一种基于改进ResU-Net的角膜神经分割算法

角膜神经图像的自动分割对于糖尿病神经病变等疾病的诊断与筛查至关重要。针对由于角膜神经图像存在对比度低且包含非神经结构而造成分割效率较低的问题,在ResU-Net结构基础上引入多尺度残差、注意力机制、多尺度图像输入与多层损失函数输出模块,提出一种基于注意力机制的角膜神经分割算法。多尺度残差模块通过在残差模块中加入多尺度表征信息以提高卷积层提取多尺度特征的能力,而注意力机制模块在双重注意力作用下,利用网络对编码器与解码器中的目标特征进行权重优化,使得在增强图像目标区域特征的同时抑制背景及噪声区域,并采用多尺度图像输入与多层函数输出模块以监督网络中每一层的特征学习。实验结果表明,与主流分割算法相比,该算法的分割效果更优,且曲线下面积与敏感度分别可达到0.990和0.880。     

注意力残差多尺度特征增强的显著性实例分割

显著性实例分割是指分割出图像中最引人注目的实例对象。现有的显著性实例分割方法中存在 较小显著性实例不易检测分割,以及较大显著性实例分割精度不足等问题。针对这 2 个问题,提出了一种新的 显著性实例分割模型,即注意力残差多尺度特征增强网络(ARMFE)。模型 ARMFE 主要包括 2 个模块：注意力 残差网络模块和多尺度特征增强模块,注意力残差网络模块是在残差网络基础上引入注意力机制,分别从通道 和空间对特征进行选择增强;多尺度特征增强模块则是在特征金字塔基础上进一步增强尺度跨度较大的特征信 息融合。因此,ARMFE 模型通过注意力残差多尺度特征增强,充分利用多个尺度特征的互补信息,同时提升 较大显著性实例对象和较小显著性实例对象的分割效果。ARMFE 模型在显著性实例分割数据集 Salient Instance Saliency-1K (SIS-1K)上进行了实验,分割精度和速度都得到了提升,优于现有的显著性实例分割算法 MSRNet 和 S4Net。     

基于残差双注意力U-Net模型的CT图像囊肿肾脏自动分割

人体肾脏存在形状的多样性和解剖学的复杂性,囊肿病变也会导致肾脏形状发生大幅变化。为应对CT图像囊肿肾脏自动分割存在的诸多挑战,提出一种新型深度分割网络模型。该模型设计有带残差连接的双注意力模块,在残差结构的基础上,联合空间注意力和通道注意力机制自适应学习更加有效的特征表达。依据U-Net架构,以残差双注意力模块为基础模块构建编码器和解码器,设置层级间的跳跃连接,使网络能够更加关注肾脏区域特征,有效应对肾脏的形状变化。为了验证所提模型的有效性,从医院共采集79位肾囊肿患者的CT图像进行训练和测试,实验结果表明该模型能够准确分割CT图像切片中的肾脏区域,且各项分割指标优于多个经典分割网络模型。     

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.     

融合PVTv2和多尺度边界聚合的结直肠息肉分割算法

考虑到结直肠息肉图像中病灶区域和周围粘液存在对比度低、边界模糊和形状不规则等复杂特性,导致现有大部分算法无法实现高精准的分割结直肠息肉。鉴于以上难点,提出一种融合PVTv2和多尺度边界聚合的结直肠息肉分割算法。首先,利用PVTv2逐层提取肠息肉图像中的病灶特征,解决传统卷积神经网络对病灶区域特征提取能力不足的问题;然后,针对网络对复杂病灶区域的空间特征信息表征能力不强的问题,在网络跳跃连接处构建多尺度上下文空间感知模块;其次,设计多尺度挤压适配融合模块聚合不同尺度的特征信息,以减少各个尺度特征的语义差异;最后,为进一步加强边缘细节特征的识别能力,创造性构造残差轴向双边界细化模块。该算法在Kvasir-SEG和CVC-ClinicDB数据集上进行大量实验验证,其相似性系数分别为93.29%和94.52%,平均交并比分别为88.36%和89.88%。实验结果表明,对于复杂的病灶区域以及病灶边界模糊的情况,所提算法在分割精度上均有较大的提升。     

位置感知循环卷积与多尺度输入的视网膜血管分割方法

针对视网膜图像血管纹理复杂，微小血管极多，成像对比度低的问题，提出一种结合位置感知循环卷积（position aware circular convolution,ParC）、多尺度分辨率输入的视网膜血管分割方法。使用带有普通卷积、位置感知循环卷积、ECA(efficient channel attention)注意力的卷积模块（ParC-ECA block）来充分提取输入眼底图像的全局、局部特征信息；在级联的下采样路径中，提出多尺度输入模块（multi-scale input block）来对每一层级的特征信息进行加强，找回丢失的细节信息，避免因细节丢失而引起的网络性能下降；在跳跃连接中使用残差双注意力模块（residual spatial channel attention block,RSCA），在保持网络每一层级原始特征传递的基础上，对其进行背景干扰噪声过滤和血管特征强化，进一步提升分割性能。提出的方法在DRIVE数据集和CHASE＿DB1数据集上进行了实验，其AUC分别为98.53%和98.81%,ACC分别为95.81%和96.84%,F1-score分别为83.55%和8...     

基于自适应残差的运动图像去模糊

针对当前运动图像去模糊网络忽略了运动模糊图像的非均匀性,不能有效地恢复图像的高频细节及去除伪影等问题,在对抗网络基础上提出一种基于自适应残差的运动图像去模糊方法.在生成网络中构造由形变卷积模块和通道注意力模块组成的自适应残差模块.其中,形变卷积模块学习运动模糊图像特征的形变量,可以根据图像的形变信息动态调整卷积核的形状和大小,提高网络适应图像形变的能力.通道注意力模块对所提取的形变特征进行通道调整,获取更多的图像高频特征,增强恢复后图像的纹理细节.在公开的GOPRO数据集上进行实验,实验结果表明,该算法的峰值信噪比(PSNR)有较大的提升,能够重建出纹理细节丰富的高质量图像.     

融合多维注意力机制CNN皮肤肿瘤图像分割提取

针对卷积神经网络(CNN)在医学图像分割时,受皮肤病损图像多样性、分割目标位置、形状及尺度变化等因素影响,提出了一种基于传统卷积神经网络综合注意力模块图像分割算法。首先利用U-Net主干网络的优势,其目的让图像特征提取更完善；其次,由空间、通道、尺度构成的综合注意力机制对目标病灶区域进行检测识别,利用通道级联把来自编码器中低级图像特征和解码器中高级图像特征注意力结合起来进行权值自适应融合,提升了网络对样本病灶区的关注度和辨识力,突出强调最相关的特征通道和多尺度间最显著的特征图。通过对ISIC2018数据集及医院整形外科提供患者不同类型的皮肤肿瘤图像进行分割测试,并将注意力模块随机组合形成的不同算法进行指标评价比对,所提出算法的平均分割精度可达92.89%。实验结果表明,所提出算法是有效可行的,在多维度下分割处理带复杂背景的皮肤病灶图像时有更高的鲁棒性。     

融合残差上下文编码和路径增强的视杯视盘分割

目的 从眼底图像中分割视盘和视杯对于眼部疾病智能诊断来说是一项重要工作,U-Net及变体模型已经广泛应用在视杯盘分割任务中。由于连续的卷积与池化操作容易引起空间信息损失,导致视盘和视杯分割精度差且效率低。提出了融合残差上下文编码和路径增强的深度学习网络RCPA-Net,提升了分割结果的准确性与连续性。方法 采用限制对比度自适应直方图均衡方法处理输入图像,增强对比度并丰富图像信息。特征编码模块以ResNet34(residual neural network)为骨干网络,通过引入残差递归与注意力机制使模型更关注感兴趣区域,采用残差空洞卷积模块捕获更深层次的语义特征信息,使用路径增强模块在浅层特征中获得精确的定位信息来增强整个特征层次。本文还提出了一种新的多标签损失函数用于提高视盘视杯与背景区域的像素比例并生成最终的分割图。结果 在4个数据集上与多种分割方法进行比较,在ORIGA(online retinal fundus image database for glaucoma analysis)数据集中,本文方法对视盘分割的JC(Jaccard)指数为0.939 1,F-measure为...     

基于空洞空间金字塔池化和多头自注意力的特征提取网络

针对深度学习在图像处理领域中多尺度特征提取能力弱、特征内部信息捕获能力差的问题,提出了一种基于空洞空间金字塔池化和多头自注意力的特征提取网络（PPSANet）。首先,引入小扩张率的空洞卷积对空洞空间金字塔池化（ASPP）模型进行改进,提高局部特征信息的感受野;其次,将改进的ASPP模型合并到残差网络（ResNet）的每个残差块中,使网络在多个维度上都具有多尺度特征提取能力;最后,将残差网络的底层残差块替换为多头自注意力（MHSA）,增强网络特征学习能力,捕获数据和特征内部的相关性。图像分割实验中,与残差网络相比,在肺结节数据集中DICE相似系数（DICE）提升了5.16个百分点,肝癌数据集中DICE提升了5.22个百分点;目标检测实验中,与残差网络相比,平均精度均值（MAP）提升了2.9个百分点。实验结果表明,PPSANet能够有效解决图像处理中多尺度特征提取能力弱和内部信息捕获能力差的问题,在一定程度上提高了图像处理的能力。     

多阶U-Net甲状腺超声图像自动分割方法

甲状腺超声图像广泛应用于甲状腺相关疾病的诊断。针对甲状腺超声图像对比度低、边缘模糊以及散斑噪声严重等问题,提出一种基于多阶U-Net的深度卷积网络模型,用于实现甲状腺腺体与甲状腺结节的自动分割。该模型以U-Net为基本网络框架,通过不断进阶的特征融合,以实现图像边缘的信息提取。同时,在模型中使用了一种多尺度残差卷积模块以进一步提升分割精度。对比实验结果表明,该模型相较于其他方法能够获得更好的分割结果,具有一定的临床应用价值。     

多尺度注意力细化视网膜分割算法

针对现有算法存在因视网膜血管尺寸微小和对比度低等造成细小血管分割缺失以及因病理区域造成血管过分割等问题,提出一种基于U型网络多尺度注意力细化视网膜分割算法。在编码和解码阶段使用改进的密集卷积模块充分提取血管的特征信息,提升特征的利用率。将不同尺度的编码层特征提取的结果拼接后,通过跳跃连接经双向注意力机制将特征增强后传递到解码层。在解码处引入空间细化模块进一步提取微小血管的空间信息,减少背景伪影,细化血管形态。该算法在公开数据集DRIVE和STARE上进行验证,其在评估指标准确率分别为0.964 9和0.966 3,灵敏度分别为0.842 2和0.805 0,特异性分别为0.982 2和0.988 0,AUC分别为0.986 7和0.989 5。     

多尺度特征融合的脊柱X线图像分割方法

为了精确地从X线图像中分割脊柱,提出了一种基于深度学习的脊柱X线图像分割方法,使用基于多尺度特征融合的U-Net网络进行分割。将U-Net模型中的卷积层替换成类Inception网络来提取不同尺度的特征,并进行多尺度融合。同时在跳跃连接前增加残差连接层,并在首次上采样前添加卷积块注意力模块。该模型对20幅脊柱X线图像进行验证,Dice系数为0.845 7,与近期X线脊柱图像分割方法相比,提高了0.135 1。     

基于多尺度残差路径的U型视网膜血管分割

针对视网膜血管形态结构复杂、特征信息多变的特点，提出一种结合残差网络和多尺度特征融合的U型视网膜分割算法。依次采用限制对比度直方图均衡化和局部自适应Gamma对原始视网膜图像进行预处理，得到血管增强、亮度提升的图像；将其输入至搭建的U型网络中进行端到端训练，该网络将U-Net原始卷积块替换为残差卷积块，实现对特征的复用，首尾的并行多分支结构和底部的金字塔池化结构扩大提取特征的感受野，在解码阶段加入带有注意力机制的跳跃连接改善视网膜血管的分割性能；通过sigmoid激活函数得到最终分割结果。在DRIVE数据集上进行实验，该算法准确率、敏感度和AUC分别为96.34%、84.61%和98.53%。     

深度多尺度融合注意力残差人脸表情识别网络

针对人脸表情呈现方式多样化以及人脸表情识别易受光照、姿势、遮挡等非线性因素影响的问题,提出了一种深度多尺度融合注意力残差网络(deep multi-scale fusion attention residual network, DMFA-ResNet)。该模型基于ResNet-50残差网络,设计了新的注意力残差模块,由7个具有三条支路的注意残差学习单元构成,能够对输入图像进行并行多卷积操作,以获得多尺度特征,同时引入注意力机制,突出重点局部区域,有利于遮挡图像的特征学习。通过在注意力残差模块之间增加过渡层以去除冗余信息,简化网络复杂度,在保证感受野的情况下减少计算量,实现网络抗过拟合效果。在3组数据集上的实验结果表明,本文提出的算法均优于对比的其他先进方法。     

融合残差和对抗网络的跨模态PET图像合成方法

针对现有跨模态图像合成方法不能很好地捕获人体组织的空间信息与结构信息,合成的图像具有边缘模糊、信噪比低等问题,提出一种融合残差模块和生成对抗网络的跨模态PET图像合成方法。该算法在生成器网络中引入改进的残差初始模块和注意力机制,减少参数量的同时增强了生成器的特征学习能力。判别器采用多尺度判别器,以提升判别性能。损失函数中引入多层级结构相似损失,以更好地保留图像的对比度信息。该算法在ADNI数据集上与主流算法进行对比,实验结果表明,合成PET图像的MAE指标有所下降,SSIM与PSNR指标有所提升。实验结果显示,提出的模型能很好地保留图像的结构信息,在视觉和客观指标上都能提高合成图像的质量。     

基于并行通道-空间注意力机制的腹部MRI影像多尺度超分辨率重建

为了有效解决腹部磁共振成像（MRI）影像在超分辨率重建过程中因高频细节丢失引起的边界不明显、腹部器官显示不清晰以及单模型单尺度重建应用不方便等问题,提出了一种基于并行通道-空间注意力机制的多尺度超分辨率重建算法。首先,构造了并行通道-空间注意力残差块,通过空间注意力模块获取图像重点区域与高频信息的相关性,通过通道注意力模块获取图像各通道对关键信息响应程度的权重,同时拓宽网络的特征提取层以增加流入注意力模块的特征信息;此外,添加了权重归一化层,保证了网络的训练效率;最后,在网络末端应用多尺度上采样层,增加了网络的灵活性和可用性。实验结果表明,相较深层残差通道注意力超分辨率网络（RCAN）,所提算法在×2、×3、×4尺度下的峰值信噪比（PSNR）平均提高了0.68 dB。所提算法有效提升了图像的重建质量。     

基于卷积神经网络的岩心FIB-SEM图像分割算法

岩心聚焦离子束扫描电镜(FIB-SEM)图像存在灰度分布不均及孔隙内局部高亮等现象,采用传统图像分割算法所得孔隙分割精度较低,而基于轮廓的分割算法需对孔隙进行人工标记,操作繁琐且无法精确提取孔隙。提出一种利用卷积神经网络的端到端岩心FIB-SEM图像分割算法。结合光流法与分水岭分割图像标注法构建岩心FIB-SEM数据集,联合ResNet50残差网络、通道和空间注意力机制提取特征信息,采用改进的特征金字塔注意力模块提取多尺度特征,利用亚像素卷积模块经上采样获取更精细的孔隙边缘并恢复为原始分辨率。实验结果表明,与阈值分割算法和基于主动轮廓的岩心FIB-SEM分割算法相比,该算法分割精度更高且无需人工操作,其平均像素精度和平均交并比分别达到90.00%和85.81%。     

基于多尺度高阶注意力机制的视网膜血管分割

视网膜血管分割对于辅助医生诊断糖尿病性视网膜病变、黄斑萎缩、青光眼等眼科疾病具有重要意义.注意力机制被广泛用于U-Net及其变体中以提高血管分割模型的性能.为进一步提高视网膜血管的分割精度,挖掘视网膜图像中的高阶及全局上下文信息,本文提出基于多尺度高阶注意力机制的模型(multi-scale high-order attention network, MHA-Net).首先,多尺度高阶注意力(multi-scale high-order attention, MHA)模块从深层特征图中提取多尺度和全局特征计算初始化注意力图,从而改进模型处理医学图像分割时尺度不变的缺陷.接下来,该模块通过图的传递闭包构建注意力图,进而提取高阶的深层特征.通过将多尺度高阶注意力模块应用于编码器-解码器结构中,在彩色眼底图像数据集DRIVE上进行血管分割,实验结果表明,基于多尺度高阶注意力机制的视网膜血管分割方法有效地提高了分割的精度.     

基于并行通道-空间注意力机制的腹部MRI影像多尺度超分辨率重建

为了有效解决腹部磁共振成像（MRI）影像在超分辨率重建过程中因高频细节丢失引起的边界不明显、腹部器官显示不清晰以及单模型单尺度重建应用不方便等问题，提出了一种基于并行通道-空间注意力机制的多尺度超分辨率重建算法。首先，构造了并行通道-空间注意力残差块，通过空间注意力模块获取图像重点区域与高频信息的相关性，通过通道注意力模块获取图像各通道对关键信息响应程度的权重，同时拓宽网络的特征提取层以增加流入注意力模块的特征信息；此外，添加了权重归一化层，保证了网络的训练效率；最后，在网络末端应用多尺度上采样层，增加了网络的灵活性和可用性。实验结果表明，相较深层残差通道注意力超分辨率网络（RCAN），所提算法在×2、×3、×4尺度下的峰值信噪比（PSNR）平均提高了0.68 dB。所提算法有效提升了图像的重建质量。