条带池化注意力的实时语义分割算法

针对目前面向注意力机制语义分割算法不能兼顾分割精度与实时性,以及难以满足在现实场景中应用的问题,提出一种基于条带池化注意力的实时语义分割算法.首先采用轻量级骨干网络提取特征信息,结合不同网络层语义差异构建特征融合模块获得不同尺度的上下文信息以提升分割精度;然后利用基于注意力的条带注意力模块(SAM)提高远距离信息被弱化的注意力,并在SAM中加入水平方向的条带池化以降低编码全局上下文的运算量.实验结果表明,所提算法能够得到较高分割精度且满足实时性要求;在Cityscapes测试集上平均交并比为70.6%,分割速度达到了92帧/s;在CamVid测试集上平均交并比为66.4%,分割速度达到了196帧/s.     

改进ASPP及多层次特征语义融合分割方法

为解决图像语义分割中多尺度目标分割困难、类别边界预测不准确等问题,提出一种基于改进空洞空间金字塔池化的多层次特征语义融合分割方法。将深层次网络特征按通道分组,利用分组空洞空间金字塔池化模块捕获每个分组多尺度特征上下文信息;引入条状池化模块对上下文信息补充和完善,增强全局语义信息表达;根据语义引导融合模块建立不同层次特征像素间对应关系,将深层次语义信息以自底向上方式逐步融入到低层次高分辨率图像中。实验结果表明,该方法在PASCAL VOC 2012和Cityscapes公开数据集上分别获得73.1%、71.8%的平均交并比,且在相同精度下,该方法减少了39%的参数量。     

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.     

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。     

无人驾驶中的场景实时语义分割方法

无人驾驶的一个重要组成部分是汽车行驶环境感知,使人们对可在低功耗移动设备上实时运行的高精度语义分割方法产生了强烈的需求.然而,在分析影响语义分割网络精度和速度的因素时可以发现,空间信息和上下文特征很难兼顾,而使用2路网络分别获取空间信息和上下文信息的方法,又会增加计算量及存储量.因此,提出从残差结构网络中划分出空间信息路径和上下文信息路径的想法,并基于此设计一个双路语义分割网络.该网络还含有用于融合2路多尺度特征的特征融合模块,以及用于优化上下文语义路径输出结果的注意力精炼模块.该网络基于PyTorch框架实现,使用NVIDIA 1080Ti显卡进行实验,在道路场景数据集Cityscapes上,mIoU达到78.8％,运行速度达到27.5帧/s.     

基于多尺度特征融合的遥感影像语义分割

针对传统的遥感影像语义分割方法存在分类能力差和分割效果不精细的问题,设计并实现一种基于U-Net的多尺度特征融合网络。网络通过多尺度跳跃连接组合不同层级的语义特征;结合通道注意力机制增强跳跃连接中关键特征的表达能力;利用空洞空间金字塔池化结构融合深层特征,进一步加强网络在复杂背景中的分类性能。在公开数据集Vaihingen上进行的实验表明,多尺度特征融合网络相比通用分割网络具有更高的表现性能和更好的实用价值。     

基于多尺度注意力机制的道路场景语义分割模型

通过对道路场景进行语义分割可以辅助车辆感知周边环境,达到避让行人、车辆以及各类小目标物体障碍的目的,提高行驶的安全性。针对道路场景语义分割中小目标物体识别精度不高、网络参数量过大等问题,提出一种基于多尺度注意力机制的语义分割模型。利用小波变换的多尺度多频率信息分析特性,设计一种多尺度小波注意力模块,并将其嵌入到编码器结构中,通过融合不同尺度及频率的特征信息,保留更多的边缘轮廓细节。使用编码器与解码器之间的层级连接,以及改进的金字塔池化模块进行多方面特征提取,在保留上下文特征信息的同时获得更多的图像细节。通过设计多级损失函数训练网络模型,从而加快网络收敛。在剑桥驾驶标注视频数据集上的实验结果表明,该模型的平均交并比为60.21%,与DeepLabV3+和DenseASPP模型相比参数量减少近30%,在不额外增加参数量的前提下提升了模型的分割精度,且在不同场景下均具有较好的鲁棒性。     

多模态特征融合的遥感图像语义分割网络

遥感图像语义分割是指通过对遥感图像上每个像素分配语义标签并标注,从而形成分割图的过程,在国土资源规划、智慧城市等领域有着广泛的应用。高分辨率遥感图像存在目标大小尺度不一与阴影遮挡等问题,单一模态下对相似地物和阴影遮挡地物分割较为困难。针对上述问题,提出了将IRRG（infrared、red、green）图像与DSM（digital surface model）图像融合的遥感图像语义分割网络MMFNet。网络采用编码器-解码器的结构,编码层采用双输入流的方式同时提取IRRG图像的光谱特征和DSM图像的高度特征。解码器使用残差解码块（residual decoding block,RDB）提取融合后的特征,并使用密集连接的方式加强特征的传播和复用。提出复合空洞空间金字塔（complex atrous spatial pyramid pooling,CASPP）模块提取跳跃连接的多尺度特征。在国际摄影测量与遥感学会（international society for photogrammetry and remote sensing,ISPRS）提供的Vaihingen和Potsdam数据集上进行了实验,MMFNet分别取得了90.44%和90.70%的全局精确度,相比较与DeepLabV3+、OCRNet等通用分割网络和CEVO、UFMG_4等同数据集专用分割网络具有更高的分割精确度。     

全卷积注意力机制神经网络的图像语义分割

全卷积神经网络是一种强大的端到端的模型,在语义分割领域应用广泛,获得了巨大的成功.研究人员提出了一系列基于完全卷积神经网络的方法,但是随着卷积和池化的持续性下采样,图像的上下文信息将会丢失,影响了像素级分类.针对完全卷积网络上下文信息丢失问题,提出基于像素的注意力方法.该方法利用计算高级特征图像素之间的联系来获取全局信...     

深度学习实时语义分割研究进展和挑战

语义分割作为计算机视觉领域的重要研究方向之一,应用十分广泛。其目的是根据预先定义好的类别对输入图像进行像素级别的分类。实时语义分割则在一般语义分割的基础上又增加了对速度的要求,广泛应用于如无人驾驶、医学图像分析、视频监控与航拍图像等领域。其要求分割方法不仅要取得较高的分割精度,且分割速度也要快。随着深度学习和神经网络的快速发展,实时语义分割也取得了一定的研究成果。本文在前人已有工作的基础上对基于深度学习的实时语义分割算法进行系统的归纳总结,包括基于Transformer和剪枝的方法等,全面介绍实时语义分割方法在各领域中的应用。首先介绍实时语义分割的概念,再根据标签的数量和质量,将现有的基于深度学习的实时语义分割方法分为强监督学习、弱监督学习和无监督学习3个类别。在分类的基础上,结合各个类别中最具有代表性的方法,对其优缺点展开分析,并从多个角度进行比较。随后介绍目前实时语义分割常用的数据集和评价指标,并对比分析各算法在各数据集上的实验效果,阐述现阶段实时语义分割的应用场景。最后,讨论了基于深度学习的实时语义分割存在的挑战,并对实时语义分割未来值得研究的方向进行展望,为研究者们解决存在的问题提供便利。     

RGB-D双模态特征融合语义分割

针对复杂室内场景中,现有RGB图像语义分割网络易受颜色、光照等因素影响以及RGB-D图像语义分割网络难以有效融合双模态特征等问题,提出一种基于注意力机制的RGB-D双模态特征融合语义分割网络AMBFNet(attention mechanism bimodal fusion network)。该网络采用编-解码器结构,首先搭建双模态特征融合结构（AMBF）来合理分配编码支路各阶段特征的位置与通道信息,然后设计双注意感知的上下文（DA-context）模块以合并上下文信息,最后通过解码器将多尺度特征图进行跨层融合,以减少预测结果中类间误识别和小尺度目标丢失问题。在SUN RGB-DNYU和NYU Depth v2(NYUDV2)两个公开数据集上的测试结果表明,相较于残差编解码（RedNet）、注意力互补网络（ACNet）、高效场景分析网络（ESANet）等目前较先进的RGB-D语义分割网络,在同等硬件条件下,该网络具有更好的分割性能,平均交并比（MIoU）分别达到了47.9%和50.0%。     

基于高效深度瓶颈结构的实时语义分割方法

针对现阶段语义分割方法参数量多、计算成本高,难以满足实际场景需求的问题,提出了一种基于高效深度瓶颈结构的轻量级实时语义分割方法(GDBNet)。首先,利用分解卷积和扩张卷积的有效结合构建出高效深度瓶颈结构,并以一种轻量并高效的方式提取局部上下文信息;然后,将该结构堆叠来获取多尺度的语义信息;最后,通过注意力融合连接模块聚合多尺度的上下文信息并指导特征选择,以此提高分割效果。在不经过任何预训练和后处理的情况下,GDBNet在Cityscapes和Camvid数据集上以140.0 FPS和143.7 FPS的推理速度分别达到了72.91%和68.84%平均交并比的准确度并且参数量仅为0.66 M。该方法在Cityscapes数据集上,相比于同类型深度非对称瓶颈网络(DABNet),准确度提高了2.81百分点,推理速度上升了35.8 FPS,并且参数量降低了0.1 M;在Camvid数据集上,与SPMNet方法相比,准确度提高了1.54百分点,同时参数量和推理速度也更优。实验结果表明：所提方法在满足实时性要求的前提下,能较为准确地识别场景信息。     

基于注意力融合的语义分割网络

为赋予语义分割网络在给定空间位置下选择性强调整体信息或细节信息的能力,提出了一种注意力融合算法,本算法在空洞空间金字塔池化(ASPP)的基础上融合胶囊网络中动态路由算法.首先,以骨干网络输出作为输入,经过多条并行空洞卷积支路得到不同尺度的特征图.然后,在每一条空洞卷积支路的后面增添一条评估支路来评测该条空洞卷积支路单独...     

高精度实时语义分割算法框架: 多通道深度加权聚合网络

近年来随着深度学习技术的不断发展,涌现出各种基于深度学习的语义分割算法,然而绝大部分分割算法都无法实现推理速度和语义分割精度的兼得.针对此问题,提出一种多通道深度加权聚合网络(MCDWA_Net)的实时语义分割框架.\:该方法首先引入多通道思想,构建一种3通道语义表征模型,3通道结构分别用于提取图像的3类互补语义信息:低级语义通道输出图像中物体的边缘、颜色、结构等局部特征;辅助语义通道提取介于低级语义和高级语义的过渡信息,并实现对高级语义通道的多层反馈;高级语义通道获取图像中上下文逻辑关系及类别语义信息.\:之后,设计一种3类语义特征加权聚合模块,用于输出更完整的全局语义描述.\:最后,引入一种增强训练机制,实现训练阶段的特征增强,进而改善训练速度.\:实验结果表明,所提出方法在复杂场景中进行语义分割不仅有较快的推理速度,且有很高的分割精度,能够实现语义分割速度与精度的均衡.     

融合高度信息的遥感图像语义分割网络

针对遥感图像分割精度低的问题,提出一种融合高度信息的遥感图像语义分割网络。将光谱信息和高度信息进行融合,从不同的数据中提取地物的特征信息。针对卷积网络受固定感受野的限制,无法有效获取特征图上下文信息的问题,将Transformer应用到网络中建模特征图的全局相关性,增强网络的特征提取能力。为有效利用融合特征图中的信息,提出基于自注意力的解码器。通过在韦兴根和波茨坦数据集上进行实验,验证了所提网络与其它先进网络相比具有竞争力。     

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.     

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。     

交叉特征融合和RASPP驱动的场景分割方法

本文针对场景中目标多样性和尺度不统一等现象造成的边缘分割错误、特征不连续问题, 提出了一种交叉特征融合和RASPP驱动的场景分割方法. 该方法以交叉特征融合的方式合并编码器输出的多尺度特征, 在融合高层语义信息时使用复合卷积注意力模块进行处理, 避免上采样操作造成的特征信息丢失以及引入噪声的影响, 细化目标边缘分割效果. 同时提出了深度可分离残差卷积, 在此基础上设计并实现了结合残差的金字塔池化模块——RASPP, 对交叉融合后的特征进行处理, 获得不同尺度的上下文信息, 增强特征语义表达. 最后, 将RASPP模块处理后的特征进行合并, 提升分割效果. 在Cityscapes和CamVid数据集上的实验结果表明, 本文提出方法相比现有方法具有更好的表现, 并且对场景中的目标边缘有更好的分割效果.     

门控多层融合的实时语义分割

针对语义分割任务中因模型下采样过程中的像素损失而导致的上采样像素难以精确还原的问题,提出一种基于门控多层融合的实时语义分割方法.考虑分割的实时性,采用轻量级模型作为基础网络进行特征信息的提取.为解决像素难以精确还原问题,设计了一种横向连接的门控注意力结构,此结构可以对目标特征进行筛选,并通过横向传递增强上采样特征图信息的多样性,从而提高特征图的还原精度.此外,还提出采用多层融合结构来整合不同网络层的语义信息,利用不同网络层间的语义表达差异对缺失像素进行补充.实验以CamVid和VOC为数据集,以512×512大小的图像为输入,测试结果表明,方法的图像语义分割精度达到72.9%,平均分割速度为43.1帧/s.