多尺度特征融合的壁画多光谱图像颜料3D-CNN分类方法

颜料的分类识别是古代壁画进行保护修复的基础,多光谱成像方法能够无损快速地获取壁画颜料的光谱图像数据并进行分析。传统利用卷积神经网络进行特征提取的算法中连续的卷积和池化操作会丢失壁画多光谱图像的部分特征信息,使得图像细节无法重建,导致分类图像边界不平滑。针对该问题,提出了一种基于多尺度特征融合的三维空洞卷积残差神经网络对壁画多光谱图像进行颜料分类。首先,在卷积核中引入空洞结构提高卷积核的感受野来提取不同尺度信息,避免池化操作所导致的部分特征丢失;其次,使用特征融合的方法融合不同尺度的特征图,增加多尺度特征的结构层次;最后,引入残差学习模块避免网络层数加深导致的梯度消失问题,重建完整的边缘信息。实验结果表明,所提方法在模拟壁画多光谱图像数据集上的总体精度和平均精度分别达到了98.87%和96.89%,与各对照组相比,不仅具有更好的分类精度,而且得到了边界更清晰的分类图像。     

一种有效融合多尺度特征的图像语义分割方法

卷积神经网络在高级计算机视觉任务中展现出强 大的特征学习能力,已经在图像语义 分割任务 中取得了显著的效果。然而,如何有效地利用多尺度的特征信息一直是个难点。本文提出一 种有效 融合多尺度特征的图像语义分割方法。该方法包含4个基础模块,分别为特征融合模块(feature fusion module,FFM)、空 间信息 模块(spatial information module,SIM)、全局池化模块(global pooling module,GPM)和边界细化模块(boundary refinement module,BRM)。FFM采用了注意力机制和残差结构,以提高 融合多 尺度特征的效率,SIM由卷积和平均池化组成,为模型提供额外的空间细节信息以 辅助定 位对象的边缘信息,GPM提取图像的全局信息,能够显著提高模型的性能,BRM以残差结构为核心,对特征图进行边界细化。本文在全卷积神经网络中添加4个基础模块, 从而有 效地利用多尺度的特征信息。在PASCAL VOC 2012数据集上的实验结 果表明该方法相比全卷积神 经网络的平均交并比提高了8.7%,在同一框架下与其他方法的对比结 果也验证了其性能的有效性。     

基于U-net卷积神经网络的多尺度遥感图像分割算法

多尺度遥感图像的非本质特征量较大，不仅易导致图像噪声较大，也增加了图像分割的难度。为充分保留分割后多尺度遥感图像的边缘特征，在U-net卷积神经网络下提出新的图像分割算法。以U-net卷积神经网络为基网，提取被分割图像特征，获得被分割图像细节信息；计算相邻像素和原始像素特征向量的欧氏距离，结合去噪算法，通过归一化参数处理，建立相似性函数，实现对多尺度遥感图像分割特征增强处理；计算分割框候选偏差值；根据U-net卷积神经网络结构确定局部最优合并区域对；计算度量区域的距离，使用全局最优区域合并方法更新分割时间复杂度，实现多尺度遥感图像整体分割。由实验结果可知，该算法能够精准确定指定建筑物位置，并保留建筑物完整边缘细节信息。     

一种改进级联U-Net网络的结肠息肉分割算法

结肠镜图像中息肉的精确分割是诊断结肠癌的关键环节,针对目前结肠息肉分割算法存在孔洞、分割粗糙以及分割不完全的问题,提出了一种改进级联U-Net结构的结肠息肉分割算法。运用特征融合思想,设计了多尺度语义嵌入模块和残差模块,充分利用深、浅层特征的语义信息。引入注意力机制,在模型的级联处构建了改进空洞卷积模块,扩大卷积感受野并增强特征捕获能力。改进了卷积层模块和分割损失函数,提升模型的泛化性和鲁棒性。在Kvasir-SEG数据集上进行实验分析,相似系数、平均交并比、召回率和准确率分别达到了90.39%、88.34%、83.62%和95.12%。实验结果表明,该文所提算法改善了分割图像内部孔洞、边缘粗糙及分割不完全的问题,优于其他息肉分割算法。     

基于多尺度空洞分离卷积的U-Net分割前列腺图像

前列腺核磁共振(magnetic resonance,MR)影像切片后发现有些影像 没有有效的边缘信息,这导致无法明 确定位边缘位置,进而无法分割出前列腺。同时,传统的卷积网络需要参数量庞大占用模型 的存储空间过多。本文提出了一种结合多尺度空洞可分离卷积和通道注意力的U-Net来分 割 前列腺的方法。首先,对50个3维(three-dimensional,3D)前列腺样品进行切片并对切片后图像 进行对比度增强。随 后,将处理后数据输入到残差U-Net中,使用多尺度空洞卷积和通道注意力作为编码-解 码 单元来提取特征信息。最后,使用Dice系数和豪斯多夫距离(Housdorff distance, HD)来评估分割结果。实验 在PROMISE12挑战赛数据集验证,最终Dice系数和HD分别为88.13%、14.17 mm,参数量和 存储空间降低57%。结果表明,本文方法不仅可以分割出没有有效边缘 的前列腺区域提高其分 割精度而且能有效的降低参数量和存储空间,能够应用于模糊边缘的医学图像中。     

融入残差注意力机制的DeepLabV3+图像拼接篡改取证网络

针对现有图像拼接检测网络模型存在边缘信息关注度不够、像素级精准定位效果不够好等问题,提出一种融入残差注意力机制的DeepLabV3+图像拼接篡改取证方法,该方法利用编-解码结构实现像素级图像的拼接篡改定位。在编码阶段,将高效注意力模块融入ResNet101的残差模块中,通过残差模块的堆叠以减小不重要的特征比重,凸显拼接篡改痕迹;其次,利用带有空洞卷积的空间金字塔池化模块进行多尺度特征提取,将得到的特征图进行拼接后通过空间和通道注意力机制进行语义信息建模。在解码阶段,通过融合多尺度的浅层和深层图像特征提升图像的拼接伪造区域的定位精度。实验结果表明,在CASIA 1.0、COLUMBIA和CARVALHO数据集上的拼接篡改定位精度分别达到了0.761、0.742和0.745,所提方法的图像拼接伪造区域定位性能优于一些现有的方法,同时该方法对JPEG压缩也具有更好的鲁棒性。     

基于改进U-Net网络的腺体细胞图像分割算法

针对腺体图像在自动分割过程中由于多尺度目标和信息丢失影响导致准确率降低的问题,文中采用了一种引入注意力模块的全卷积神经网络模型。该模型遵循编码器-解码器结构,在编码网络中用空洞残差卷积层代替原有的普通卷积层,并添加空洞金字塔池;再在解码网络中加入注意力模块,使模型输出高分辨率特征图,提高对多尺度目标的分割精度。实验结果表明,提出的网络模型参数少分割精度高,对腺体图像的平均分割精度高达89.7%,具有较好的鲁棒性。     

基于U-Net的遥感图像语义分割

遥感图像由于包含的地物尺度差别大、地物边界复杂等原因,造成准确提取遥感图像特征具有一定难度,精确分割遥感图像比较困难。针对这一问题,提出了一种编码-解码器的AFU-Net网络。在U-Net基础上使用一个自下而上、自上而下的结构,并引入密集跳跃连接得到融合不同层次的多尺度特征。使用非对称卷积块强化水平和垂直方向的平方卷积核,并采用残差单元加深网络深度。利用FReLU激活函数提升网络解析能力,从而提高遥感图像语义分割精度。在ISPRS的Vaihingen数据集实验结果表明,AFU-Net结构的性能要优于FCN,U-Net等算法。     

基于模糊增强的医学图像分割分水岭算法研究

医学图像存在病变区域和背景区域,病变区域是分割的重点。针对传统分水岭算法对噪声敏感和易于产生过分割的问题,提出了一种将多尺度形态学边缘检测、模糊增强和控制标记符分水岭相结合的分割策略。该方法首先结合大结构元素和小结构元素各自的优点,用多尺度形态学边缘检测降弱过分割;其次用模糊增强算法使原始医学图像中粗细的边缘都能够得到增强;最后采用基于前景和背景标记的分水岭分割算法进行分割。仿真实验表明,该算法不仅可以有效的克服分水岭变换严重的过分割问题,得到有意义的区域分割,而且还具有较强的区域轮廓定位能力,不需要再进行后续的合并处理,算法简单,同时具有多尺度的特点,能够适应医学图像分类与信息提取的需求。     

甲状腺结节超声图像分割算法研究

超声甲状腺结节分割是发现与识别甲状腺良恶性肿瘤的关键技术之一.针对模糊聚类法无法准确分割超声图像甲状腺结节边缘,而局部拟合(RSF)模型法对手动初始化轮廓敏感的问题,提出一种融合空间约束模糊C均值聚类和局部拟合RSF模型的分割结节方法.用空间约束模糊C均值聚类法(SKFCM)对图像进行聚类并二值化聚类结果作为RSF模型法初始轮廓,克服了RSF模型法对初始轮廓敏感问题,水平集演化参数也将通过聚类结果自动给出,不再需要人为设定.同时改进了RSF模型法拟合项,并利用高斯正则化规则RSF模型水平集,提高了RSF模型演化效率,缩短了收敛时间.仿真实验结果表明,提出的甲状腺结节超声图像分割方法能够快速准确地分割出结节区域.     

结合空洞可分离卷积的多尺度医学影像分割算法

传统U-Net语义分割模型在医学影像领域具有广泛的应用,但该模型的准确率受限于单一尺度的预测模式以及上下采样引起的信息丢失。针对上述问题,本文基于U-Net编码—解码架构以及空洞可分离卷积提出了一种高低层级信息丰富的多尺度医学影像语义分割算法,该算法由特征提取网络以及多尺度语义分割预测网络两部分构成。特征提取网络使用空洞可分离卷积和类残差块分别替换原U-Net中上、下采样以及卷积块,在增加感受野的同时使信息得到最大化的保留;提出一个通道注意力机制,强化目标核心特征的表达以及无关背景区域的抑制;在多尺度上挖掘带有图像级全局上下文的卷积特征,进一步提高分割性能。本文在采集的胚胎以及DRIVE数据集上进行仿真实验,其结果表明,与U-Net及其衍生模型相比该方法具有更高的准确率和鲁棒性。     

基于多尺度残差双域注意力网络的乳腺动态对比度增强磁共振成像肿瘤分割方法

针对乳腺肿瘤大小形态多变、边界模糊以及前景与背景间严重类不平衡的问题,该文提出一种多尺度残差双域注意力融合网络。该网络以多尺度卷积构成的多尺度残差块作为基本搭建模块,通过提取多尺度特征和优化梯度传播通道提高其识别不同尺寸目标的能力,同时融入双域注意力单元,提高网络的边缘识别和边界保持能力。另外该文提出一种混合自适应权重损失函数改善网络优化方向,缓解正负样本极度不均衡的影响。实验结果表明,该文所提方法的平均骰子相似系数(Dice)值达到0.806 3,较U形网络(UNet)提高5.3%,参数量下降73.36%,具有更优的分割性能。     

基于3D全卷积网络的腹部动脉CTA分割算法

目前卷积神经网络已成为腹部动脉血管分割领域的研究热点,但经典的卷积网络存在分割精度低和分割血管不连续的问题。为此,文中提出了基于改进3D全卷积网络的腹部动脉血管分割算法。该方法在网络的编码路径上构造不同尺度的侧输入,并将侧输入卷积后的图像与下采样卷积后的图像进行融合,提取更多的特征信息。同时,网络中嵌入了新的多尺度特征提取模块,该模块将通道注意力与密集扩张卷积进行了融合,有效地捕获了更高层次的特征信息。对腹部动脉血管进行分割的结果表明,与其他分割方法相比,所提方法在直观性和定量性上均有提高,证明了该方法能够提升血管分割精度。     

利用多尺度卷积神经网络的图像超分辨率算法

单幅图像超分辨率问题是典型的图像反问题。近年来深度学习广泛应用于图像超分辨率重建。为提高超分辨率算法的性能,本文利用多尺度和残差训练的思想,提出一种利用多尺度卷积神经网络的图像超分辨率算法。该算法采用多尺度的卷积核及收缩--扩展的网络结构来提取图像多尺度的信息,并在网络结构中使用跳跃连接,以便更好的传递信息并弥补由于使用下采样和上采样而造成的图像细节信息的损失,来提高图像的重建质量。通过与其它算法的对比实验表明了本文算法不仅可以取得更好的性能,并且训练的收敛速度较快。      

基于多尺度密集连接和U-Net改进的动态场景去模糊算法

针对现有去运动模糊网络在图像恢复过程中出现的纹理细节丢失、无法抑制噪声、产生振铃伪影等问题,提出一种基于多尺度密集连接和U-Net改进的动态场景去模糊算法。首先,借助U-Net网络中空洞卷积下采样有效扩大感受野,在不增加参数量的情况下避免图片产生不可逆损伤,并利用亚像素卷积在上采样过程中以小的卷积核获得清晰的图像细节,降低运算复杂度;其次,设计多尺度密集特征提取模块(multi-scale dense feature extraction, MDFE),通过密集连接的卷积层加强深层次特征提取和复用,运用空间金字塔池化(spatial pyramid pooling, SPP)分支引导多尺度特征的传递和融合,促进图像细节纹理的有效保留;最后,采用ConvLSTM双向连通结构(bidirectional convolution LSTM unit, BCLU)以非线性方式从编码路径补偿简单级联流失的上下文特征,推动深度特征跨阶段相互作用,弱化边缘伪影和噪声干扰。与现有先进方法对比,验证了本文所提算法在性能上的优势。     

一种基于高效残差分解网络的车道线检测方法

为提升自动驾驶系统车道线检测的速度,提出了一种利用卷积神经网络进行特征提取,结合分类网络实现多车道线虚实线分类的方法。使用高效残差分解网络(efficient residual factorized ConvNet,ERFNet) 对图像进行卷积操作和下采样,采用无瓶颈一维卷积残差结构,利用纵、横两个方向一维卷积穿插提升非线性函数的泛化性能,依据可变填充比获得多尺度上下文信息完成图像特征提取。基于反卷积与上采样结果进行特征解码,恢复原图像尺度并输出分割后的图像。相较于传统语义分割算法,本方法可减少大量特征参数,增强模型的学习能力,在提升检测速度的同时保证检测精度。在直行、转弯、上坡、下坡,道路颠簸,光照不均匀等工况下的仿真测试实验表明,本文方法检测精度可达到95.14%,检测速度较主流算法有较好提升。