基于多尺度特征融合的改进臂丛神经分割方法

臂丛神经超声影像信噪比（SNR）低、边缘模糊且人工分割难度较大。现有的分割模型虽然取得了一些成果,但碍于臂丛神经结构目标区域小、形状不规则,分割效果欠佳。针对上述问题,设计基于多尺度特征融合的臂丛神经分割模型,即针对神经部位分割的特征金字塔网络（Ner-FPN）。在特征提取阶段,设计一种仿Xception的结构进行多尺度特征提取;在预测分割阶段,采用双向FPN结构进行特征融合预测。在Kaggle臂丛神经超声影像分割竞赛的BP数据集上的实验结果表明,Ner-FPN模型对臂丛神经分割的Dice相似系数（DSC）可达0.703,与主流的深度学习分割模型U-Net、SegNet相比,分别提高了10.7个百分点和14.5个百分点,对比相同数据集中的其他改进模型QU-Net和Efficient+U-Net,DSC分别提高了5.5个百分点和3.4个百分点,可见所提模型能够起到辅助诊断的效果。     

融合滤波增强和反转注意力网络用于息肉分割

准确分割结肠镜获取图像中的息肉区域,可辅助医生诊断肠道疾病,但下采样过程中息肉区域结构信息缺失,现有方法存在过度分割和欠分割的问题。为解决以上问题,提出融合滤波增强和反转注意力分割网络（FFRNet）。首先,在跳级连接中加入了滤波增强模块（FEM）,以增强下采样特征中局部病灶区域的结构信息;其次,通过聚合浅层特征来获取全局特征;最后,在上采样过程中采用多尺度反转注意力融合机制（MAFM）,结合全局特征和上采样特征生成反转注意力权重,逐层挖掘特征中的息肉区域信息,引导网络建立目标区域与边界之间的关系,以提高模型对息肉区域分割的完整性。在Kvasir和CVC-ClinicDB数据集上,与不确定性增强上下文注意力网络（UACANet）相比,FFRNet的Dice相似系数（DSC）分别提升了0.22%和0.54%。实验结果表明,FFRNet能够有效提高息肉图像分割精度,同时具有较好的泛化能力。     

基于多尺度特征融合的遥感影像语义分割

针对传统的遥感影像语义分割方法存在分类能力差和分割效果不精细的问题,设计并实现一种基于U-Net的多尺度特征融合网络。网络通过多尺度跳跃连接组合不同层级的语义特征;结合通道注意力机制增强跳跃连接中关键特征的表达能力;利用空洞空间金字塔池化结构融合深层特征,进一步加强网络在复杂背景中的分类性能。在公开数据集Vaihingen上进行的实验表明,多尺度特征融合网络相比通用分割网络具有更高的表现性能和更好的实用价值。     

基于尺度注意力网络的遥感图像场景分类

针对卷积神经网络（CNN）平等地对待输入图像中潜在的对象信息和背景信息,而遥感图像场景又存在许多小对象和背景复杂的问题,提出一种基于注意力机制和多尺度特征变换的尺度注意力网络模型。首先,开发一个快速有效的注意力模块,基于最优特征选择生成注意力图;然后,在ResNet50网络结构的基础上嵌入注意力图,增加多尺度特征融合层,并重新设计全连接层,构成尺度注意力网络;其次,利用预训练模型初始化尺度注意力网络,并使用训练集对模型进行微调;最后,利用微调后的尺度注意力网络对测试集进行分类预测。该方法在实验数据集AID上的分类准确率达到95.72%,与ArcNet方法相比分类准确率提高了2.62个百分点;在实验数据集NWPU-RESISC上分类准确率达到92.25%,与IORN方法相比分类准确率提高了0.95个百分点。实验结果表明,所提方法能够有效提高遥感图像场景分类准确率。     

基于邻近切片注意力融合的直肠癌分割网络

针对直肠癌目标靶区在磁共振成像（MRI）图像的大小、形状、纹理和边界清晰程度不同等问题，为了克服患者之间的个体差异性并提高分割精度，提出一种基于邻近切片注意力融合的直肠癌分割网络（ASAF-Net）。首先，使用高分辨率网络（HRNet）作为主干网络，并在特征提取过程始终保持高分辨率特征表示，以减少语义信息和空间位置信息的损失；其次，通过邻近切片注意力融合（ASAF）模块融合并增强相邻切片之间的多尺度上下文语义信息，使网络能够学习相邻切片之间的空间特征；最后，在解码网络使用全卷积网络（FCN）和空洞空间金字塔池化（ASPP）分割头协同训练，并通过添加相邻切片间的一致性约束作为辅助损失缓解训练过程中出现的相邻切片差异过大的问题。实验结果表明，与HRNet相比，ASAF-Net在平均交并比（IoU）、平均Dice相似系数（DSC）指标上分别提升了1.68和1.26个百分点，平均95%豪斯多夫距离（HD）降低了0.91 mm。同时，ASAF-Net在直肠癌MRI图像多目标靶区的内部填充和边界预测方面均能实现更好的分割效果，有助于提升医生在临床辅助诊断中的效率。     

基于循环密集连接融合更多局部特征的肝脏分割

由于腹部图像中肝脏区域的复杂性和传统分割方法特征提取上的局限性等原因,肝脏分割领域仍存在着很多挑战.针对现有分割网络在肝脏区域的全局信息和局部信息处理上存在的不足,设计了一种融合更多局部特征的循环密集连接网络的分割方法.该方法将循环密集连接模块和局部特征补充模块整合为编码过程的学习单元,使编码单元融合深层次全局信息和更多尺度的局部特征信息.最后,在解码过程后,利用softmax函数输出分割结果.在LiTS数据集上该方法在多个评价指标中表现优异,精确度达到了95.1％.此外,在Data_67数据集上的相关实验也证明了该方法具有很好的泛化性能.实验表明,密集连接融合更多的局部信息,能够使肝脏分割模型的性能更加优异.     

面向医学图像分割的多注意力融合网络

在深度医学图像分割领域中,TransUNet是当前先进的分割模型之一。但其编码器未考虑相邻分块之间的局部联系,在解码器上采样过程中缺乏通道间信息的交互。针对以上问题,提出一种多注意力融合网络（MFUNet）模型。首先,在编码器部分引入特征融合模块（FFM）来增强模型对Transformer中相邻分块间的局部联系并且保持图片本身的空间位置关系;其次,在解码器部分引入双通道注意力（DCA）模块来融合多级特征的通道信息,以增强模型对通道间关键信息的敏感度;最后,通过结合交叉熵损失和Dice损失来加强模型对分割结果的约束。在Synapse和ACDC公共数据集上进行实验,可以看出,MFUNet的Dice相似系数（DSC）分别达到了81.06%和90.91%;在Synapse数据集上的Hausdorff距离（HD）与基线模型TransUNet相比减小了11.5%;在ACDC数据集中右心室和心肌两部分的分割精度与基线模型TransUNet相比分别提升了1.43个百分点和3.48个百分点。实验结果表明,MFUNet在医学图像的内部填充和边缘预测方面均能实现更好的分割效果,有助于提升医生在临床实践中的诊断效率。     

用于肺部病灶图像分割的多尺度稠密融合网络

针对主流的深度学习网络难以完整分割肺部病灶、区域边界预测模糊的问题，提出一种基于U-Net的多尺度稠密融合网络（MDF-Net）。首先，引入多分支密集跳层连接以捕获多级上下文信息，并在网络末端引入信息加权融合（IWF）模块进行逐级融合，以解决网络中的特征损失问题；其次，设计一种自注意力金字塔模块，使用各金字塔层对特征图进行不同规模的切分处理，并使用自注意力机制计算像素关联度，从而增强局部与全局区域的感染特征显著性；最后，设计一种区别于传统U-Net的上采样模式的上采样残差（UR）模块，多分支的残差结构与通道特征激励使网络能够还原更加丰富的微小病灶特征。在两个公开数据集上的实验结果显示，与UNeXt相比，所提网络的准确度（ACC）分别提升了1.5%和1.4%，平均交并比（MIoU）分别提升了3.9%和1.9%，实验结果验证了MDF-Net具有更好的肺部病灶分割性能。     

融合多注意力机制的脊椎图像分割方法

针对脊椎CT、MR图像分割模型分割性能不高的问题,基于U型网络提出了脊椎分割网络MAU-Net。首先引入坐标注意力模块,使网络准确捕获到空间位置信息,并嵌入到通道注意力中;然后提出基于Transformer的双支路通道交叉融合模块代替跳跃连接,进行多尺度特征融合;最后提出特征融合注意力模块,更好地融合Transformer与卷积解码器的语义差异。在脊柱侧凸CT数据集上,Dice达到0.929 6,IoU达到0.859 7。在公开MR数据集SpineSagT2Wdataset3上,与FCN相比,Dice提高14.46%。实验结果表明,MAU-Net能够有效减少椎骨误分割区域。     

多尺度注意力引导的全景分割网络

全景分割是近年来新提出的图像分割任务。现有全景分割模型大都对前景实例对象和背景未定形区采用不同的方式进行特征表示,因此需要额外的后处理和融合操作来处理各种实例重叠和语义冲突问题。全卷积全景分割网络实现了统一的特征表示,省去了这些复杂操作,但其对于前景实例对象的分割准确率不高,对图像中远距离小目标的分割效果不是很理想。针对这些问题,基于全卷积全景分割网络进行改进优化,提出一种多尺度注意力引导的全景分割网络。首先改进特征提取网络,通过在主干网中添加一条自底向上的辅助路径来增强模型的多尺度特征获取能力。其次提出一种注意力模块,通过将空洞空间金字塔池化与通道注意力融合,来引导卷积核更新,生成更匹配的权重。在Cityscapes数据集上与全卷积全景分割网络进行对比实验,图像实例级全景分割质量提高了2.74个百分点,背景未定形区全景分割质量和综合全景分割质量分别提高了1.36个百分点和1.94个百分点,对于交通灯和摩托车等小物体的类别检测准确率分别提高了4.4个百分点和8.3个百分点。提出的全景分割网络综合了全卷积全景分割网络、多尺度特征及注意力机制的优点,使得图像实例级全景分割准确率更高。     

基于不确定性引导和尺度一致性的肾肿瘤图像分割方法

针对肾肿瘤图像分割中的边界模糊和特征丢失问题，在RAUNet(Residual Attention U-Net)的基础上，提出基于不确定性引导和尺度一致性的肾肿瘤图像分割方法.针对肾肿瘤图像边界模糊问题，在解码层引入不确定性引导模块，根据不确定性自适应分配权重，弱化错误像素点的影响，提高模型的边界定位能力.针对下采样引起的特征丢失问题，提出尺度注意力模块和特征一致性损失，利用多尺度融合策略融合不同尺度特征，并与编码器底部特征进行尺度一致性约束，缓解特征丢失问题.在公开数据集KiTS19上的肾脏和肾肿瘤的图像分割实验表明，文中方法提高肾肿瘤的分割精度.此外，由于文中方法引入不确定性引导模块，分割结果具有较好的可靠性.     

基于注意力机制的YOLOv5算法在跑道异物检测中的应用

机场跑道异物严重影响飞行安全，针对现有算法对小目标存在误检、漏检等问题，提出一种改进的YOLOv5算法对机场跑道异物进行检测。在YOLOv5的主干网络中添加有效通道注意力（ECA）模块，通过少量参数的增加带来明显的性能增益。将颈部网络中原特征金字塔模块替换为加权双向特征金字塔（BiFPN）网络，实现双向跨尺度连接和加权特征融合。采用EIoU Loss作为损失函数，加快了收敛速度。在FOD-A数据集上的实验表明，改进后的YOLOv5模型均值平均精度（mAP@0.5）指标达到了97.4%，相比于原模型提高了1.6个百分点。     

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。     

基于双向门控尺度特征融合的遥感场景分类

针对遥感影像数据集的图像在形状、纹理和颜色上存在较大差别,以及因拍摄高度和角度不同存在的尺度差异导致遥感场景分类精度不高的问题,提出利用主动旋转聚合来融合不同尺度的特征,并通过双向门控提高底层特征与顶层特征互补性的特征融合补偿卷积神经网络（FAC-CNN）。该网络利用图像金字塔为原始图像生成不同尺度图像后将其输入到分支网络中来提取多尺度特征,并提出主动旋转聚合的方式来融合不同尺度的特征,使融合后的特征具有方向信息,从而提高模型对不同尺度输入以及不同旋转输入的泛化能力,实现模型分类精度的提升。FAC-CNN比基于VGGNet的注意循环卷积网络（ARCNet-VGGNet）和门控双向网络（GBNet）在西北工业大学遥感场景图像分类数据集（NWPU-RESISC）上准确率分别提升了2.05个百分点与2.69个百分点,在航空影像数据集（AID）上准确率分别提升了3.24个百分点与0.86个百分点。实验结果表明,FAC-CNN能有效解决遥感影像数据集存在的问题,提高遥感场景分类的精度。     

多注意力机制融合低高阶特征的神经推荐算法

针对因子分解机仅提取低阶组合特征的局限性，提出了一种基于多注意力机制融合低阶和高阶组合特征的深度神经推荐算法（deep neural recommendation method,DeepNRM）。分别运用因子分解机和多层前馈神经网络从稀疏及稠密特征中提取低阶和高阶组合特征；采用注意力网络和多头自注意力机制从低阶和高阶组合特征中自动选取关键特征；将低、高阶组合特征根据重要性进行融合共同进行推荐。算法模型在MovieLens和Criteo公共数据集上进行了实验验证，消融和对比实验结果表明，提出的算法模型与基准模型相比在AUC指标上分别有1.964个百分点和0.773个百分点的提升。     

基于特征增强的三维点云语义分割

为挖掘感知点云几何特征并通过特征增强的方式进一步提高点云语义分割效果,提出了一种基于特征增强的点云语义分割网络。首先,通过设计点云的几何特征感知（GFSOP）模块赋予网络点云局部几何结构的感知能力,捕获点间的空间特征以强化语义表征,并利用分层提取特征思想获得多尺度特征。同时,使用空间注意力和通道注意力融合预测点云语义标签,并通过强化空间关联性和通道依赖性提升分割性能。在室内数据集S3DIS(Stanford large-scale 3D Indoor Spaces)上的实验结果显示,所提网络相较于PointNet++在平均交并比（mIoU）上提升了5.7个百分点,在总体准确度（OA）上提升了3.1个百分点,且在存在噪声、点云密度不均和边界不清晰等问题的点云上表现出更强的泛化性能和更加鲁棒的分割效果。     

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。     

具有双向增强特征结构的U型肺结节分割网络

在CT影像中精准而有效地分割出肺部结节是肺癌早期诊断的关键。然而,肺结节形态的多样性以及周围环境的复杂性,都给肺结节分割的鲁棒性带来了巨大的挑战。为提高CT影像中肺结节分割的准确性,提出了Bi EFP-UNet（bidirectional enhanced feature pyramid UNet）肺结节分割网络。该结构采用端到端的深度学习方法来解决肺结节的分割任务,通过在原始U-Net网络的编码器和解码器结构之间集成一个双向增强型特征金字塔网络（bidirectional enhanced feature pyramid network,Bi EFPN）,加强网络对特征的传递与利用;利用Mish激活函数提高分割效率,并消除原始U-Net网络梯度消失的问题。在肺结节公开数据集LUNA16上的实验结果表明,Bi EFP-UNet网络的Dice相似系数（DSC）可达88.32%,其中,Bi EFPN结构带来的提升为5.25个百分点,Mish激活函数带来的提升为1.21个百分点;与原始U-Net网络相比,Bi EFP-UNet网络的DSC提升了6.46个百分点,能有效解决原始U-Net网络对小目标结节分割性能差、梯度消失的问题。     

注意力特征融合的快速遥感图像目标检测算法

针对遥感图像背景复杂、小目标多、特征提取难等问题，提出了一种注意力特征融合的快速遥感图像目标检测算法——YOLO-Aff。该算法设计了一种带通道注意力的主干网络模块（ECALAN）以及模糊池（BP）模块来减小下采样带来的损失。此外，采用了一种无跨步卷积的特征金字塔网络（SPD-FPN）结合SimAM注意力特征融合模块（CBSA）来增强特征的跨尺度融合能力。最后，通过使用Wise-IoU作为网络的坐标损失来优化样本不均衡问题。实验结果表明，改进的YOLO-Aff算法在NWPU VHR-10数据集上的mAP值达到96%，较原算法mAP提高了2.9个百分点，为遥感图像的快速、高精度目标检测提供了新的解决方案。     

高低维特征引导的实时语义分割网络

多数语义分割网络利用双线性插值将高级特征图的分辨率恢复至与低级特征图一样的分辨率再进行融合操作,导致部分高级语义信息在空间上无法与低级特征图对齐,进而造成语义信息的丢失。针对以上问题,改进双边分割网络（BiSeNet）,并基于此提出一种高低维特征引导的实时语义分割网络（HLFGNet）。首先,提出高低维特征引导模块（HLFGM）来通过低级特征图的空间位置信息引导高级语义信息在上采样过程中的位移;同时,利用高级特征图来获取强特征表达,并结合注意力机制来消除低级特征图中冗余的边缘细节信息以及减少像素误分类的情况。其次,引入改进后的金字塔池化引导模块（PPGM）来获取全局上下文信息并加强不同尺度局部上下文信息的有效融合。在Cityscapes验证集和CamVid测试集上的实验结果表明,HLFGNet的平均交并比（mIoU）分别为76.67%与70.90%,每秒传输帧数分别为75.0、96.2;而相较于BiSeNet,HLFGNet的mIoU分别提高了1.76和3.40个百分点。可见,HLFGNet能够较为准确地识别场景信息,并能满足实时性要求。