轻量化卷积神经网络在SAR图像语义分割中的应用

针对合成孔径雷达图像的语义分割问题,构建了一个全新的TerraSAR-X语义分割数据集GDUT-Nansha。然后,为解决传统深度学习方法模型体积大,难以在样本数量偏少的合成孔径雷达图像数据集上应用的问题,对轻量化卷积神经网络ENet模型进行了分析和改造。提出了一种改进的轻量化卷积神经网络模型(revised weighted loss eNet,RWL-ENet);针对合成孔径雷达图像数据集样本不平衡问题,使用了带有权重的损失函数。通过和其他经典卷积神经网络语义分割模型的对比实验,验证了新数据集的可靠性;同时,在参数量和模型体积远远小于其他网络模型的前提下,RWL-ENet模型在像素精度、平均像素精度、平均交并比三个定量指标上分别达到了0.884、0.804和0.645。     

基于可变形卷积技术的街景图像语义分割算法

目前图像语义分割算法中可能会出现分割图像的不连续与细尺度目标丢失的缺陷,故提出可变形卷积融合增强图像的语义分割算法。算法集HRNet网络框架、Xception Module以及可变形的卷积于一体,用轻量级Xception Module优化HRNet原先存在的Bottleneck模块,同时在网络的第一阶段串联融合可变形卷积,通过建立轻量级融合加强网络从而增强针对细尺度目标特征物的辨识精度,从而使得该轻量级融合增强网络在粗尺度目标物被分割时取得相对多的细尺度目标的语义特征信息,进一步缓解语义分割图像的不连续与细尺度的目标丢失。使用Cityscapes数据集,实验结果可以说明,优化后的算法对于细尺度目标分割精度得到了显著的增强,同时解决了图像语义分割导致的分割不连续的问题。然后进行实验使用的是公开数据集PASCAL VOC 2012,实验进一步的验证了优化算法的鲁棒性以及泛化能力。     

基于深度学习的轻量级道路图像语义分割算法

针对深度学习中道路图像语义分割模型参数量巨大以及计算复杂,不适合于部署在移动端进行实时分割的问题,提出了一种使用深度可分离卷积构建的轻量级对称U型编码器-解码器式的图像语义分割网络MUNet。首先设计出U型编码器-解码器式网络;其次,在卷积块之间设计稀疏短连接;最后,引入了注意力机制与组归一化（GN）方法,从而在减少模型参数量以及计算量的同时提升分割精度。针对道路图像CamVid数据集,在1 000轮训练后,MUNet模型分割结果在测试图像裁剪为720×720大小时的平均交并比（MIoU）为61.92%。实验结果表明,和常见的图像语义分割网络如金字塔场景分析网络（PSPNet）、RefineNet、全局卷积网络（GCN）和DeepLabv3+相比较,MUNet的参数量以及计算量更少,同时网络分割性能更好。     

基于空洞卷积与多尺度特征融合的室内场景单图像分段平面三维重建

受光照变化和纹理缺乏等因素的影响,基于单幅室内场景图像的像素级和区域级三维重建算法很难恢复场景结构细节.本文提出了一种基于空洞卷积残差连接和多尺度特征融合网络的分段平面三维重建算法.该算法通过融合利用加入空洞卷积的ResNet-101网络产生的浅层高分辨率细节特征,从而减小随着网络结构的层次加深导致空间信息的丢失对三维重建细节的影响,使模型能够学习单幅图像中室内复杂场景的细节特征,并通过将全连接条件随机场优化的定位精度与深度卷积神经网络的识别能力相耦合,更好地处理了边界定位问题.实验结果表明,本文算法对复杂背景的室内场景的平面预测鲁棒性强,平面分割结果准确,且深度预测精度平均可达到92.27％.     

基于超像素分割的多尺度特征融合图像语义分割算法

针对当前图像语义分割Deeplab v3+模型浅层特征分辨率低、遗漏分割等问题,引入全卷积神经网络(FCNN),并在此基础上联合超像素分割实现对物体边缘特殊优势、粗糙分割结果的优化,采用空洞卷积设计多尺度特征融合模块,以提升图像空间信息利用率。为提高网络学习能力与网络性能,引入跳跃连接结构和两个损失函数,经过训练测试,证实该算法具有良好的像素精度,可提升分割准确率提高,鲁棒性强,可改善遗漏分割与错误分割。     

用于自动驾驶的轻量级语义分割神经网络

图像语义分割在自动驾驶领域有十分重要的应用，可以让机器人在环境中分割出语义信息，从而对下游的控制动作做出决策。但大部分的深度学习模型都比较大，需庞大的计算资源，很难在移动设备中使用。为了解决这个问题，提出了一种用于语义分割的轻量级神经网络模型，采用编码-解码型与二分支型相结合的网络架构，利用分组卷积、深度可分离卷积、多尺度特征融合模块与通道混洗技术减少网络参数量，提升模型预测精度。该模型训练结合Adam训练法与随机梯度下降法，使用Cityscapes数据集，设置1 000个训练周期。经测试，该模型参数量为3.5×10⁶，在单张显卡Nvidia GTX 1070Ti上的运算速度为每秒103帧图片，达到实时计算标准。在模型评估指标中，平均交并比为61.3%，像素准确率为93.4%，性能均优于Seg Net和ENet两种模型。     

基于DenseNet的复杂交通场景语义分割方法

针对交通场景语义分割方法存在参数量较大、计算效率较低、精度不足等问题,文中提出基于全卷积化DenseNet的多尺度端到端语义分割模型.首先,构建一种含混合空洞卷积的密集连接模块,同时沿通道维度级联各模块,用于提取图像特征.然后,采集多尺度视觉信息并以此作为监督信号回传至原通道中.最后,通过双线性插值法获得预测输出.在CityScapes数据集上的测试实验表明,文中方法对复杂交通场景的解析能力较强,预测精度和分割效率较高.     

基于空洞空间金字塔池化的雾天图像语义分割

针对雾天图像语义分割中分割精度不高的问题,基于空洞空间金字塔池化、Xception模块和残差网络,提出一种雾天图像语义分割算法.该算法一方面使用空洞空间金字塔池化和残差网络,以多个采样率的并行卷积以及卷积核大小为1×1的卷积对输入图像进行多尺度的上下文特征提取;另一方面,采用解码器结构使用预训练后的Xception模块对提取的特征进行分类,得到每一个像素的预测结果,用于增强分割边界的细化得到边界精细的分割结果.实验表明,所提算法在foggy cityscapes数据集上的平均交并比为73.03％、73.81％与74.50％,分割性能良好.     

结合全卷积神经网络的室内场景分割

目的 视觉假体通过向盲人体内植入电极刺激视神经产生光幻视,盲人所能感受到的物体只是大体轮廓,对物体识别率低,针对视觉假体中室内应用场景的特点,提出一种快速卷积神经网络图像分割方法对室内场景图像进行分割,通过图像分割技术把物品大致的位置和轮廓显示出来,辅助盲人识别。方法 构建了用于室内场景图像分割的FFCN（fast fully convolutional networks）网络,通过层间融合的方法,避免连续卷积对图像特征信息的损失。为了验证网络的有效性,创建了室内环境中的基本生活物品数据集（以下简称XAUT数据集）,在原图上通过灰度标记每个物品的类别,然后附加一张颜色表把灰度图映射成伪彩色图作为语义标签。采用XAUT数据集在Caffe（convolutional architecture for fast feature embedding）框架下对FFCN网络进行训练,得到适应于盲人视觉假体的室内场景分割模型。同时,为了对比模型的有效性,对传统的多尺度融合方法FCN-8s、FCN-16s、FCN-32s等进行结构微调,并采用该数据集进行训练得到适用于室内场景分割的相应算法模型。结果 各类网络的像素识别精度都达到了85%以上,均交并比（MIU）均达到60%以上,其中FCN-8s at-once网络的均交并比最高,达到70.4%,但其分割速度仅为FFCN的1/5。在其他各类指标相差不大的前提下,FFCN快速分割卷积神经网络上平均分割速度达到40帧/s。结论 本文提出的FFCN卷积神经网络可以有效利用多层卷积提取图像信息,避免亮度、颜色、纹理等底层信息的影响,通过尺度融合技术可以很好地避免图像特征信息在网络卷积和池化中的损失,相比于其他FCN网络具有更快的速度,有利于提高图像预处理的实时性。     

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。     

基于多级特征图联合上采样的实时语义分割

视觉感知是无人驾驶技术中的重要一环,而语义分割技术又是实现视觉感知的主要技术手段之一.现在的语义分割技术多采用计算量大、内存占用高的空洞卷积来提取高分辨率特征图,从而导致现在主流的语义分割网络分割速度不足,无法有效应用于无人驾驶的场景中.针对这一问题,提出了一种实时性更好的语义分割网络.首先,采用了一种轻量级的卷积神经...     

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。     

高效率图片语义分割网络的研究与设计

针对目前卷积神经网络在图像语义分割上存在运算效率的不足,考虑实际嵌入式移动设备应用中对网络模型大小、运算速度和能耗的需求,研究和讨论了语义分割网络参数的压缩方法和网络结构的优化方式,并利用深度可分离卷积、多尺寸卷积核融合和金字塔池化的方法,提出快速、准确的小尺寸语义分割网络模型。该网络模型在Cityscapes数据集上进行训练和测试,在模型尺寸、运算时间和分割精度等方面都有良好的表现,能够同时兼顾语义分割任务中对效率和精度的要求,提高了语义分割技术在嵌入式移动设备上的实用性。     

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...     

多尺度特征金字塔融合的街景图像语义分割

针对街景图像语义分割任务中的目标尺寸差异大、多尺度特征难以高效提取的问题, 本文提出了一种语义分割网络(LDPANet). 首先, 将空洞卷积与引入残差学习单元的深度可分离卷积结合, 来优化编码器结构, 在降低了计算复杂度的同时缓解梯度消失的问题. 然后利用层传递的迭代空洞空间金字塔, 将自顶向下的特征信息依次融合, 提高了上下文信息的有效交互能力; 在多尺度特征融合之后引入属性注意力模块, 使网络抑制冗余信息, 强化重要特征. 再者, 以通道扩展上采样代替双线插值上采样作为解码器, 进一步提升了特征图的分辨率. 最后, LDPANet方法在Cityscapes和CamVid数据集上的精度分别达到了91.8%和87.52%, 与近几年网络模型相比, 本文网络模型可以精确地提取像素的位置信息以及空间维度信息, 提高了语义分割的准确率.     

集成RGB-D语义分割网络的室内语义地图构建

针对传统视觉SLAM准确度低、实时性差、缺乏语义的问题,提出一种全新的RGB-D语义分割网络,利用室内场景中受光照等条件影响较小的深度信息来提高分割的准确性,并且设计了轻量级多尺度残差模块(MRAM)和空间金字塔池化模块(ASPP)来轻量化分割网络、提高分割的精度。首先输入的图像序列进入ORB-SLAM2网络进行关键帧筛选,之后关键帧送入语义分割网络得到二维语义标签,再将二维语义信息映射到三维点云空间,最后使用贝叶斯算法更新三维地图得到全局一致的三维点云语义地图。实验采用NYUv2数据集验证语义分割网络性能,采用TUM数据集构建点云语义地图,结果表明,提出的语义分割网络性能和速度优于现有的模型,且此语义分割网络与视觉SLAM相结合可以满足高精度、实时的稠密三维语义点云地图构建要求。     

结合可变形卷积与双边网格的立体匹配网络

双目立体匹配被广泛应用于无人驾驶、机器人导航、增强现实等三维重建领域。在基于深度学习的立体匹配网络中采用多尺度2D卷积进行代价聚合,存在对目标边缘处的视差预测鲁棒性较差以及特征提取性能较低的问题。提出将可变形卷积与双边网格相结合的立体匹配网络。通过改进的特征金字塔网络进行特征提取,并将注意力特征增强、注意力机制、Meta-ACON激活函数引入到改进的特征金字塔网络中,以充分提取图像特征并减少语义信息丢失,从而提升特征提取性能。利用互相关层进行匹配计算,获得多尺度3D代价卷,采用2D可变形卷积代价聚合结构对多尺度3D代价卷进行聚合,以解决边缘膨胀问题,使用双边网格对聚合后的低分辨率代价卷进行上采样,经过视差回归得到视差图。实验结果表明,该网络在Scene Flow数据集中的端点误差为0.75,相比AANet降低13.8%,在KITTI2012数据集中3px的非遮挡区域误差率为1.81%,能准确预测目标边缘及小区域处的视差。