文方法与传统的显著性检测方法进行对比,发现本文方法效果显著。     

基于深度卷积神经网络的航空器检测与识别

针对军用机场大尺寸卫星图像中航空器检测识别的具体应用场景,建立了一套实时目标检测识别框架,将深度卷积神经网络应用到大尺寸图像中的航空器目标检测与识别任务中。首先,将目标检测的任务看成空间上独立的bounding-box的回归问题,用一个24层卷积神经网络模型来完成bounding-box的预测;然后,利用图像分类网络来完成目标切片的分类任务。大尺寸图像上的传统目标检测识别算法通常在时间效率上很难突破,而基于卷积神经网络的航空器目标检测识别算法充分利用了计算硬件的优势,大大缩短了任务耗时。在符合应用场景的自采数据集上进行测试,所提算法目标检测实时性达到平均每张5.765 s,在召回率65.1%的工作点上达到了79.2%的精确率,分类网络的实时性达到平均每张0.972 s,Top-1错误率为13%。所提框架在军用机场大尺寸卫星图像中航空器检测识别的具体应用问题上提出了新的解决思路,同时保证了实时性和算法精度。     

基于多任务深度卷积神经网络的显著性对象检测算法

针对当前基于深度学习的显著性对象检测算法不能准确保存对象边缘的区域,从而导致检测出的显著性对象边缘区域模糊、准确率不高的问题,提出了一种基于多任务深度学习模型的显著性对象检测算法。首先,基于深度卷积神经网络（CNN）,训练一个多任务模型分别学习显著性对象的区域和边缘的特征;然后,利用检测到的边缘生成大量候选区域,再结合显著性区域检测的结果对候选区域进行排序和计算权值;最后提取出完整的显著性图。在三个常用标准数据集上的实验结果表明,所提方法获得了更高的准确率,其中F-measure比基于深度学习的算法平均提高了1.9%,而平均绝对误差（MAE）平均降低了12.6%。     

基于深度卷积神经网络的小目标检测算法

针对YOLO目标检测算法在小目标检测方面存在的不足,以及难以在嵌入式平台上达到实时性的问题,设计出了一种基于YOLO算法改进的dense_YOLO目标检测算法。该算法共分为2个阶段:特征提取阶段和目标检测回归阶段。在特征提取阶段,借鉴DenseNet结构的思想,设计了新的基于深度可分离卷积的slim-densenet特征提取模块,增强了小目标的特征传递,减少了参数量,加快了网络的传播速度。在目标检测阶段,提出自适应多尺度融合检测的思想,将提取到的特征进行融合,在不同的特征尺度上进行目标的分类和回归,提高了对小目标的检测准确率。实验结果表明:在嵌入式平台上,针对小目标,本文提出的dense_YOLO目标检测算法相较原YOLO算法mAP指标提高了7%,单幅图像检测时间缩短了15 ms,网络模型大小减少了90 MB,明显优于原算法。     

基于深度卷积神经网络的图像检索算法研究

为解决卷积神经网络在提取图像特征时所造成的特征信息损失,提高图像检索的准确率,提出了一种基于改进卷积神经网络LeNet-L的图像检索算法。首先,改进LeNet-5卷积神经网络结构,增加网络结构深度。然后,对深度卷积神经网络模型LeNet-L进行预训练,得到训练好的网络模型,进而提取出图像高层语义特征。最后,通过距离函数比较待检图像与图像库的相似度,得出相似图像。在Corel数据集上,与原模型以及传统的SVM主动学习图像检索方法相比,该图像检索方法有较高的准确性。经实验结果表明,改进后的卷积神经网络具有更好的检索效果。