结合全局注意力机制的实时语义分割网络

针对轻量化网络结构从特征图提取有效语义信息不足,以及语义信息与空间细节信息融合模块设计不合理而导致分割精度降低的问题,本文提出一种结合全局注意力机制的实时语义分割网络(global attention mechanism with real time semantic segmentation network ,GaSeNet)。首先在双分支结构的语义分支中引入全局注意力机制,在通道与空间两个维度引导卷积神经网来关注与分割任务相关的语义类别,以提取更多有效语义信息;其次在空间细节分支设计混合空洞卷积块,在卷积核大小不变的情况下扩大感受野,以获取更多全局空间细节信息,弥补关键特征信息损失。然后重新设计特征融合模块,引入深度聚合金塔池化,将不同尺度的特征图深度融合,从而提高网络的语义分割性能。最后将所提出的方法在CamVid数据集和Vaihingen数据集上进行实验,通过与最新的语义分割方法对比分析可知,GaSeNet在分割精度上分别提高了4.29%、16.06%,实验结果验证了本文方法处理实时语义分割问题的有效性。     

基于多尺度特征融合模型的遥感图像建筑物分割

针对传统深度网络模型难以精确提取建筑物边缘轮廓特征及对不同尺寸建筑物无法自适应提取的问题,提出一种膨胀卷积特征提取的多尺度特征融合深度神经网络模型(Multiscale-feature fusion Deep Neural Networks with dilated convolution,MDNNet)对遥感图像建筑物自动分割的方法。首先在ResNet101模型中引入膨胀卷积扩大提取视野保留更多特征图像分辨率;其次利用多尺度特征融合模块获取多个尺度的建筑物特征并将不同尺度的特征融合;最终利用特征解码模块将特征图恢复到原始输入图像尺寸,实现遥感图像建筑物精确分割。在WHU遥感图像数据集的实验结果表明,提出模型有效克服道路、树木和阴影等因素影响,分割结果有效保留建筑物边界细节信息,有效提升分割精度,像素准确率PA达到0.864,平均交并比mIoU达到0.815,召回率Recall达到0.862。     

基于改进深度神经网络的遥感影像语义分割

研究了基于深度学习的遥感图像语义分割问题,将建筑物作为遥感图像中的待分割目标,采用语义分割算法将建筑物提取出来.提出了一种改进的U-net网络,根据分割实际需求,保持网络对目标提取特征能力的前提下,将原U-net网络的卷积核数量适当减少,降低了网络参数数量和计算复杂度;增加了Batch Normalization层抑制过拟合问题;在上采样部分增加特征图的局部信息以优化网络对于细节的分割效果.使用公开的数据集INRIA Aerial Image Dataset来评估改进的U-net网络的实际效果,和原U-net相比,单张图片训练速度提升了8％,分割精度也明显提升,训练中的过拟合情况得到改善.证明了本文改进的U-net网络具有对遥感图像的语义分割任务的有效性和可行性.     

融合低阶特征与全局特征的图像语义分割方法

目前,深度全卷积网络在图像语义分割领域已经取得了瞩目的成就,但特征图的细节信息在多次下采样过程中会大量损失,对分割精度造成影响。针对该问题设计了一个用于图像语义分割的深度全卷积网络。该网络采用“编码器-解码器”结构,在编码器后端引入空洞卷积以降低细节信息的损失,在解码过程中融合对应尺寸的低阶语义特征,并在解码器末端融入全局特征以提升模型的分割精度。使用数据增强后的CamVid数据集对网络进行训练和测试,测试结果达到了90.14%的平均像素精度与71.94%的平均交并比。实验结果表明,该网络能充分利用低阶特征与全局特征,有效提升分割性能,并在区域平滑方面有很好的表现。     

残差密集空间金字塔网络的城市遥感图像分割

目的 遥感图像语义分割是根据土地覆盖类型对图像中每个像素进行分类,是遥感图像处理领域的一个重要研究方向。由于遥感图像包含的地物尺度差别大、地物边界复杂等原因,准确提取遥感图像特征具有一定难度,使得精确分割遥感图像比较困难。卷积神经网络因其自主分层提取图像特征的特点逐步成为图像处理领域的主流算法,本文将基于残差密集空间金字塔的卷积神经网络应用于城市地区遥感图像分割,以提升高分辨率城市地区遥感影像语义分割的精度。方法 模型将带孔卷积引入残差网络,代替网络中的下采样操作,在扩大特征图感受野的同时能够保持特征图尺寸不变;模型基于密集连接机制级联空间金字塔结构各分支,每个分支的输出都有更加密集的感受野信息;模型利用跳线连接跨层融合网络特征,结合网络中的高层语义特征和低层纹理特征恢复空间信息。结果 基于ISPRS （International Society for Photogrammetry and Remote Sensing） Vaihingen地区遥感数据集展开充分的实验研究,实验结果表明,本文模型在6种不同的地物分类上的平均交并比和平均F₁值分别达到69.88%和81.39%,性能在数学指标和视觉效果上均优于SegNet、pix2pix、Res-shuffling-Net以及SDFCN （symmetrical dense-shortcut fully convolutional network）算法。结论 将密集连接改进空间金字塔池化网络应用于高分辨率遥感图像语义分割,该模型利用了遥感图像不同尺度下的特征、高层语义信息和低层纹理信息,有效提升了城市地区遥感图像分割精度。     

基于改进U-Net的卫星图像分割算法

为解决传统模型与算法对遥感卫星图像小目标的分割精度低、泛化能力差等问题,提出一种基于改进U-Net的图像分割算法。将骨干网络改为ResNet18并加入优化后的空洞卷积池化金字塔与卷积注意力机制模块,充分提取小目标边缘特征。该算法在中国南部某地区的公开卫星图像数据集上的平均交并比与分割总精度分别达到了75.8%与95.6%,均超过U-Net、DeepLabV3+、SegNet、W-Net等主流语义分割网络。实验结果表明,该算法能有效改善网络的预测精度与小目标的分割结果。     

基于轻量语义分割网络的遥感土地覆盖分类

高分辨率遥感图像有丰富的空间特征, 针对遥感土地覆盖方法中模型复杂, 边界模糊和多尺度分割等问题, 提出了一种基于边界与多尺度信息的轻量化语义分割网络. 首先, 使用轻量化的MobileNetV3分类器, 采用深度可分离卷积来减少计算量. 其次, 使用自顶向下和自底向上的特征金字塔结构来进行多尺度分割. 接着, 设计了一个边界增强模块, 为分割任务提供丰富的边界细节信息. 然后, 设计了一个特征融合模块, 融合边界与多尺度语义特征. 最后, 使用交叉熵损失函数和Dice损失函数来处理样本不平衡的问题. 在 WHDLD数据集的平均交并比达到了59.64%, 总体精度达到了87.68%. 在DeepGlobe数据集的平均交并比达到了70.42%, 总体精度达到了88.81%. 实验结果表明, 该模型能快速有效地实现遥感图像土地覆盖分类.     

基于注意力与金字塔融合的医学图像分割仿真

针对现有的U-Net编解码结构网络的边缘模糊以及上下文信息提取能力弱等问题,提出了在编解码结构网络基础上融合反向注意力和金字塔模块的图像分割网络。网络以Res2Net50作为特征编码器提取特征,在编码器与解码器中引入尺度感知金字塔融合模块,加强网络对上下文信息的提取能力,然后在跳跃连接处加入反向注意力模块,用以提取边缘结构信息,最后使用特征拼接融合特征信息,提升网络模型分割性能。实验结果证明,改进的网络在Liver CT、Finding lungs in CT以及CHAOS数据集上的分割精度均有一定的提升,可以有效改善分割图像边缘模糊等问题。     

跨层细节感知和分组注意力引导的遥感图像语义分割

目的 语义分割是遥感图像智能解译的关键任务之一,遥感图像覆盖面广,背景交叉复杂,且地物尺寸差异性大。现有方法在复杂背景下的多尺度地物上分割效果较差,且分割区域破碎边界不连续。针对上述问题,提出了一种跨层细节感知和分组注意力引导的语义分割模型用于高分辨率遥感图像解析。方法 首先采用结构新颖的ConvNeXt骨干网络,编码输入图像的各层次特征。其次,设计了分组协同注意力模块,分组并行建模通道和空间维度的特征依赖性,通道注意力和空间注意力协同强化重要通道和区域的特征信息。接着,引入了自注意力机制,构建了跨层细节感知模块,利用低层特征中丰富的细节信息,指导高层特征层学习空间细节,保证分割结果的区域完整性和边界连续性。最后,以山西省太原市为研究区域,自制高分辨率遥感太原市城区土地覆盖数据集（Taiyuan urban land cover dataset,TULCD）,所提方法实现了太原市城区土地覆盖精细分类任务。结果 实验在自制数据集TULCD和公开数据集Vaihingen上与最新的5种算法进行了比较,所提方法在两个数据集上平均像素准确率（mean pixel accuracy,mPA）为74.23%、87.26%,平均交并比（mean intersection over union,mIoU）为58.91%、77.02%,平均得分mF1为72.24%、86.35%,均优于对比算法。结论 本文提出的高分辨率遥感图像语义分割模型具有较强的空间和细节感知能力,对类间差异小的相邻地物也有较强的鉴别能力,模型的整体分割精度较高。     

基于改进U-Net的多流视网膜血管分割算法

针对传统U型网络特征冗余以及视网膜血管形态复杂、细血管分割困难等问题, 提出一种基于改进U-Net的多流视网膜血管分割算法. 算法包含两种特征流向, 分别是全局分割流与边缘特化流. 为了减少特征冗余, 全局分割流在部分卷积的基础上采用快速提取模块替代传统的U-Net卷积块, 构建了能够高效提取血管特征、加快算法推理速度的改进U-Net模型; 为了减少噪声干扰、提升细血管的分割精度, 边缘特化流利用形态学生成的边缘标注信息为指导, 采用多个边缘提取模块, 结合全局分割流的高级语义特征以及边缘注意力, 更具针对性的提取血管细节信息, 增强细血管的特征表达. 在DRIVE与STARE数据集上进行了算法的有效性测试, 敏感度分别为0.8415和0.8369, 准确率分别为0.9701和0.9718, AUC值分别为0.9877和0.9909, 整体性能优于现有算法.     

边缘增强的EDU-Net遥感影像建筑物提取

针对高空间分辨率遥感影像背景信息复杂，现有语义分割模型提取建筑物轮廓易出现边缘缺失、边界划分不清晰等问题，提出一种边缘增强型EDU-Net深度学习网络。在EDU-Net结构设计中，通过构建边缘特征约束模块，结合Sobel边缘检测图细化建筑物边缘特征；同时，基于二次强化策略提升模型对建筑物边缘信息的表征学习能力。在WHU数据集上，EDU-Net语义分割指标MIoU和F1分别为91.99%和92.37%,相较DoubleU-Net提升0.99%和1.05%;在中国典型城市建筑物数据集上，MIoU达83.12%,同时边缘与边界分割效果更佳，证明了所提出模型具有较好的分割性能和普适性。     

基于深度学习的人物肖像全自动抠图算法

针对抠图任务中人物抠图完整度低、边缘不够精细化等繁琐问题,提出了一种基于深度学习 的人物肖像全自动抠图算法。算法采用三分支网络进行学习,语义分割分支(SSB)学习  图的语义信息,细节 分支(DB)学习  图的细节信息,混合分支(COM)将 2 个分支的学习结果汇总。首先算法的编码网络采用轻量 级卷积神经网络(CNN) MobileNetV2,以加速算法的特征提取过程;其次在 SSB 中加入注意力机制对图像特 征通道重要性进行加权,在 DB 加入空洞空间金字塔池化(ASPP)模块,对图像的不同感受野所提取的特征进 行多尺度融合;然后解码网络的 2 个分支通过跳级连接融合不同阶段编码网络提取到的特征进行解码;最后 将 2 个分支学习的特征融合在一起得到图像的  图。实验结果表明,该算法在公开的数据集上抠图效果优于 所对比的基于深度学习的半自动和全自动抠图算法,在实时流视频抠图的效果优于 Modnet。     

基于U-Net特征融合优化策略的遥感影像语义分割方法

高分辨率遥感影像的空间分辨率高、地物信息丰富、复杂程度高、各类地物的大小尺寸不一,这为分割精度的提高带来了一定的难度。为提高遥感影像语义分割精度,解决U-Net模型在结合深层语义信息与浅层位置信息时受限的问题,文中提出了一种基于U-Net特征融合优化策略的遥感影像语义分割方法。该方法采用基于U-Net模型的编码器-译码器结构,在特征提取部分沿用U-Net模型的编码器结构,提取多个层级的特征信息;在特征融合部分保留U-Net的跳跃连接结构,同时使用提出的特征融合优化策略,实现了高层语义特征与底层位置特征的融合-优化-再融合。此外特征融合优化策略还使用空洞卷积获取了更多的全局特征,并采用Sub-Pixel卷积层代替传统转置卷积,实现了自适应上采样。所提方法在ISPRS的Potsdam数据集和Vaihingen数据集上得到了验证,其总体分割精度、Kappa系数和平均交并比mIoU 3个评价指标在Potsdam数据集上分别为86.2%,0.82,0.77,在Vaihingen数据集上分别为84.5%,0.79,0.69;相比传统的U-Net模型,所提方法的3个评价指标在Potsdam数据集上分...     

增强细节的RGB‐IR多通道特征融合语义分割网络

现有基于深度学习的语义分割方法对于遥感图像的地物边缘分割不准确,小地物分割效果较差,并且RGB图像质量也会严重影响分割效果。提出一种增强细节的RGB-IR多通道特征融合语义分割网络MFFNet。利用细节特征抽取模块获取RGB和红外图像的细节特征并进行融合,生成更具区分性的特征表示并弥补RGB图像相对于红外图像所缺失的信息。在融合细节特征和高层语义特征的同时,利用特征融合注意力模块自适应地为每个特征图生成不同的注意力权重,得到具有准确语义信息和突出细节信息的优化特征图。将细节特征抽取模块和特征融合注意力模块结构在同一层级上设计为相互对应,从而与高层语义特征进行融合时抑制干扰或者无关细节信息的影响,突出重要关键细节特征,并在特征融合注意力模块中嵌入通道注意力模块,进一步加强高低层特征有效融合,产生更具分辨性的特征表示,提升网络的特征表达能力。在公开的Postdam数据集上的实验结果表明,MFFNet的平均交并比为70.54%,较MFNet和RTFNet分别提升3.95和4.85个百分点,并且对于边缘和小地物的分割效果提升显著。     

面向小目标提取的改进DeepLabV3+模型遥感图像分割北大核心CSCD

针对DeepLabV3+模型在遥感影像语义分割中呈现出小尺度地物语义信息丢失、数据类别不均衡引起误差等缺陷，提出了一种面向小目标提取的改进DeepLabV3+语义分割模型。首先，在模型编码器空间空洞金字塔池化(atrous spatial pyramid pooling, ASPP)中引入多组并行空洞卷积(multiple parallel dilated convolution, MPDC)和感受野融合策略；其次，在模型解码器部分加入特征注意力融合模块(feature attention fusion, FAF);最后，使用加权的Lovasz-softmax loss优化损失函数。将改进后的模型通过Landcover和CCF2017高分辨率遥感影像数据集进行验证，结果表明，在两个测试数据集上的平均交并比比原始的DeepLabV3+模型分别提高了1.17%～1.24%和0.85%～0.95%,特别地，小目标如建筑物的交并比相比原始模型分别提升了3.51%～3.86%和2.11%～2.38%,改进后的DeepLabV3+模型能更充分表达高分辨率遥感图像细节信息。     

基于改进SSD算法的遥感图像目标检测

在遥感图像目标检测领域,多数目标检测算法针对小目标检测时效果不佳,为此,提出一种多尺度特征融合的遥感图像目标检测算法。利用SSD算法的基础网络进行特征提取,形成特征图金字塔。设计特征图融合模块,融合浅层特征图的位置信息和深层特征图的语义信息,从而保留丰富的上下文信息。设计冗余信息去除模块,通过卷积操作进一步提取特征图中的特征,并对特征信息进行筛选,以减少特征图融合时带来的混叠效应。在遥感图像数据集NWPU VHR-10上的实验结果表明,该算法的平均检测精度高达93.9%,其针对遥感图像小目标的检测性能优于Faster R-CNN和SSD等算法。     

基于稠密扩张卷积的图像语义分割模型

为解决图像语义分割任务中面对的分割场景的复杂性、分割对象的多样性及分割对象空间位置的差异性问题, 提高语义分割模型的精度, 提出基于稠密扩张卷积的双分支多层级语义分割网络(double branch and multi-stages network, DBMSNet). 首先采用主干网络提取输入图像的4个不同分辨率的特征图(De1、De2、De3、De4), 其次采用特征精炼(feature refine, FR)模块对De1和De3这两个特征图进行特征精炼处理, 特征精炼处理之后的输出分支经过混合扩张卷积模块(mixed dilation module, MDM)编码空间位置特征, De4分支采用金字塔池化模块(pyramid pooling module, PPM)编码高级语义特征, 最后将两个分支进行融合, 输出分割结果. 在数据集CelebAMask-HQ和Cityscapes中进行实验, 分别得到mIoU精度为74.64%、78.29%. 结果表明, 本文方法的分割精度高于对比方法, 且具有更少的参数量.     

空洞可分离卷积和注意力机制的实时语义分割

目的 为满足语义分割算法准确度和实时性的要求,提出了一种基于空洞可分离卷积模块和注意力机制的实时语义分割方法。方法 将深度可分离卷积与不同空洞率的空洞卷积相结合,设计了一个空洞可分离卷积模块,在减少模型计算量的同时,能够更高效地提取特征;在网络输出端加入了通道注意力模块和空间注意力模块,增强对特征的通道信息和空间信息的表达并与原始特征融合,以进一步提高特征的表达能力;将融合的特征上采样到原图大小,预测像素类别,实现语义分割。结果 在Cityscapes数据集和CamVid数据集上进行了实验验证,分别取得70.4%和67.8%的分割精度,速度达到71帧/s,而模型参数量仅为0.66 M。在不影响速度的情况下,分割精度比原始方法分别提高了1.2%和1.2%,验证了该方法的有效性。同时,与近年来的实时语义分割方法相比也表现出一定优势。结论 本文方法采用空洞可分离卷积模块和注意力模块,在减少模型计算量的同时,能够更高效地提取特征,且在保证实时分割的情况下提升分割精度,在准确度和实时性之间达到了有效的平衡。     

编码—解码结构的语义分割

目的 语义分割是计算机视觉中一项具有挑战性的任务,其核心是为图像中的每个像素分配相应的语义类别标签。然而,在语义分割任务中,缺乏丰富的多尺度信息和足够的空间信息会严重影响图像分割结果。为进一步提升图像分割效果,从提取丰富的多尺度信息和充分的空间信息出发,本文提出了一种基于编码-解码结构的语义分割模型。方法 运用ResNet-101网络作为模型的骨架提取特征图,在骨架末端附加一个多尺度信息融合模块,用于在网络深层提取区分力强且多尺度信息丰富的特征图。并且,在网络浅层引入空间信息捕获模块来提取丰富的空间信息。由空间信息捕获模块捕获的带有丰富空间信息的特征图和由多尺度信息融合模块提取的区分力强且多尺度信息丰富的特征图将融合为一个新的信息丰富的特征图集合,经过多核卷积块细化之后,最终运用数据依赖的上采样（DUpsampling）操作得到图像分割结果。结果 此模型在2个公开数据集（Cityscapes数据集和PASCAL VOC 2012数据集）上进行了大量实验,验证了所设计的每个模块及整个模型的有效性。新模型与最新的10种方法进行了比较,在Cityscapes数据集中,相比于RefineNet模型、DeepLabv2-CRF模型和LRR（Laplacian reconstruction and refinement）模型,平均交并比（mIoU）值分别提高了0.52%、3.72%和4.42%;在PASCAL VOC 2012数据集中,相比于Piecewise模型、DPN（deep parsing network）模型和GCRF（Gaussion conditional random field network）模型,mIoU值分别提高了6.23%、7.43%和8.33%。结论 本文语义分割模型,提取了更加丰富的多尺度信息和空间信息,使得分割结果更加准确。此模型可应用于医学图像分析、自动驾驶、无人机等领域。     

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。