ConvUCaps：基于卷积胶囊网络的医学图像分割模型

在医学影像分割领域,U-Net网络是目前最成功和最受关注的方法之一,但是U-Net本质上是一种经过改造的全卷积神经网络模型,要获得更为全面和准确的局部-整体关系,不但需要增加网络层次从而加大计算量,而且效果也并不明显。胶囊网络提供了一种有效的建模图像的局部与整体关系的方法,可以用更少的参数取得好的性能。但原始的胶囊网络并没有充分考虑图像局部特征的粒度问题,将其应用在医学图像分割领域还需进一步改造。因此,提出一种将U-Net和胶囊网络相结合的医学图像分割模型ConvUCaps。该模型对U-Net的编码器部分进行改进,使用卷积模块学习不同尺度的局部特征,然后通过胶囊模块学习高层特征,并建模局部与整体之间的关系。实验结果表明,相比U-Net、UNet++、SegCaps、Matwo-CapsNet网络,ConvUCaps提高了分割精度和收敛速度,同时,与单纯基于胶囊网络的分割模型相比,显著减少了推理时间。     

基于U-Net改进的多尺度融合超声神经分割算法研究

大量传统的颈部超声神经检测算法,检测敏感性低,假阳性数量大,低层特征利用率不足。而颈部超声图像数量较少,边缘模糊且对噪声敏感。对此,提出一种改进型U-Net分支融合算法：改进损失函数,获得高质量的候选样本;使用多尺度卷积结构替换原结构中普通卷积层,增强特征提取能力;结合扩张卷积替换中、深层池化操作,提高低层特征利用率。通过对比实验验证了所提算法的算法性能。实验表明,与传统的U-Net和SegNet卷积网络对于小尺寸超声神经分割的结果相比,所提算法的分割效果较两者分别提升了近9%和17%,且对于正常尺寸和小尺寸的神经分割均有较高的分割精度。     

多尺度特征融合的脊柱X线图像分割方法

为了精确地从X线图像中分割脊柱,提出了一种基于深度学习的脊柱X线图像分割方法,使用基于多尺度特征融合的U-Net网络进行分割。将U-Net模型中的卷积层替换成类Inception网络来提取不同尺度的特征,并进行多尺度融合。同时在跳跃连接前增加残差连接层,并在首次上采样前添加卷积块注意力模块。该模型对20幅脊柱X线图像进行验证,Dice系数为0.845 7,与近期X线脊柱图像分割方法相比,提高了0.135 1。     

基于改进U-Net网络的齿轮点蚀测量

针对U-Net存在的小目标分割精度低、计算复杂度高、收敛慢的问题,构建基于空洞卷积和重构采样单元的U-Net网络(DSU-Net).在DSU-Net中,为增大图像特征提取的感受野并融合多尺度信息,设计具有不同膨胀率的空洞卷积层;针对池化过程丢失大量语义信息的缺点,构建将池化与卷积相结合的采样单元,并运用深度可分离卷积进行特征提取,从而增强神经网络的特征提取能力并降低计算成本.两个公开医学图像数据集的实验结果表明,在IoU、Dice Coeff和F1 Score三个评价指标上,DSU-Net较U-Net、ResU-Net、R2U-Net和U-Net++有着更好的分割性能.最后,将DSU-Net应用于齿轮点蚀的视觉测量,结果表明所提出方法能够更加精确地计算出齿轮点蚀面积率,从而解决了齿轮接触疲劳试验中高效准确检测齿轮失效的难题.     

全卷积深度学习网络的细胞显微图像分割

针对具有复杂纹理特征的细胞显微图像分割问题,提出了融合BN(Batch Normalization)与全卷积深度学习网络的细胞图像分割算法.构建全卷积增强型U-Net网络来获取细胞图像的特征信息;在构建的网络中融合改进的BN算法缓解训练时网络中间层数据分布改变而降低网络泛化能力的问题,既固定了每层数据的分布,又避免破坏...     

融合多维注意力机制CNN皮肤肿瘤图像分割提取

针对卷积神经网络(CNN)在医学图像分割时,受皮肤病损图像多样性、分割目标位置、形状及尺度变化等因素影响,提出了一种基于传统卷积神经网络综合注意力模块图像分割算法。首先利用U-Net主干网络的优势,其目的让图像特征提取更完善；其次,由空间、通道、尺度构成的综合注意力机制对目标病灶区域进行检测识别,利用通道级联把来自编码器中低级图像特征和解码器中高级图像特征注意力结合起来进行权值自适应融合,提升了网络对样本病灶区的关注度和辨识力,突出强调最相关的特征通道和多尺度间最显著的特征图。通过对ISIC2018数据集及医院整形外科提供患者不同类型的皮肤肿瘤图像进行分割测试,并将注意力模块随机组合形成的不同算法进行指标评价比对,所提出算法的平均分割精度可达92.89%。实验结果表明,所提出算法是有效可行的,在多维度下分割处理带复杂背景的皮肤病灶图像时有更高的鲁棒性。     

基于改进U-Net网络的多尺度番茄病害分割算法

针对当前农作物病害分割与识别模型病斑分割精度低、数据集不充分、训练速度过慢等问题,构建了一种基于改进的U-Net网络多尺度番茄叶部病害分割算法。在U-Net网络结构基础上进行改进,减小图像输入尺寸,在编码器中使用非对称Inception多通道卷积替换传统卷积,实现多尺度提取病害特征,提升模型准确度;在解码器中加入注意力模块,关注番茄病害边缘,减小上采样噪声;引入GN加速模型收敛,并将改进U-Net网络用在PlantVillage数据集上进行预训练,提高模型的分割准确度和速度。改进后的方法准确率、召回率和MIoU分别为92.9%、91.1%、93.6%,实验结果表明,该方法能够有效地提高模型对番茄的病害分割性能。     

基于WU-Net网络的肺结节图像分割算法

深度卷积神经网络在医学图像分割领域运用广泛,目前的网络改进普遍是引入多尺度融合结构,增加了模型的复杂度,在提升精度的同时降低了训练效率。针对上述问题,提出一种新型的WU-Net肺结节图像分割方法。该方法对U-Net网络进行改进,在原下采样编码通路引入改进的残余连接模块,同时利用新提出的dep模块改进的信息通路完成特征提取和特征融合。实验利用LUNA16的数据集对WU-Net和其他模型进行训练和验证,在以结节为尺度的实验中,Dice系数和交并比分别能达到96.72%、91.78%;在引入10%的负样本后,F;值达到了92.41%,相比UNet3+提高了1.23%;在以肺实质为尺度的实验中,Dice系数和交并比分别达到了83.33%、66.79%,相比RU-Net分别提升了1.35%、2.53%。相比其他模型,WU-Net模型的分割速度最快,比U-Net提升了39.6%。结果显示,WU-Net提升肺结节分割效果的同时加快了模型的训练速度。     

多尺度非局部自注意力MRI脑肿瘤分割网络

针对U-Net模型在MRI脑肿瘤分割上存在的感受野受限和全局信息捕获不足问题, 通过引入非局部自注意力机制与多尺度的金字塔卷积提出一种改进U-Net模型—PyCSAU-Net. 该模型以三维U-Net作为基础网络, 在第4层横向连接位置引入扩展的三维非局部注意力模块, 通过改善网络因卷积核大小受限导致的长距离建模能力不足问题来提升脑肿瘤分割精度; 此外, 在网络下采样阶段将普通卷积替换为具有多尺度特点的三维金字塔卷积, 在多级别和分辨率下来提取更具判别性的脑肿瘤深度特征. 在公开的BraTS 2019和BraTS 2020验证集上在完全肿瘤、增强肿瘤和肿瘤核心分割上分别取得了0.904/0.901、0.781/0.774和0.825/0.824的分割精度, 表明所提出PyCSAU-Net方法在脑肿瘤分割任务上的有效性和竞争力.     

改进U-Net的遥感图像中建筑物变化检测

提出了一种改进U-Net的遥感图像中建筑物变化检测方法,将变化检测问题转化为像素级二分类问题,利用U-Net模型对图像进行分类,把图像中的每个像素划分为变化类或非变化类,并根据变化类的像素得到建筑物的变化检测结果图。针对U-Net模型进行遥感图像中建筑物变化检测时,在训练中容易出现过拟合的现象,提出用非对称卷积块代替U-Net网络特征提取部分的标准卷积操作,增强卷积核的鲁棒性和网络的中心骨架,防止过拟合;针对变化检测数据集中图像背景复杂、小目标的变化情况容易被漏检的问题,提出在U-Net中引入注意力机制,抑制模型对非变化类像素特征的学习,加强对变化类特征的学习,提取到更适合的特征。实验结果表明,在引入非对称卷积块和注意力机制后,变化检测的F1分数有明显的提升。     

改进U-Net型网络的遥感图像道路提取

目的 遥感图像道路提取在城市规划、交通管理、车辆导航和地图更新等领域中发挥了重要作用,但遥感图像受光照、噪声和遮挡等因素以及识别过程中大量相似的非道路目标干扰,导致提取高质量的遥感图像道路有很大难度。为此,提出一种结合上下文信息和注意力机制的U-Net型道路分割网络。方法 使用Resnet-34预训练网络作为编码器实现特征提取,通过上下文信息提取模块对图像的上下文信息进行整合,确保对道路的几何拓扑结构特征的提取;使用注意力机制对跳跃连接传递的特征进行权重调整,提升网络对于道路边缘区域的分割效果。结果 在公共数据集Deep Globe道路提取数据集上对模型进行测试,召回率和交并比指标分别达到0.847 2和0.691 5。与主流方法U-Net和CE-Net（context encoder network）等进行比较,实验结果表明本文方法在性能上表现良好,能有效提高道路分割的精确度。结论 本文针对遥感图像道路提取中道路结构不完整和道路边缘区域不清晰问题,提出一种结合上下文信息和注意力机制的遥感道路提取模型。实验结果表明该网络在遥感图像道路提取上达到良好效果,具有较高的研究和应用价值。     

改进U-Net网络的遥感影像道路提取方法研究

从遥感影像中提取道路目标对智慧城市建设具有重要意义。由于遥感数据中道路及背景特征复杂多样,使用深度学习方法对道路进行提取的准确性仍然受到限制。基于U-Net网络架构设计实现了用于遥感影像道路提取的深度语义分割模型AS-Unet,该模型分为编码器和解码器两部分。在编码器部分加入通道注意力机制,对提取的丰富低层特征进行筛选,突出目标特征,抑制背景噪声干扰,从而提高深浅层信息融合准确率;为解决网络对道路目标单一尺寸的敏感问题,在编码器最后一层卷积层后面加入空间金字塔池化模块来捕获不同尺度道路特征;在解码器部分加入空间注意力机制,进行位置关系信息学习和深层次语义特征筛选,提高特征图还原能力。在Massachusetts和DeepGlobe道路数据集上进行实验,结果证明,在召回率、精度、[F1]值等评估指标上,明显优于SegNet、FCN等语义分割网络。所设计的AS-Unet网络性能优良,具有更高的分割准确率,具备一定理论和实际应用价值。     

基于多尺度特征融合的U-Net网络高分影像不透水面提取研究

不透水面作为监测城市生态环境的重要指标,其信息提取具有重要意义。由于城市地表的复杂性及细化的城市管理需要,急需提取高精度的城市不透水面。但是基于传统方法提取高精度的城市不透水面面临巨大困难。而深度学习方法因其自动化提取影像特征的特点逐渐成为遥感影像地物提取的新兴方法。基于此,采用多尺度特征融合的U-Net深度学习方法以提升语义分割精度,开展高分辨率遥感影像不透水面的精确提取研究。模型引入残差模块代替普通卷积以加深网络,提取更多影像特征;加入金字塔池化模块增强网络对复杂场景的解析能力;利用跳跃连接方式融合不同尺度特征,有利于恢复空间信息。以广州市航摄正射影像为数据源,通过卷积神经网络将遥感影像分割为背景、其他、植被、道路和房屋5种地物类型,将其与人工目视解译的地面真值进行验证,最终提取研究区域不透水面。实验证明：多尺度特征融合的U-Net模型总体精度和Kappa系数分别为87.596%和0.82。在定性与定量两个方面均优于传统的监督分类法、面向对象分类法和经典U-Net模型法。结果表明：该模型利用多维度影像特征信息,有效提升了复杂场景图像的分割精度,分割效果好,适用于高分辨率遥感影像不透...     

High-resolution Remote Sensing Image Road Extraction Method for Improving U-Net

Accurate and efficient extraction of road information based on remote sensing image is a great significance for the establishment and maintenance of basic geographic databases. Due to the complex background information of high-resolution remote sensing images, existing algorithms cannot extract road information very well. U-Net network has good experimental results in image segmentation, but the accuracy of road segmentation results is not good. For this reason, this paper proposes a high-resolution image road extraction method based on improved U-Net network. Firstly, the U-Net-based network structure is designed and implemented. The network uses VGG16 as the network coding structure, which can extract feature semantic information better. Secondly, the use of Batch Normalization and Dropout solves the phenomenon of over-fitting that occurs during the network training process. Finally, the training data is expanded by rotation and mirror transformation, and the ELU activation function is used to improve the network training speed. The experimental results show that the method can extract road information more accurately and efficiently.     

一种改进U-Net的高分辨率遥感影像道路提取方法

从遥感影像中准确高效地提取道路信息,对基础地理数据库的建立与维护具有重大意义。高分辨率遥感影像背景信息复杂,导致现有算法无法较好地从中提取道路信息。U-Net网络在图像分割方面有较好的实验效果,但道路分割结果准确性不佳,因此,提出了一种改进U-Net网络的高分辨率影像道路提取方法。首先,设计基于U-Net的网络结构,将VGG16作为网络编码结构,可更好地提取特征语义信息;其次,利用Batch Normalization与Dropout解决网络训练过程中出现的过拟合;最后,对训练数据利用旋转与镜像变换进行扩充,采用ELU激活函数,提升了网络训练速度。实验结果表明：该方法可以较为准确高效地提取道路信息。     

基于PPMU-net的多特征高分辨率遥感道路提取

针对复杂地形条件下道路特征选取不具代表性,分割精度低的问题,提出了一种基于卷积神经网络（PPMU-net）的高分辨率遥感道路提取的方法。将3通道的高分二号光谱信息与相应的地形信息（坡度、坡向、数字高程信息）进行多特征融合,合成6通道的遥感图像;对多特征的遥感图像进行切割并利用卷积网络（CNN）筛选出含道路的图像;将只含道路的遥感图像送进PPMU-net中训练,构建出高分辨率遥感图像道路提取模型。在与U-net神经网络、PSPnet神经网络相比时,所提的方法在对高分辨率遥感道路提取时能够达到较好的效果,提高了复杂地形条件下道路分割的精度。     

针对高分影像的RDU-Net乡村路网提取方法

鉴于高分辨率影像复杂场景应用中存在因地物细节化差异性增大导致影像分类严重离散化及不规则化,根据乡村路网特性,针对U-Net网络模型开展算法优化和完善,提出了RDU-Net网络模型.该模型通过添加空洞卷积以提升模型感受野,同时引入Tversky损失函数自动平衡正负样本,最终得到了更适用于高分遥感图像分割的模型.为验证RD...     

基于改进U-Net的低质量文本图像二值化

文本图像二值化是光学字符识别的关键步骤,但低质量文本图像背景噪声复杂,且图像全局上下文信息以及深层抽象信息难以获取,使得最终的二值化结果中文字区域分割不精确、文字的形状和轮廓等特征表达不足,从而导致二值化效果不佳。为此,提出一种基于改进U-Net网络的低质量文本图像二值化方法。采用适合小数据集的分割网络U-Net作为骨干模型,选择预训练的VGG16作为U-Net的编码器以提升模型的特征提取能力。通过融合轻量级全局上下文块的U-Net瓶颈层实现特征图的全局上下文建模。在U-Net解码器的各上采样块中融合残差跳跃连接,以提升模型的特征还原能力。从上述编码器、瓶颈层和解码器3个方面分别对U-Net进行改进,从而实现更精确的文本图像二值化。在DIBCO 2016—2018数据集上的实验结果表明,相较Otsu、Sauvola等方法,该方法能够实现更好的去噪效果,其二值化结果中保留了更多的细节特征,文字的形状和轮廓更精确、清晰。     

基于U-Net的高分辨率遥感图像土地利用信息提取

随着现代遥感技术的迅速发展,遥感图像的质量和数量得到了显著的提升,新技术带来的高分辨率遥感图像所蕴含的信息也更加丰富,如何利用人工智能手段辅助挖掘这些丰富的信息也成为了遥感图像分析与理解的重要内容.与此同时,以深度卷积神经网络为代表的人工智能技术在图像处理领域大放异彩.得益于类人眼的分层卷积池化模型,深度卷积神经网络可...     

GCAT-U-Net嵌入全局坐标注意力机制的遥感地块分割网络

遥感影像的地块背景特征复杂,当前地块分割方法不能较好地处理模糊的边缘信息,导致分割精度不理想;文章利用注意力机制处理地块特征,提出了一种基于全局坐标注意力机制的遥感地块分割网络:GCAT-U-Net;该方法在U-Net网络基础上嵌入了全局坐标注意力机制,加强了深度神经网络对于遥感影像数据中重要特征的关注度;在公开的GID数据集上的实验结果表明,文章提出的模型将准确率从0.9041提升到了0.9227,比传统U-Net网络提高了2百分点;结合特征自身重要性和特征位置信息的全局坐标注意力机制有助于更精确的目标定位,其输出相较于嵌入单一注意力机制,地块边界更为清晰,提升效果更为显著。