基于多级特征和全局上下文的纵膈淋巴结分割算法

针对纵膈淋巴结尺度差异大、正负样本不均衡、软组织和肺肿瘤易混淆的问题,提出一个新颖的用于纵膈淋巴结分割的多级特征和全局上下文分割网络.为了解决纵膈淋巴结正负样本不均衡、与纵膈器官和软组织相似的问题,通过医学先验提取纵膈间隙,减少了纵膈器官干扰.为了解决肿大纵膈淋巴结与肺肿瘤相似、淋巴结出现区域分散的问题,设计了全局上下...     

基于自适应感受野机制的颈部淋巴结自动识别算法

针对目前应用于医学影像目标检测的深度学习网络模型仅拥有固定的感受野,无法针对形态尺度差异明显的颈部淋巴结进行有效检测的问题,提出了一种新的基于自适应感受野机制的识别算法,将深度学习首次应用于完全三维医学图像的颈部淋巴结自动识别中。首先,采用半随机采样方法对医学序列图像进行裁剪,生成基于网格的局部图像块及对应真值标签;然后,通过局部图像块及标签构建并训练基于自适应感受野机制的DeepNode网络;最后,利用预训练的DeepNode网络模型进行预测,通过输入整体序列图像,可以端到端且快速地获得整体序列对应的颈部淋巴结识别结果。在颈部淋巴结数据集中,采用DeepNode网络识别颈部淋巴结的召回率可达98.13%,精确率可达97.38%,每次扫描的假阳性数量仅为29,同时耗时相对较短。实验结果分析表明,与当前表现优良的二维与三维卷积神经网络相结合的算法、三维通用目标检测算法、基于弱监督定位的识别算法等相比,所提算法可以实现颈部淋巴结的自动识别,并取得最优的识别效果。该算法端到端,简单高效,易于扩展到其他医学图像的三维目标检测任务中,可应用于临床的诊断和治疗。     

基于阶段注意力机制的电力线提取算法

电力系统维护是电力系统稳定运行的重要保障,应用智能算法的无人机电力巡检则为电力系统维护提供便捷。电力线提取是自主电力巡检以及保障飞行器低空飞行安全的关键技术,结合深度学习理论进行电力线提取是电力巡检的重要突破点。本文将深度学习方法用于电力线提取任务,结合电力线图像特点嵌入改进的图像输入策略和注意力模块,提出一种基于阶段注意力机制的电力线提取模型（SA-Unet）。本文提出的SA-Unet模型编码阶段采用阶段输入融合策略（Stage input fusion strategy, SIFS）,充分利用图像的多尺度信息减少空间位置信息丢失。解码阶段通过嵌入阶段注意力模块（Stage attention module,SAM）聚焦电力线特征,从大量信息中快速筛选出高价值信息。实验结果表明,该方法在复杂背景的多场景中具有良好的性能。     

注意力机制下密集空洞卷积的肺部图像分割

目的 卷积神经网络（convolutional neural network,CNN）在计算机辅助诊断（computer-aided diagnosis,CAD）肺部疾病方面具有广泛的应用,其主要工作在于肺部实质的分割、肺结节检测以及病变分析,而肺实质的精确分割是肺结节检出和肺部疾病诊断的关键。因此,为了更好地适应计算机辅助诊断系统要求,提出一种融合注意力机制和密集空洞卷积的具有编码—解码模式的卷积神经网络,进行肺部分割。方法 将注意力机制引入网络的解码部分,通过增大关键信息权重以突出目标区域抑制背景像素干扰。为了获取更广更深的语义信息,将密集空洞卷积模块部署在网络中间,该模块集合了Inception、残差结构以及多尺度空洞卷积的优点,在不引起梯度爆炸和梯度消失的情况下,获得了更深层次的特征信息。针对分割网络常见的特征丢失等问题,对网络中的上/下采样模块进行改进,利用多个不同尺度的卷积核级联加宽网络,有效避免了特征丢失。结果 在LUNA （lung nodule analysis）数据集上与现有5种主流分割网络进行比较实验和消融实验,结果表明,本文模型得到的预测图更接近于标签图像。Dice相似系数、交并比（intersection over union,IoU）、准确度（accuracy,ACC）以及敏感度（sensitivity,SE）等评价指标均优于对比方法,相比于性能第2的模型,分别提高了0.443%,0.272%,0.512%以及0.374%。结论 本文提出了一种融合注意力机制与密集空洞卷积的肺部分割网络,相对于其他分割网络取得了更好的分割效果。     

基于级联全卷积神经网络的颈部淋巴结自动识别算法

针对现有算法自动识别颈部淋巴结效率不高、存在大量假阳性且整体假阳性去除效果不理想的问题，提出一种基于级联全卷积神经网络（FCN）的颈部淋巴结识别算法。首先，结合医生的先验知识采用级联FCN进行初步识别，即第一个FCN从头颈部计算机断层扫描图像（CT）中提取淋巴结医学分区；然后，第二个FCN从分区内提取候选样本并在三维层面合并这些样本以生成三维图像块；最后，将提出的特征块平均池化引入到三维分类网络中，对输入的不同尺度三维图像块进行二分类以去除假阳性。在颈部淋巴结数据集中，采用级联FCN识别颈部淋巴结的召回率可达97.23%；引入特征块平均池化的三维分类网络的分类准确率可达到98.7%。在去除假阳性之后的准确率可达93.26%。实验结果分析表明，所提算法能有效实现颈部淋巴结的自动识别并取得较高的召回率和准确率，优于目前相关文献报道的算法；且算法简单高效，易于扩展到其他三维医学图像的目标检测任务中。     

基于注意力机制的U型网络遥感影像分割

传统遥感影像分割算法存在分割精度低、小目标物体容易漏分、目标边缘分割模糊等问题。针对以上问题,提出了一种基于注意力机制的改进UNet卷积神经网络算法。通过UNet网络学习遥感影像目标的总体特征,引入注意力机制模块重点关注有用的信息并抑制无关的信息,使网络更好的区分不同类别的目标。实验结果表明,上述算法在ISPRS数据集上分割的总体精度得到了提高。与其它分割算法相比较,上述算法有效提高了遥感影像的分割精度,并且在目标边缘分割的更平滑和完整。     

多尺度融合增强的纵膈淋巴结超声弹性图像分割

目的 支气管超声弹性成像具有丰富的通道语义信息,精准的分割纵膈淋巴结对诊断肺癌是否转移具有重要意义,也对癌症的分期和治疗有着重要作用。目前,超声弹性图像分割研究较少,没有充分挖掘图像通道特征之间的关系。因此,提出一种结合注意力机制的多尺度融合增强的纵膈淋巴结超声弹性图像分割U-Net(attention-based multi-scale fusion enhanced ultrasound elastic images segmentation network for mediastinal lymph node, AMFE-UNet)。方法首先,考虑到图像可以提供纵膈淋巴结的位置和通道信息,设计密集卷积网络（dense convolutional network,DenseNet）作为模型编码器;其次,结合注意力机制和空洞卷积设计多尺度融合增强解码器,从多尺度和范围对结节的边界和纹理进行建模;最后,用选择性内核网络设计跳跃连接,将编码器的中间特征与解码器的输出特征充分融合。根据解码器特征进行数值或通道融合的方式不同,将AMFE-UNet分为A和B两个子型。结果 在超声弹性图像数据集...     

基于三端注意力机制的视网膜血管分割算法

视网膜血管的结构和形态是计算机辅助系统诊断眼科疾病的重要依据.针对细小血管分割精度低的问题,提出一种融合残差密集模块与三端注意力模块的改进型U-Net算法.首先,将残差模块与密集模块相结合,充分利用每层的特征,提高网络提取细小血管特征的能力.在解码阶段引入三端注意力模块,利用空间注意力机制自适应地对特征进行空间校正,抑制背景噪声,突出目标区域.同时,通过多尺度特征融合的方式,利用高级语义特征改善网络对细小血管的分割效果.最后,为获取血管的多尺度特征, 在编码-解码网络结构中加入空洞卷积,在不增加参数的情况下增加感受野.基于DRIVE和STARE数据集的实验结果表明,所提出网络的灵敏度、特异性、准确率和AUC(area under curve)分别为81.26%/82.57%、98.20%/98.37%、96.70%/97.51%和98.12%/98.41%,优于现有先进算法.     

基于组注意力卷积和特征重建的轻量分割算法

针对卷积神经网络的庞大参数量和计算量难以应用于移动设备或嵌入式设备的问题,提出冗余特征重建模块(redundant feature reconstruction,RFR)和组注意力卷积模块(group attention convolution,GAC),RFR模块使用较少的参数量提取重要的固有特征,通过线性算子重建冗...     

基于注意力机制的多尺度融合航拍影像语义分割

航拍影像同一场景不同对象尺度差异较大,采用单一尺度的分割往往无法达到最 佳的分类效果。为解决这一问题,提出一种基于注意力机制的多尺度融合模型。首先,利用不 同采样率的扩张卷积提取航拍影像的多个尺度特征;然后,在多尺度融合阶段引入注意力机制, 使模型能够自动聚焦于合适的尺度,并为所有尺度及每个位置像素分别赋予权重;最后,将加 权融合后的特征图上采样到原图大小,对航拍影像的每个像素进行语义标注。实验结果表明, 与传统的 FCN、DeepLab 语义分割模型及其他航拍影像分割模型相比,基于注意力机制的多尺 度融合模型不仅具有更高的分割精度,而且可以通过对各尺度特征对应权重图的可视化,分析 不同尺度及位置像素的重要性。     

结合注意力机制的双路径语义分割

目的 针对现有语义分割算法存在的因池化操作造成分辨率降低导致的分割结果变差、忽视特征图不同通道和位置特征的区别以及特征图融合时方法简单,没有考虑到不同感受视野特征区别等问题,设计了一种基于膨胀卷积和注意力机制的语义分割算法。方法 主要包括两条路径：空间信息路径使用膨胀卷积,采用较小的下采样倍数以保持图像的分辨率,获得图像的细节信息;语义信息路径使用ResNet（residual network）采集特征以获得较大的感受视野,引入注意力机制模块为特征图的不同部分分配权重,使得精度损失降低。设计特征融合模块为两条路径获得的不同感受视野的特征图分配权重,并将其融合到一起,得到最后的分割结果。结果 为证实结果的有效性,在Camvid和Cityscapes数据集上进行验证,使用平均交并比（mean intersection over union,MIoU）和精确度（precision）作为度量标准。结果显示,在Camvid数据集上,MIoU和精确度分别为69.47%和92.32%,比性能第2的模型分别提高了1.3%和3.09%。在Cityscapes数据集上,MIoU和精确度分别为78.48%和93.83%,比性能第2的模型分别提高了1.16%和3.60%。结论 本文采用膨胀卷积和注意力机制模块,在保证感受视野并且提高分辨率的同时,弥补了下采样带来的精度损失,能够更好地指导模型学习,且提出的特征融合模块可以更好地融合不同感受视野的特征。     

含多级通道注意力机制的CGAN遥感图像建筑物分割

目的 遥感图像建筑物分割是图像处理中的一项重要应用,卷积神经网络在遥感图像建筑物分割中展现出优秀性能,但仍存在建筑物漏分、错分,尤其是小建筑物漏分以及建筑物边缘不平滑等问题。针对上述问题,本文提出一种含多级通道注意力机制的条件生成对抗网络（conditional generative adversarial network,CGAN）模型Ra-CGAN,用于分割遥感图像建筑物。方法 首先构建一个具有多级通道注意力机制的生成模型G,通过融合包含注意力机制的深层语义与浅层细节信息,使网络提取丰富的上下文信息,更好地应对建筑物的尺度变化,改善小建筑物漏分问题。其次,构建一个判别网络D,通过矫正真实标签图与生成模型生成的分割图之间的差异来改善分割结果。最后,通过带有条件约束的G和D之间的对抗训练,学习高阶数据分布特征,使建筑物空间连续性更强,提升分割结果的边界准确性及平滑性。结果 在WHU Building Dataset和Satellite Dataset II数据集上进行实验,并与优秀方法对比。在WHU数据集中,分割性能相对于未加入通道注意力机制和对抗训练的模型明显提高,且在复杂建筑物的空间连续性、小建筑物完整性以及建筑物边缘准确和平滑性上表现更好;相比性能第2的模型,交并比（intersection over union,IOU）值提高了1.1%,F₁-score提高了1.1%。在Satellite数据集中,相比其他模型,准确率更高,尤其是在数据样本不充足的条件下,得益于生成对抗训练,分割效果得到了大幅提升;相比性能第2的模型,IOU值提高了1.7%,F₁-score提高了1.6%。结论 本文提出的含多级通道注意力机制的CGAN遥感图像建筑物分割模型,综合了多级通道注意力机制生成模型与条件生成对抗网络的优点,在不同数据集上均获得了更精确的遥感图像建筑物分割结果。     

U-Net支气管超声弹性图像纵膈淋巴结分割

目的 超声弹性成像技术已逐步应用于支气管淋巴结良恶性的诊断,帮助确定肺癌分期。在支气管超声弹性图像中,淋巴结区域的精确定位对诊断准确度具有重要影响,但通常依赖专业医师的手动分割,费时费力。为此,本文设计了一种注意力上下文编码器网络(attention context encoder network,ACE-Net)。方法 本文网络模型包括编码器、上下文提取器和解码器3部分。使用在Image Net数据集上预训练且去掉平均池化层和全连接层的34层残差网络Res Net-34作为编码器提取特征,上下文提取器从编码器的输出中进一步提取高级语义信息,同时保留尽可能多的空间信息,基于AG(attention gate)的解码器可以抑制输入图像中的不相关区域,同时突出对当前任务更关键的特征。结果 实验在本文收集的包含支气管超声弹性图像及对应分割标签的数据集上进行,与6种典型的U-Net结构深度网络模型的分割性能进行对比,数据集中的每幅图像中的淋巴结都由专业医师手动分割标注。基础U-Net网络得到淋巴结分割结果的Dice系数、敏感度和特异度分别为0.820 7、85.08%和96.82%,其他改进网...     

时空图卷积网络与注意机制的视频目标分割

目的 从大量数据中学习时空目标模型对于半监督视频目标分割任务至关重要,现有方法主要依赖第1帧的参考掩膜（通过光流或先前的掩膜进行辅助）估计目标分割掩膜。但由于这些模型在对空间和时域建模方面的局限性,在快速的外观变化或遮挡下很容易失效。因此,提出一种时空部件图卷积网络模型生成鲁棒的时空目标特征。方法 首先,使用孪生编码模型,该模型包括两个分支：一个分支输入历史帧和掩膜捕获序列的动态特征,另一个分支输入当前帧图像和前一帧的分割掩膜。其次,构建时空部件图,使用图卷积网络学习时空特征,增强目标的外观和运动模型,并引入通道注意模块,将鲁棒的时空目标模型输出到解码模块。最后,结合相邻阶段的多尺度图像特征,从时空信息中分割出目标。结果 在DAVIS（densely annotated video segmentation）-2016和DAVIS-2017两个数据集上与最新的12种方法进行比较,在DAVIS-2016数据集上获得了良好性能,Jacccard相似度平均值（Jaccard similarity-mean,J-M）和F度量平均值（F measure-mean,F-M）得分达到了85.3%,比性能最高的对比方法提高了1.7%;在DAVIS-2017数据集上,J-M和F-M得分达到了68.6%,比性能最高的对比方法提高了1.2%。同时,在DAVIS-2016数据集上,进行了网络输入与后处理的对比实验,结果证明本文方法改善了多帧时空特征的效果。结论 本文方法不需要在线微调和后处理,时空部件图模型可缓解因目标外观变化导致的视觉目标漂移问题,同时平滑精细模块增加了目标边缘细节信息,提高了视频目标分割的性能。     

融合注意力机制的深度混合推荐算法

大量研究利用用户或项目的边信息来缓解视频推荐中的数据稀疏和冷启动问题,取得了一定的效果,但是没有关注辅助信息中的关键信息.针对此问题进行了研究,提出了一种融合双注意力机制的深度混合推荐模型.该模型通过融合自注意力机制的卷积神经网络挖掘项目端隐藏因子,同时融合自注意力机制的堆栈去噪自编码器提取用户端隐藏因子,深度挖掘项目端和用户端的重要信息.最后,通过结合概率矩阵分解实现视频评分预测.在两个公开数据集上的大量实验结果表明,提出的方法结果在已有ConvMF+、PHD、DUPIA等基线模型基础上有一定提升.