面向自动驾驶的交通场景语义分割

交通场景语义分割在自动驾驶中必不可少.为了解决目前的交通场景语义分割方法中由于池化、卷积等操作而造成的目标边界分割模糊、多类别目标及相似物体分割精度低等问题,提出一种带注意力机制的卷积神经网络分割方法.特征提取时,引入多样化的扩张卷积,以挖掘多尺度的语义信息.在信息解码后,添加通道及空间双注意力模块,可以在通道和空间两个维度层面进行注意力特征提取,让网络在学习过程中更侧重于重要信息.在Cityscapes数据集上的实验结果表明,该语义分割网络的平均交并比(MIoU)可达71.6％,超过了基网络为ResNet50的DeepLabv3+语义分割网络.所提方法能更加精细地分割出近似物体及多类别目标,对复杂交通场景图像的理解力更强.     

结合自注意力和特征自适应融合的语义分割算法

针对场景图像语义分割任务中存在多尺度目标以及特征提取网络缺乏对全局上下文信息的获取等问题,设计了一种嵌入改进自注意力机制以及自适应融合多尺度特征的双路径分割算法。在空间路径利用双分支的简易下采样模块进行4倍下采样提取高分辨率的边缘细节信息,使网络对目标边界分割更精确。在语义路径嵌入上下文捕获模块和自适应特征融合模块,为解码阶段提供具有丰富多尺度的高语义上下文信息,并采用类别平衡策略进一步提升分割效果。经过实验验证,该模型在Camvid和Aeroscapes数据集上的MIOU(mean intersection over union)指标分别为59.4％和60.1％,具有较好的分割效果。     

基于改进自注意力机制的金字塔场景解析网络

金字塔场景解析网络存在图像细节信息随着网络深度加深而丢失的问题，导致小目标与物体边缘语义分割效果不佳、像素类别预测不够准确。提出一种基于改进自注意力机制的金字塔场景解析网络方法，将自注意力机制的通道注意力模块与空间注意力模块分别加入到金字塔场景解析网络的主干网络和加强特征提取网络中，使网络中的两个子网络能够分别从通道和空间两个方面提取图像中更重要的特征细节信息。针对现有的图像降维算法无法更好地提高自注意力机制计算效率的问题，在分析“词汇”顺序对自注意力机制计算结果影响的基础上，利用希尔伯特曲线遍历设计新的图像降维算法，并将该算法加入到空间自注意力模块中，以提高其计算能力。仿真实验结果表明，该方法在PASCAL VOC 2012和息肉分割数据集上的精度均有提高，小目标与物体边缘分割更加精细，其中在VOC 2012训练集中平均交并比与平均像素精度分别达到75.48%、85.07%，较基准算法分别提升了0.68、1.35个百分点。     

基于注意力机制的道路环境语义分割算法

针对复杂场景道路图像分割中，由于目标形状不规则、光照变化以及物体遮挡等因素，而导致的分割结果出现分割精度低、小目标分割错误等问题，提出了一种新的语义分割算法GH-deeplabV3+。将DeeplabV3+网络和高分辨率网络相结合，并在骨干特征提取网络中插入注意力机制模块。高分辨率网络模块保持了图像的高分辨特征信息，注意力机制模块增强了关键目标特征信息的权重。在优化超参数的研究中，使用APReLU激活函数和AdaBelief优化器来优化算法，降低网络损失。在Cityscapes数据集上进行了验证，实验结果表明，GH-deeplabV3+算法提高了图片的分割精度，分割性能优于其它分割算法。     

结合特征图切分的图像语义分割

目的 基于全卷积神经网络的图像语义分割研究已成为该领域的主流研究方向。然而,在该网络框架中由于特征图的多次下采样使得图像分辨率逐渐下降,致使小目标丢失,边缘粗糙,语义分割结果较差。为解决或缓解该问题,提出一种基于特征图切分的图像语义分割方法。方法 本文方法主要包含中间层特征图切分与相对应的特征提取两部分操作。特征图切分模块主要针对中间层特征图,将其切分成若干等份,同时将每一份上采样至原特征图大小,使每个切分区域的分辨率增大;然后,各个切分特征图通过参数共享的特征提取模块,该模块中的多尺度卷积与注意力机制,有效利用各切块的上下文信息与判别信息,使其更关注局部区域的小目标物体,提高小目标物体的判别力。进一步,再将提取的特征与网络原输出相融合,从而能够更高效地进行中间层特征复用,对小目标识别定位、分割边缘精细化以及网络语义判别力有明显改善。结果 在两个城市道路数据集CamVid以及GATECH上进行验证实验,论证本文方法的有效性。在CamVid数据集上平均交并比达到66.3%,在GATECH上平均交并比达到52.6%。结论 基于特征图切分的图像分割方法,更好地利用了图像的空间区域分布信息,增强了网络对于不同空间位置的语义类别判定能力以及小目标物体的关注度,提供更有效的上下文信息和全局信息,提高了网络对于小目标物体的判别能力,改善了网络整体分割性能。     

基于双注意力机制的街景语义分割

高性能语义分割算法由于自身高延迟性存在无法快速感知路况的问题。本文提出一种基于注意力机制的双路径网络模型。该网络模型采用轻量的局部轮廓信息提取模块和语义信息提取模块来替代复杂的编码器结构。针对不同路径下特征图的特点,分别基于自注意力和通道注意力机制设计特征优化模块,该算法可有效地提高轻量网络结构对细节特征的表达能力。设计的语义分割网络以25 fps的速度处理图像的同时,可保持73.9%的平均交并比。经实物验证,表明本文算法具备实时性,具有一定的实际应用价值。     

基于改进HRNet架构的图像语义分割算法应用研究

针对当前主流图像语义分割算法提取的特征图分辨率过低,上采样过程中有效语义信息损失过大,易丢失像素点和目标物体区域相关性的问题,提出了一种基于HRNet-OCR联合交叉注意力机制的图像语义分割算法。该法先采用HRNet替代ResNet作为特征提取骨干网络,保留特征提取过程中的高分辨率信息;然后融合OCR算法对图像进行初步的粗略分割,确定目标对象的大致区域;最后,引入交叉注意力机制模块对像素和对象区域的关联程度加权计算,实现像素的精准分类,保留分割区域的边缘细节。实验结果表明,与常见的分割算法FCN、PSPNet、DeepLabv3+等相比,所提算法在ADE20K、Cityscapes、PASCAL VOC 2012数据集上的mIoU分别提升5.37%、3.09%和2.71%,且可以有效保留细节信息,大幅度改善分割精度。     

基于注意力与特征融合的改进SSD目标检测算法

针对目标检测中检测精度低且小目标检测较难的问题,提出了一种基于注意力机制与特征融合的改进SSD目标检测算法。在标准SSD目标检测模型基础上,使用深层特征提取网络ResNet50作为主干网络,在特征提取网络中引入通道-空间注意力机制增强特征图语义信息,计算特征图中像素点之间的影响。最后,将低层特征与高层语义信息进行Concat特征融合,充分利用不同特征图之间的关联信息。此外,使用GIOU代替传统IOU来计算框间的交并比,同时考虑正负样本不均衡的情况,选择Focal损失函数,重新定义了损失函数。实验采用PASCALVOC开源数据集进行仿真验证,并与传统SSD目标检测算法进行对比,准确率得到了一定的提高,验证了该算法对目标检测的有效性。     

改进的遥感图像语义分割算法

针对遥感图像中多个目标聚集导致边缘混淆，小尺度物体分割不明显，以及语义分割过程中全局信息获取不足的问题，提出了一种基于混合注意力与全尺度跳层连接网络的遥感图像语义分割算法DU-net。该算法以U-net3+为基础网络，采用全尺度跳层连接网络作为特征提取网络，摒弃了原算法中的深度监督，建立特征与注意力机制之间的关联，最终实现语义分割的过程。实验结果表明，DU-net算法在不同指标下较经典算法都有明显提升，同时提高了图像边缘分割质量，改善了算法对小尺度目标的分割准确度。     

多尺度融合增强的图像语义分割算法

针对现有的图像语义分割算法存在小尺度目标丢失和分割不连续的问题,提出多尺度融合增强的图像语义分割算法,该算法在DeeplabV3+网络模型的基础上,通过构建多尺度特征提取和融合增强网络提高了对小目标特征的描述能力,使网络在分割大目标的同时也能获得小目标的特征信息,从而解决了语义分割时小尺度目标丢失和分割不连续的问题。在Cityscapes数据集上实验的结果表明,改进后的算法明显提升了小目标分割精度,解决了分割不连续的问题。最后在公开数据集PASCAL VOC 2012上进一步验证了改进算法的泛化性。     

增强细节的RGB‐IR多通道特征融合语义分割网络

现有基于深度学习的语义分割方法对于遥感图像的地物边缘分割不准确,小地物分割效果较差,并且RGB图像质量也会严重影响分割效果。提出一种增强细节的RGB-IR多通道特征融合语义分割网络MFFNet。利用细节特征抽取模块获取RGB和红外图像的细节特征并进行融合,生成更具区分性的特征表示并弥补RGB图像相对于红外图像所缺失的信息。在融合细节特征和高层语义特征的同时,利用特征融合注意力模块自适应地为每个特征图生成不同的注意力权重,得到具有准确语义信息和突出细节信息的优化特征图。将细节特征抽取模块和特征融合注意力模块结构在同一层级上设计为相互对应,从而与高层语义特征进行融合时抑制干扰或者无关细节信息的影响,突出重要关键细节特征,并在特征融合注意力模块中嵌入通道注意力模块,进一步加强高低层特征有效融合,产生更具分辨性的特征表示,提升网络的特征表达能力。在公开的Postdam数据集上的实验结果表明,MFFNet的平均交并比为70.54%,较MFNet和RTFNet分别提升3.95和4.85个百分点,并且对于边缘和小地物的分割效果提升显著。     

空洞可分离卷积和注意力机制的实时语义分割

目的 为满足语义分割算法准确度和实时性的要求,提出了一种基于空洞可分离卷积模块和注意力机制的实时语义分割方法。方法 将深度可分离卷积与不同空洞率的空洞卷积相结合,设计了一个空洞可分离卷积模块,在减少模型计算量的同时,能够更高效地提取特征;在网络输出端加入了通道注意力模块和空间注意力模块,增强对特征的通道信息和空间信息的表达并与原始特征融合,以进一步提高特征的表达能力;将融合的特征上采样到原图大小,预测像素类别,实现语义分割。结果 在Cityscapes数据集和CamVid数据集上进行了实验验证,分别取得70.4%和67.8%的分割精度,速度达到71帧/s,而模型参数量仅为0.66 M。在不影响速度的情况下,分割精度比原始方法分别提高了1.2%和1.2%,验证了该方法的有效性。同时,与近年来的实时语义分割方法相比也表现出一定优势。结论 本文方法采用空洞可分离卷积模块和注意力模块,在减少模型计算量的同时,能够更高效地提取特征,且在保证实时分割的情况下提升分割精度,在准确度和实时性之间达到了有效的平衡。     

动态异构特征融合的水下图像增强算法

针对水下图像细节模糊和色彩失真严重的问题,提出一种基于编码解码结构的动态异构特征融合水下图像增强网络.首先,设计异构特征融合模块,将不同级别与不同层次的特征进行融合,提升网络对细节信息和语义信息的整体感知能力;然后,设计新型特征注意力机制,改进传统通道注意力机制,并将改进后的通道注意力与像素注意力机制加入异构特征融合过程,加强网络提取不同浑浊度像素特征的能力;接着,设计动态特征增强模块,自适应扩展感受野以提升网络对图像畸变景物的适应力和模型转换能力,加强网络对感兴趣区域的学习;最后,设计色彩损失函数,并联合最小化绝对误差损失与结构相似性损失,在保持图像纹理的基础上纠正色偏.实验结果表明,所提出算法可有效提升网络的特征提取能力,降低水下图像的雾度效应,提升图像的清晰度和色彩饱和度.     

结合上下文特征与CNN多层特征融合的语义分割

目的 针对基于区域的语义分割方法在进行语义分割时容易缺失细节信息,造成图像语义分割结果粗糙、准确度低的问题,提出结合上下文特征与卷积神经网络（CNN）多层特征融合的语义分割方法。方法 首先,采用选择搜索方法从图像中生成不同尺度的候选区域,得到区域特征掩膜;其次,采用卷积神经网络提取每个区域的特征,并行融合高层特征与低层特征。由于不同层提取的特征图大小不同,采用RefineNet模型将不同分辨率的特征图进行融合;最后将区域特征掩膜和融合后的特征图输入到自由形式感兴趣区域池化层,经过softmax分类层得到图像的像素级分类标签。结果 采用上下文特征与CNN多层特征融合作为算法的基本框架,得到了较好的性能,实验内容主要包括CNN多层特征融合、结合背景信息和融合特征以及dropout值对实验结果的影响分析,在Siftflow数据集上进行测试,像素准确率达到82.3%,平均准确率达到63.1%。与当前基于区域的端到端语义分割模型相比,像素准确率提高了10.6%,平均准确率提高了0.6%。结论 本文算法结合了区域的前景信息和上下文信息,充分利用了区域的语境信息,采用弃权原则降低网络的参数量,避免过拟合,同时利用RefineNet网络模型对CNN多层特征进行融合,有效地将图像的多层细节信息用于分割,增强了模型对于区域中小目标物体的判别能力,对于有遮挡和复杂背景的图像表现出较好的分割效果。     

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。     

多尺度条形池化与通道注意力的图像语义分割

目的 针对自然场景下图像语义分割易受物体自身形状多样性、距离和光照等因素影响的问题,本文提出一种新的基于条形池化与通道注意力机制的双分支语义分割网络(strip pooling and channel attention net, SPCANet)。方法 SPCANet从空间与内容两方面对图像特征进行抽取。首先,空间感知子网引入1维膨胀卷积与多尺度思想对条形池化技术进行优化改进,进一步在编码阶段增大水平与竖直方向上的感受野;其次,为了提升模型的内容感知能力,将在ImageNet数据集上预训练好的VGG16(Visual Geometry Group 16-layer network)作为内容感知子网,以辅助空间感知子网优化语义分割的嵌入特征,改善空间感知子网造成的图像细节信息缺失问题。此外,使用二阶通道注意力进一步优化网络中间层与高层的特征选择,并在一定程度上缓解光照产生的色差对分割结果的影响。结果 使用Cityscapes作为实验数据,将本文方法与其他基于深度神经网络的分割方法进行对比,并从可视化效果和评测指标两方面进行分析。SPCANet在目标分割指标mIoU(mean inter...     

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。