融合背景块再选取过程的显著性检测

目的 显著性检测算法大多使用背景先验提高算法性能,但传统模型只是简单地将图像四周的边缘区域作为背景区域,导致结果在显著性物体触及到图像边界的情况下产生误检测。为更准确地应用背景先验,提出一种融合背景块再选取过程的显著性检测方法。方法 利用背景先验、中心先验和颜色分布特征获得种子向量并构建扩散矩阵,经扩散方法得到初步显著图,并以此为输入再经扩散方法得到二层显著图。依据Fisher准则的思想以二层显著图为基础创建背景块再选取过程,将选取的背景块组成背景向量并构建扩散矩阵,经扩散方法得到背景显著图。将背景显著图与二层显著图进行非线性融合获得最终显著图。结果 在5个通用数据集上将本文算法与6种算法进行实验对比。本文算法在MSRA10K（Microsoft Research Asia 10K）数据集上,平均绝对误差（mean absolute error,MAE）取得了最小值,与基于多特征扩散方法的显著性物体检测算法（salient object detection via multi-feature diffusion-based method,LMH）相比,F值提升了0.84%,MAE降低了1.9%;在数据集ECSSD（extended complex scene saliency dataset）上,MAE取得了次优值,F值取得了最优值,与LMH算法相比,F值提升了1.33%;在SED2（segmentation evaluation database 2）数据集上,MAE与F值均取得了次优值,与LMH算法相比,F值提升了0.7%,MAE降低了0.93%。本文算法检测结果在主观对比中均优于LMH算法,表现为检测所得的显著性物体更加完整,置信度更高,在客观对比中,查全率均优于LMH算法。结论 提出的显著性检测模型能更好地应用背景先验,使主客观检测结果有更好提升。     

融合深度模型和传统模型的显著性检测

目的 显著性检测是图像和视觉领域一个基础问题,传统模型对于显著性物体的边界保留较好,但是对显著性目标的自信度不够高,召回率低,而深度学习模型对于显著性物体的自信度高,但是其结果边界粗糙,准确率较低。针对这两种模型各自的优缺点,提出一种显著性模型以综合利用两种方法的优点并抑制各自的不足。方法 首先改进最新的密集卷积网络,训练了一个基于该网络的全卷积网络（FCN）显著性模型,同时选取一个现有的基于超像素的显著性回归模型,在得到两种模型的显著性结果图后,提出一种融合算法,融合两种方法的结果以得到最终优化结果,该算法通过显著性结果Hadamard积和像素间显著性值的一对一非线性映射,将FCN结果与传统模型的结果相融合。结果 实验在4个数据集上与最新的10种方法进行了比较,在HKU-IS数据集中,相比于性能第2的模型,F值提高了2.6%;在MSRA数据集中,相比于性能第2的模型,F值提高了2.2%,MAE降低了5.6%;在DUT-OMRON数据集中,相比于性能第2的模型,F值提高了5.6%,MAE降低了17.4%。同时也在MSRA数据集中进行了对比实验以验证融合算法的有效性,对比实验结果表明提出的融合算法改善了显著性检测的效果。结论 本文所提出的显著性模型,综合了传统模型和深度学习模型的优点,使显著性检测结果更加准确。     

稀疏深度特征对传统显著性检测的优化

目的 显著性目标检测算法主要分为基于低级特征的传统方法和基于深度学习的新方法,传统方法难以捕获对象的高级语义信息,基于深度学习的新方法能捕获高级语义信息却忽略了边缘特征。为了充分发挥两种方法的优势,基于将二者结合的思路,本文利用稀疏能使得显著性对象指向性凝聚的优势,提出了一种基于稀疏自编码和显著性结果优化的方法。方法 对VGG（visual geometry group）网络第4个池化层的特征图进行稀疏自编码处理,得到5张稀疏显著性特征图,再与传统方法得到的显著图一起输入卷积神经网络进行显著性结果优化。结果 使用DRFI（discriminative regional feature integration）、HDCT（high dimensional color transform）、RRWR（regularized random walks ranking）和CGVS（contour-guided visual search）等传统方法在DUT-OMRON、ECSSD、HKU-IS和MSRA等公开数据集上进行实验,表明本文算法有效改善了显著性对象的F值和MAE（mean absolute error）值。在F值提高方面,优化后的DRFI方法提升最高,在HKU-IS数据集上提高了24.53%。在MAE值降低方面,CGVS方法降低最少,在ECSSD数据集上降低了12.78%,降低最多的接近50%。而且本模型结构简单,参数少,计算效率高,训练时间约5 h,图像的平均测试时间约为3 s,有很强的实际应用性。结论 本文提出了一种显著性结果优化算法,实验结果表明算法有效改善了显著性对象F值和MAE值,在对显著性对象检测要求越来越准确的对象识别等任务中有较好的适应性和应用性前景。     

融合深度特征和多核增强学习的显著目标检测

目的 针对现有基于手工特征的显著目标检测算法对于显著性物体尺寸较大、背景杂乱以及多显著目标的复杂图像尚不能有效抑制无关背景区域且完整均匀高亮显著目标的问题,提出了一种利用深度语义信息和多核增强学习的显著目标检测算法。方法 首先对输入图像进行多尺度超像素分割计算,利用基于流形排序的算法构建弱显著性图。其次,利用已训练的经典卷积神经网络对多尺度序列图像提取蕴含语义信息的深度特征,结合弱显著性图从多尺度序列图像内获得可靠的训练样本集合,采用多核增强学习方法得到强显著性检测模型。然后,将该强显著性检测模型应用于多尺度序列图像的所有测试样本中,线性加权融合多尺度的检测结果得到区域级的强显著性图。最后,根据像素间的位置和颜色信息对强显著性图进行像素级的更新,以进一步提高显著图的准确性。结果 在常用的MSRA5K、ECSSD和SOD数据集上与9种主流且相关的算法就准确率、查全率、F-measure值、准确率—召回率（PR）曲线、加权F-measure值和覆盖率（OR）值等指标和直观的视觉检测效果进行了比较。相较于性能第2的非端到端深度神经网络模型,本文算法在3个数据集上的平均F-measure值、加权F-measure值、OR值和平均误差（MAE）值,分别提高了1.6%,22.1%,5.6%和22.9%。结论 相较于基于手工特征的显著性检测算法,本文算法利用图像蕴含的语义信息并结合多个单核支持向量机（SVM）分类器组成强分类器,在复杂图像上取得了较好的检测效果。     

多支路协同的RGB-T图像显著性目标检测

目的 显著性目标检测是机器视觉应用的基础,然而目前很多方法在显著性物体与背景相似、低光照等一些复杂场景得到的效果并不理想。为了提升显著性检测的性能,提出一种多支路协同的RGB-T（thermal）图像显著性目标检测方法。方法 将模型主体设计为两条主干网络和三条解码支路。主干网络用于提取RGB图像和Thermal图像的特征表示,解码支路则分别对RGB特征、Thermal特征以及两者的融合特征以协同互补的方式预测图像中的显著性物体。在特征提取的主干网络中,通过特征增强模块实现多模图像的融合互补,同时采用适当修正的金字塔池化模块,从深层次特征中获取全局语义信息。在解码过程中,利用通道注意力机制进一步区分卷积神经网络（convolutional neural networks,CNN）生成的特征在不同通道之间对应的语义信息差异。结果 在VT821和VT1000两个数据集上进行测试,本文方法的最大F-measure值分别为0.843 7和0.880 5,平均绝对误差（mean absolute error,MAE）值分别为0.039 4和0.032 2,相较于对比方法,提升了整体检测性能。结论 通过对比实验表明,本文提出的方法提高了显著性检测的稳定性,在一些低光照场景取得了更好效果。     

多尺度分割先验迭代重加权低秩恢复显著性检测

目的 现有显著性检测方法大多只关注显著目标的中心信息,使得算法只能得到中心清晰、边缘模糊的显著目标,丢失了一些重要的边界信息,而使用核范数约束进行低秩矩阵恢复,运算过程冗余。为解决以上问题,本文提出一种无监督迭代重加权最小二乘低秩恢复算法,用于图像视觉显著性检测。方法 将图像分为细中粗3种尺度的分割,从细粒度和粗粒度先验的融合中得到分割先验信息;将融合后的分割先验信息通过迭代重加权最小二乘法求解平滑低秩矩阵恢复,生成粗略显著图;使用中粒度分割先验对粗略显著图进行平滑,生成最终的视觉显著图。结果 实验在MSRA10K（Microsoft Research Asia 10K）、SOD（salient object detection dataset）和ECSSD（extended complex scene saliency dataset）数据集上进行测试,并与现有的11种算法进行对比。结果表明,本文算法可生成边界清晰的显著图。在MSRA10K数据集上,本文算法实现了最高的AUC（area under ROC（receiver operating characteristic）curve）和F-measure值,MAE（mean absolute error）值仅次于SMD（structured matrix decomposition）算法和RBD（robust back ground detection）算法,AUC和F-measure值比次优算法RPCA（robust principal component analysis）分别提高了3.9%和12.3%;在SOD数据集上,综合AUC、F-measure和MAE值来看,本文算法优于除SMD算法以外的其他算法,AUC值仅次于SMD算法、SC（smoothness constraint）算法和GBVS（graph-based visual salieney）算法,F-measure值低于最优算法SMD 2.6%;在ECSSD数据集上,本文算法实现了最高的F-measure值75.5%,AUC值略低于最优算法SC 1%,MAE值略低于最优算法HCNs（hierarchical co-salient object detection via color names）2%。结论 实验结果表明,本文算法能从前景复杂或背景复杂的显著图像中更准确地检测出边界清晰的显著目标。     

结合布尔图和灰度稀缺性的小目标显著性检测

目的 基于超像素分割的显著物体检测模型在很多公开数据集上表现优异,但在实际场景应用时,超像素分割的数量和大小难以自适应图像和目标大小的变化,从而使性能下降,且分割过多会耗时过大。为解决这一问题,本文提出基于布尔图和灰度稀缺性的小目标显著性检测方法。方法 利用布尔图的思想,提取图像中较为突出的闭合区域,根据闭合区域的大小赋予其显著值,形成一幅显著图;利用灰度稀缺性,为图像中的稀缺灰度值赋予高显著值,抑制烟雾、云、光照渐晕等渐变背景,生成另一幅显著图;将两幅显著图融合,得到具有全分辨率、目标突出且轮廓清晰的显著图。结果 在3个数据集上与14种显著性模型进行对比,本文算法生成的显著图能有效抑制背景,并检测出多个小目标。其中,在复杂背景数据集上,本文算法具有最高的F值（F-measure）和最小的MAE（mean absolute error）值,AUC（area under ROC curve）值仅次于DRFI（discriminative regional feature integration）和ASNet（attentive saliency network）模型,AUC和F-measure值比BMS（Boolean map based saliency）模型分别提高了1.9%和6.9%,MAE值降低了1.8%;在SO200数据集上,本文算法的F-measure值最高,MAE值仅次于ASNet,F-measure值比BMS模型提高了3.8%,MAE值降低了2%;在SED2数据集上,本文算法也优于6种传统模型。在运行时间方面,本文算法具有明显优势,处理400×300像素的图像时,帧频可达12帧/s。结论 本文算法具有良好的适应性和鲁棒性,对于复杂背景下的小目标具有良好的显著性检测效果。     

基于背景学习的显著物体检测

目的 显著物体检测的目标是提取给定图像中最能吸引人注意的物体或区域,在物体识别、图像显示、物体分割、目标检测等诸多计算机视觉领域中都有广泛应用。已有的基于局部或者全局对比度的显著物体检测方法在处理内容复杂的图像时,容易造成检测失败,其主要原因可以总结为对比度参考区域设置的不合理。为提高显著物体检测的完整性,提出背景驱动的显著物体检测算法,在显著值估计和优化中充分利用背景先验。方法 首先采用卷积神经网络学习图像的背景分布,然后从得到的背景图中分割出背景区域作为对比度计算参考区域来估计区域显著值。最后,为提高区域显著值的一致性,采用基于增强图模型的优化实现区域显著值的扩散,即在传统k-正则图局部连接的基础上,添加与虚拟节点之间的先验连接和背景区域节点之间的非局部连接,实现背景先验信息的嵌入。结果 在公开的ASD、SED、SOD和THUS-10000数据库上进行实验验证,并与9种流行的算法进行对比。本文算法在4个数据库上的平均准确率、查全率、F-measure和MAE指标分别为0.873 6、0.795 2、0.844 1和0.112 2,均优于当前流行的算法。结论 以背景区域作为对比度计算参考区域可以明显提高前景区域的显著值。卷积神经网络可以有效学习图像的背景分布并分割出背景区域。基于增强图模型的优化可以进一步实现显著值在前景和背景区域的扩散,提高区域显著值的一致性,并抑制背景区域的显著性响应。实验结果表明,本文算法能够准确、完整地检测图像的显著区域,适用于复杂图像的显著物体检测或物体分割应用。     

联合聚焦度和传播机制的光场图像显著性检测

目的 图像显著性检测方法对前景与背景颜色、纹理相似或背景杂乱的场景,存在背景难抑制、检测对象不完整、边缘模糊以及方块效应等问题。光场图像具有重聚焦能力,能提供聚焦度线索,有效区分图像前景和背景区域,从而提高显著性检测的精度。因此,提出一种基于聚焦度和传播机制的光场图像显著性检测方法。方法 使用高斯滤波器对焦堆栈图像的聚焦度信息进行衡量,确定前景图像和背景图像。利用背景图像的聚焦度信息和空间位置构建前/背景概率函数,并引导光场图像特征进行显著性检测,以提高显著图的准确率。另外,充分利用邻近超像素的空间一致性,采用基于K近邻法（K-nearest neighbor,K-NN）的图模型显著性传播机制进一步优化显著图,均匀地突出整个显著区域,从而得到更加精确的显著图。结果 在光场图像基准数据集上进行显著性检测实验,对比3种主流的传统光场图像显著性检测方法及两种深度学习方法,本文方法生成的显著图可以有效抑制背景区域,均匀地突出整个显著对象,边缘也更加清晰,更符合人眼视觉感知。查准率达到85.16%,高于对比方法,F度量（F-measure）和平均绝对误差（mean absolute error,MAE）分别为72.79%和13.49%,优于传统的光场图像显著性检测方法。结论 本文基于聚焦度和传播机制提出的光场图像显著性模型,在前/背景相似或杂乱背景的场景中可以均匀地突出显著区域,更好地抑制背景区域。     

复合域的显著性目标检测方法

目的 针对显著性目标检测方法生成显著图时存在背景杂乱、检测区域不准确的问题,提出基于复合域的显著性目标检测方法。方法 首先,在空间域用多尺度视网膜增强算法对原图像进行初步处理;然后,在初步处理过的图像上建立无向图并提取节点特征,重构超复数傅里叶变换到频域上得到平滑振幅谱、相位谱和欧拉谱,通过多尺度高斯核的平滑,得到背景抑制图;同时,利用小波变换在小波域上的具有多层级特性对图像提取多特征,并计算出多特征的显著性图;最后,利用提出的自适应阈值选择法将背景抑制图与多特征的显著性图进行融合,选择得到最终的显著图。结果 对标准测试数据集MSRA10K和THUR15K中的图像进行显著性目标检测实验,同目前较流行的6种显著性目标检测方法对比,结果表明上述问题通过本文方法得到了很好地解决,即使在背景复杂的情况下,本文算法的准确率、召回率均高于对比算法,在MSRA10K数据集中,平均绝对误差（MAE）值为0.106,在THUR15K数据集中,平均绝对误差（MAE）值降低至0.068,平均结构性指标S-measure值为0.844 9。结论 基于复合域的显著性目标检测方法,融合多个域的优势,在抑制杂乱的背景的同时提高了准确率,适用于自然景物、生物、建筑以及交通工具等显著性目标图像的检测。     

基于高斯差分特征网络的显著目标检测

中心-邻域对比度理论作为具有生理学依据的一种线索,在传统显著性检测模型中获得了广泛应用,然而该理论却很少显式地应用在基于深度卷积神经网络（CNN）的模型中。为了将经典的中心-邻域对比度理论引入深度卷积网络中,提出了一种基于高斯差分（DoG）特征网络的显著目标检测模型。首先通过在多个尺度的深度特征上构造高斯差分金字塔（DGP）结构以感知图像中显著目标的局部突出特性,进而用所得到的差分特征对语义信息丰富的深度特征进行加权选择,最终实现对显著目标的准确提取。进一步地,在提出的网络设计中采用标准的一维卷积来实现高斯平滑过程,从而在降低计算复杂度的同时实现了网络端到端的训练。通过把所提模型与六种显著目标检测算法在四个公用数据集上的实验结果进行对比,可知所提模型取得的结果在平均绝对误差（MAE）和最大F度量值的定量评价中均取得了最优表现,尤其是在DUTS-TE数据集上所提模型取得的结果的最大F度量值和平均绝对误差分别达到了0.885和0.039。实验结果表明,所提模型在复杂自然场景中对于显著目标具有良好的检测性能。     

采用特征引导机制的显著性检测网络

近年来,基于全卷积网络的显著性物体检测方法较手工选取特征的方法已经取得了较大的进展,但针对复杂场景图像的检测仍存在一些问题需要解决。提出了一种新的基于全局特征引导的显著性物体检测模型,研究深层语义特征在多尺度多层次特征表达中的重要作用。以特征金字塔网络的编解码结构为基础,在自底而上的路径中,设计了全局特征生成模块（GGM）,准确提取显著性物体的位置信息;构建了加强上下文联系的残差模块（RM）,提取各侧边输出的多尺度特征;采用特征引导流（GF）融合全局特征生成模块和残差模块,利用深层语义特征去引导浅层特征提取,高亮显著目标的同时抑制背景噪声。实验结果表明,在5个基准数据集上与11种主流方法相比,该模型具有优越性。     

注意力引导网络的显著性目标检测

目的 全卷积模型的显著性目标检测大多通过不同层次特征的聚合实现检测,如何更好地提取和聚合特征是一个研究难点。常用的多层次特征融合策略有加法和级联法,但是这些方法忽略了不同卷积层的感受野大小以及产生的特征图对最后显著图的贡献差异等问题。为此,本文结合通道注意力机制和空间注意力机制有选择地逐步聚合深层和浅层的特征信息,更好地处理不同层次特征的传递和聚合,提出了新的显著性检测模型AGNet(attention-guided network),综合利用几种注意力机制对不同特征信息加权解决上述问题。方法 该网络主要由特征提取模块(feature extraction module, FEM)、通道—空间注意力融合模块(channel-spatial attention aggregation module, C-SAAM)和注意力残差细化模块(attention residual refinement module,ARRM)组成,并且通过最小化像素位置感知(pixel position aware, PPA)损失训练网络。其中,C-SAAM旨在有选择地聚合浅层的边缘信息以及深层抽象的语义特征,利用通道注意力和空间注意力避免融合冗余的背景信息对显著性映射造成影响;ARRM进一步细化融合后的输出,并增强下一个阶段的输入。结果 在5个公开数据集上的实验表明,AGNet在多个评价指标上达到最优性能。尤其在DUT-OMRON(Dalian University of Technology-OMRON)数据集上,F-measure指标相比于排名第2的显著性检测模型提高了1.9%,MAE(mean absolute error)指标降低了1.9%。同时,网络具有不错的速度表现,达到实时效果。结论 本文提出的显著性检测模型能够准确地分割出显著目标区域,并提供清晰的局部细节。     

结合语义辅助和边缘特征的显著对象检测

目的 现有的显著对象检测模型能够很好地定位显著对象,但是在获得完整均匀的对象和保留清晰边缘的任务上存在不足。为了得到整体均匀和边缘清晰的显著对象,本文提出了结合语义辅助和边缘特征的显著对象检测模型。方法 模型利用设计的语义辅助特征融合模块优化骨干网的侧向输出特征,每层特征通过语义辅助选择性融合相邻的低层特征,获得足够的结构信息并增强显著区域的特征强度,进而检测出整体均匀的显著对象。通过设计的边缘分支网络以及显著对象特征得到精确的边缘特征,将边缘特征融合到显著对象特征中,加强特征中显著对象边缘区域的可区分性,以便检测出清晰的边缘。同时,本文设计了一个双向多尺度模块来提取网络中的多尺度信息。结果 在4种常用的数据集ECSSD （extended complex scene saliency dataset）、DUT-O （Dalian University of Technology and OMRON Corporation）、HKU-IS和DUTS上与12种较流行的显著模型进行比较,本文模型的最大F值度量（max F-measure,MaxF）和平均绝对误差（mean absolution error,MAE）分别是0.940、0.795、0.929、0.870和0.041、0.057、0.034、0.043。从实验结果看,本文方法得到的显著图更接近真值图,在MaxF和MAE上取得最佳性能的次数多于其他12种方法。结论 本文提出的结合语义辅助和边缘特征的显著对象检测模型十分有效。语义辅助特征融合和边缘特征的引入使检测出的显著对象更为完整均匀,对象的边缘区分性也更强,多尺度特征提取进一步改善了显著对象的检测效果。     

Non-local duplicate pooling network for salient object detection

Many existing salient object detection methods are dedicated to fusing features from different levels of a pre-trained convolutional neural network (CNN). However, these methods can easily lead to internal discontinuities within the salient objects because of unreasonable feature fusion strategies and short-range dependencies resulting from common convolution and pooling operations. In this paper, we propose a novel non-local duplicate pooling (NLDP) network to overcome these internal discontinuities. NLDP begins by removing the first few convolutional layers of a classic CNN, which have small receptive fields and require large amounts of calculation. A novel duplicate pooling module (DPM) is then used to generate richer and more detailed saliency maps. This is achieved by constructing a double-pathway that can integrating partial feature maps. Within the DPM, a non-local module (NLM) is used to obtain long-range dependencies. This enhances the internal continuities between the saliency maps. Comprehensive experiments conducted on six benchmark datasets have confirmed the increased effectiveness and detection speed of our method in relation to other salient object detection methods.

     

融合目标增强与稀疏重构的显著性检测

目的 为了解决图像显著性检测中存在的边界模糊,检测准确度不够的问题,提出一种基于目标增强引导和稀疏重构的显著检测算法（OESR）。方法 基于超像素,首先从前景角度计算超像素的中心加权颜色空间分布图,作为前景显著图;由图像边界的超像素构建背景模板并对模板进行预处理,以优化后的背景模板作为稀疏表示的字典,计算稀疏重构误差,并利用误差传播方式进行重构误差的校正,得到背景差异图;最后,利用快速目标检测方法获取一定数量的建议窗口,由窗口的对象性得分计算目标增强系数,以此来引导两种显著图的融合,得到最终显著检测结果。结果 实验在公开数据集上与其他12种流行算法进行比较,所提算法对具有不同背景复杂度的图像能够较准确的检测出显著区域,对显著对象的提取也较为完整,并且在评价指标检测上与其他算法相比,在MSRA10k数据集上平均召回率提高4.1%,在VOC2007数据集上,平均召回率和F检验分别提高18.5%和3.1%。结论 本文提出一种新的显著检测方法,分别利用颜色分布与对比度方法构建显著图,并且在显著图融合时采用一种目标增强系数,提高了显著图的准确性。实验结果表明,本文算法能够检测出更符合视觉特性的显著区域,显著区域更加准确,适用于自然图像的显著性目标检测、目标分割或基于显著性分析的图像标注。