基于注意力感知和语义感知的RGB-D室内图像语义分割算法

近年来,全卷积神经网络有效提升了语义分割任务的准确率.然而,由于室内环境的复杂性,室内场景语义分割仍然是一个具有挑战性的问题.随着深度传感器的出现,人们开始考虑利用深度信息提升语义分割效果.以往的研究大多简单地使用等权值的拼接或求和操作来融合RGB特征和深度特征,未能充分利用RGB特征与深度特征之间的互补信息.本文提出...     

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%。     

融合深度信息的室内场景分割算法

针对室内复杂场景中, 图像语义分割存在的特征损失和双模态有效融合等问题, 提出了一种基于编码器-解码器架构的融合注意力机制的轻量级语义分割网络. 首先采用两个残差网络作为主干网络分别对RGB和深度图像进行特征提取, 并在编码器中引入极化自注意力机制, 然后设计引入双模态融合模块在不同阶段对RGB特征和深度特征进行有效融合, 接着引入并行聚合金字塔池化以获取区域之间的依赖性. 最后, 采用3个不同尺寸的解码器将前面的多尺度特征图进行跳跃连接并融合解码, 使分割结果含有更多的细节纹理. 将本文提出的网络模型在NYUDv2数据集上进行训练和测试, 并与一些较先进RGB-D语义分割网络对比, 实验证明本文网络具有较好分割性能.     

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。     

基于多维注意力融合的驾驶场景分割增强算法

针对使用注意力机制的语义分割模型计算资源消耗与精度不平衡的问题,提出一种轻量化的语义分割注意力增强算法。首先,基于驾驶场景中物体的形状特点设计了条状分维注意力机制,使用条形池化代替传统方形卷积,并结合降维操作分维度提取长程语义关联,削减模型计算量。接着融合通道域与空间域上的注意力,形成可叠加与拆解的轻量化多维注意力融合模块,全方位提取特征信息,进一步提升模型精度。最后,将模块插入基于ResNet-101骨干网的编码—解码网络中,指导高低层语义融合,矫正特征图边缘信息,补充预测细节。实验表明,该模块有较强的鲁棒性和泛化能力,与同类型注意力机制相比,削减了约90%的参数量以及80%的计算量,且分割精度依旧取得了稳定的提升。     

基于注意力机制的多尺度融合航拍影像语义分割

航拍影像同一场景不同对象尺度差异较大,采用单一尺度的分割往往无法达到最 佳的分类效果。为解决这一问题,提出一种基于注意力机制的多尺度融合模型。首先,利用不 同采样率的扩张卷积提取航拍影像的多个尺度特征;然后,在多尺度融合阶段引入注意力机制, 使模型能够自动聚焦于合适的尺度,并为所有尺度及每个位置像素分别赋予权重;最后,将加 权融合后的特征图上采样到原图大小,对航拍影像的每个像素进行语义标注。实验结果表明, 与传统的 FCN、DeepLab 语义分割模型及其他航拍影像分割模型相比,基于注意力机制的多尺 度融合模型不仅具有更高的分割精度,而且可以通过对各尺度特征对应权重图的可视化,分析 不同尺度及位置像素的重要性。     

融合注意力机制的对抗式半监督语义分割

图像语义分割任务是计算机视觉领域重要研究课题之一。当前基于全卷积神经网络的语义分割算法存在像素之间缺乏关联性、卷积核感受野小于理论值、人工标记数据集标签成本大等问题。为了解决上述问题,提出了一种融合注意力机制的对抗式半监督语义分割模型。将生成对抗网络应用到图像语义分割中,增强像素点之间的关联性;提出模型在生成网络中加入自注意力模块和多核池化模块以对长距离语义信息进行融合,扩大了卷积核感受野;在PASCAL VOC2012增强数据集和Cityscapes数据集上进行了大量实验,实验结果证明了该方法在图像语义分割任务中的有效性和可靠性。     

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.     

基于双金字塔特征融合网络的RGB-D多类实例分割

针对RGB图像的实例分割任务在图像目标物体纹理相近但类别不同的区域可能出现分割错误的问题,引入Depth信息,结合RGB-D图像的三维几何结构特点,提出一种以双金字塔特征融合网络为框架的RGB-D实例分割方法.所提出的方法通过构建两种不同复杂度的金字塔深度卷积神经网络分别提取不同梯度分辨率大小的RGB特征及Depth特征,将对应分辨率大小的两种特征相加输入区域候选网络,以此改变输入区域候选网络层的共享特征,共享特征再经过分类、回归与掩码网络分支输出定位与分类结果,从而实现RGB-D图像的实例分割.实验结果表明,所提出的双金字塔特征融合网络模型能够完成RGB-D图像的实例分割任务,有效学习到深度图像与彩色图像之间的互补信息,与不包含Depth信息的Mask R-CNN相比,平均精度提高7.4%.     

集成RGB-D语义分割网络的室内语义地图构建

针对传统视觉SLAM准确度低、实时性差、缺乏语义的问题,提出一种全新的RGB-D语义分割网络,利用室内场景中受光照等条件影响较小的深度信息来提高分割的准确性,并且设计了轻量级多尺度残差模块(MRAM)和空间金字塔池化模块(ASPP)来轻量化分割网络、提高分割的精度。首先输入的图像序列进入ORB-SLAM2网络进行关键帧筛选,之后关键帧送入语义分割网络得到二维语义标签,再将二维语义信息映射到三维点云空间,最后使用贝叶斯算法更新三维地图得到全局一致的三维点云语义地图。实验采用NYUv2数据集验证语义分割网络性能,采用TUM数据集构建点云语义地图,结果表明,提出的语义分割网络性能和速度优于现有的模型,且此语义分割网络与视觉SLAM相结合可以满足高精度、实时的稠密三维语义点云地图构建要求。     

RAFNet: RGB-D attention feature fusion network for indoor semantic segmentation

Semantic segmentation based on the complementary information from RGB and depth images has recently gained great popularity, but due to the difference between RGB and depth maps, how to effectively use RGB-D information is still a problem. In this paper, we propose a novel RGB-D semantic segmentation network named RAFNet, which can selectively gather features from the RGB and depth information. Specifically, we construct an architecture with three parallel branches and propose several complementary attention modules. This structure enables a fusion branch and we add the Bi-directional Multi-step Propagation (BMP) strategy to it, which can not only retain the feature streams of the original RGB and depth branches but also fully utilize the feature flow of the fusion branch. There are three kinds of complementary attention modules that we have constructed. The RGB-D fusion module can effectively extract important features from the RGB and depth branch streams. The refinement module can reduce the loss of semantic information and the context aggregation module can help propagate and integrate information better. We train and evaluate our model on NYUDv2 and SUN-RGBD datasets, and prove that our model achieves state-of-the-art performances.     

基于空间特征提取和注意力机制的双路径语义分割

针对现阶段语义分割网络存在的空间和通道特征不匹配、小目标物体像素丢失等问题,设计了一种基于空间特征提取和注意力机制的双路径语义分割算法。空间信息路径利用四倍下采样来保留高分辨率特征,并引入空间特征提取模块融合多尺度空间信息,加强网络对小目标物体的识别能力;采用一条结合双阶通道注意力的语义上下文路径提取判别特征,使深层特征能够指导浅层特征捕捉更精确的语义信息,从而降低精度损失。在CamVid和Aeroscapes数据集上验证该算法,平均交并比分别可达70.5%和51.8%,相比于当前主流的双路径语义分割模型有所提升,结果验证了所提算法的有效性。     

基于特征调节器和双路径引导的RGB-D室内语义分割

针对室内场景图像语义分割结果不精确、显著图粗糙的问题,提出一种基于多模态特征优化提取和双路径引导解码的网络架构（feature regulator and dual-path guidance,FG-Net）。具体来说,设计的特征调节器对每个阶段的多模态特征依次进行噪声过滤、重加权表示、差异性互补和交互融合,通过强化RGB和深度特征聚合,优化特征提取过程中的多模态特征表示。然后,在解码阶段引入特征交互融合后丰富的跨模态线索,进一步发挥多模态特征的优势。结合双路径协同引导结构,在解码阶段融合多尺度、多层次的特征信息,从而输出更细致的显著图。实验在公开数据集NYUD-v2和SUN RGB-D上进行,在主要评价指标mIoU上达到48.5 %,优于其他先进算法。结果表明,该算法实现了更精细的室内场景图像语义分割,表现出了较好的泛化性和鲁棒性。     

特征注意金字塔调制网络的视频目标分割

目的 视频目标分割是在给定第1帧标注对象掩模条件下,实现对整个视频序列中感兴趣目标的分割。但是由于分割对象尺度的多样性,现有的视频目标分割算法缺乏有效的策略来融合不同尺度的特征信息。因此,本文提出一种特征注意金字塔调制网络模块用于视频目标分割。方法 首先利用视觉调制器网络和空间调制器网络学习分割对象的视觉和空间信息,并以此为先验引导分割模型适应特定对象的外观。然后通过特征注意金字塔模块挖掘全局上下文信息,解决分割对象多尺度的问题。结果 实验表明,在DAVIS 2016数据集上,本文方法在不使用在线微调的情况下,与使用在线微调的最先进方法相比,表现出更具竞争力的结果,J-mean指标达到了78.7%。在使用在线微调后,本文方法的性能在DAVIS 2017数据集上实现了最好的结果,J-mean指标达到了68.8%。结论 特征注意金字塔调制网络的视频目标分割算法在对感兴趣对象分割的同时,针对不同尺度的对象掩模能有效结合上下文信息,减少细节信息的丢失,实现高质量视频对象分割。     

基于特征融合和注意力机制的图像超分辨率模型

现有的基于深度学习的单张图像超分辨率(single image super-resolution, SISR)模型通常是通过加深网络层数来提升模型的拟合能力,没有充分提取和复用特征,导致重建图像的质量较低。针对该问题,提出了基于特征融合和注意力机制的图像超分辨率模型。该模型在特征提取模块使用残差中嵌入残差(residual in residual, RIR)的结构,该网络的特征提取模块由包含多个残差块的残差组构成,并且在每个残差组内进行局部特征融合,在每个组之间进行全局特征融合。此外,在每一个残差块中引入坐标注意力模块,在每一个残差组中引入空间注意力模块。经验证,该模型能充分提取特征并且复用特征。实验最终结果表明,该模型在客观评价指标和主观视觉效果上都优于现有的模型。     

基于硬注意力机制的多模态视频字幕的处理

传统的视频字幕生成模型大多都采用编码器—译码器框架。在编码阶段,使用卷积神经网络对视频进行处理。在解码阶段,使用长短期记忆网络生成视频的相应字幕。基于视频的时序相关性和多模态性,提出了一个混合型模型,即基于硬注意力的多模态视频字幕的生成模型。该模型在编码阶段使用不同的融合模型将视频和音频两种模态进行关联,在解码阶段基于长短期记忆网络的基础上加入了硬注意力机制来生成对视频的描述。这个混合模型在数据集MSR-VTT(Microsoft research video to text)上得到的机器翻译指标较基础模型有0.2%~3.8%的提升。根据实验结果可以判定基于硬注意力机制的多模态混合模型可以生成视频的精准描述字幕。     

基于全融合网络的三维点云语义分割

为提高室内场景的点云语义分割精度,设计了一个全融合点云语义分割网络。网络由特征编码模块、渐进式特征解码模块、多尺度特征解码模块、特征融合模块和语义分割头部组成。特征编码模块采用逆密度加权卷积作为特征编码器对点云数据进行逐级特征编码,提取点云数据的多尺度特征;然后通过渐进式特征解码器对高层语义特征进行逐层解码,得到点云的渐进式解码特征。同时,多尺度特征解码器对提取的点云多尺度特征分别进行特征解码,得到点云多尺度解码特征。最后将渐进式解码特征与多尺度解码特征融合,输入语义分割头部实现点云的语义分割。全融合网络增强了网络特征提取能力的鲁棒性,实验结果也验证了该网络的有效性。     

结合注意力机制的双路径语义分割

目的 针对现有语义分割算法存在的因池化操作造成分辨率降低导致的分割结果变差、忽视特征图不同通道和位置特征的区别以及特征图融合时方法简单,没有考虑到不同感受视野特征区别等问题,设计了一种基于膨胀卷积和注意力机制的语义分割算法。方法 主要包括两条路径：空间信息路径使用膨胀卷积,采用较小的下采样倍数以保持图像的分辨率,获得图像的细节信息;语义信息路径使用ResNet（residual network）采集特征以获得较大的感受视野,引入注意力机制模块为特征图的不同部分分配权重,使得精度损失降低。设计特征融合模块为两条路径获得的不同感受视野的特征图分配权重,并将其融合到一起,得到最后的分割结果。结果 为证实结果的有效性,在Camvid和Cityscapes数据集上进行验证,使用平均交并比（mean intersection over union,MIoU）和精确度（precision）作为度量标准。结果显示,在Camvid数据集上,MIoU和精确度分别为69.47%和92.32%,比性能第2的模型分别提高了1.3%和3.09%。在Cityscapes数据集上,MIoU和精确度分别为78.48%和93.83%,比性能第2的模型分别提高了1.16%和3.60%。结论 本文采用膨胀卷积和注意力机制模块,在保证感受视野并且提高分辨率的同时,弥补了下采样带来的精度损失,能够更好地指导模型学习,且提出的特征融合模块可以更好地融合不同感受视野的特征。