基于深度学习的息肉分割网络GLIA-Net

随着卷积神经网络的发展,现有改进的息肉分割U-Net网络能有效提高息肉分割准确率,但引入了大量参数,导致模型复杂度增大且计算效率降低。提出具有低复杂度、高性能的网络GLIA-Net,用于分割内窥镜图像中的息肉区域。以U-Net为基础架构,在双层卷积后加入全局与局部交互式注意力融合模块。全局注意力基于2个可学习的外部储存器,通过2个级联的线性层和归一化层来实现。局部注意力基于局部跨通道交互策略,将一维卷积代替全连接层,在保证网络性能的同时降低计算复杂度,加快网络的计算速度。结合高效通道注意力和外部注意力的优点,在不引入过多参数量和计算量的前提下融合局部注意力和全局注意力,同时在通道与空间2个维度上引入注意力机制,提取丰富的多尺度语义信息。在Kvasir数据集上的实验结果表明,GLIA-Net的平均交并比、Dice、体积重叠误差分别为69.4%、80.7%和5.0%,与ExfuseNet、SegNet、ResUNet等网络相比,在保证网络计算效率的同时具有较优的分割精度。     

基于多维注意力融合的驾驶场景分割增强算法

针对使用注意力机制的语义分割模型计算资源消耗与精度不平衡的问题,提出一种轻量化的语义分割注意力增强算法。首先,基于驾驶场景中物体的形状特点设计了条状分维注意力机制,使用条形池化代替传统方形卷积,并结合降维操作分维度提取长程语义关联,削减模型计算量。接着融合通道域与空间域上的注意力,形成可叠加与拆解的轻量化多维注意力融合模块,全方位提取特征信息,进一步提升模型精度。最后,将模块插入基于ResNet-101骨干网的编码—解码网络中,指导高低层语义融合,矫正特征图边缘信息,补充预测细节。实验表明,该模块有较强的鲁棒性和泛化能力,与同类型注意力机制相比,削减了约90%的参数量以及80%的计算量,且分割精度依旧取得了稳定的提升。     

面向刻蚀图像分割的轻量可变形编解码网络

通过分割刻蚀图像计算驱油率是目前衡量油藏驱替技术的重要手段。由于刻蚀图像边缘模糊、噪声大且水油像素分散,目前主流的图像分割网络分割精度低、分割速度慢,难以获得较好的分割结果。提出一种用于刻蚀图像分割的轻量可变形编解码网络（LDNet）。在特征编码阶段利用偏移量学习水油目标形状和边缘特征,改善网络的特征表达能力,并通过深度卷积和逐点卷积有效降低网络参数量。在特征融合阶段设计协同耦合注意力模块,将通道注意力进行分解,并分别沿2个空间方向聚合特征,将特征图编码为方向和位置感知的特征图,从而将位置信息嵌入到通道注意力中,提升模型的鲁棒性。实验结果表明,LDNet网络的分割精度为89.94%,模型大小仅为16.63×10⁶,在资源受限的设备中有效提高刻蚀图像的分割精度,降低驱油率误差,加快模型的推理速度。     

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。     

改进BiSeNetV1实时模型的岩屑图像识别

在图像分割识别领域,现有的深度学习方法大多使用高精度语义分割方法来实现,存在着网络推理速度慢、计算量大、难以实际应用等问题.借助于表现较好的BiSeNetV1实时网络模型,通过扩展的空间路径卷积结构、空间金字塔注意力机制(SPARM)和简化的注意力特征融合模块(S-iAFF)等改进策略,设计一种用于岩屑图像分割领域的BiSeNet＿SPARM＿S-iAFF实时网络.扩展的空间路径卷积结构可以获取更丰富的岩屑图像空间特征,上下文路径使用优化的空间金字塔注意力机制(SPARM)进一步细化高层语义特征提取,在特征融合阶段使用简化注意力特征融合(S-iAFF)加强低层空间与高层语义特征的融合程度.实验结果表明, BiSeNet＿SPARM＿S-iAFF网络在RockCuttings＿Oil岩屑数据集上的平均交并比(mIoU)为64.91%,相较于BiSeNetV1网络提高了2.68%;另外改进后的网络在精度上接近大部分高精度语义分割方法,同时参数量大幅度减少、推理速度有着明显的提升.     

可学习动态分组卷积神经网络的大规模点云分割

针对现有大规模点云语义分割算法提取特征时冗余干扰信息过多,导致神经网络分割性能较差的问题,提出可学习动态分组卷积神经网络架构,高效准确地实现大规模点云分割。对输入点云以分组的方式进行局部几何特征提取,并通过动态筛选和修剪冗余特征通道来减少无用特征信息对神经网络特征识别的干扰,进一步提高网络模型语义分割精度。构建位置编码模块,将点云位置特征映射到高维频域空间,使神经网络充分挖掘点云频域特征信息,增强特征的丰富性。对提取到的局部几何特征和全局单点位置特征进行融合,并构建可学习动态分组卷积神经网络,完成解码得到最终分割结果。实验结果表明,该算法在大规模点云分割数据集S3DIS和SemanticKITTI上的mIoU分别为69.6%和58.3%。与现有点云语义分割方法相比,所提出的网络模型具有更高的分割准确率和较低的参数量。     

基于注意力机制和多空间金字塔池化的实时目标检测算法

YOLOv4计算复杂度高、空间金字塔池化模块仅一次增强特征融合网络的深层区域特征图的表征能力、检测头网络的特征图难以突出重要通道特征;针对以上问题,提出一种基于注意力机制和多空间金字塔池化的实时目标检测算法;该算法采用多空间金字塔池化,提取局部特征和全局特征,融合多重感受野,加强特征融合网络的浅、中、深层特征图的表征能力;引入压缩激励通道注意力机制,建模通道间的相关性,自适应调整特征图各个通道的权重,从而使网络更加关注重要特征;特征融合和检测头网络中使用深度可分离卷积,减少了网络参数量;实验结果表明,所提算法的均值平均精度均高于其他七种主流对比算法;与YOLOv4相比,参数量、模型大小分别减少了27.85 M和106.25 MB,所提算法在降低复杂度的同时,提高了检测准确度;且该算法的检测速率达到33.70 帧/秒,满足实时性要求。     

室内服务机器人的实时场景分割算法

室内场景下的实时场景分割是开发室内服务机器人的一项关键技术,目前关于语义分割的研究已经取得了重大进展,但是多数方法都倾向于设计复杂的网络结构或者高计算成本的模型来提高精度指标,而忽略了实际的部署成本。针对移动机器人算力成本有限的问题,设计一种轻量化的瓶颈结构,并以此为基本元素构建轻量化场景分割网络。该网络通过与特征提取网络级联获得更深层次的语义特征,并且融合浅层特征与深层语义特征获得更丰富的图像特征,其结合深度可分离卷积与多尺度膨胀卷积提取多尺度图像特征,减少了模型的参数量与计算量,同时利用通道注意力机制提升特征加权时的网络分割精度。以512像素×512像素的图像作为输入进行实验,结果表明,该算法在NYUDv2室内场景分割数据集和CamVid数据集上的MIoU分别达到72.7%和59.9%,模型计算力为4.2 GFLOPs,但参数量仅为8.3 Mb,在移动机器人NVIDIA Jetson XavierNX嵌入式平台帧率可达到42 frame/s,其实时性优于DeepLabV3+、PSPNet、SegNet和UNet算法。     

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.     

融合注意力机制的对抗式半监督语义分割

图像语义分割任务是计算机视觉领域重要研究课题之一。当前基于全卷积神经网络的语义分割算法存在像素之间缺乏关联性、卷积核感受野小于理论值、人工标记数据集标签成本大等问题。为了解决上述问题,提出了一种融合注意力机制的对抗式半监督语义分割模型。将生成对抗网络应用到图像语义分割中,增强像素点之间的关联性;提出模型在生成网络中加入自注意力模块和多核池化模块以对长距离语义信息进行融合,扩大了卷积核感受野;在PASCAL VOC2012增强数据集和Cityscapes数据集上进行了大量实验,实验结果证明了该方法在图像语义分割任务中的有效性和可靠性。     

基于空间特征提取和注意力机制的双路径语义分割

针对现阶段语义分割网络存在的空间和通道特征不匹配、小目标物体像素丢失等问题,设计了一种基于空间特征提取和注意力机制的双路径语义分割算法。空间信息路径利用四倍下采样来保留高分辨率特征,并引入空间特征提取模块融合多尺度空间信息,加强网络对小目标物体的识别能力;采用一条结合双阶通道注意力的语义上下文路径提取判别特征,使深层特征能够指导浅层特征捕捉更精确的语义信息,从而降低精度损失。在CamVid和Aeroscapes数据集上验证该算法,平均交并比分别可达70.5%和51.8%,相比于当前主流的双路径语义分割模型有所提升,结果验证了所提算法的有效性。     

基于卷积神经网络的高效精准立体匹配算法

针对基于卷积神经网络的立体匹配算法普遍存在参数量巨大、精度不足等问题,提出一种基于卷积神经网络的高效精准立体匹配算法.首先设计了一个融合多尺寸上下文信息的特征提取网络,提高不适定区域(Ill-posed regions)的匹配精度;其次,改进现有的相似度计算步骤,在保证匹配精度的同时,大量减少了网络的参数量;最后,提出一种轻量级的基于注意力机制的视差精修算法,从通道与空间维度上关注并修改初始视差图错误的像素点.与GC-Net在标准数据集Sceneflow上的对比实验表明,该算法在参数量减少14%的同时,匹配精度提高超过了50%.     

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。     

基于改进YOLOv5的目标检测算法研究

YOLOv5是目前单阶段目标检测性能较好的算法,但对目标边界回归的精确度不高,难以适用对预测框交并比要求较高的场景。基于YOLOv5算法,提出一种对硬件要求低、模型收敛速度快、目标框准确率高的新模型YOLO-G。改进特征金字塔结构（FPN）,采用跨层级联的方式融合更多的特征,一定程度上防止了浅层语义信息的丢失,同时加深金字塔深度,对应增加检测层,使各种锚框的铺设间隔更加合理;其次把并行模式的注意力机制融入到网络结构中,赋予空间注意力模块和通道注意力模块相同的优先级,以加权融合的方式提取注意力信息,使网络可根据对空间和通道注意力的关注程度得到混合域注意力;通过降低网络的参数量和计算量对网络进行轻量化处理,防止因模型复杂度提升造成实时性能的损失。使用PASCAL VOC的2007、2012两个数据集来验证算法的有效性,YOLO-G比YOLOv5s的参数量减少了4.7%,计算量减少了47.9%,而mAP@0.5提高了3.1个百分点,mAP@0.5：0.95提高了5.6个百分点。     

基于DeepLab V3模型的图像语义分割速度优化研究

为了解决移动端视觉感知模块的内存资源和硬件条件不适应卷积神经网络的快速应用等问题。以经典的DeepLab V3模型为基础,在保证分割精度的前提下,以优化卷积神经网络模型的运行速度为目标,提出一种新的轻量化网络结构。所设计的网络结构将原有非线性激活函数替换成新的Swish激活函数进行精度补偿,采用改进后的轻量化MobileNet V2结构替代DeepLab V3原有的特征提取器。实验结果表明,改进的DeepLab V3网络模型和目前精度最高的DeepLab V3+算法相比,其在维持一定精度的前提下,参数量和计算复杂度大大减小,运行速度明显提升,模型内存占用率下降了近96%,综合性能更强,更适合对分割性能要求较高的快速分割网络。     

融合多注意力机制的脊椎图像分割方法

针对脊椎CT、MR图像分割模型分割性能不高的问题,基于U型网络提出了脊椎分割网络MAU-Net。首先引入坐标注意力模块,使网络准确捕获到空间位置信息,并嵌入到通道注意力中;然后提出基于Transformer的双支路通道交叉融合模块代替跳跃连接,进行多尺度特征融合;最后提出特征融合注意力模块,更好地融合Transformer与卷积解码器的语义差异。在脊柱侧凸CT数据集上,Dice达到0.929 6,IoU达到0.859 7。在公开MR数据集SpineSagT2Wdataset3上,与FCN相比,Dice提高14.46%。实验结果表明,MAU-Net能够有效减少椎骨误分割区域。     

自适应调控卷积与双路信息嵌入的城市街景实例分割

城市街道场景实例分割是无人驾驶不可忽略的关键技术之一,针对城市街景实例密集、边缘模糊以及背景干扰严重等问题,提出一种自适应调控卷积与双路信息嵌入的城市街景实例分割模型RENet.首先使用自适应调控卷积替代原有的残差结构,利用可变形卷积学习空间采样位置偏移量,提高模型对图像复杂形变的建模能力,同时对多分支结构进行通道混洗以加强不同通道间的信息流动,并应用注意力机制实现通道权重的自适应校准,提高模型对复杂场景下模糊、密集目标的分割精度;然后设计低维空间信息嵌入分支,对不同尺度特征图进行空间信息激励与重编码,在抽象语义特征中嵌入低维空间信息,提高模型轮廓分割准确性;最后引入高级语义信息嵌入模块,实现特征图与语义框的对齐,弥补特征图间语义与分辨率的差距,提高不同尺度下特征信息融合的有效性.在自建数据集上的实验结果表明,与原始YOLACT网络模型相比,RENet模型在复杂街道背景下的平均分割精度最高达到51.6%,提高了10.4个百分点;网络推理速度达到17.5帧/s,验证了该模型的有效性和在工程中的实用性.     

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.     

过参数卷积与CBAM融合的胸腔积液肿瘤细胞团块分割网络

目的 胸腔积液肿瘤细胞团块的分割对肺癌的筛查有着积极作用。胸腔积液肿瘤细胞团块显微图像存在细胞聚集、对比度低和边界模糊等问题，现有网络模型进行细胞分割时无法达到较高精度。提出一种基于UNet网络框架，融合过参数卷积与注意力机制的端到端语义分割模型DOCUNet （depthwise over-parameterized CBAM UNet）。方法 将UNet网络中的卷积层替换为过参数卷积层。过参数卷积层结合了深度卷积和传统卷积两种卷积，保证网络深度不变的同时，提高模型对图像特征的提取能力。在网络底端的过渡区域，引入结合了通道注意力与空间注意力机制的注意力模块CBAM （convolutional block attention module），对编码器提取的特征权重进行再分配，增强模型的分割能力。结果 在包含117幅显微图像的胸腔积液肿瘤细胞团块数据集上进行5折交叉实验。平均IoU （intersection over union）、Dice系数、精确率、召回率和豪斯多夫距离分别为0.858 0、0.920 4、0.928 2、0.920 3和18.17。并且与UNet等多种已存在的分割网络模型进行对比，IoU、Dice系数和精确率、召回率相较于UNet提高了2.80%、1.65%、1.47%和1.36%，豪斯多夫距离下降了41.16%。通过消融实验与类激活热力图，证明加入CBAM注意力机制与过参数卷积后能够提高网络分割精度，并能使网络更加专注于细胞的内部特征。结论 本文提出的DOCUNet将过参数卷积和注意力机制与UNet相融合，实现了胸水肿瘤细胞团块的有效分割。经过对比实验证明所提方法提高了细胞分割的精度。