改进ASPP及多层次特征语义融合分割方法

为解决图像语义分割中多尺度目标分割困难、类别边界预测不准确等问题，提出一种基于改进空洞空间金字塔池化的多层次特征语义融合分割方法。将深层次网络特征按通道分组，利用分组空洞空间金字塔池化模块捕获每个分组多尺度特征上下文信息；引入条状池化模块对上下文信息补充和完善，增强全局语义信息表达；根据语义引导融合模块建立不同层次特征像素间对应关系，将深层次语义信息以自底向上方式逐步融入到低层次高分辨率图像中。实验结果表明，该方法在PASCAL VOC 2012和Cityscapes公开数据集上分别获得73.1%、71.8%的平均交并比，且在相同精度下，该方法减少了39%的参数量。     

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。     

基于深度学习的遥感影像语义分割研究

高分辨率遥感图像的语义分割是遥感应用领域中的重要任务之一。针对经典语义分割网络在高分辨率遥感图像语义分割中存在边缘目标分割不准确、多尺度目标分割困难等问题，提出了一种基于改进空洞空间金字塔池的编码器-解码器结构网络(SMANet)。编码部分使用带有注意力机制的残差网络，使得网络充分提取图像的特征信息，其次通过多并行空洞空间金字塔模块（MASPP）获得特征图有关类别和空间上下文的更详细.信息；解码部分以自底向上方式将深层次语义信息逐步融入到低层次高分辨率图像中。使用WHDLD公开数据集对该算法进行实验，获得了6418%的平均交并比，实验结果表明SMANet优于目前主流的语义分割网络。     

改进U-Net的高分辨率遥感图像轻量化分割

针对传统图像分割方法分割效率低下, 遥感图像特征复杂多样, 复杂场景下分割性能受到限制等问题, 在基于U-Net网络架构的基础上, 提出一种能够较好提取遥感图像特征并兼顾效率的改进U-Net模型. 首先, 以EfficientNetV2作为U-Net的编码网络, 增强特征提取能力, 提高训练和推理效率, 然后在解码部分使用卷积结构重参数化方法并结合通道注意力机制, 几乎不增加推理时间的前提下提升网络性能, 最后结合多尺度卷积融合模块, 提高网络对不同尺度目标的特征提取能力和更好地结合上下文信息. 实验表明, 改进的网络在遥感图像分割性能提升的同时分割效率也提高.     

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.     

融合多尺度上下文信息的实例分割

目的 实例分割通过像素级实例掩膜对图像中不同目标进行分类和定位。然而不同目标在图像中往往存在尺度差异,目标多尺度变化容易错检和漏检,导致实例分割精度提高受限。现有方法主要通过特征金字塔网络(feature pyramid network,FPN)提取多尺度信息,但是FPN采用插值和元素相加进行邻层特征融合的方式未能充分挖掘不同尺度特征的语义信息。因此,本文在Mask R-CNN(mask region-based convolutional neural network)的基础上,提出注意力引导的特征金字塔网络,并充分融合多尺度上下文信息进行实例分割。方法 首先,设计邻层特征自适应融合模块优化FPN邻层特征融合,通过内容感知重组对特征上采样,并在融合相邻特征前引入通道注意力机制对通道加权增强语义一致性,缓解邻层不同尺度目标间的语义混叠;其次,利用多尺度通道注意力设计注意力特征融合模块和全局上下文模块,对感兴趣区域(region of interest,RoI)特征和多尺度上下文信息进行融合,增强分类回归和掩膜预测分支的多尺度特征表示,进而提高对不同尺度目标的掩膜预测质量。结果 在MS ...     

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。     

基于可分离残差卷积与语义补偿的U-Net坝面裂缝分割

坝面缺陷检测是水利枢纽安全巡检的关键环节,但复杂环境下坝面图像存在干扰噪声大和像素不均衡等问题,造成坝面裂缝难以精细分割。提出一种利用可分离残差卷积和语义补偿的U-Net裂缝分割方法。在U-Net网络的编码端构建更大尺寸的可分离残差卷积模块替换常规卷积模块,从而扩大特征层感受野并避免丢失裂缝边界信息,同时在解码端增加语义特征补偿模块改善多尺度特征融合效果,将焦点损失函数和中心损失函数作为目标函数,加大裂缝前景与困难样本的损失权重以提高分类准确度。在自制西南某水电站坝面裂缝数据集上的实验结果表明,该方法的F1值和交并比分别达到69.89%与53.72%,分割效果较SegNet、FCN-8S等传统方法更优,对细小裂缝区域的识别能力更强。     

基于特征融合的边缘引导乳腺超声图像分割方法

针对乳腺超声图像边缘模糊、斑点噪声多、对比度低等问题,提出了一种融合多特征的边缘引导多尺度选择性核U-Net(Edge-guided Multi-scale Selective Kernel U-Net, EMSK U-Net)方法。EMSK U-Net采用基于U-Net的对称编解码结构可以适应小数据集医学图像分割的特点,将扩张卷积与传统卷积构成选择性核模块作用于编码路径,并提取下采样过程中的选择性核特征进行边缘检测任务,在丰富图像空间信息的同时细化边缘信息,有效缓解斑点噪声和边缘模糊的问题,在一定程度上可以提升小目标的检测精度。然后在解码路径通过多尺度特征加权聚合获取丰富的深层语义信息,多种信息之间相互补充,从而提升网络的分割性能。在3个公开的乳腺超声图像数据集上的实验结果表明,与其他分割方法相比,EMSK U-Net算法各项指标表现良好,分割性能有显著提升。     

基于轻量语义分割网络的遥感土地覆盖分类

高分辨率遥感图像有丰富的空间特征, 针对遥感土地覆盖方法中模型复杂, 边界模糊和多尺度分割等问题, 提出了一种基于边界与多尺度信息的轻量化语义分割网络. 首先, 使用轻量化的MobileNetV3分类器, 采用深度可分离卷积来减少计算量. 其次, 使用自顶向下和自底向上的特征金字塔结构来进行多尺度分割. 接着, 设计了一个边界增强模块, 为分割任务提供丰富的边界细节信息. 然后, 设计了一个特征融合模块, 融合边界与多尺度语义特征. 最后, 使用交叉熵损失函数和Dice损失函数来处理样本不平衡的问题. 在 WHDLD数据集的平均交并比达到了59.64%, 总体精度达到了87.68%. 在DeepGlobe数据集的平均交并比达到了70.42%, 总体精度达到了88.81%. 实验结果表明, 该模型能快速有效地实现遥感图像土地覆盖分类.     

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。     

引入注意力机制和多视角融合的脑肿瘤MR图像U-Net分割模型

目的 脑肿瘤核磁共振（magnetic resonance,MR）图像分割对评估病情和治疗患者具有重要意义。虽然深度卷积网络在医学图像分割中取得了良好表现,但由于脑胶质瘤的恶性程度与外观表现有巨大差异,脑肿瘤MR图像分割仍是一项巨大挑战。图像语义分割的精度取决于图像特征的提取和处理效果。传统的U-Net网络以一种低效的拼接方式集成高层次特征和低层次特征,从而导致图像有效信息丢失,此外还存在未能充分利用上下文信息和空间信息的问题。对此,本文提出一种基于注意力机制和多视角融合U-Net算法,实现脑肿瘤MR图像的分割。方法 在U-Net的解码和编码模块之间用多尺度特征融合模块代替传统的卷积层,进行多尺度特征映射的提取与融合;在解码模块的级联结构中添加注意力机制,增加有效信息的权重,避免信息冗余;通过融合多个视角训练的模型引入3维图像的空间信息。结果 提出的模型在BraTS18（Multimodal Brain Tumor Segmentation Challenge 2018）提供的脑肿瘤MR图像数据集上进行验证,在肿瘤整体区域、肿瘤核心区域和肿瘤增强区域的Dice score分别为0.907、0.838和0.819,与其他方法进行对比,较次优方法分别提升了0.9%、1.3%和0.6%。结论 本文方法改进了传统U-Net网络提取和利用图像语义特征不足的问题,并引入了3维MR图像的空间信息,使得肿瘤分割结果更加准确,具有良好的研究和应用价值。     

结合上下文编码与特征融合的SAR图像分割

目的 图像分割的中心任务是寻找更强大的特征表示,而合成孔径雷达(synthetic aperture radar,SAR)图像中斑点噪声阻碍特征提取。为加强对SAR图像特征的提取以及对特征充分利用,提出一种改进的全卷积分割网络。方法 该网络遵循编码器—解码器结构,主要包括上下文编码模块和特征融合模块两部分。上下文编码模块(contextual encoder module,CEM)通过捕获局部上下文和通道上下文信息增强对图像的特征提取;特征融合模块(feature fusion module,FFM)提取高层特征中的全局上下文信息,将其嵌入低层特征,然后将增强的低层特征并入解码网络,提升特征图分辨率恢复的准确性。结果 在两幅真实SAR图像上,采用5种基于全卷积神经网络的分割算法作为对比,并对CEM与CEM-FFM分别进行实验。结果<显示,该网络分割结果的总体精度(overall accuracy,OA)、平均精度(average accuracy,AA)与Kappa系数比5种先进算法均有显著提升。其中,网络在OA上表现最好,CEM在两幅SAR图像上OA分别为91.082%和90.903%,较对比算法中性能最优者分别提高了0.948%和0.941%,证实了CEM的有效性。而CEM-FFM在CEM基础上又将结果分别提高了2.149%和2.390%,验证了FFM的有效性。结论 本文提出的分割网络较其他方法对图像具有更强大的特征提取能力,且能更好地将低层特征中的空间信息与高层特征中的语义信息融合为一体,使得网络对特征的表征能力更强、图像分割结果更准确。     

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.     

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水面提取,该研究成果可为城市环境监测提供数据支撑。     

显著性引导及不确定性监督的深度编解码网络

基于U-Net的编码-解码网络及其变体网络在医学图像语义分割任务中取得了卓越的分割性能.然而,网络在特征提取过程中丢失了部分空间细节信息,影响了分割精度.另一方面,在多模态的医学图像语义分割任务中,这些模型的泛化能力和鲁棒性不理想.针对以上问题,本文提出一种显著性引导及不确定性监督的深度卷积编解码网络,以解决多模态医学图像语义分割问题.该算法将初始生成的显著图和不确定概率图作为监督信息来优化语义分割网络的参数.首先,通过显著性检测网络生成显著图,初步定位图像中的目标区域;然后,根据显著图计算不确定分类的像素点集合,生成不确定概率图;最后,将显著图和不确定概率图与原图像一同送入多尺度特征融合网络,引导网络关注目标区域特征的学习,同时增强网络对不确定分类区域和复杂边界的表征能力,以提升网络的分割性能.实验结果表明,本文算法能够捕获更多的语义信息,在多模态医学图像语义分割任务中优于其他的语义分割算法,并具有较好的泛化能力和鲁棒性.     

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。     

注意力残差多尺度特征增强的显著性实例分割

显著性实例分割是指分割出图像中最引人注目的实例对象。现有的显著性实例分割方法中存在 较小显著性实例不易检测分割,以及较大显著性实例分割精度不足等问题。针对这 2 个问题,提出了一种新的 显著性实例分割模型,即注意力残差多尺度特征增强网络(ARMFE)。模型 ARMFE 主要包括 2 个模块：注意力 残差网络模块和多尺度特征增强模块,注意力残差网络模块是在残差网络基础上引入注意力机制,分别从通道 和空间对特征进行选择增强;多尺度特征增强模块则是在特征金字塔基础上进一步增强尺度跨度较大的特征信 息融合。因此,ARMFE 模型通过注意力残差多尺度特征增强,充分利用多个尺度特征的互补信息,同时提升 较大显著性实例对象和较小显著性实例对象的分割效果。ARMFE 模型在显著性实例分割数据集 Salient Instance Saliency-1K (SIS-1K)上进行了实验,分割精度和速度都得到了提升,优于现有的显著性实例分割算法 MSRNet 和 S4Net。