异常步态3维人体建模和可变视角识别

目的 运用视觉和机器学习方法对步态进行研究已成为当前热点,但多集中在身份识别领域。本文从不同的视角对其进行研究,探讨一种基于点云数据和人体语义特征模型的异常步态3维人体建模和可变视角识别方法。方法 运用非刚性变形和蒙皮方法,构建基于形体和姿态语义特征的参数化3维人体模型;以红外结构光传感器获取的人体异常步态点云数据为观测目标,构建其对应形体和姿态特征的3维人体模型。通过ConvGRU（convolution gated necurrent unit）卷积循环神经网络来提取其投影深度图像的时空特征,并将样本划分为正样本、负样本和自身样本三元组,对异常步态分类器进行训练,以提高分类器对细小差异的鉴别能力。同时对异常步态数据获取难度大和训练视角少的问题,提出了一种基于形体、姿态和视角变换的训练样本扩充方法,以提高模型在面对视角变化时的泛化能力。结果 使用CSU（Central South University）3维异常步态数据库和DHA（depth-included human action video）深度人体行为数据库进行实验,并对比了不同异常步态或行为识别方法的效果。结果表明,本文方法在CSU异常步态库实验中,0°、45°和90°视角下对异常步态的综合检测识别率达到了96.6%,特别是在90°到0°交叉和变换视角实验中,比使用DMHI（difference motion history image）和DMM-CNN（depth motion map-convolutional neural network）等步态动作特征要高出25%以上。在DHA深度人体运动数据库实验中,本文方法识别率接近98%,比DMM等相关算法高出2%~3%。结论 提出的3维异常步态识别方法综合了3维人体先验知识、循环卷积网络的时空特性和虚拟视角样本合成方法的优点,不仅能提高异常步态在面对视角变换时的识别准确性,同时也为3维异常步态检测和识别提供一种新思路。     

结合极值区域检测的血管内超声图像并行分割

目的 血管内超声（IVUS）图像动脉壁边界分割不仅对血管壁和斑块特征的定量分析至关重要,而且对血管弹性定性分析和重建动脉3维模型也是必需的。针对IVUS图像传统分割方法建模复杂、运算量大且需分别设计算法串行提取内膜和外膜的缺点,本文提出基于极值区域检测的IVUS图像并行分割方法。方法 本文方法包含极值区域检测、极值区域筛选以及轮廓拟合3部分。对单帧IVUS图像提取极值区域,经面积筛选后得到候选区域,并将区域的局部二值模式（LBP）特征、灰度差异和边缘周长的乘积作为筛选矢量在候选区域中提取代表管腔和介质的两个极值区域,并进行轮廓的椭圆拟合化,完成分割。结果 在包含326幅20 MHz的IVUS（intravascular ultrasound）B模式图像的标准公开数据集上,定性展示极值区域轮廓和椭圆拟合轮廓,并与专家手动绘制的结果进行对比;然后使用DC（dice coefficient）、JI（jaccard index）、PAD（percentage of area difference）指标以及HD（hausdorff distance）对本文算法做鲁棒性测试和泛化测试,实验中内膜各指标值分别为0.94±0.02,0.90±0.04,0.05±0.05,0.28±0.14 mm,外膜各指标值分别为0.91±0.07,0.87±0.11,0.11±0.11,0.41±0.31 mm,与相关文献的定量对比实验结果表明本文算法提取的内外膜性能均有所提高。此外,本文方法在临床数据集上的测试效果也很好,与专家手动描绘十分接近。结论 结合极值区域检测的IVUS图像并行分割,算法在精度和鲁棒性方面均得到了改善。     

基于递归切片网络的三维点云语义分割与实例分割

目的 针对三维点云语义与实例分割特征点提取精度不高、实例分割精度极度依赖语义分割的性能、在密集场景或小单元分割目标中出现语义类别错分以及实例边缘模糊等问题,提出了基于递归切片网络的三维点云语义分割与实例分割网络。方法 网络对输入点云进行切片,并将无序点云映射到有序序列上;利用双向长短期记忆网络（bidirectional long short-term memory,BiLSTM）得到带有局部特征和全局特征的编码特征矩阵;将编码特征矩阵解码为两个并行分支,进行多尺度的特征融合;对语义与实例特征进行融合,得到并行的语义与实例分割网络。结果 在斯坦福大尺度3D室内场景数据集（Stanford large-scale 3D indoor spaces dataset,S3DIS）以及ShapeNet数据集上,与目前最新点云分割方法进行实验对比。实验结果表明,在S3DIS数据集上,本文算法的语义分割的平均交并比指标为73%,较动态核卷积方法（position adaptive convolution,PAConv）提高7.4%,并且在13个类别中的8个类别取得最好成绩;实例分割中平均实例覆盖率指标为67.7%。在ShapeNet数据集上,语义分割的平均交并比为89.2%,较PAConv算法提高4.6%,较快速、鲁棒的点云语义与实例分割方法（fast and robust joint semantic-instance segmentation,3DCFS）提高1.6%。结论 本文提出的语义与实例分割融合网络,综合了语义分割与实例分割的优点,有效提高语义分割与实例分割精度。     

互注意力机制驱动的轻量级图像语义分割网络

目的 在图像语义分割中,细节特征和语义特征的融合是该领域的一个难点。一些在特定网络架构下设计的专用融合模块缺乏可扩展性和普适性,自注意力虽然可以实现全局的信息捕获,但不能实现不同特征的融合,其他的注意力机制在进行掩码计算时缺少可解释性。本文根据特征图之间的关联度进行建模,提出一种互注意力机制驱动的分割模块。方法 该模块获取不同阶段的细节特征图和语义特征图,建立细节特征图上任一点和语义特征图之间的关联模型,并在关联模型的指导下对语义特征图上的特征进行聚合,作为细节特征图上该特征点的补充,从而将语义特征图上的信息融合到细节特征图上,并进一步采用相同的操作将细节特征图上的信息融合到语义特征图上,实现来自不同阶段特征图的相互融合。结果 选取5个语义分割模型进行实验,实验结果表明,在使用替换方式对BiSeNet V2（bilateral segmentation network）进行修改之后,浮点运算量、内存占用量和模型参数数量分别下降了8.6%,8.5%和2.6%,但是平均交并比却得到了提升。在使用插入方式对另外4个网络进行修改后,所有网络的平均交并比全部得到了不同程度的提高。结论 本文提出的互注意力模块可普遍提升模型的语义分割准确度,实现不同网络模型的即插即用,具有较高的普适性。     

显著性引导的目标互补隐藏弱监督语义分割

目的 图像级弱监督语义分割方法利用类别标签训练分割网络,可显著降低标注成本。现有方法大多采用类激活图定位目标物体,然而传统类激活图只能挖掘出物体中最具辨识性的区域,直接将其作为伪标签训练的分割网络精度较差。本文提出一种显著性引导的弱监督语义分割算法,可在获取更完整类激活图的基础上提高分割模型的性能。方法 首先通过显著图对目标进行互补随机隐藏,以获得互补图像对,然后融合互补图像对的类激活图作为监督,提高网络获取完整类激活图的能力。其次引入双重注意力修正模块,利用全局信息修正类激活图并生成伪标签训练分割网络。最后使用标签迭代精调策略,结合分割网络的初始预测、类激活图以及显著图生成更精确的伪标签,迭代训练分割网络。结果 在PASCAL VOC 2012（pattern analysis,statistical modeling and computational learning visual object classes2012）数据集上进行类激活图生成实验与语义分割实验,所生成的类激活图更加完整,平均交并比有10.21%的提升。语义分割结果均优于对比方法,平均交并比提升6.9%。此外在COCO2014（common object in context2014）数据集上进行了多目标的语义分割实验,平均交并比提升0.5%。结论 该算法可获得更完整的类激活图,缓解了弱监督语义分割中监督信息不足的问题,提升了弱监督语义分割模型的精度。     

关键语义区域链提取的视频人体行为识别

目的 视频中的人体行为识别技术对智能安防、人机协作和助老助残等领域的智能化起着积极的促进作用,具有广泛的应用前景。但是,现有的识别方法在人体行为时空特征的有效利用方面仍存在问题,识别准确率仍有待提高。为此,本文提出一种在空间域使用深度学习网络提取人体行为关键语义信息并在时间域串联分析从而准确识别视频中人体行为的方法。方法 根据视频图像内容,剔除人体行为重复及冗余信息,提取最能表达人体行为变化的关键帧。设计并构造深度学习网络,对图像语义信息进行分析,提取表达重要语义信息的图像关键语义区域,有效描述人体行为的空间信息。使用孪生神经网络计算视频帧间关键语义区域的相关性,将语义信息相似的区域串联为关键语义区域链,将关键语义区域链的深度学习特征计算并融合为表达视频中人体行为的特征,训练分类器实现人体行为识别。结果 使用具有挑战性的人体行为识别数据集UCF （University of Central Florida）50对本文方法进行验证,得到的人体行为识别准确率为94.3%,与现有方法相比有显著提高。有效性验证实验表明,本文提出的视频中关键语义区域计算和帧间关键语义区域相关性计算方法能够有效提高人体行为识别的准确率。结论 实验结果表明,本文提出的人体行为识别方法能够有效利用视频中人体行为的时空信息,显著提高人体行为识别准确率。     

多尺度特征融合工件目标语义分割

目的 目标语义特征提取效果直接影响图像语义分割的精度,传统的单尺度特征提取方法对目标的语义分割精度较低,为此,提出一种基于多尺度特征融合的工件目标语义分割方法,利用卷积神经网络提取目标的多尺度局部特征语义信息,并将不同尺度的语义信息进行像素融合,使神经网络充分捕获图像中的上下文信息,获得更好的特征表示,有效实现工件目标的语义分割。方法 使用常用的多类工件图像定义视觉任务,利用残差网络模块获得目标的单尺度语义特征图,再结合本文提出的多尺度特征提取方式获得不同尺度的局部特征语义信息,通过信息融合获得目标分割图。使用上述方法经多次迭代训练后得到与视觉任务相关的工件目标分割模型,并对训练权重与超参数进行保存。结果 将本文方法和传统的单尺度特征提取方法做定性和定量的测试实验,结果表明,获得的分割网络模型对测试集中的目标都具有较精确的分割能力,与单尺度特征提取方法相比,本文方法的平均交并比mIOU（mean intersection over union）指标在验证集上训练精度提高了4.52%,在测试集上分割精度提高了4.84%。当测试样本中包含的目标种类较少且目标边缘清晰时,本文方法能够得到更精准的分割结果。结论 本文提出的语义分割方法,通过多尺度特征融合的方式增强了神经网络模型对目标特征的提取能力,使训练得到的分割网络模型比传统的单尺度特征提取方式在测试集上具有更优秀的性能,从而验证了所提出方法的有效性。     

多特征融合与残差优化的点云语义分割方法

目的 当前的大场景3维点云语义分割方法一般是将大规模点云切成点云块再进行处理。然而在实际计算过程中,切割边界的几何特征容易被破坏,使得分割结果呈现明显的边界现象。因此,迫切需要以原始点云作为输入的高效深度学习网络模型,用于点云的语义分割。方法 为了解决该问题,提出基于多特征融合与残差优化的点云语义分割方法。网络通过一个多特征提取模块来提取每个点的几何结构特征以及语义特征,通过对特征的加权获取特征集合。在此基础上,引入注意力机制优化特征集合,构建特征聚合模块,聚合点云中最具辨别力的特征。最后在特征聚合模块中添加残差块,优化网络训练。最终网络的输出是每个点在数据集中各个类别的置信度。结果 本文提出的残差网络模型在S3DIS （Stanford Large-scale 3D Indoor Spaces Dataset）与户外场景点云分割数据集Semantic3D等2个数据集上与当前的主流算法进行了分割精度的对比。在S3DIS数据集中,本文算法在全局准确率以及平均准确率上均取得了较高精度,分别为87.2%,81.7%。在Semantic3D数据集上,本文算法在全局准确率和平均交并比上均取得了较高精度,分别为93.5%,74.0%,比GACNet （graph attention convolution network）分别高1.6%,3.2%。结论 实验结果验证了本文提出的残差优化网络在大规模点云语义分割的应用中,可以缓解深层次特征提取过程中梯度消失和网络过拟合现象并保持良好的分割性能。     

区域注意力机制引导的双路虹膜补全

目的 虹膜识别是一种稳定可靠的生物识别技术,但虹膜图像的采集过程会受到多种干扰造成图像中虹膜被遮挡,比如光斑遮挡、上下眼皮遮挡等。这些遮挡的存在,一方面会导致虹膜信息缺失,直接影响虹膜识别的准确性,另一方面会影响预处理(如定位、分割)的准确性,间接影响虹膜识别的准确性。为解决上述问题,本文提出区域注意力机制引导的双路虹膜补全网络,通过遮挡区域的像素补齐,可以显著减少被遮挡区域对虹膜图像预处理和识别的影响,进而提升识别性能。方法 使用基于Transformer的编码器和基于卷积神经网络(convolutional neural network, CNN)的编码器提取虹膜特征,通过融合模块将两种不同编码器提取的特征进行交互结合,并利用区域注意力机制分别处理低层和高层特征,最后利用解码器对处理后的特征进行上采样,恢复遮挡区域,生成完整图像。结果 在CASIA(Institute of Automation, Chinese Academy of Sciences)虹膜数据集上对本文方法进行测试。在虹膜识别性能方面,本文方法在固定遮挡大小为64×64像素的情况下,遮挡补全结果的TAR(true accept rate)(0.1%FAR(false accept rate))为63%,而带有遮挡的图像仅为19.2%,提高了43.8%。结论 本文所提出的区域注意力机制引导的双路虹膜补全网络,有效结合Transformer的全局建模能力和CNN的局部建模能力,并使用针对遮挡的区域注意力机制,实现了虹膜遮挡区域补全,进一步提高了虹膜识别的性能。     

编码—解码结构的语义分割

目的 语义分割是计算机视觉中一项具有挑战性的任务,其核心是为图像中的每个像素分配相应的语义类别标签。然而,在语义分割任务中,缺乏丰富的多尺度信息和足够的空间信息会严重影响图像分割结果。为进一步提升图像分割效果,从提取丰富的多尺度信息和充分的空间信息出发,本文提出了一种基于编码-解码结构的语义分割模型。方法 运用ResNet-101网络作为模型的骨架提取特征图,在骨架末端附加一个多尺度信息融合模块,用于在网络深层提取区分力强且多尺度信息丰富的特征图。并且,在网络浅层引入空间信息捕获模块来提取丰富的空间信息。由空间信息捕获模块捕获的带有丰富空间信息的特征图和由多尺度信息融合模块提取的区分力强且多尺度信息丰富的特征图将融合为一个新的信息丰富的特征图集合,经过多核卷积块细化之后,最终运用数据依赖的上采样（DUpsampling）操作得到图像分割结果。结果 此模型在2个公开数据集（Cityscapes数据集和PASCAL VOC 2012数据集）上进行了大量实验,验证了所设计的每个模块及整个模型的有效性。新模型与最新的10种方法进行了比较,在Cityscapes数据集中,相比于RefineNet模型、DeepLabv2-CRF模型和LRR（Laplacian reconstruction and refinement）模型,平均交并比（mIoU）值分别提高了0.52%、3.72%和4.42%;在PASCAL VOC 2012数据集中,相比于Piecewise模型、DPN（deep parsing network）模型和GCRF（Gaussion conditional random field network）模型,mIoU值分别提高了6.23%、7.43%和8.33%。结论 本文语义分割模型,提取了更加丰富的多尺度信息和空间信息,使得分割结果更加准确。此模型可应用于医学图像分析、自动驾驶、无人机等领域。     

文本分割综述

文本分割在信息提取、文摘生成、语篇解析及其他多个领域有着极为重要的应用。文本分割的对象包括静态书面文本、语音文本以及动态文本等;分割的粒度因分割的目的不同而有所区别;分割的准确性不仅需要直接评测,更需要间接评测。在大量文献的基础上,对目前常用的分割方法及评测手段进行了全面的归纳和总结,分析了文本分割技术的研究现状,指出尚存在的问题并展望研究前景。     

CT图像分割几种算法

图像分割在许多图像分析和图像识别过程中都是必需的步骤。目前,借助图像分割技术来进行医学影像处理正成为当今医学界的一个发展方向。本文正是在这一背景下对医学影像处理中的几种分割算法进行了研究,主要包括FastMarching分割算法、LiveWire分割算法、区域增长分割算法和阈值分割算法;同时,结合脑部CT片进行了实验研究,为这些算法在医学影像处理上的应用提供了一定的科学依据。     

汉语文本自动分词算法的研究

分析了中文分词词典的机制,提出了一种改进的整词分词字典结构,并针对机械分词算法的特点,将其与概率算法相结合,探讨了一种中文自动分词概率算法。采用哈希及二分法对词典进行分词匹配。实验表明,该算法具有较高的分词效率和准确率,对于消去歧义词也有较好的性能。     

几种常用CT图像分割算法分析和探讨

图像分割是数字图像处理的一个经典难题。其分割质量的好坏直接影响到图像处理的后续工作。因而在理论研究和实际应用中受到研究人员的广泛重视。本文在总结了过去的分割方法基础上,就目前常用几种分割方法进行实验研究。主要包括阈值分割、LOG算子分割、FCM聚类分割、分水岭分割,并结合CT图像进行图像分割。文章阐述了各种分割方法的概念及原理,并在此基础上对分割结果进行了分析和探讨,得出各种方法的优点和不足。这些实验结论将为后续研究提供科学依据。     

全景分割研究综述

在计算机视觉领域, 全景分割是一个新颖且重要的研究主题, 它是机器感知、自动驾驶等新兴前沿技术的基石, 具有十分重要的研究意义. 本文综述了基于深度学习的全景分割研究的最新进展, 首先总结了全景分割任务的基本处理流程, 然后对已发表的全景分割工作基于其网络结构特点进行分类, 并进行了全面的介绍与分析, 最后对全景分割任务目前面临的问题以及未来的发展趋势做出了分析, 并针对所面临的问题提出了一些切实可行的解决思路.     

肺部CT图像中的解剖结构分割方法综述

目的 高分辨率多层螺旋CT是临床医生研究肺部解剖结构功能、评估生理状态、检测和诊断病变的主要影像学工具。鉴于肺部各解剖结构间特殊的关联关系和图像成像缺陷、组织病变等干扰因素对分割效果的影响,学术界已在经典图像处理方法基础上针对CT图像中的肺部解剖结构分割进行了大量研究。方法 通过对相关领域有代表性或前沿性文献的归纳总结,系统性地梳理了现有肺组织、肺气管、肺血管、肺裂纹、肺叶或肺段等解剖结构CT图像分割方法的主要流程、方法理论、关键技术和优缺点,讨论了各解剖结构分割的参考数据获取、实验设计方法和结果评价指标。结果 分析了现有研究在结果精度和鲁棒性方面所面临的挑战性问题,以及基于分割结果在定位病变、定量测量、提取其他结构等方面展开的热点应用,特别详述了当前被重点关注的深度学习方法在本领域的工作进展,同时展望了本领域在分割理论方法和后续处理等步骤的发展趋势,并探索了如何在实践中根据分割结果发现新的临床生物标志。结论 快速精确地从CT图像中分割肺部各解剖结构可以获取清晰直观的3维可视化结构影像,展开解剖结构内部的定量参数测量或结构之间的关联关系分析能提供客观、有效的肺部组织疾病辅助诊断依据信息,可以大大减轻临床医生的阅片负担、提高工作效率,具有重要的理论研究意义和临床应用价值。     

几种图像分割技术的比较

本文主要介绍了图像分割的几种方法:基于阈值的分割方法、基于边缘的分割方法和基于区域的分割方法及其各自存在的问题和最新进展,同时介绍了结合特定理论工具的分割方法,最后指出了图像分割技术的发展趋势。     

笔迹图像中的单个汉字字符分割

提出了一套完整的针对单字的笔迹图像分割算法,选用不同的笔迹样本作了验证实验,对实现单字分割做了全面的阐述论证。将模板分割算法中的行分割、字分割、单字图像库建立和基于模板匹配的分割算法结合在一起,提高了算法的运算速度和精确度。利用50幅笔迹样本进行测试,92%的单字分割样本可以作为单字模板,应用模板匹配分割算法92%的样本可以实现单字提取。     

图象数据读取方法及阈值分割技术

对ＢＭＰ文件格式进行分析,读取图象数据,并对这些数据进行处理,通过阈值分割技术得到图象边缘。     

基于分形和分水岭的图像分割方法

图像分割是一种重要的图像处理技术,也是计算机视觉领域低层次视觉中的主要问题,同时它又是一个经典难题.提出了结合分水岭分割与图像分形维数的一种新方法用于对自然背景下人造目标的提取.实验结果证明,该方法能有效抑制自然背景,并提取出人造目标的轮廓.