基于特征金字塔网络的肺结节检测

针对计算机断层扫描（CT）影像中肺结节尺寸变化较大、尺寸小且不规则等特点导致的检测敏感度较低的问题,提出了基于特征金字塔网络（FPN）的肺结节检测方法。首先,利用FPN提取结节的多尺度特征,并强化小目标及目标边界细节的特征;其次,在FPN的基础上设计语义分割网络（名为掩模特征金字塔网络（Mask FPN））用于快速准确地分割提取肺实质,作为目标候选区域定位图像;并且,在FPN顶层添加反卷积层,采用多尺度预测策略改进快速区域卷积神经网络（Faster R-CNN）以提高检测性能;最后,针对肺结节数据集的正负样本不平衡问题,在区域候选网络（RPN）模块采用焦点损失函数以提高结节的检出率。所提方法在公开数据集LUNA16上进行实验,结果表明,利用FPN和反卷积层改进的新网络对结节检测效果有一定的帮助,采用焦点损失函数也有一定效果。综合多种改进,当平均每个扫描件的候选结节数为46.7时,所提方法的肺结节检测敏感度指标为95.7%,与其他卷积神经网络方法如Faster R-CNN、UNet等相比,具有较高的敏感性。所提方法能够较好地提取不同尺度上的结节特征,提高CT图像肺结节检测的敏感度,同时对于较小的结节也能有效检测,能更有效地辅助肺癌的诊断治疗。     

融合改进FPN与关联网络的Faster R-CNN目标检测

在无人机场景下,目标检测存在样本数量不足、成像视角不同的问题,导致检测精度低。提出一种结合改进特征金字塔网络（FPN）与关联网络的Faster R-CNN目标检测算法。通过在传统FPN结构中以自下而上的特征融合方式提取特征图的语义信息和位置信息,最大程度地保留特征图的多尺度信息。同时利用候选区域之间的形状特征和位置特征构造区域之间的关联特征,并与深度特征相融合进行分类回归,从而充分提取特征图的整体信息,实现目标检测。在PASCAL VOC 2007和NWPU VHR-10数据集上的实验结果表明,相比FPN+Faster R-CNN算法,该算法的交并比和平均检测精度分别提高了10和2.7个百分点,具有较优的目标检测性能。     

基于改进Faster R-CNN的绝缘子及其缺陷检测

为实现绝缘子及其缺陷实时检测,文章以改进的区域卷积神经网络（Faster Region Convolutional Neural Networks,Faster R-CNN）作为基础研究算法,将残差网络和特征金字塔网络相融合作为特征提取网络,使用深度可分离卷积替换原有的普通卷积,引入SE通道注意力模块,同时改进了网络中的激活函数。改进后的Faster R-CNN与普通Faster R-CNN相比,全类别平均正确率（mean Average Precision,mAP）和检测速度都有所提高。     

基于注意力特征金字塔网络的肺结节检测算法

针对肺结节计算机辅助检测（CAD）系统中肺结节形态各异难以检测带来的敏感度低、假阳性率高的问题，提出一种基于注意力特征金字塔网络的肺结节检测算法。在第一阶段，以更加紧凑的双路径网络（DPN）为骨干网络，并结合特征金字塔网络（FPN）进行多尺度预测，以获取不同层次的特征信息，同时嵌入全局注意力机制（GAM）来细化学习要强调的语义特征，并提高算法的敏感度；在第二阶段，提出一种假阳性抑制网络，以获得最终分类预测结果；在训练阶段，采用焦点损失函数和多种数据增强技术来处理数据不平衡问题。在公开数据集LUNA16(LUng Nodule Analysis 2016)上的实验结果显示：仅有第一阶段的算法的竞争性能指标（CPM）达到了0.908，而加入假阳性抑制网络后算法的CPM达到了0.933，这与经典算法基于最大强度投影（MIP）的卷积神经网络（CNN）算法相比提升了1.1个百分点；而消融实验的结果表明DPN、FPN、GAM对于提升检测敏感度是有作用的。以上证明了所提出的两阶段检测算法可以获取多尺度结节信息，提高肺结节检测的敏感度，并且降低假阳性率。     

基于改进Faster R-CNN和3D DCNN的肺结节检测算法

针对传统肺结节检测准确率低,且存在假阳性高的问题,提出了一种改进Faster R-CNN网络检测候选结节,以及改进的3D DCNN网络去除假阳性的算法。考虑到结节的形状大小等因素,在Faster R-CNN上更改锚点数量和尺寸检测结节的鲁棒性,并在特征提取器的最后一层添加一个反卷积层,在网络特征图上根据结节尺寸添加小型滑动网络以使网络自适应生成感兴趣区域,获取候选结节。为了去除假阳性结节,在2D DCNN网络基础上调整卷积核参数,引入时间维度生成3D DCNN,并利用Adam算法调整网络学习率更改网络权重参数,采用数据增强策略进一步提取结节的全局特征。LIDC-IDRI数据集上的实验结果表明,所提出的算法平均检测准确率达到97.71%,同时降低了误诊率和漏诊率。     

基于融合FPN和Faster R-CNN的行人检测算法

针对多尺度行人检测的问题,本文提出一种基于融合特征金字塔网络（Feature pyramid networks,FPN）和Faster R-CNN(Faster region convolutional neural network)的行人检测算法。首先,对FPN和区域建议网络（Region proposal networks,RPN）进行融合;然后,对FPN和Fast R-CNN进行融合;最后,在Caltech数据集、KITTI数据集和ETC数据集上分别对融合FPN和Faster R-CNN的行人检测算法进行训练和测试。该算法在Caltech数据集、KITTI数据集和ETC数据集上的mAP (mean Average Precision)分别达到69.72%, 69.76%和89.74%。与Faster R-CNN相比,该算法不仅提高了行人检测精度,而且在多尺度行人检测的问题上也获得了较为满意的检测效果。     

基于上下文信息和多尺度融合重要性感知的特征金字塔网络算法

针对目标检测中分类和定位子任务分别需要大感受野和高分辨率,难以在这两个相互矛盾的需求间取得平衡的问题,提出一种用于目标检测的基于注意力机制的特征金字塔网络算法。该算法能整合多个不同感受野来获取更丰富的语义信息,以一种更关注不同特征图重要性的方式融合多尺度特征图,并在注意力机制引导下进一步精练复杂融合后的特征图。首先,通过多尺度的空洞卷积获取多尺度感受野,在保留分辨率的同时增强语义信息;其次,通过多级特征融合（MLF）方式将多个不同尺度的特征图通过上采样或池化操作变为相同分辨率后融合;最后,利用注意力引导的特征精练模块（AFRM）对融合后的特征图作精练处理,丰富语义信息并消除融合带来的混叠效应。将所提特征金字塔替换Faster R-CNN中的特征金字塔网络（FPN）后在MS COCO 2017数据集上进行实验,结果表明当骨干网络为深度50和101的残差网络（ResNet）时,平均精度（AP）分别达到了39.2%和41.0%,与使用原FPN的Faster R-CNN相比,分别提高了1.4和1.0个百分点。可见,所提特征金字塔网络算法能替代原FPN,更好地应用在目标检测场景中。     

改进的Faster RCNN煤矿井下行人检测算法

针对煤矿井下环境恶劣、光照差、背景混杂、行人模糊、行人多尺度等问题，提出了一种改进的Faster RCNN煤矿井下行人检测方法，使用深度卷积神经网络代替传统的手工设计特征方式自动地从图片中提取特征。利用深度学习通用目标检测框架Faster RCNN，以Faster RCNN算法为基础，对候选区域网络（Region Proposals Network，RPN）结构进行了改进，提出了一种“金字塔RPN”结构，来解决井下行人存在的多尺度问题；同时算法中加入了特征融合技术，将不同卷积层输出的特征图进行融合，增强煤矿井下模糊、遮挡和小目标行人的检测性能。实验结果表明：改进的Faster RCNN可以有效解决井下行人检测问题，在井下行人数据集上获得了90%的检测准确率，并在公测数据集VOC 07上对改进算法进行了验证。     

基于Faster R-CNN的密集人群检测算法

为提高拥挤场景下的人群检测准确率,提出一种基于改进Faster R-CNN的密集人群检测算法。首先,在特征提取阶段添加空间与通道注意力机制,使用加强的双向特征金字塔网络（S-BiFPN）替代原网络中的多尺度特征金字塔（FPN）,使网络对重要特征进行自主学习并加强对图像深层特征的提取;其次,引入多实例预测（MIP）算法对实例进行预测,以避免模型对拥挤场景下的目标造成漏检;最后,对模型中的非极大值抑制（NMS）进行优化,并额外增设一个交并比（IoU）阈值,以对检测结果的干扰项进行精确抑制。在开源的密集人群检测数据集上进行测试的结果显示,相较于原Faster R-CNN算法,所提算法的平均精度（AP）提升5.6%,Jaccard指数值提升3.2%。所提算法具有较高检测精度和稳定性,可以满足密集场景人群检测的需求。     

3D多尺度深度卷积神经网络肺结节检测

目的 肺结节是肺癌的早期存在形式。低剂量CT（computed tomogragphy）扫描作为肺癌筛查的重要检查手段,已经大规模应用于健康体检,但巨大的CT数据带来了大量工作,随着人工智能技术的快速发展,基于深度学习的计算机辅助肺结节检测引起了关注。由于肺结节尺寸差别较大,在多个尺度上表示特征对结节检测任务至关重要。针对结节尺寸差别较大导致的结节检测困难问题,提出一种基于深度卷积神经网络的胸部CT序列图像3D多尺度肺结节检测方法。方法 包括两阶段：1）尽可能提高敏感度的结节初检网络;2）尽可能减少假阳性结节数量的假阳性降低网络。在结节初检网络中,以组合了压缩激励单元的Res2Net网络为骨干结构,使同一层卷积具有多种感受野,提取肺结节的多尺度特征信息,并使用引入了上下文增强模块和空间注意力模块的区域推荐网络结构,确定候选区域;在由Res2Net网络模块和压缩激励单元组成的假阳性降低网络中对候选结节进一步分类,以降低假阳性,获得最终结果。结果 在公共数据集LUNA16（lung nodule analysis 16）上进行实验,实验结果表明,对于结节初检网络阶段,当平均每例假阳性个数为22时,敏感度可达到0.983,相比基准ResNet + FPN（feature pyramid network）方法,平均敏感度和最高敏感度分别提高了2.6%和0.8%;对于整个3D多尺度肺结节检测网络,当平均每例假阳性个数为1时,敏感度为0.924。结论 与现有主流方案相比,该检测方法不但提高了肺结节检测的敏感度,还有效地控制了假阳性,取得了更优的性能。     

基于改进Faster R-CNN的钢轨踏面块状伤损检测方法

针对钢轨踏面块状伤损存在的尺度变化大、样本数据集小的问题,提出了基于改进Faster R-CNN的钢轨踏面块状伤损检测方法。首先,基于ResNet-101基础网络结构来构建多尺度特征金字塔（FPN）,以实现深、浅层特征信息的融合,从而提高了小尺度伤损的检测精度;然后,采用广义交并比（GIoU）损失解决了Faster R-CNN中回归损失SmoothL1对预测边框位置不敏感问题;最后,提出引导锚定的区域提名网络（GA-RPN）方法,从而解决了区域生成网络（RPN）生成的锚点大量冗余而导致的检测网络训练中正负样本失衡问题。训练过程中,基于翻转、裁剪、噪声扰动等图像预处理方法对RSSDs数据集进行扩充,解决了钢轨踏面块状伤损训练样本不充足问题。实验结果表明,所提改进方法对钢轨踏面块状伤损检测的平均精度均值（mAP）可达到82.466%,相较于Faster R-CNN提高了13.201个百分点,能够更加准确地检测钢轨踏面块状伤损。     

带有语义特征得分的肺结节检测方法

针对传统肺结节检测智能算法仅预测结节的位置,缺少医生临床习惯使用的“分叶”“纹理”“毛刺”等直观的语义解释的问题,提出一种带有语义特征得分的肺结节检测方法。将Faster R-CNN的区域建议网络（RPN）中嵌入细致度、内部结构、分叶、毛刺、边界、钙化、圆度、纹理等8个医生常用的语义特征,设计新的锚盒机制,增加全连接网络实现语义特征的回归学习,将其作为辅助信息结合Faster R-CNN训练实现肺结节检测和语义预测的联合学习。LIDC/IDRI数据集上的测试结果显示,所提方法的肺结节定位的精度为91.2%,肺结节良恶性分类的准确率、敏感性、特异性分别为81%、91.2%、70.8%。在8个语义特征得分上,医生间的差异为0.59±0.80（平均绝对误差±标准差）,所提算法预测的语义解释和医生的差异为0.62±1.03,预测结果接近医生个体的差异。修改后的网络达到了较好的检测精度和语义特征预测,方便医生对机器检测结果的理解和临床解释。     

基于深度卷积神经网络的舰载机目标检测

针对航母甲板面舰载机密集易遮挡,舰载机目标难以检测,且检测效果易受光照条件和目标尺度影响的问题,提出了一种改进的更快的区域卷积神经网络(Faster R-CNN)舰载机目标检测方法。该方法设计了带排斥损失策略的损失函数,并结合多尺度训练,利用实验室条件下采集的图片对深度卷积神经网络进行训练并测试。测试实验显示,相对于原始Faster R-CNN检测模型,改进后的模型对遮挡舰载机目标具有良好的检测效果,召回率提高了7个百分点,精确率提高了6个百分点。实验结果表明,所提的改进方法能够自动全面地提取舰载机目标特征,解决了遮挡舰载机目标的检测问题,检测精度和速度均能够满足实际需要,且在不同的光照条件和目标尺度下适应性强,鲁棒性较高。     

Faster R-CNN模型在车辆检测中的应用

针对传统机器学习方法在车辆检测应用中易受光照、目标尺度和图像质量等因素影响,效率低下且泛化能力较差的问题,提出一种基于改进的较快的基于区域卷积神经网络（R-CNN）模型的车辆检测方法。该方法以Faster R-CNN模型为基础,通过对输入图像进行卷积和池化等操作提取车辆特征,结合多尺度训练和难负样本挖掘策略降低复杂环境的影响,利用KITTI数据集对深度神经网络模型进行训练,并采集实际场景中的图像进行测试。仿真实验中,在保证检测时间的情况下,相对原Faster R-CNN算法检测精确度提高了约8%。实验结果表明,所提方法能够自动地提取车辆特征,解决了传统方法提取特征费时费力的问题,同时提高了车辆检测精确度,具有良好的泛化能力和适用范围。     

基于深度卷积神经网络的肺结节检测算法

在传统的肺结节检测算法中，存在检测敏感度低，假阳性数量大的问题。针对这一问题，提出了基于深度卷积神经网络（CNN）的肺结节检测算法。首先，有目的性地简化传统的全卷积分割网络；然后，创新地加入对部分CNN层的深监督并使用改进的加权损失函数，获得高质量的候选肺结节，保证高敏感度；其次，设计了基于多尺度上下文信息的三维深度CNN来增强对图像的特征提取；最后，将训练得到的融合分类模型用于候选结节分类，以达到降低假阳率的目的。所提算法使用了LUNA16数据集，并通过对比实验验证算法的性能。在检测阶段，当每个CT检测出的候选结节数为50.2时，获得的敏感度为94.3%，与传统的全卷积分割网络相比提升了4.2个百分点；在分类阶段，竞争性能指标达到0.874。实验结果表明，所提算法能够有效提高检测敏感度和降低假阳率。