跨模态融合的双注意力脑肿瘤分割算法

针对脑肿瘤多模态信息融合不充分以及肿瘤区域细节信息丢失等问题,提出了一种跨模态融合的双注意力脑肿瘤图像分割网络(CFDA-Net).在编码器-解码器的基础结构上,首先在编码器分支采用密集块与大内核注意力并行的新卷积块,可以使全局和局部信息有效融合且可以防止反向传播时梯度消失的问题;其次在编码器的第2、3和4层的左侧加入多模态深度融合模块,有效地利用不同模态间的互补信息;然后在解码器分支使用Shuffle Attention注意力将特征图分组处理后再聚合,其中分组的子特征一分为二地获取空间与通道的重要注意特征.最后使用二进制交叉熵(binary cross entropy, BCE)、Dice Loss与L2 Loss组成新的混合损失函数,缓解了脑肿瘤数据的类别不平衡问题,进一步提升分割性能.在BraTS2019脑肿瘤数据集上的实验结果表明,该模型在整体肿瘤区域、肿瘤核心区域和肿瘤增强区域的平均Dice系数值分别为0.887、0.892和0.815.与其他先进的分割方法 ADHDC-Net、SDS-MSA-Net等相比,该模型在肿瘤核心区域和增强区域具有更好的分割效果.     

基于高低频特征分解的深度多模态医学图像融合网络

多模态医学图像融合旨在利用跨模态图像的相关性和信息互补性,以增强医学图像在临床应用中的可读性和适用性。然而,现有手工设计的模型无法有效地提取关键目标特征,从而导致融合图像模糊、纹理细节丢失等问题。为此,提出了一种新的基于高低频特征分解的深度多模态医学图像融合网络,将通道注意力和空间注意力机制引入融合过程,在保持全局结构的基础上保留了局部纹理细节信息,实现了更加细致的融合。首先,通过预训练模型VGG-19提取两种模态图像的高频特征,并通过下采样提取其低频特征,形成高低频中间特征图。其次,在特征融合模块嵌入残差注意力网络,依次从通道和空间维度推断注意力图,并将其用来指导输入特征图的自适应特征优化过程。最后,重构模块形成高质量特征表示并输出融合图像。实验结果表明,该算法在Harvard公开数据集和自建腹部数据集峰值信噪比提升8.29%,结构相似性提升85.07%,相关系数提升65.67%,特征互信息提升46.76%,视觉保真度提升80.89%。     

基于注意力融合网络的方面级多模态情感分类

方面级多模态情感分类任务的一个关键是从文本和视觉两种不同模态中准确地提取和融合互补信息, 以检测文本中提及的方面词的情感倾向. 现有的方法大多数只利用单一的上下文信息结合图片信息来分析, 存在对方面和上下文信息、视觉信息的相关性的识别不敏感, 对视觉中的方面相关信息的局部提取不够精准等问题, 此外, 在进行特征融合时, 部分模态信息不全会导致融合效果一般. 针对上述问题, 本文提出一种注意力融合网络AF-Net模型去进行方面级多模态情感分类, 利用空间变换网络STN学习图像中目标的位置信息来帮助提取重要的局部特征; 利用基于Transformer的交互网络对方面和文本以及图像之间的关系进行建模, 实现多模态交互; 同时补充了不同模态特征间的相似信息以及使用多头注意力机制融合多特征信息, 表征出多模态信息, 最后通过Softmax层取得情感分类的结果. 在两个基准数据集上进行实验和对比, 结果表明AF-Net能获得较好的性能, 提升方面级多模态情感分类的效果.     

基于深度学习算法的高分辨率无人机遥感图像自动分割

高分辨率无人机遥感图像自动分割对于图像的目标识别与检测具有重要意义,为提升图像分割精度,提出基于深度学习算法的高分辨率无人机遥感图像自动分割方法。采用直方图均衡化算法增强遥感图像后,构建基于编/解码器架构的深度学习网络语义分割模型,针对增强后的图像,在编码环节中引入残差模块强化对分割目标有效的特征;在解码环节中,采用多尺度融合模块将低层特征的局部细节信息和高层特征的语义信息相融合。同时针对遥感图像内地物类别不均衡的现象,以带权重的交叉熵为模型损失函数,克服模型选择偏好问题,提升模型分割精度。实验结果显示该方法可准确分割遥感图像内不同类型目标,分割精度达到95%以上。     

一种基于多模态深度特征融合的视觉问答模型

大数据时代,随着多源异构数据的爆炸式增长,多模态数据融合问题备受研究者的关注,其中视觉问答因需要图文协同处理而成为当前多模态数据融合研究的热点。视觉问答任务主要是对图像和文本两类模态数据进行特征关联与融合表示,最后进行推理学习给出结论。传统的视觉问答模型在特征融合时容易缺失模态关键信息,且大多数方法停留在数据之间浅层的特征关联表示学习,较少考虑深层的语义特征融合。针对上述问题,提出了一种基于图文特征跨模态深度交互的视觉问答模型。该模型利用卷积神经网络和长短时记忆网络分别获取图像和文本两种模态数据特征,然后利用元注意力单元组合建立的新型深度注意力学习网络,实现图文模态内部与模态之间的注意力特征交互式学习,最后对学习特征进行多模态融合表示并进行推理预测输出。在VQA-v2.0数据集上进行了模型实验和测试,结果表明,与基线模型相比,所提模型的性能有明显提升。     

基于双流网络的多模态多标签漫画情感检测方法

近年来,社交媒体常会以漫画的形式隐喻社会现象并倾述情感,为了解决漫画场景下多模态多标签情感识别存在的标签歧义问题,文中提出基于双流结构的多模态多标签漫画情感检测方法.使用余弦相似度对比模态间信息,并结合自注意力机制,交叉融合图像特征和文本特征.该方法主干为双流结构,使用Transformer模型作为图像的主干网络提取图像特征,利用Roberta预训练模型作为文本的主干网络提取文本特征.基于余弦相似度结合多头自注意力机制(COS-MHSA)提取图像的高层特征,最后融合高层特征和COS-MHSA多模态特征.在EmoRecCom漫画数据集上的实验验证文中方法的有效性,并给出方法对于情感检测的可视化结果.     

基于双向注意力机制的多模态情感分类方法

社交网络的发展为情感分析研究提供了大量的多模态数据。结合多模态内容进行情感分类可以利用模态间数据的关联信息,从而避免单一模态对总体情感把握不全面的情况。使用简单的共享表征学习方法无法充分挖掘模态间的互补特征,因此提出多模态双向注意力融合(Multimodal Bidirectional Attention Hybrid, MBAH)模型,在深度模型提取的图像和文本特征基础上,利用双向注意力机制在一个模态下引入另一个模态信息,将该模态的底层特征与另一模态语义特征通过注意力计算学习模态间的关联信息,然后联结两种模态的高层特征形成跨模态共享表征并输入多层感知器得到分类结果。此外MBAH模型应用后期融合技术结合图文单模态自注意力模型搜寻最优决策权值,形成最终决策。实验结果表明,MBAH模型情感分类结果相较于其他方法具有明显的提升。     

基于视觉和文本的多模态文档图像目标检测

由于文档图像的布局复杂、目标对象尺寸分布不均匀,现有的检测算法很少考虑多模态信息和全局依赖关系,提出了基于视觉和文本的多模态文档图像目标检测方法。首先探索多模态特征的融合策略,为利用文本特征,将图像中文本序列信息转换为二维表征,在文本特征和视觉特征初次融合之后,将其输入到骨干网络提取多尺度特征,并在提取过程中多次融入文本特征实现多模态特征的深度融合;为保证小物体和大物体的检测精度,设计了一个金字塔网络,该网络的横向连接将上采样的特征图与自下而上生成的特征图在通道上连接,实现高层语义信息和低层特征信息的传播。在大型公开数据集PubLayNet上的实验结果表明,该方法的检测精度为95.86%,与其他检测方法相比有更高的准确率。该方法不仅实现了多模态特征的深度融合,还丰富了融合的多模态特征信息,具有良好的检测性能。     

融合注意力机制的多模态脑肿瘤MR图像分割

针对在多模态MR图像分割中对不同模态特征间的关联性及全局和局部特征提取考虑不充分,导致分割精度降低的问题,基于注意力机制,提出多模态脑肿瘤MR图像分割方法.首先提出三重注意力模块,用于增强各模态特征间的关联性以及对感兴趣区域的位置和边界信息精确判断;然后设计空间和通道注意力模块,用于双重捕获空间和通道上的全局及局部特征,增强对肿瘤组织结构信息的学习能力.在公开数据集BraTs18和BraTs19上的实验结果表明,分割全肿瘤时,所提方法的Dice系数、精确率、灵敏度和Hausdorff距离分别达到了90.62%, 87.89%, 90.08%和2.258 3,均优于对比的同类方法.     

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.     

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。     

DeepLabv3plus-IRCNet：小目标特征提取的图像语义分割

目的 为了解决经典卷积神经网络无法满足图像中极小目标特征提取的准确性需求问题,本文基于DeepLabv3plus算法,在下采样过程中引入特征图切分模块,提出了DeepLabv3plus-IRCNet（IR为倒置残差（inverted residual,C为特征图切分（feature map cut））图像语义分割方法,支撑图像极小目标的特征提取。方法 采用由普通卷积层和多个使用深度可分离卷积的倒置残差模块串联组成的深度卷积神经网络提取特征,当特征图分辨率降低到输入图像的1/16时,引入特征图切分模块,将各个切分特征图分别放大,通过参数共享的方式提取特征。然后,将每个输出的特征图进行对应位置拼接,与解码阶段放大到相同尺寸的特征图进行融合,提高模型对小目标物体特征的提取能力。结果 本文方法引入特征图切分模块,提高了模型对小目标物体的关注,充分考虑了图像上下文信息,对多个尺度下的各个中间层特征进行融合,提高了图像分割精度。为验证方法的有效性,使用CamVid（Cambridge-driving labeled video database）数据集对提出的方法进行验证,平均交并比（mean intersection over union,mIoU）相对于DeepLabv3plus模型有所提升。验证结果表明了本文方法的有效性。结论 本文方法充分考虑了图像分割中小目标物体的关注度,提出的DeepLabv3plus-IRCNet模型提升了图像分割精度。     

残差密集空间金字塔网络的城市遥感图像分割

目的 遥感图像语义分割是根据土地覆盖类型对图像中每个像素进行分类,是遥感图像处理领域的一个重要研究方向。由于遥感图像包含的地物尺度差别大、地物边界复杂等原因,准确提取遥感图像特征具有一定难度,使得精确分割遥感图像比较困难。卷积神经网络因其自主分层提取图像特征的特点逐步成为图像处理领域的主流算法,本文将基于残差密集空间金字塔的卷积神经网络应用于城市地区遥感图像分割,以提升高分辨率城市地区遥感影像语义分割的精度。方法 模型将带孔卷积引入残差网络,代替网络中的下采样操作,在扩大特征图感受野的同时能够保持特征图尺寸不变;模型基于密集连接机制级联空间金字塔结构各分支,每个分支的输出都有更加密集的感受野信息;模型利用跳线连接跨层融合网络特征,结合网络中的高层语义特征和低层纹理特征恢复空间信息。结果 基于ISPRS （International Society for Photogrammetry and Remote Sensing） Vaihingen地区遥感数据集展开充分的实验研究,实验结果表明,本文模型在6种不同的地物分类上的平均交并比和平均F₁值分别达到69.88%和81.39%,性能在数学指标和视觉效果上均优于SegNet、pix2pix、Res-shuffling-Net以及SDFCN （symmetrical dense-shortcut fully convolutional network）算法。结论 将密集连接改进空间金字塔池化网络应用于高分辨率遥感图像语义分割,该模型利用了遥感图像不同尺度下的特征、高层语义信息和低层纹理信息,有效提升了城市地区遥感图像分割精度。     

医学图像图深度学习分割算法综述

精准分割医学图像中的器官或病灶,是医学图像智能分析领域的重要难题,其在临床上对于疾病的辅助诊疗有着重要应用价值。在解决医学图像信息表征及对非欧空间生理组织结构准确建模等挑战性问题方面,基于图深度学习的医学图像分割技术取得了重要突破,展现出显著的信息特征提取及表征优势,可获得更为精准的分割结果,已成为该领域新兴研究热点。为更好促进医学图像图深度学习分割算法的研究发展,对该领域的技术进展及应用现状做了系统的梳理总结。介绍了图的定义及图卷积网络的基本结构,详细阐述了谱图卷积和空域图卷积操作。根据GCN结合残差模块、注意力机制模块及学习模块三种技术结构模式,归纳并总结了其在医学图像分割中的研究进展。对图深度学习算法在医学图像分割领域的应用和发展做了概要总结和展望,为该领域的技术发展提供参考和新的研究思路。     

基于深度学习的高分辨率遥感图像建筑物识别

为解决当前深度学习方法在高分辨率遥感图像中存在识别结果过度分割,以及小物体识别差的问题,提出一种基于SegNet架构改进的网络模型AA-SegNet,增加了增强的空间金字塔池化模块和空间注意力融合模块。该网络可以加强特征传播并能够有效传递更高级别的特征信息以抑制低级特征的噪声,并且可以增强小目标特征学习。基于高分二号遥感影像制作数据集并进行实验,AA-SegNet网络总体识别准确率为96.61%,在识别率、[F1]分数以及训练时间等方面也都优于SegNet、U-Net、DeepLab-V3网络。     

集成相异性准则与熵率超像素的图像分割模型

目的 高精度图像分割是生物医学图像处理中的一个重要问题。在磁共振成像过程中,噪声和强度不均匀很大程度影响图像分割的精度。因此,提出了一种基于相异性准则熵率超像素的多模态高精度图像分割网络。方法 采用熵率超像素分割算法对多模态图像进行预分割得到超像素块,提出新的融合算法对其重新编号,建立超像素图,该图中的每一个超像素块构成无向图的一个结点;利用每个结点的灰度值提取特征向量,通过相异性权重判断结点间的相关性,构建相邻结点的特征序列;将特征序列作为双向长短期记忆模型（bi-directional long short-term memory,BiLSTM）的输入,经过训练和测试,得到最终的分割结果。结果 本文方法在BrainWeb、MRBrainS和BraTS2017数据集上与主流算法进行了对比。在BrainWeb数据集上,本文方法的像素精度（pixel accuracy,PA）和骰子相似系数（Dice similarity coefficient,DSC）分别为98.93%、97.71%,比LSTM-MA （LSTM method with multi-modality and adjacency constraint）提升了1.28%、2.8%。在MRBrainS数据集上,本文方法的PA为92.46%,DSC为84.74%,比LSTM-MA提升了0.63%、1.44%。在BraTS2017数据集上,本文方法的PA和DSC上分别为98.80%,99.47%,也取得了满意的分割结果。结论 提出的分割网络在多模态图像分割应用中,获得了较好的分割结果,对图像强度不均匀和噪声有较好的鲁棒性。     

医学3D计算机视觉：研究进展和挑战

医学影像的诊断是许多临床决策的基础,而医学影像的智能分析是医疗人工智能的重要组成部分。与此同时,随着越来越多3D空间传感器的兴起和普及,3D计算机视觉正变得越发重要。本文关注医学影像分析和3D计算机的交叉领域,即医学3D计算机视觉或医学3D视觉。本文将医学3D计算机视觉系统划分为任务、数据和表征3个层面,并结合最新文献呈现这3个层面的研究进展。在任务层面,介绍医学3D计算机视觉中的分类、分割、检测、配准和成像重建,以及这些任务在临床诊断和医学影像分析中的作用和特点。在数据层面,简要介绍了医学3D数据中最重要的数据模态：包括计算机断层成像（computed tomography,CT）、磁共振成像（magnetic resonance imaging,MRI）、正电子放射断层成像（positron emission tomography,PET）等,以及一些新兴研究提出的其他数据格式。在此基础上,整理了医学3D计算机视觉中重要的研究数据集,并标注其数据模态和主要视觉任务。在表征层面,介绍并讨论了2D网络、3D网络和混合网络在医学3D数据的表征学习上的优缺点。此外,针对医学影像中普遍存在的小数据问题,重点讨论了医学3D数据表征学习中的预训练问题。最后,总结了目前医学3D计算机视觉的研究现状,并指出目前尚待解决的研究挑战、问题和方向。     

深度学习在医学影像中的应用综述

深度学习能自动从大样本数据中学习获得优良的特征表达,有效提升各种机器学习任务的性能,已广泛应用于信号处理、计算机视觉和自然语言处理等诸多领域。基于深度学习的医学影像智能计算是目前智慧医疗领域的研究热点,其中深度学习方法已经应用于医学影像处理、分析的全流程。由于医学影像内在的特殊性、复杂性,特别是考虑到医学影像领域普遍存在的小样本问题,相关学习任务和应用场景对深度学习方法提出了新要求。本文以临床常用的X射线、超声、计算机断层扫描和磁共振等4种影像为例,对深度学习在医学影像中的应用现状进行综述,特别面向图像重建、病灶检测、图像分割、图像配准和计算机辅助诊断这5大任务的主要深度学习方法的进展进行介绍,并对发展趋势进行展望。     

金字塔频率特征融合目标检测网络

针对深度学习网络在特征提取过程中运用上采样操作而致使细节纹理等高频特征缺失的问题,提出一种金字塔频率特征融合目标检测网络.网络由3个深度学习金字塔网络构成,输入图像经初级金字塔提取深度特征后,分别通过高频、低频增强金字塔形成不同的频率特征,利用特征融合来凸显深度学习网络在信息逐层传递过程中对细节信息的保护能力,提高目标...     

改进Deeplab v3+网络的手术器械分割方法

针对当前国内手术器械管理耗费人力,智能化程度低的问题,提出一种动态学习特征的改进Deeplab v3+网络模型语义分割算法。为了加强相关任务有效特征学习,在Deeplab v3+模型编码端嵌入注意力机制CBAM模块并通过密集深度分离卷积和扩张卷积提取图像高层特征;在解码端增加两路低层特征来源,保留了重要特征信息,提高了分割准确率。实验结果表明,改进后网络在手术器械数据集上MIoU、PA、Recall、[F]值分别为0.854、0.874、0.872和0.873。相较于其他语义分割网络,改进网络分割性能更优,有极大的工程实用价值。