显著性引导的目标互补隐藏弱监督语义分割

目的 图像级弱监督语义分割方法利用类别标签训练分割网络,可显著降低标注成本。现有方法大多采用类激活图定位目标物体,然而传统类激活图只能挖掘出物体中最具辨识性的区域,直接将其作为伪标签训练的分割网络精度较差。本文提出一种显著性引导的弱监督语义分割算法,可在获取更完整类激活图的基础上提高分割模型的性能。方法 首先通过显著图对目标进行互补随机隐藏,以获得互补图像对,然后融合互补图像对的类激活图作为监督,提高网络获取完整类激活图的能力。其次引入双重注意力修正模块,利用全局信息修正类激活图并生成伪标签训练分割网络。最后使用标签迭代精调策略,结合分割网络的初始预测、类激活图以及显著图生成更精确的伪标签,迭代训练分割网络。结果 在PASCAL VOC 2012(pattern analysis,statistical modeling and computational learning visual object classes 2012)数据集上进行类激活图生成实验与语义分割实验,所生成的类激活图更加完整,平均交并比有10.21%的提升。语义分割结果均优于对比方法,平均交并比提升6.9%。此外在...     

弱标签环境下基于语义邻域学习的图像标注

图像语义自动标注是实现图像语义检索与管理的关键,是具有挑战性的研究课题.传统的图像标注方法需要具有完整、准确标签的数据集才能取得较好的标注性能.然而,在现实应用中获得数据的标签往往是不准确、不完整的,并且标签分布不均衡.对于Web图像和社会化图像尤其如此.为了更好地利用这些弱标签样本,提出了一种基于语义邻域学习的图像自动标注方法(semantic neighborhood learning from weakly labeled image,SNLWL).首先在邻域标签损失误差最小化意义下,填充训练集样本标签.通过递进式的邻域选择过程,保证建立的语义一致邻域内样本具有全局相似性、部分相关性和语义一致性,并且语义标签分布平衡.在邻域标签重构误差最小化意义下进行标签预测,降低噪声标签对性能的影响.多个数据集上的实验结果表明,与已知的具有较好标注效果的方法相比,此方法更适用于处理弱标签数据集,标准评测集上的测试也表明了此方法的有效性.     

基于图卷积网络的多标签遥感图像分类

由于遥感图像包含物体类别多样,单个语义类别标签无法全面地描述图像内容,而多标签图像分类任务更加具有挑战性.通过探索深度图卷积网络(GCN),解决了多标签遥感图像分类缺乏对标签语义信息相关性利用的问题,提出了一种新的基于图卷积的多标签遥感图像分类网络,它包含图像特征学习模块、基于图卷积网络的分类器学习模块和图像特征差异化模块三个部分.在公开多标签遥感数据集Planet和UCM上与相关模型进行对比,在多标签遥感图像分类任务上可以得到了较好的分类结果.该方法使用图卷积等模块将多标签图像分类方法应用到遥感领域,提高了模型分类能力,缩短了模型训练时间.     

弱监督语义分割的对抗学习方法

大多数弱监督语义分割的解决方案都利用图像级监督信息产生的类激活特征图进行训练学习.类激活特征图只能发现目标最具判别力的部分,它与真实的像素级标签信息存在较大差距,所以训练效果并不理想.对来自原图像及其仿射变化图像的类激活特征图进行对抗学习来达到更好的训练效果.首先将图像及对其进行仿射变化得到的图像输入孪生网络,使用图像级分类标签得到各自的类激活特征图,然后将这两组类激活特征图输入辨别网络进行对抗学习,训练孪生网络使得原图像与其仿射变化图像的类激活特征图逼近,从而有效利用等变注意力机制,学习更多的有效信息并缩小类激活特征图和真实的像素级标签之间的差距,提高弱监督的性能.在PASACAL VOC 2012数据集上,在验证集上的平均交并比为63.7％,测试集上的平均交并比为65.7％,与当前其他先进弱监督语义分割的方法进行对比,验证集与测试集上的平均交并比提高了1.2％和1.3％.该对抗性学习方案能有效利用等变注意力机制,学习更多的有效信息并缩小类激活特征图和真实的像素级标签之间的差距,提高弱监督的性能且达到了良好的分割效果.     

ProMIS:概率图采样图像增广驱动的弱监督物体检测方法

目的 弱监督物体检测是一种仅利用图像类别标签训练物体检测器的技术。近年来弱监督物体检测器的精度不断提高,但在如何提升检出物体的完整性、如何从多个同类物体中区分出单一个体的问题上仍面临极大挑战。围绕上述问题,提出了基于物体布局后验概率图进行多物体图像增广的弱监督物体检测方法ProMIS（probability-based multi-object image synthesis）。方法 将检出物体存储到物体候选池,并将候选池中的物体插入到输入图像中,构造带有伪边界框标注的增广图像,进而利用增广后的图像训练弱监督物体检测器。该方法包含图像增广与弱监督物体检测两个相互作用的模块。图像增广模块将候选池中的物体插入一幅输入图像,该过程通过后验概率的估计与采样对插入物体的类别、位置和尺度进行约束,以保证增广图像的合理性;弱监督物体检测模块利用增广后的多物体图像、对应的类别标签、物体伪边界框标签训练物体检测器,并将原始输入图像上检到的高置信度物体储存到物体候选池中。训练过程中,为了避免过拟合,本文在基线算法的基础上增加一个并行的检测分支,即基于增广边界框的检测分支,该分支利用增广得到的伪边界框标注进行训练,原有基线算法的检测分支仍使用图像标签进行训练。测试时,本文方法仅使用基于增广边界框的检测分支产生检测结果。本文提出的增广策略和检测器的分支结构在不同弱监督物体检测器上均适用。结果 在Pascal VOC（pattern analysis, statistical modeling and computational learning visual object classes）2007和Pascal VOC 2012数据集上,将该方法嵌入到多种现有的弱监督物体检测器中,平均精度均值（mean average precision,mAP）平均获得了2.9%和4.2%的提升。结论 本文证明了采用弱监督物体检测伪边界框标签生成的增广图像包含丰富信息,能够辅助弱监督检测器学习物体部件、整体以及多物体簇之间的区别。     

物体显著性排名感知网络用于高效图像检索

针对目前图像检索领域主要依靠语义相似性检索图片而忽略了场景中物体重要性关系问题,提出了一种基于场景感知的物体显著性排名算法SASR,使图像检索更关注场景中物体的相互关系。SASR分为两个阶段,在第一阶段,提出了基于视点数据的“组合阈值”物体级显著性排名真值标签标注方法,该方法简化了排名标签的标注;在第二阶段,提出了基于图卷积网络的物体级显著性排序网络,该网络解决了多个在物体级排序问题中存在的特异性难点。该算法改善了目前显著性排名标签生成方式并进行了大量对比实验,在现有SALICON数据集上的实验结果表明,其提升了显著性排名的性能,在NUS-WIDE数据集上的实验结果表明在该算法的支撑下,图像检索性能平均提升了2%,证明了其有效性。     

弱监督显著性目标检测研究进展

显著性目标检测旨在准确检测和定位图像或视频中最引人注目的目标或区域,为更好地进行目标识别和场景分析提供帮助。尽管全监督显著性检测方法取得一定成效,但获取大规模像素级标注数据集十分困难且昂贵。弱监督检测方法利用相对容易获取的图像级标签或带噪声的弱标签训练模型,在实际应用中表现出良好效果。全面对比了全监督和弱监督显著性检测的主流方法和应用场景,重点分析了常用的弱标签数据标注方法及其对显著目标检测的影响。综述了弱监督条件下显著目标检测方法的最新研究进展,并在常用数据集上对不同弱监督方法的性能进行了比较。最后探讨了弱监督显著性检测在农业、医学和军事等特殊领域的应用前景,指出了该研究领域存在的问题及未来发展趋势。     

基于显著性背景引导的弱监督语义分割网络

目前基于图像级标注的弱监督语义分割方法大多依赖类激活初始响应以定位分割对象区域.然而,类激活响应图通常只集中在对象最具辨别性的区域,存在目标区域范围较小、边界模糊等缺点,导致最终分割区域不完整.针对此问题,文中提出基于显著性背景引导的弱监督语义分割网络.首先通过图像显著性映射和背景迭代产生背景种子区域.然后将其与分类网络生成的类激活映射图融合,获取有效的伪像素标签,用于训练语义分割模型.分割过程不再完全依赖最具判别性的类激活区域,而是通过图像显著性背景特征与类激活响应信息相互补充,这样可提供更精确的像素标签,提升分割网络的性能.在PASCAL VOC 2012数据集上的实验验证文中方法的有效性,同时分割性能较优.     

弱监督深度语义分割网络的多源遥感影像水体检测

目的 深度语义分割网络的优良性能高度依赖于大规模和高质量的像素级标签数据。在现实任务中,收集大规模、高质量的像素级水体标签数据将耗费大量人力物力。为了减少标注工作量,本文提出使用已有的公开水体覆盖产品来创建遥感影像对应的水体标签,然而已有的公开水体覆盖产品的空间分辨率低且存在一定错误。对此,提出采用弱监督深度学习方法训练深度语义分割网络。方法 在训练阶段,将原始数据集划分为多个互不重叠的子数据集,分别训练深度语义分割网络,并将训练得到的多个深度语义分割网络协同更新标签,然后利用更新后的标签重复前述过程,重新训练深度语义分割网络,多次迭代后可以获得好的深度语义分割网络。在测试阶段,多源遥感影像经多个代表不同视角的深度语义分割网络分别预测,然后投票产生最后的水体检测结果。结果 为了验证本文方法的有效性,基于原始多源遥感影像数据创建了一个面向水体检测的多源遥感影像数据集,并与基于传统的水体指数阈值分割法和基于低质量水体标签直接学习的深度语义分割网络进行比较,交并比（intersection-over-union,IoU）分别提升了5.5%和7.2%。结论 实验结果表明,本文方法具有收敛性,并且光学影像和合成孔径雷达（synthetic aperture radar,SAR）影像的融合有助于提高水体检测性能。在使用分辨率低、噪声多的水体标签进行训练的情况下,训练所得多视角模型的水体检测精度明显优于基于传统的水体指数阈值分割法和基于低质量水体标签直接学习的深度语义分割网络。     

一种适合弱标签数据集的图像语义标注方法

真实环境下数据集中广泛存在着标签噪声问题,数据集的弱标签性已严重阻碍了图像语义标注的实用化进程.针对弱标签数据集中的标签不准确、不完整和语义分布失衡现象,提出了一种适用于弱标签数据集的图像语义标注方法.首先,在视觉内容与标签语义的一致性约束、标签相关性约束和语义稀疏性约束下,通过直推式学习填充样本标签,构建样本的近似语义平衡邻域.鉴于邻域中存在噪声干扰,通过多标签语义嵌入的邻域最大边际学习获得距离测度和图像语义的一致性,使得近邻处于同一语义子空间.然后,以近邻为局部坐标基,通过邻域非负稀疏编码获得目标图像和近邻的部分相关性,并构建局部语义一致邻域.以邻域内的语义近邻为指导并结合语境相关信息,进行迭代式降噪与标签预测.实验结果表明了方法的有效性.     

深度学习背景下视觉显著性物体检测综述

视觉显著性物体检测是对人类视觉和认知系统的模拟,而深度学习则是对人类大脑计算方式的模拟,将两者有机结合可以有效推动计算机视觉的发展。视觉显著性物体检测的任务是从图像中定位并提取具有明确轮廓的显著性物体实例。随着深度学习的发展,视觉显著性物体检测的精度和效率都得到巨大提升,但仍然面临改进主流算法性能、减少对像素级标注样本的依赖等主要挑战。针对上述挑战,本文从视觉显著性物体检测思想与深度学习方法融合策略的角度对相关论述进行分类总结。1）分析传统显著性物体检测方法带来的启示及其缺点,指出视觉显著性物体检测的核心思路为多层次特征的提取、融合与修整;2）从改进特征编码方式与信息传递结构、提升边缘定位精度、改善注意力机制、提升训练稳定性和控制噪声的角度对循环卷积神经网络、全卷积神经网络和生成对抗网络3种主流算法的性能提升进行分析,从优化弱监督样本处理模块的角度分析了减少对像素级标注样本依赖的方法;3）对协同显著性物体检测、多类别图像显著性物体检测以及未来的研究问题和方向进行介绍,并给出了可能的解决思路。     

LabelMe: A Database and Web-Based Tool for Image Annotation

We seek to build a large collection of images with ground truth labels to be used for object detection and recognition research. Such data is useful for supervised learning and quantitative evaluation. To achieve this, we developed a web-based tool that allows easy image annotation and instant sharing of such annotations. Using this annotation tool, we have collected a large dataset that spans many object categories, often containing multiple instances over a wide variety of images. We quantify the contents of the dataset and compare against existing state of the art datasets used for object recognition and detection. Also, we show how to extend the dataset to automatically enhance object labels with WordNet, discover object parts, recover a depth ordering of objects in a scene, and increase the number of labels using minimal user supervision and images from the web. The first two authors (B.C. Russell and A. Torralba) contributed equally to this work.     

基于蚁群优化算法的弱光图像显著性目标检测

近年来,显著性目标检测受到工业界和学术界的大量关注,成为了计算机视觉领域中一项重要的基础研究,该问题的解决有助于各类视觉任务取得突破性进展。尽管针对可见光场景的显著性检测工作已经取得了有效成果,但如何在信噪比偏低、可用有效信息匮乏的弱光图像中提取边界清晰、内部结构准确的显著性目标,仍然是具有挑战性的难题。针对弱光场景下显著性目标检测存在边界模糊、结构不完整等造成准确率较低的问题,提出基于蚁群优化（ACO）算法的显著性检测模型。首先,通过多尺度超像素分割将输入图像转换为具有不同节点的无向图;其次,基于最优特征选择策略来更充分地获取低对比度弱光图像中所包含的更多显著目标的特征信息,并摒弃冗余的噪声信息;然后,引入空间对比度策略用于探索弱光图像中具有相对较高对比度的全局显著性线索。而为了在低信噪比情况下也能获取准确的显著性估计,利用ACO算法对显著图进行优化。通过在3个公共数据集（MSRA、CSSD和PASCAL-S）以及夜间弱光图像（NI）数据集上进行实验,可以看出,所提模型在3个公共数据集上的曲线下面积（AUC）值分别达到了87.47%、84.27%和81.58%,在NI数据集上的AUC值比排名第2的低秩矩阵恢复（LR）模型提高了2.17个百分点。实验结果表明,相较于11种主流的显著性检测模型,所提模型具有结构更准确且边界更清晰的检测效果,有效抑制了弱光场景对显著性目标检测性能的干扰。     

Salient Object Subitizing

We study the problem of salient object subitizing, i.e. predicting the existence and the number of salient objects in an image using holistic cues. This task is inspired by the ability of people to quickly and accurately identify the number of items within the subitizing range (1–4). To this end, we present a salient object subitizing image dataset of about 14 K everyday images which are annotated using an online crowdsourcing marketplace. We show that using an end-to-end trained convolutional neural network (CNN) model, we achieve prediction accuracy comparable to human performance in identifying images with zero or one salient object. For images with multiple salient objects, our model also provides significantly better than chance performance without requiring any localization process. Moreover, we propose a method to improve the training of the CNN subitizing model by leveraging synthetic images. In experiments, we demonstrate the accuracy and generalizability of our CNN subitizing model and its applications in salient object detection and image retrieval.     

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。     

Weakly- and Semi-Supervised Fast Region-Based CNN for Object Detection

Learning an effective object detector with little supervision is an essential but challenging problem in computer vision applications. In this paper, we consider the problem of learning a deep convolutional neural network (CNN) based object detector using weakly-supervised and semi-supervised information in the framework of fast region-based CNN (Fast R-CNN). The target is to obtain an object detector as accurate as the fully-supervised Fast R-CNN, but it requires less image annotation effort. To solve this problem, we use weakly-supervised training images (i.e., only the image-level annotation is given) and a few proportions of fully-supervised training images (i.e., the bounding box level annotation is given), that is a weakly- and semi-supervised (WASS) object detection setting. The proposed solution is termed as WASS R-CNN, in which there are two main components. At first, a weakly-supervised R-CNN is firstly trained; after that semi-supervised data are used for finetuning the weakly-supervised detector. We perform object detection experiments on the PASCAL VOC 2007 dataset. The proposed WASS R-CNN achieves more than 85% of a fully-supervised Fast R-CNN’s performance (measured using mean average precision) with only 10% of fully-supervised annotations together with weak supervision for all training images. The results show that the proposed learning framework can significantly reduce the labeling efforts for obtaining reliable object detectors.

     

局部双目视差回归的目标距离估计

目的 双目视觉是目标距离估计问题的一个很好的解决方案。现有的双目目标距离估计方法存在估计精度较低或数据准备较繁琐的问题,为此需要一个可以兼顾精度和数据准备便利性的双目目标距离估计算法。方法 提出一个基于R-CNN（region convolutional neural network）结构的网络,该网络可以实现同时进行目标检测与目标距离估计。双目图像输入网络后,通过主干网络提取特征,通过双目候选框提取网络以同时得到左右图像中相同目标的包围框,将成对的目标框内的局部特征输入目标视差估计分支以估计目标的距离。为了同时得到左右图像中相同目标的包围框,使用双目候选框提取网络代替原有的候选框提取网络,并提出了双目包围框分支以同时进行双目包围框的回归;为了提升视差估计的精度,借鉴双目视差图估计网络的结构,提出了一个基于组相关和3维卷积的视差估计分支。结果 在KITTI（Karlsruhe Institute of Technology and Toyota Technological Institute）数据集上进行验证实验,与同类算法比较,本文算法平均相对误差值约为3.2%,远小于基于双目视差图估计算法（11.3%）,与基于3维目标检测的算法接近（约为3.9%）。另外,提出的视差估计分支改进对精度有明显的提升效果,平均相对误差值从5.1%下降到3.2%。通过在另外采集并标注的行人监控数据集上进行类似实验,实验结果平均相对误差值约为4.6%,表明本文方法可以有效应用于监控场景。结论 提出的双目目标距离估计网络结合了目标检测与双目视差估计的优势,具有较高的精度。该网络可以有效运用于车载相机及监控场景,并有希望运用于其他安装有双目相机的场景。     

基于区域对比信息混合编码的图像显著性检测方法

图像显著性检测是为了检测到能够引起视觉注意力的对象区域,利用混合的特征编码能够避免单一的特征编码在检测图像中对象显著性和显著区域精确边界时候的不足。提出一种基于图像区域对比信息和图像语义信息混合编码的图像显著性检测方法。结合图像对比信息编码以及原始图像的语义信息编码,通过卷积神经网络来进行图像显著性检测,保证对显著对象进行有效的检测以及对显著区域边缘细节的处理能力。实验结果表明,在主流的显著性检测数据集上,采用该方法能够有效地检测到图像中的显著对象以及显著区域的精确边界。     

Coarse to Fine: Weak Feature Boosting Network for Salient Object Detection

Salient object detection is to identify objects or regions with maximum visual recognition in an image, which brings significant help and improvement to many computer visual processing tasks. Although lots of methods have occurred for salient object detection, the problem is still not perfectly solved especially when the background scene is complex or the salient object is small. In this paper, we propose a novel Weak Feature Boosting Network (WFBNet) for the salient object detection task. In the WFBNet, we extract the unpredictable regions (low confidence regions) of the image via a polynomial function and enhance the features of these regions through a well-designed weak feature boosting module (WFBM). Starting from a coarse saliency map, we gradually refine it according to the boosted features to obtain the final saliency map, and our network does not need any post-processing step. We conduct extensive experiments on five benchmark datasets using comprehensive evaluation metrics. The results show that our algorithm has considerable advantages over the existing state-of-the-art methods.