深度卷积神经网络图像语义分割研究进展

在计算机视觉领域中,语义分割是场景解析和行为识别的关键任务,基于深度卷积神经网络的图像语义分割方法已经取得突破性进展。语义分割的任务是对图像中的每一个像素分配所属的类别标签,属于像素级的图像理解。目标检测仅定位目标的边界框,而语义分割需要分割出图像中的目标。本文首先分析和描述了语义分割领域存在的困难和挑战,介绍了语义分割算法性能评价的常用数据集和客观评测指标。然后,归纳和总结了现阶段主流的基于深度卷积神经网络的图像语义分割方法的国内外研究现状,依据网络训练是否需要像素级的标注图像,将现有方法分为基于监督学习的语义分割和基于弱监督学习的语义分割两类,详细阐述并分析这两类方法各自的优势和不足。本文在PASCAL VOC（pattern analysis, statistical modelling and computational learning visual object classes）2012数据集上比较了部分监督学习和弱监督学习的语义分割模型,并给出了监督学习模型和弱监督学习模型中的最优方法,以及对应的MIoU（mean intersection-over-union）。最后,指出了图像语义分割领域未来可能的热点方向。     

图像分割述评：基本概貌、典型算法及比较分析

图像分割作为计算机视觉领域的一个重要分支,在可穿戴计算、自动驾驶、医学图像分析等方面都发挥着重要作用,并有着广泛应用。为了更好地了解图像分割领域的发展以及研究现状,该文对图像分割进行了深入梳理和系统述评。首先,对图像分割的含义以及其工作流程、指标等进行阐释;然后,对图像分割方法按照时间的跨度进行分类——基于阈值和区域、基于图论和聚类,以及基于深度学习的图像分割,对每类方法的代表性算法进行分析介绍,较为全面地总结了每类方法的基本思想和优缺点;最后,对该领域目前存在的问题和未来的发展方向进行展望,提出实时图像语义分割、弱监督或非监督语义分割和三维场景的语义分割是目前研究中的主要挑战。     

深度学习实时语义分割研究进展和挑战

语义分割作为计算机视觉领域的重要研究方向之一,应用十分广泛。其目的是根据预先定义好的类别对输入图像进行像素级别的分类。实时语义分割则在一般语义分割的基础上又增加了对速度的要求,广泛应用于如无人驾驶、医学图像分析、视频监控与航拍图像等领域。其要求分割方法不仅要取得较高的分割精度,且分割速度也要快。随着深度学习和神经网络的快速发展,实时语义分割也取得了一定的研究成果。本文在前人已有工作的基础上对基于深度学习的实时语义分割算法进行系统的归纳总结,包括基于Transformer和剪枝的方法等,全面介绍实时语义分割方法在各领域中的应用。首先介绍实时语义分割的概念,再根据标签的数量和质量,将现有的基于深度学习的实时语义分割方法分为强监督学习、弱监督学习和无监督学习3个类别。在分类的基础上,结合各个类别中最具有代表性的方法,对其优缺点展开分析,并从多个角度进行比较。随后介绍目前实时语义分割常用的数据集和评价指标,并对比分析各算法在各数据集上的实验效果,阐述现阶段实时语义分割的应用场景。最后,讨论了基于深度学习的实时语义分割存在的挑战,并对实时语义分割未来值得研究的方向进行展望,为研究者们解决存在的问题提供便利。     

基于深度学习的弱监督语义分割方法综述

语义分割是计算机视觉领域的基本任务,旨在为每个像素分配语义类别标签,实现对图像的像素级理解。得益于深度学习的发展,基于深度学习的全监督语义分割方法取得了巨大进展。然而,这些方法往往需要大量带有像素级标注的训练数据,标注成本巨大,限制了其在诸如自动驾驶、医学图像分析以及工业控制等实际场景中的应用。为了降低数据的标注成本并进一步拓宽语义分割的应用场景,研究者们越来越关注基于深度学习的弱监督语义分割方法,希望通过诸如图像级标注、最小包围盒标注、线标注和点标注等弱标注信息实现图像的像素级分割预测。首先对语义分割任务进行了简要介绍,并分析了全监督语义分割所面临的困境,从而引出弱监督语义分割。然后,介绍了相关数据集和评估指标。接着,根据弱标注的类型和受关注程度,从图像级标注、其他弱标注以及大模型辅助这3个方面回顾和讨论了弱监督语义分割的研究进展。其中,第2类弱监督语义分割方法包括基于最小包围盒、线和点标注的弱监督语义分割。最后,分析了弱监督语义分割领域存在的问题与挑战,并就其未来可能的研究方向提出建议,旨在进一步推动弱监督语义分割领域研究的发展。     

深度神经网络图像语义分割方法综述

图像语义分割是计算机视觉领域近年来的热点研究课题,随着深度学习技术的兴起,图像语义分割与深度学习技术进行融合发展,取得了显著的进步,在无人驾驶、智能安防、智能机器人、人机交互等真实场景中应用广泛。首先对应用于图像语义分割的几种深度神经网络模型进行简单介绍,接着详细阐述了现有主流的基于深度神经网络的图像语义分割方法,依据实现技术的区别对图像语义分割方法进行分类,并对每类方法中代表性算法的技术特点、优势和不足进行分析与总结。之后归纳了图像语义分割常用的大规模公共数据集和性能评价指标,并在此基础上对经典的语义分割方法的实验结果进行了对比,最后对语义分割领域未来可行的研究方向进行展望。     

全监督学习的图像语义分割方法研究进展

近年来,随着深度学习进入计算机视觉领域,各种深度学习图像语义分割方法相继出现,其中全监督学习方法的分割效果显著超过弱监督学习方法。将全监督学习的图像语义分割方法分为五类,并对各类中最具有代表性的方法进行详细分析,重点阐述各种方法核心部分的实现过程。对语义分割领域中的主流数据集进行归纳总结,介绍了性能算法指标,并在主流数据集上对各种代表性方法的效果进行对比,最后对语义分割的未来进行展望。     

基于深度学习的点云语义分割研究综述

近年来,深度传感器和三维激光扫描仪的普及推动了三维点云处理方法的快速发展。点云语义分割作为理解三维场景的关键步骤,受到了研究者的广泛关注。随着深度学习的迅速发展并广泛应用到三维语义分割领域,点云语义分割效果得到了显著提升。主要对基于深度学习的点云语义分割方法和研究现状进行了详细的综述。将基于深度学习的点云语义分割方法分为间接语义分割方法和直接语义分割方法,根据各方法的研究内容进一步细分,对每类方法中代表性算法进行分析介绍,总结每类方法的基本思想和优缺点,并系统地阐述了深度学习对语义分割领域的贡献。然后,归纳了当前主流的公共数据集和遥感数据集,并在此基础上对比主流点云语义分割方法的实验结果。最后,对语义分割技术未来的发展方向进行了展望。     

基于编码器-解码器的半监督图像语义分割

基于深度卷积神经网络的图像语义分割方法需要大量像素级标注的训练数据,但标注的过程费时又费力.本文基于生成对抗网络提出一种编码-解码结构的半监督图像语义分割方法,其中编码器-解码器模块作为生成器,整个网络通过耦合标准多分类交叉熵损失和对抗损失进行训练.为充分利用浅层网络包含的丰富的语义信息,本文将编码器中不同尺度的特征输入到分类器,并将得到的不同粒度的分类结果融合,进而优化目标边界.此外,鉴别器通过发现无标签数据分割结果中的可信区域,以此提供额外的监督信号,来实现半监督学习.在PASCAL VOC 2012和Cityscapes上的实验表明,本文提出的方法优于现有的半监督图像语义分割方法.     

基于内容的图像分割方法综述

图像分割是指将图像分成若干具有相似性质的区域的过程,是许多图像处理任务的预处理步骤.近年来,国内外学者主要研究基于图像内容的分割算法.在广泛调研大量文献和最新成果的基础上,将图像分割算法分为基于图论的方法、基于像素聚类的方法和语义分割方法这3种类型并分别介绍.对每类方法所包含的典型算法,尤其是最近几年利用深度网络技术的语义图像分割方法的基本思想、优缺点进行分析、对比和总结.介绍了图像分割常用的基准数据集和算法评价标准,并用实验对各种图像分割算法进行对比.最后总结全文,并对未来可能的发展趋势进行了展望.     

基于RGB-D图像的语义场景补全研究综述

近年来随着计算机视觉领域的不断发展,三维场景的语义分割和形状补全受到学术界和工业界的广泛关注.其中,语义场景补全是这一领域的新兴研究,该研究以同时预测三维场景的空间布局和语义标签为目标,在近几年得到快速发展.对近些年该领域提出的基于RGB-D图像的方法进行了分类和总结.根据有无使用深度学习将语义场景补全方法划分为传统方法和基于深度学习的方法两大类.其中,对于基于深度学习的方法,根据输入数据类型将其划分为基于单一深度图像的方法和基于彩色图像联合深度图像的方法.在对已有方法分类和概述的基础上,对语义场景补全任务所使用的相关数据集进行了整理,并分析了现有方法的实验结果.最后,总结了该领域面临的挑战和发展前景.     

深度医学图像配准研究进展：迈向无监督学习

在疾病诊断、手术引导及放射性治疗等图像辅助诊疗场景中,将不同时间、不同模态或不同设备的图像通过合理的空间变换进行配准是必要的处理流程之一。随着深度学习的快速发展,基于深度学习的医学图像配准研究以其耗时短、精度高的优势吸引了研究者的广泛关注。本文全面整理了2015—2019年深度医学图像配准方向的论文,系统地分析了深度医学图像配准领域的最新研究进展,展现了深度配准算法研究从迭代优化到一步预测、从有监督学习到无监督学习的总体发展趋势。具体来说,本文在界定深度医学图像配准问题和介绍配准研究分类方法的基础上,以相关算法的网络训练过程中所使用的监督信息多少作为分类标准,将深度医学图像配准划分为全监督、双监督与弱监督、无监督医学图像配准方法。全监督配准方法通过采用随机变换、传统算法和模型生成等方式获取近似的金标准作为监督信息;双监督、无监督配准方法通过引入图像相似度损失、标签相似度损失等其他监督信息以降低对金标准的依赖;无监督配准方法则完全消除对标注数据的需要,仅使用图像相似度损失和正则化损失监督网络训练。目前,无监督医学图像算法已经成为医学图像配准领域的研究重点,在无需获得代价高昂的标注信息下就能够取得与有监督和传统方法相当甚至更高的配准精度。在此基础上,本文进一步讨论了医学图像配准研究后续可能的4个未来挑战,希望能够为更高精度、更高效率的深度医学图像配准算法的研究提供方向,并推动深度医学图像配准技术在临床诊疗中落地应用。     

MRI脑肿瘤图像分割研究进展及挑战

脑肿瘤分割是医学图像处理中的一项重要内容,其目的是辅助医生做出准确的诊断和治疗,在临床脑部医学领域具有重要的实用价值。核磁共振成像（MRI）是临床医生研究脑部组织结构的主要影像学工具,为了使更多研究者对MRI脑肿瘤图像分割理论及其发展进行探索,本文对该领域研究现状进行综述。首先总结了用于MRI脑肿瘤图像分割的方法,并对现有方法进行了分类,即分为监督分割和非监督分割;然后重点综述了基于深度学习的脑肿瘤分割方法,在研究其关键技术基础上归纳了优化策略;最后介绍了脑肿瘤分割（BraTS）挑战,并结合挑战中所用方法展望了脑肿瘤分割领域未来的发展趋势。MRI脑肿瘤图像分割领域的研究已经取得了一些显著进展,尤其是深度学习的发展为该领域的研究提供了新的思路。但由于脑肿瘤在大小、形状和位置方面的高度变化,以及脑肿瘤图像数据有限且类别不平衡等问题,使得脑肿瘤图像分割仍是一个极具挑战的课题。由于分割过程缺乏可解释性和透明性,如何将全自动分割方法应用于临床试验,还需要进行深入研究。     

竞争监督学习法在集成型识别系统中的应用

在集成方法中,神经网络集成方法对研制集成型模式识别系统是有效的.但是,单个 子分类器和集成网络的性能对集成系统的整体识别效果都有影响.因此,要进一步提高系统 性能也必须改进子分类器和集成网络.文中采用竞争监督学习法,构造一个网络集成系统,用 于手写数字字符识别.实验证明,该方法的确能够改进系统的收敛速度和泛化能力.     

图像超分辨率技术的回顾与展望

图像超分辨率(SR)是计算机视觉中提高图像和视频分辨率的一类重要技术。近年来,得益于神经网络的成功,基于深度学习的图像超分辨率技术正在蓬勃发展,这无疑是超分辨率技术研究的主流方向。对超分辨率工作进行综述。首先,总结目前已有的超分辨率技术,根据其输入输出进行分类介绍;其次,将基于深度学习的单图像超分辨率技术分为有监督学习和无监督学习两类进行论述,并对部分具有代表性的最新超分辨率重建技术进行总结分类介绍;然后,讨论了超分辨率技术的相关问题,即性能评价指标、标准数据集,进而对几种典型算法进行实验对比;最后,对图像超分辨率算法未来的研究趋势进行展望。     

视觉弱监督学习研究进展

视觉理解,如物体检测、语义和实例分割以及动作识别等,在人机交互和自动驾驶等领域中有着广泛的应用并发挥着至关重要的作用。近年来,基于全监督学习的深度视觉理解网络取得了显著的性能提升。然而,物体检测、语义和实例分割以及视频动作识别等任务的数据标注往往需要耗费大量的人力和时间成本,已成为限制其广泛应用的一个关键因素。弱监督学习作为一种降低数据标注成本的有效方式,有望对缓解这一问题提供可行的解决方案,因而获得了较多的关注。围绕视觉弱监督学习,本文将以物体检测、语义和实例分割以及动作识别为例综述国内外研究进展,并对其发展方向和应用前景加以讨论分析。在简单回顾通用弱监督学习模型,如多示例学习(multiple instance learning,MIL)和期望—最大化(expectation-maximization,EM)算法的基础上,针对物体检测和定位,从多示例学习、类注意力图机制等方面分别进行总结,并重点回顾了自训练和监督形式转换等方法;针对语义分割任务,根据不同粒度的弱监督形式,如边界框标注、图像级类别标注、线标注或点标注等,对语义分割研究进展进行总结分析,并主要回顾了基于图像级别类别标注和边界框标注的弱监督实例分割方法;针对视频动作识别,从电影脚本、动作序列、视频级类别标签和单帧标签等弱监督形式,对弱监督视频动作识别的模型与算法进行回顾,并讨论了各种弱监督形式在实际应用中的可行性。在此基础上,进一步讨论视觉弱监督学习面临的挑战和发展趋势,旨在为相关研究提供参考。     

基于监督判别局部保持投影的表情识别算法

LPP算法是无监督算法,并没有考虑到不同类别的样本对分类效果的影响,结果会造成不同类数据点的重叠,故所获得的子空间对于分类问题来说未必是最优的。提出一种新的基于监督判别局部保持投影（SDLPP）的表情识别算法。利用样本的类别信息重新构造LPP算法中的相似矩阵,然后在目标函数中增加类间散度约束,这样就会在保持样本点局部结构的同时,使不同类的样本点相互远离,从而得到更具有判别性的表情特征。该算法在识别率上比其他方法都有较大提高,通过在JAFFE表情库上的实验验证了其有效性。     

Development of Efficient Classification Systems for the Diagnosis of Melanoma

Skin cancer is usually classified as melanoma and non-melanoma. Melanoma now represents 75% of humans passing away worldwide and is one of the most brutal types of cancer. Previously, studies were not mainly focused on feature extraction of Melanoma, which caused the classification accuracy. However, in this work, Histograms of orientation gradients and local binary patterns feature extraction procedures are used to extract the important features such as asymmetry, symmetry, boundary irregularity, color, diameter, etc., and are removed from both melanoma and non-melanoma images. This proposed Efficient Classification Systems for the Diagnosis of Melanoma (ECSDM) framework consists of different schemes such as preprocessing, segmentation, feature extraction, and classification. We used Machine Learning (ML) and Deep Learning (DL) classifiers in the classification framework. The ML classifier is Naïve Bayes (NB) and Support Vector Machines (SVM). And also, DL classification framework of the Convolution Neural Network (CNN) is used to classify the melanoma and benign images. The results show that the Neural Network (NNET) classifier’ achieves 97.17% of accuracy when contrasting with ML classifiers.     

基于伪标签自细化的弱监督实例分割

大多数弱监督实例分割方法利用类激活图生成的伪标签以及多阶段的训练策略,在实例分割上取得了不错的性能,但这些方法在检出物体完整性上仍然面临许多挑战。针对上述问题,提出了一种基于伪标签自细化的弱监督实例分割方法(pseudo-label self-refinement, PLSR),即在训练过程不断地利用网络自身的结果筛选、聚合候选区域得到各分支的伪标签,保障并逐步提升伪标签的质量,最终提高实例分割的性能。在Pascal VOC2012和MS-COCO数据集上进行实验,与现有的弱监督实例分割方法进行对比,AP50分别提高了1.6%和1.9%。实验结果表明,伪标签自细化方法能够有效利用候选区域的形状信息以及网络自身的语义信息提升伪标签的质量并取得了良好的分割效果,最终提高了弱监督实例分割的性能。     

深度学习在我国农业中的应用研究现状

深度学习（Deep Learning,DL）已广泛应用于智能农业的病虫害检测、植物和水果识别、农作物及杂草检测与分类等研究中。对2014年至2019年国内发表的65篇有关DL在农业中应用研究成果进行综述。简要介绍DL的基本概念及其发展历史,给出了所选论文检索方法及其分布;对所选论文从研究对象与目的、数据来源、类间差异、预处理、数据扩增、模型框架以及性能对比等角度进行了综述;对DL的优缺点进行了分析,并指明了其在智能农业研究中的发展趋势。