肝脏肿瘤CT图像深度学习分割方法综述

肝脏肿瘤的精确分割是肝脏疾病诊断、手术计划和术后评估的重要步骤。计算机断层成像（computed tomography,CT）能够为肝脏肿瘤的诊断和治疗提供更为全面的信息,分担了医生繁重的阅片工作,更好地提高诊断的准确性。但是由于肝脏肿瘤的类型多样复杂,使得分割成为计算机辅助诊断的重难点问题。肝脏肿瘤CT图像的深度学习分割方法较传统的分割方法取得了明显的性能提升,并获得快速的发展。通过综述肝脏肿瘤图像分割领域的相关文献,本文介绍了肝脏肿瘤分割的常用数据库,总结了肝脏肿瘤CT图像的深度学习分割方法：全卷积网络（fully convolutional network,FCN）、U-Net网络和生成对抗网络（generative adversarial network,GAN）方法,重点给出了各类方法的基本思想、网络架构形式、改进方案以及优缺点等,并对这些方法在典型数据集上的性能表现进行了比较。最后,对肝脏肿瘤深度学习分割方法的未来研究趋势进行了展望。     

基于条件能量对抗网络的肝脏和肝肿瘤分割

从图像中分割出肝脏和肝肿瘤是肝部疾病诊断重要手段之一,现有基于卷积神经网络(Convolutional Neu-ral Network,CNN)方法通过为输入图像中每个像素分配类别标签来实现肝脏和肝肿瘤分割.CNN在对每个像素分类过程中没有使用邻域内其他像素类别信息,容易出现小目标漏检和目标边界分割模糊问题.针对这些问...     

生成式对抗网络及其在图像生成中的研究进展

生成式对抗网络(GAN)现已成为深度学习领域热门的研究方向,其独特的对抗性思想来源于博弈论中的二人零和博弈,如何解决GAN训练不稳定、生成样本质量差、评价体系不够健全、可解释性差等问题是目前GAN研究的重点和难点.调研了生成式对抗网络的研究背景和发展趋势.首先阐述了生成式对抗网络的基本思想和算法实现,分析了GAN的优势...     

GAN图像对抗样本生成方法

为了提高生成对抗网络模型对抗样本的多样性和攻击成功率,提出了一种GAN图像对抗样本生成方法.首先,利用原始样本集整体训练一个深度卷积对抗生成网络G1,模拟原始样本集分布;其次,在黑盒攻击场景下,利用模型蒸馏方法对目标模型进行黑盒复制,获取目标模型的本地复制;然后以G1的输出作为输入,以蒸馏模型作为目标模型,训练生成对抗...     

生成对抗网络及其在图像生成中的应用研究综述

生成对抗网络(GAN)是无监督学习领域最近几年快速发展的一个研究方向,其主要特点是能够以一种间接的方式对一个未知分布进行建模.在计算机视觉研究领域中,生成对抗网络有着广泛的应用,特别是在图像生成方面,与其他的生成模型相比,生成对抗网络不仅可以避免复杂的计算,而且生成的图像质量也更好.因此,本文将对生成对抗网络及其在图像...     

改进生成对抗网络在图片数据生成中的应用

图片数据生成旨在根据现有的图片数据,产生与原始图片数据分布相似的图片数据。当前主流的生成对抗网络模型（generative adversarial networks,GAN）产生的图片数据质量较差,模型的训练总是遇到调试困难、训练不稳定、梯度消失、模式崩溃等一系列问题。根据稀疏表达结构和残差结构组合而成的生成器,残差结构组成的辨别器,提出了一种能够生成高质量图片的GAN模型。根据分支网络模型构成的生成器,设计了多种类图片数据生成模型,可以使用一个模型同时训练生成多种类型的图片数据。为了更好地对数据进行训练,设计了一种动态匀速下降学习率,能够根据运行时间对学习率的衰减进行指导。在各个数据集上的实验结果表明,改进模型结构在图像数据生成上比其他算法更加稳定、鲁棒,能够生成更高质量的图片数据。     

生成对抗网络文字生成图像算法综述

生成对抗网络是图像合成的重要方法,也是目前实现文字生成图像任务最多的手段。随着跨模态生成研究不断地深入,文字生成图像的真实度与语义相关性得到了巨大提升,无论是生成花卉、鸟类、人脸等自然图像,还是生成场景图和布局,都取得了较好的成果。同时,文字生成图像技术也存在面临着一些挑战,如难以生成复杂场景中的多个物体,以及现有的评估指标不能准确地评估新提出的文字生成图像算法,需要提出新的算法评价指标。回顾了文字生成图像方法自提出以来的发展状况,列举了近年提出的文字生成图像算法、常用数据集和评估指标。最后从数据集、指标、算法和应用方面探讨了目前存在的问题,并展望了今后的研究方向。     

生成对抗网络GAN综述

生成对抗网络(GAN)作为一种新的无监督学习算法框架得到越来越多研究者的青睐,已然成为当下的一个研究热点。GAN受启发于博弈论中的二人零和博弈理论,其独特的对抗训练思想能生成高质量的样本,具有比传统机器学习算法更加强大的特征学习和特征表达能力。目前GAN在计算机视觉领域尤其是在样本生成领域取得显著成功,每年有大量GAN相关研究的论文产出。针对GAN这一热点模型,首先介绍了GAN的研究现状;接着介绍了GAN的理论、框架,详细分析了GAN在训练过程中存在梯度消失和模式崩溃的原因;然后讨论了一些典型的GAN的改进模型,总结了它们理论的改进之处、优点、局限性、应用场景以及实现成本,同时还将GAN与VAE、RBM模型进行比较,总结出GAN的优势和劣势;最后展示了GAN在数据生成、图像超分辨率、图像风格转换等方面的应用成果,并探讨了GAN目前面临的挑战以及未来的研究方向。     

EnGAN：医学图像分割中的增强生成对抗网络

原始采集的医学图像普遍存在对比度不足、细节模糊以及噪声干扰等质量问题,使得现有医学图像分割技术的精度很难达到新的突破。针对医学图像数据增强技术进行研究,在不明显改变图像外观的前提下,通过添加特定的像素补偿和进行细微的图像调整来改善原始图像质量问题,从而提高图像分割准确率。首先,设计引入了一个新的优化器模块,以产生一个连续分布的空间作为迁移的目标域,该优化器模块接受数据集的标签作为输入,并将离散的标签数据映射到连续分布的医学图像中;其次,提出了一个基于对抗生成网络的EnGAN模型,并将优化器模块产生的迁移目标域用来指导对抗网络的目标生成,从而将改善的医学图像质量知识植入模型中实现图像增强。基于COVID-19数据集,实验中使用U-Net、U-Net+ResNet34、U-Net+Attn Res U-Net等卷积神经网络作为骨干网络,Dice系数和交并比分别达到了73.5%和69.3%、75.1%和70.5%,以及75.2%和70.3%。实验的结果表明,提出的医学图像质量增强技术在最大限度保留原始特征的条件下,有效地提高了分割的准确率,为后续的医学图像处理研究提供了一个更为稳健和高效的解决方案。     

基于生成对抗网络的眼底图像生成方法

提出一种带出血病症的眼底图像生成方法,该方法可以丰富眼底图像样本,提升眼底出血检测系统的准确率。该方法用图像分割技术从现有图像中分割出血管树和出血块,利用GAN生成大量血管树和出血块,并经过预处理合并,把合并后的图片和真实眼底图片一起输入到改进的CycleGAN中,生成大量眼底图片。其中对CycleGAN进行改进：改进模型结构,引入Wassertein距离,并加入同一映射损失和感知损失。实验表明,用该方法生成图像的PSNR值比现有技术提高9.82%,SSIM值提高4.17%且收敛速度更快。把生成图像添加到出血检测系统的训练集中,系统的AUC值提升3.51%,证明该方法优于现有技术。     

基于生成对抗网络的图像动漫风格化

目前的卡通风格图片生成方法仍然存在局限,如色彩不真实、图片局部细节处理不到位等,要想快速将输入图片转换为动漫的风格输出还需要结合深度学习进行研究。基于生成对抗网络的思想,提出了一种动漫风格化编码的生成对抗网络,将输入的图像风格转变为宫崎骏动画电影的风格。网络结构加入自适应实例归一化层（AdaIN）模块和多层感知机（MLP）模块,得到很大优化,同时提高实验效果。在损失函数部分,引入图像感知相似性（lpips）作为内容损失函数,二分类交叉熵（binary cross entropy）损失函数（BCELoss）作为对抗损失函数。实验结果表明,该网络对于动漫化图片起到了很好的效果,FID分数72,能够灵活适用于各种类型的图片动漫化。     

基于生成对抗网络的CT图像数据扩增

训练基于深度学习的计算机辅助诊断系统可以有效地从肺部CT图像中检测出是否受到COVID-19感染, 但目前面临的主要问题是缺乏高质量带标注的CT图像用于训练. 为了有效的解决该问题, 本文提出了一种基于生成对抗网络来扩增肺部CT图像的方法. 新方法通过生成不同感染区域的标签并通过泊松融合以增加生成图像的多样性; 通过训练对抗网络模型实现图像的转换生成, 以达到扩增CT图像的目的. 为验证生成数据的有效性, 基于扩增数据进一步做了分割实验. 通过图像生成实验和分割实验, 结果都表明, 本文提出的图像生成方法取得了较好的效果.     

生成式对抗网络在超分辨率图像重建中的应用

针对现有卷积神经网络图像超分辨率算法容易出现过拟合、损失函数的收敛性不足等问题,结合超分辨率算法和生成式对抗网络(GAN)理论,设计一种基于生成式对抗网络的超分辨率算法PESRGAN用于恢复四倍下采样的图像。首先使用残差密集块(RDB)作为基本结构单元,有效避免了过拟合问题;其次使用双层特征损失并使用渗透指数(PI)作为损失的权值,更好地去学习低分辨率到高分辨率图像之间的映射关系;同时使用VGG19作为判别网络高分辨率图像进行分类;最后使用经典数据集,将PESRGAN算法与双三次插值(Bicubic)、SRGAN、ESRGAN算法在客观参数和主观视觉效果进行对比。实验结果表明:在经典数据集上,PESRGAN的平均峰值信噪比(PSNR)达到25.4 dB、平均结构相似性(SSIM)达到0.73,平均渗透指数(PI)达到1.15,在客观参数和主观评价上均优于其他算法,证明了PESRGAN有良好的超分辨率重建的效果。     

基于生成对抗网络的图像修复算法

为解决当前基于生成对抗网络的深度学习网络模型在面对较复杂的特征时存在伪影、纹理细节退化等现象, 造成视觉上的欠缺问题, 提出了连贯语义注意力机制与生成对抗网络相结合的图像修复改进算法. 首先, 生成器使用两阶段修复方法, 用门控卷积替代生成对抗网络的普通卷积, 引入残差块解决梯度消失问题, 同时引入连贯语义注意力机制提升生成器对图像中重要信息和结构的关注度; 其次, 判别器使用马尔可夫判别器, 强化网络的判别效果, 将生成器输出结果进行反卷积操作得到最终修复后的图片. 通过修复结果以及图像质量评价指标与基线算法进行对比, 实验结果表明, 该算法对缺失部分进行了更好地预测, 修复效果有了更好的提升.     

基于条件生成对抗网络的书法字笔画分割

毛笔书法作为中华传统艺术的精华, 需要在新的时代背景下继续传承和发扬. 书法字是以笔画为基本单元组成的复杂图形, 如果要分析书法结构, 笔画分割是首要的步骤. 传统的笔画分割方法主要利用细化法从汉字骨架上提取特征点, 分析交叉区域的子笔画拓扑结构关系来分割笔画. 本文分析了传统笔画分割基于底层特征拆分笔画的局限性, 利用条件生成对抗网络(Conditional generative adversarial network, CGAN)的对抗学习机制直接分割笔画, 使提取笔画从先细化再分割改进为直接分割. 该方法能有效提取出精确的笔画, 得到的高层语义特征和保留完整信息的单个笔画利于后续对书法轮廓和结构的评价.     

FISS GAN: A Generative Adversarial Network for Foggy Image Semantic Segmentation

Because pixel values of foggy images are irregularly higher than those of images captured in normal weather (clear images), it is difficult to extract and express their texture. No method has previously been developed to directly explore the relationship between foggy images and semantic segmentation images. We investigated this relationship and propose a generative adversarial network (GAN) for foggy image semantic segmentation (FISS GAN), which contains two parts: an edge GAN and a semantic segmentation GAN. The edge GAN is designed to generate edge information from foggy images to provide auxiliary information to the semantic segmentation GAN. The semantic segmentation GAN is designed to extract and express the texture of foggy images and generate semantic segmentation images. Experiments on foggy cityscapes datasets and foggy driving datasets indicated that FISS GAN achieved state-of-the-art performance.      

基于条件生成对抗网络的图像着色研究

随着多媒体技术的发展,诸如黑白照片着色、医学影像渲染和手绘图上色等各种图像着色应用需求逐渐增多.传统着色算法大部分存在着色模式单一、在处理部分数据时着色效果不佳或者依赖人工输入信息等缺点,对此,设计了一种条件生成对抗网络和颜色分布预测模型相结合的图像着色方法.由生成对抗网络生成着色图像,并通过预测模型的预测值来对生成器...     

基于半监督编码生成对抗网络的图像分类模型

在实际应用中, 为分类模型提供大量的人工标签越来越困难, 因此, 近几年基于半监督的图像分类问题获得了越来越多的关注.而大量实验表明, 在生成对抗网络(Generative adversarial network, GANs)的训练过程中, 引入少量的标签数据能获得更好的分类效果, 但在该类模型的框架中并没有考虑用于提取图像特征的结构, 为了进一步利用其模型的学习能力, 本文提出一种新的半监督分类模型.该模型在原生成对抗网络模型中添加了一个编码器结构, 用于直接提取图像特征, 并构造了一种新的半监督训练方式, 获得了突出的分类效果.本模型分别在标准的手写体识别数据库MNIST、街牌号数据库SVHN和自然图像数据库CIFAR-10上完成了数值实验, 并与其他半监督模型进行了对比, 结果表明本文所提模型在使用少量带标数据情况下得到了更高的分类精度.     

基于生成式对抗神经网络的股票预测研究

针对股票价格具有非线性、非平稳的特点,提出一种结合自注意力机制和残差网络的生成式对抗神经网络模型（SAR-GAN）。该模型的生成器（generator）由长短期记忆网络（LSTM）层、自注意力机制层、残差层等构建而成,用于生成所预测股票的价格;判别器（discriminator）用于鉴别生成的股票价格与真实的股票价格。为验证模型良好的泛化性,选取上证指数及不同股票市场的热点行业龙头股票进行预测实验。实验结果表明,与LSTM、GRU、CNN-LSTM、CNN-GRU等模型相比,SAR-GAN模型能不同程度地减少预测误差。