基于双分支融合注意力机制的图像分割算法

针对DeepLabV3+在特征提取阶段忽略了不同尺度特征重要程度出现的部分细节信息损失导致图像分割不细致,提出一种融合双分支特征提取和注意力机制的改进算法. ResNet101骨干网络初步提取出的特征图作为注意力机制的输入特征,解决了网络退化及梯度消失的问题,也能够捕获到被DeepLabV3+忽略的图像细节信息;设计双分支特征提取机制扩大特征提取能力,细化图像边缘信息以优化网络对不同尺度特征关注不均的问题;同时,联合采用交叉熵损失和类别不平衡函数两种损失函数作为损失函数,通过聚焦于前景样本降低背景的影响,提高算法分割精度.实验结果表明,改进算法在PASCAL VOC 2012和CityScapes数据集上的平均交并比(MIoU)值分别达到了79.92%和68.59%,与经典算法和基于DeepLabV3+改进的算法相比,特征提取的准确性有所提高,分割效果更优.     

基于增强特征融合解码器的语义分割算法

针对语义分割中全卷积神经网络解码器部分特征融合低效的问题,设计一种增强特征融合的解码器。级联深层特征与降维后的浅层特征,经过卷积运算后引入自身平方项的注意力机制,通过卷积预测自身项与自身平方项各通道的权重,利用乘法增强后对结果进行作和。基于pascal voc2012数据集的实验结果表明,该解码器相比原网络mIoU指标提升2.14%,结合不同特征融合方式的解码结果也验证了其性能优于同一框架下的其他对比方法。     

基于注意力机制和金字塔融合的RGB-D室内场景语义分割

针对现有RGB-D室内场景语义分割不能有效融合多模态特征的问题,提出一种基于注意力机制和金字塔融合的RGB-D室内场景图像语义分割网络模型APFNet,并为其设计了两个新模块:注意力机制融合模块与金字塔融合模块.其中,注意力机制融合模块分别提取RGB特征和Depth特征的注意力分配权重,充分利用两种特征的互补性,使网络...     

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。     

融合注意力机制的端到端的街道场景语义分割

随着注意力机制的出现,研究人员开始通过对神经网络的特征图中的不同关注角度添加注意力机制来提升图像语义分割准确率.现有融合注意力机制的方法,大多通过计算像素与其它像素之间的关系来求得该像素点的注意力权值,这些方法提升效果具有局限性.针对以上问题,设计了两种不同的注意力模块：空间-条形注意力和通道注意力,提出了一种融合注意力机制的端到端的街道场景语义分割方法.空间-条形注意力采用两种不同条形池化核,捕获条形分布区域之间的长距离依赖关系,可以有效捕获局部和全局上下文信息.在Cityscapes数据集上的实验表明,该算法在验证集和测试集上的分割精度分别为76.89%、77.8%,与现有的算法相比有更好的表现.本文结合人类视觉注意力的特点,提出的两个注意力模型,使得街道场景下的语义分割效果更加准确.     

遥感图像语义分割的多特征注意力融合网络

针对高分辨率遥感图像中存在背景复杂、目标大小不一、类间具有相似性的问题,提出一种用于遥感图像语义分割的多特征注意力融合网络(Multi-feature Attention Fusion, MAFNet)。MAFNet基于编码和解码结构,在编码阶段,采用空间金字塔池化获取多尺度的上下文信息,同时融合特征通道之间的关联信息,提高特征图的语义表征能力;在解码阶段,基于注意力机制将高层特征与低层特征自适应地融合,逐级恢复目标的细节特征。在公开的数据集Potsdam和Vaihingen上设计了对比实验,PA值分别达到了89.6%和89.1%,验证了该方法的有效性。     

轻量化卷积注意力特征融合网络的实时语义分割

轻量化卷积神经网络的出现促进了基于深度学习的语义分割技术在低功耗移动设备上的应用.然而,轻量化卷积神经网络一般不考虑融合特征之间的关系,常使用线性方式进行特征融合,网络分割精度有限.针对该问题,提出一种基于编码器-解码器架构的轻量化卷积注意力特征融合网络.在编码器中,基于MobileNetv2给出空洞MobileNet模块,以获得足够大的感受野,提升轻量化主干网络的表征能力;在解码器中,给出卷积注意力特征融合模块,通过学习特征平面通道、高度和宽度3个维度间的关系,获取不同特征平面之间的相对权重,并以此对特征平面进行加权融合,提升特征融合的效果.所提网络仅有0.68×106参数量,在未使用预训练模型、后处理和额外数据的情况下,使用NVIDIA 2080Ti显卡在城市道路场景数据集Cityscapes和CamVid上进行实验的结果表明,该网络的平均交并比分别达到了72.7%和67.9%,运行速度分别为86帧/s和105帧/s,在分割精度、网络规模与运行速度之间达到了较好的平衡.     

跨模态融合的双注意力脑肿瘤分割算法

针对脑肿瘤多模态信息融合不充分以及肿瘤区域细节信息丢失等问题,提出了一种跨模态融合的双注意力脑肿瘤图像分割网络(CFDA-Net).在编码器-解码器的基础结构上,首先在编码器分支采用密集块与大内核注意力并行的新卷积块,可以使全局和局部信息有效融合且可以防止反向传播时梯度消失的问题;其次在编码器的第2、3和4层的左侧加入多模态深度融合模块,有效地利用不同模态间的互补信息;然后在解码器分支使用Shuffle Attention注意力将特征图分组处理后再聚合,其中分组的子特征一分为二地获取空间与通道的重要注意特征.最后使用二进制交叉熵(binary cross entropy, BCE)、Dice Loss与L2 Loss组成新的混合损失函数,缓解了脑肿瘤数据的类别不平衡问题,进一步提升分割性能.在BraTS2019脑肿瘤数据集上的实验结果表明,该模型在整体肿瘤区域、肿瘤核心区域和肿瘤增强区域的平均Dice系数值分别为0.887、0.892和0.815.与其他先进的分割方法 ADHDC-Net、SDS-MSA-Net等相比,该模型在肿瘤核心区域和增强区域具有更好的分割效果.     

基于多尺度特征和注意力机制的肝脏组织病理图像语义分割网络

针对肝脏组织病理图像分割中存在的正常组织和异常组织过渡区域较难分割和空洞较多的问题,设计基于多尺度特征和注意力机制的肝脏组织病理图像语义分割网络.在编码器中提取融合多尺度特征,改善正常组织和异常组织过渡区域的分割效果.同时利用注意力机制对空间维度和通道维度进行相关性建模,获得每个像素类内响应和通道间的依赖关系,缓解肝脏组织病理图像空洞较多对网络学习带来的影响.实验表明文中网络可较快速准确分割肝脏组织病理图像损伤区域.     

结合自注意力和特征自适应融合的语义分割算法

针对场景图像语义分割任务中存在多尺度目标以及特征提取网络缺乏对全局上下文信息的获取等问题,设计了一种嵌入改进自注意力机制以及自适应融合多尺度特征的双路径分割算法。在空间路径利用双分支的简易下采样模块进行4倍下采样提取高分辨率的边缘细节信息,使网络对目标边界分割更精确。在语义路径嵌入上下文捕获模块和自适应特征融合模块,为解码阶段提供具有丰富多尺度的高语义上下文信息,并采用类别平衡策略进一步提升分割效果。经过实验验证,该模型在Camvid和Aeroscapes数据集上的MIOU(mean intersection over union)指标分别为59.4％和60.1％,具有较好的分割效果。     

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。     

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Deeplab V3 Plus的自适应注意力机制图像分割算法

针对Deeplab V3 Plus在下采样操作中图像细节信息和小目标信息过早丢失的问题,提出了一种基于Deeplab V3 Plus网络架构的自适应注意力机制图像语义分割算法.首先,在Deeplab V3 Plus主干网络的输入层、中间层和输出层均嵌入注意力机制模块,并且引入一个权重值与每个注意力机制模块相乘,以达到约...     

引入注意力机制和多视角融合的脑肿瘤MR图像U-Net分割模型

目的 脑肿瘤核磁共振（magnetic resonance,MR）图像分割对评估病情和治疗患者具有重要意义。虽然深度卷积网络在医学图像分割中取得了良好表现,但由于脑胶质瘤的恶性程度与外观表现有巨大差异,脑肿瘤MR图像分割仍是一项巨大挑战。图像语义分割的精度取决于图像特征的提取和处理效果。传统的U-Net网络以一种低效的拼接方式集成高层次特征和低层次特征,从而导致图像有效信息丢失,此外还存在未能充分利用上下文信息和空间信息的问题。对此,本文提出一种基于注意力机制和多视角融合U-Net算法,实现脑肿瘤MR图像的分割。方法 在U-Net的解码和编码模块之间用多尺度特征融合模块代替传统的卷积层,进行多尺度特征映射的提取与融合;在解码模块的级联结构中添加注意力机制,增加有效信息的权重,避免信息冗余;通过融合多个视角训练的模型引入3维图像的空间信息。结果 提出的模型在BraTS18（Multimodal Brain Tumor Segmentation Challenge 2018）提供的脑肿瘤MR图像数据集上进行验证,在肿瘤整体区域、肿瘤核心区域和肿瘤增强区域的Dice score分别为0.907、0.838和0.819,与其他方法进行对比,较次优方法分别提升了0.9%、1.3%和0.6%。结论 本文方法改进了传统U-Net网络提取和利用图像语义特征不足的问题,并引入了3维MR图像的空间信息,使得肿瘤分割结果更加准确,具有良好的研究和应用价值。     

基于多分支网络的道路场景实时语义分割方法

针对目前实时语义分割方法存在大目标分割不准确、小目标信息丢失的问题,提出一种基于多分支网络的实时语义分割算法。首先,对双边分割网络进行优化,设计了金字塔分支扩大感受野,以覆盖视野内的大目标,充分地将上下文信息结合起来;其次,设计双边指导融合模块,为深层和浅层的特征映射提供指导信息,弥补小目标信息的损失。最后在Cityscapes数据集上进行验证,实验结果表明所提模型以51.3 fps的推理速度使平均交并比达到77.8%,与基准相比,精度提高了2.5个百分点。所提方法采用金字塔分支,在扩大感受野的同时,获取不同尺度的语义边缘区域特性,增强对语义边界的建模能力,且提出的双边指导融合模块可以更有效地融合不同层次的特征,弥补下采样造成的信息丢失,能够更好地指导模型学习。     

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.     

基于场景先验及注意力引导的跌倒检测算法

已有跌倒检测工作主要关注室内场景,且大多偏重对人员身体姿态特征进行建模,而忽略了场景背景信息以及人员与地面的交互信息。针对这个问题,从实际电梯场景应用入手,提出一种基于场景先验及注意力引导的跌倒检测算法。首先,利用电梯历史数据,以高斯概率分布建模的方式从人员的活动轨迹中自动化地学习场景先验信息;随后,把场景先验信息作为空间注意力掩膜与神经网络的全局特征融合,以此聚焦地面区域的局部信息;然后,将融合后的局部特征与全局特征采用自适应加权的方式进一步聚合,从而形成更具鲁棒性和判别力的特征;最后,将特征送入由全局平均池化层和全连接层构成的分类模块中进行跌倒类别预测。在自构建的电梯场景Elevator Fall Detection和公开的UR Fall Detection数据集上的实验结果表明,所提算法的检测准确率分别达到了95.36%和99.01%,相较于网络结构复杂的ResNet50算法,分别提高了3.52个百分点和0.61个百分点。可见所构建的高斯场景先验引导的注意力机制可使网络关注地面区域的特征,更有利于对跌倒的识别,由此得到的检测模型准确率高且算法满足实时性应用要求。     

基于RGB-D的反向融合实例分割算法

RGB-D 图像在提供场景 RGB 信息的基础上添加了 Depth 信息,可以有效地描述场景的色彩及 三维几何信息。结合 RGB 图像及 Depth 图像的特点,提出一种将高层次的语义特征反向融合到低层次的边缘 细节特征的反向融合实例分割算法。该方法通过采用不同深度的特征金字塔网络(FPN)分别提取 RGB 与 Depth 图像特征,将高层特征经上采样后达到与最底层特征同等尺寸,再采用反向融合将高层特征融合到低层,同时 在掩码分支引入掩码优化结构,从而实现 RGB-D 的反向融合实例分割。实验结果表明,反向融合特征模型能 够在 RGB-D 实例分割的研究中获得更加优异的成绩,有效地融合了 Depth 图像与彩色图像 2 种不同特征图像 特征,在使用 ResNet-101 作为骨干网络的基础上,与不加入深度信息的 Mask R-CNN 相比平均精度提高 10.6%, 比直接正向融合 2 种特征平均精度提高 4.5%。     

互注意力机制驱动的轻量级图像语义分割网络

目的 在图像语义分割中,细节特征和语义特征的融合是该领域的一个难点。一些在特定网络架构下设计的专用融合模块缺乏可扩展性和普适性,自注意力虽然可以实现全局的信息捕获,但不能实现不同特征的融合,其他的注意力机制在进行掩码计算时缺少可解释性。本文根据特征图之间的关联度进行建模,提出一种互注意力机制驱动的分割模块。方法 该模块获取不同阶段的细节特征图和语义特征图,建立细节特征图上任一点和语义特征图之间的关联模型,并在关联模型的指导下对语义特征图上的特征进行聚合,作为细节特征图上该特征点的补充,从而将语义特征图上的信息融合到细节特征图上,并进一步采用相同的操作将细节特征图上的信息融合到语义特征图上,实现来自不同阶段特征图的相互融合。结果 选取5个语义分割模型进行实验,实验结果表明,在使用替换方式对BiSeNet V2（bilateral segmentation network）进行修改之后,浮点运算量、内存占用量和模型参数数量分别下降了8.6%,8.5%和2.6%,但是平均交并比却得到了提升。在使用插入方式对另外4个网络进行修改后,所有网络的平均交并比全部得到了不同程度的提高。结论 本文提出的互注意力模块可普遍提升模型的语义分割准确度,实现不同网络模型的即插即用,具有较高的普适性。