融合多层空间注意的U型视网膜血管分割算法

针对现有算法因视网膜细小血管分割不足和抗噪声能力弱导致其分割精度低等问题,提出一种融合多层空间注意的U型视网膜血管分割算法.首先,在编码和解码部分采用特征增强残差模块,引入通道注意机制提高网络模型对血管特征的分割能力.其次,在U型网络的底部引入密集空洞卷积模块,增大感受野提取血管多尺度特征.最后,在跳跃连接阶段使用三端空间注意模块进行特征自适应细化,有效抑制特征图中的噪声.在DRIVE和STARE公开眼底图像数据集上验证本文算法,实验结果表明,所提算法准确率分别达到了0.9643和0.9683,灵敏度分别达到了0.8329和0.8224,AUC值分别达到了0.9861和0.9897.其性能指标整体优于现有先进算法.     

基于编解码结构的多特征融合眼底图像分割

为解决现有眼底图像分割方法对于细微血管存在低分割精度和低准确率的问题,提出一种基于编解码结构的U-Net改进网络模型。首先对数据进行预处理与扩充,提取绿色通道图像,并将其通过对比度限制直方图均衡化和伽马变换以增强对比度;其次训练集被输入到用于分割的神经网络中,在编码过程加入残差模块,用短跳跃连接将高、低特征信息融合,并利用空洞卷积增加感受野,解码模块加入注意力机制增加对细微血管分割精度;最后利用训练完成的分割模型进行预测得出视网膜血管分割结果。在DRIVE和CHASE-DB1眼底图像数据集上进行对比实验,模型算法的平均准确率、特异性和灵敏度分别达到96.77%和97.22%、98.74%和98.40%、80.93%和81.12%。实验结果表明该算法能够改善微细血管分割准确率及效率不高的问题,对视网膜血管可以进行更准确的分割。     

一种浅层非对称结构的视网膜血管分割网络

针对传统视网膜血管分割网络随着网络深度加深导致微小特征信息丢失,网络分割灵敏度低的问题,提出了一种有别于传统对称编码-解码模块的非对称视网膜血管分割结构。网络权重参数量为7.2MB,以残差注意力模块和多尺度空洞卷积模块作为基础特征提取模块,特征图的最大通道层数只有64层,特征图尺寸减半和反卷积操作都只有两次,能够减少特征图尺寸变化带来的信息丢失现象。本文所提方法在DRIVE和CHASE-DB1数据集上进行测试的准确性分别为96.85%和97.39%,灵敏度分别为84.03%和86.50%,特异性分别为98.08%和98.12%,AUC分别为98.63%和98.99%。     

U-net与Dense-net相结合的视网膜血管提取

目的 视网膜血管健康状况的自动分析对糖尿病、心脑血管疾病以及多种眼科疾病的快速无创诊断具有重要参考价值。视网膜图像中血管网络结构复杂且图像背景亮度不均使得血管区域的准确自动提取具有较大难度。本文通过使用具有对称全卷积结构的U-net深度神经网络实现视网膜血管的高精度分割。方法 基于U-net网络中的层次化对称结构和Dense-net网络中的稠密连接方式,提出一种改进的适用于视网膜血管精准提取的深度神经网络模型。首先使用白化预处理技术弱化原始彩色眼底图像中的亮度不均,增强图像中血管区域的对比度;接着对数据集进行随机旋转、Gamma变换操作实现数据增广;然后将每一幅图像随机分割成若干较小的图块,用于减小模型参数规模,降低训练难度。结果 使用多种性能指标对训练后的模型进行综合评定,模型在DRIVE数据集上的灵敏度、特异性、准确率和AUC（area under the curve）分别达到0.740 9、0.992 9、0.970 7和0.917 1。所提算法与目前主流方法进行了全面比较,结果显示本文算法各项性能指标均表现良好。结论 本文针对视网膜图像中血管区域高精度自动提取难度大的问题,提出了一种具有稠密连接方式的对称全卷积神经网络改进模型。结果表明该模型在视网膜血管分割中能够达到良好效果,具有较好的研究及应用价值。     

基于反卷积特征学习的图像语义分割算法

随着深度学习的发展,语义分割任务中许多复杂的问题得以解决,为图像理解奠定了坚实的基础.本文算法突出表现在两个方面,其一是利用反卷积网络,对卷积网络中不同深度的卷积层提取到的多尺度特征进行融合,之后再次通过反卷积操作对融合后的特征图进行上采样,将其放大到原图像的大小,最后对每个像素进行语义类别的预测.其二为了提升本文网络结构的性能,提出一种新的数据处理方式,批次中心化算法.经过实验验证,本文算法在SIFT-Flow数据集上语义分割的平均准确率达到45.2%,几何分割的准确率达到96.8%,在PASCAL VOC2012数据集上语义分割的平均准确率达到73.5%.     

改进的卷积神经网络在医学图像分割上的应用

为了提高医学图像分割的精确性和鲁棒性,提出了一种基于改进卷积神经网络的医学图像分割方法。首先采用卷积神经网络对冠状面、矢状面以及横断面三个视图下的2D切片序列进行分割,然后将三个视图下的分割结果进行集成,得到最终的结果。其中卷积神经网络由编码部分、双向卷积长短记忆网络(BDCLSTM)和解码部分组成。为获取多尺度信息,扩大卷积层的感受野,编码部分使用不同大小的非对称卷积层和空洞卷积。此外,在编码和解码部分之间使用BDC-LSTM,充分挖掘单视图下切片序列间的相关信息,从而提高分割精度。以海马体分割为例,在ADNI标准数据集上,以相似性系数、灵敏度和阳性预测率作为评判标准,准确率分别达到了89.36%、88.73%和90.16%。实验结果表明,该算法在准确率上更具竞争力。     

基于残差与小波U-Net的视网膜图像分割

视网膜血管分割是医学图像分割中常见的一项任务, 视网膜血管图像有着分割目标小而多的特点, 过去的网络在分割中可以较好地提取粗血管, 但是很容易忽略细血管, 而这部分细血管的提取在一定程度上影响网络的性能, 甚至是诊断的结果. 因此, 为了达到在保证准确提取粗血管的前提下, 提取到更多更连续的细血管的目标, 本文使用对称编解码网络作为基础网络, 使用一种新的卷积模块DR-Conv, 旨在防止过拟合的同时提高网络的学习能力. 同时, 针对最大池化层造成的信息损失问题, 考虑使用小波变换进行图像分解并使用逆小波变换对图像进行恢复, 利用混合损失函数结合不同损失函数的特性以弥补单个损失函数优化能力不足的问题. 为了评估网络的性能, 在3个公共视网膜血管数据集上分别对网络进行了测试, 并与最新方法进行了比较, 实验结果表明本文网络拥有更优的性能.     

基于改进卷积神经网络的腹部动脉血管分割

腹部动脉血管分割对于胃癌淋巴结的转移和肝动脉变异类型的判断至关重要。针对腹部动脉血管分割精度低、易断裂等问题,提出一种改进卷积网络架构的腹部动脉分割方法。卷积网络的编码部分使用带有卷积注意的预训练模块(resnet34),避免了梯度消失且可更好地获取图像的特征信息。为了扩大感受野和聚集多尺度特征信息,提出了一种新的多尺度特征融合模块。此外,动脉血管的边缘结构信息的学习至关重要,引入注意力导向滤波作为信息扩展路径,使输出特征更加结构化,提升血管分割的精度。所提方法在腹部动脉血管分割的实验结果表明,与基础网络U-Net相比,所提方法在灵敏度和交并比上分别提升了2.84%和1.19%。与CE-Net网络相比,在灵敏度和交并比上分别提升了1.34%和161%。     

三维卷积网络在脑海马体分割中的应用

为了提高海马体分割的精确性和鲁棒性,提出一种新型的三维卷积网络Dilated-3DUnet。该网络中卷积层的通道数采用"金字塔"分布的方式,有效缩小了参数的规模。此外,使用三维空洞卷积作为级联卷积操作,不仅有效地结合了脑磁共振成像(MRI)的深层特征和浅层特征,而且在不改变参数个数的情况下,扩大了卷积层的感受野,获取了多尺度信息,能够更好地捕捉MRI图像的浅层特征,从而提高了分割精度。在ADNI数据集上进行实验,以相似性系数、灵敏度、阳性预测率为评价指标,准确率分别达到了89.32%、88.72%和90.05%。实验表明,Dilated-3DUnet充分利用了脑MRI图像的三维空间信息,具有更强的泛化能力和更好的特征表达能力,从而大大提升了分割精度。     

并行生成网络的红外—可见光图像转换

目的 针对现有图像转换方法的深度学习模型中生成式网络（generator network）结构单一化问题，改进了条件生成式对抗网络（conditional generative adversarial network，CGAN）的结构，提出了一种融合残差网络（ResNet）和稠密网络（DenseNet）两种不同结构的并行生成器网络模型。方法 构建残差、稠密生成器分支网络模型，输入红外图像，分别经过残差、稠密生成器分支网络各自生成可见光转换图像，并提出一种基于图像分割的线性插值算法，将各生成器分支网络的转换图像进行融合，获取最终的可见光转换图像；为防止小样本条件下的训练过程中出现过拟合，在判别器网络结构中插入dropout层；设计最优阈值分割目标函数，在并行生成器网络训练过程中获取最优融合参数。结果 在公共红外-可见光数据集上测试，相较于现有图像转换深度学习模型Pix2Pix和CycleGAN等，本文方法在性能指标均方误差（mean square error，MSE）和结构相似性（structural similarity index，SSIM）上均取得显著提高。结论 并行生成器网络模型有效融合了各分支网络结构的优点，图像转换结果更加准确真实。     

改进的U-Net在视网膜血管分割上的应用

针对眼底视网膜血管分割中血管边界难以精确识别以及血管与背景对比度低而难以分割的问题,提出一种编码器-解码器结构的算法.为了提高算法在血管边界的分割能力,在编码部分采用全局卷积网络(GCN)和边界细化(BR)替换传统的卷积层;在跳跃连接部分引入改进的位置注意模块(PA)和通道注意模块(CA),目的是增加血管与背景之间的对...     

降低参数规模的卷积神经网络模型压缩方法

针对卷积神经网络模型参数规模越来越大导致难以在计算与存储资源有限的嵌入式设备上大规模部署的问题,提出一种降低参数规模的卷积神经网络模型压缩方法。通过分析发现,卷积层参数量与输入输出特征图数量以及卷积核大小有关,而全连接层参数数量众多且难以大幅减少。通过分组卷积减少输入输出特征图数量,通过卷积拆分减小卷积核大小,同时采用全局平均池化层代替全连接层的方法来解决全连接层参数数量众多的问题。将上述方法应用于LeNet5和AlexNet进行实验,实验结果表明通过使用组合压缩方法对LeNet5模型进行最大压缩后,参数规模可减少97%,识别准确率降低了不到2个百分点,而压缩后的AlexNet模型参数规模可减少95%,识别准确率提高了6.72个百分点,在保证卷积神经网络精度的前提下,可大幅减少模型的参数量。     

残差密集空间金字塔网络的城市遥感图像分割

目的 遥感图像语义分割是根据土地覆盖类型对图像中每个像素进行分类,是遥感图像处理领域的一个重要研究方向。由于遥感图像包含的地物尺度差别大、地物边界复杂等原因,准确提取遥感图像特征具有一定难度,使得精确分割遥感图像比较困难。卷积神经网络因其自主分层提取图像特征的特点逐步成为图像处理领域的主流算法,本文将基于残差密集空间金字塔的卷积神经网络应用于城市地区遥感图像分割,以提升高分辨率城市地区遥感影像语义分割的精度。方法 模型将带孔卷积引入残差网络,代替网络中的下采样操作,在扩大特征图感受野的同时能够保持特征图尺寸不变;模型基于密集连接机制级联空间金字塔结构各分支,每个分支的输出都有更加密集的感受野信息;模型利用跳线连接跨层融合网络特征,结合网络中的高层语义特征和低层纹理特征恢复空间信息。结果 基于ISPRS （International Society for Photogrammetry and Remote Sensing） Vaihingen地区遥感数据集展开充分的实验研究,实验结果表明,本文模型在6种不同的地物分类上的平均交并比和平均F₁值分别达到69.88%和81.39%,性能在数学指标和视觉效果上均优于SegNet、pix2pix、Res-shuffling-Net以及SDFCN （symmetrical dense-shortcut fully convolutional network）算法。结论 将密集连接改进空间金字塔池化网络应用于高分辨率遥感图像语义分割,该模型利用了遥感图像不同尺度下的特征、高层语义信息和低层纹理信息,有效提升了城市地区遥感图像分割精度。     

面向高度近视条纹损伤的深监督特征聚合网络

目的 条纹状损伤是高度近视向病理性近视发展过程中的一种重要眼底改变。临床研究表明,在无创的眼底光学相干断层扫描（optical coherence tomography,OCT）图像中,条纹状损伤主要表现为视网膜色素上皮层—Bruch’s膜—脉络膜毛细血管复合体（retinal pigment epithelium-Bruch’s membrane-choriocapillario complex,RBCC）损伤,具体包括RBCC异常和近视牵引纹。由于OCT图像中条纹损伤存在目标小、边界模糊等问题,其自动分割极具挑战性。本文提出了一种基于特征聚合下采样和密集语义流监督的特征融合分割网络（deep-supervision and feature-aggregation based network,DSFA-Net）,用于实现OCT图像中条纹损伤的自动分割。方法 为减少网络参数量,DSFA-Net以通道减半的U-Net为基准网络,在编码器路径中设计并嵌入特征聚合下采样模块（feature aggregation pooling module,FAPM）,使得网络在下采样过程中保留更多的上下文和局部信息,在解码器路径中设计并嵌入一种新的深监督模块——密集语义流监督模块（dense semantic flow supervision module,DSFSM）,使得网络在解码过程中聚合不同分辨率图像之间的细节和语义信息。结果 方法在上海市第一人民医院提供的751幅2维眼底OCT B扫描图像上进行验证与评估。相比于U-Net,本文方法在参数量降低53.19%的情况下,平均Dice相似系数（Dice similarity coefficient,DSC）、Jaccard和敏感度指标分别提高了4.30%、4.60%和2.35%。与多种较流行的语义分割网络相比,本文网络在保持最小网络参数量的同时,分割性能取得了较明显提升。为了更加客观地评估FAPM与DSFSM模块的性能,本文同时进行了一系列消融实验。在基准网络添加FAPM模块后,平均DSC、Jaccard和敏感度指标分别提高了1.05%、1.35%和3.35%。在基准网络添加DSFSM模块后,平均DSC、Jaccard和敏感度指标分别提高了4.90%、5.35%和5.90%。在基准网络添加FAPM与DSFSM模块后,平均DSC、Jaccard和敏感度指标分别提高了6.00%、6.45%和5.50%。消融实验的结果表明,本文提出的DSFSM和FAPM模块可以有效提升网络的分割性能。结论 本文提出的DSFA-Net提升了眼底OCT图像中条纹损伤的分割精度,具备潜在的临床应用价值。     

基于深度残差网络的人体行为识别算法研究

针对原始C3D卷积神经网络的层数较少、参数量较大和难以关注关键帧而导致的人体行为识别准确率较低的问题,提出一种基于改进型C3D的注意力残差网络模型;首先,增加原始网络卷积层并采用卷积核合并与拆分操作实现(3x1x7)和(3x7x1)的非对称式卷积核,之后采用全预激活式残差网络结构来增加构建的非对称卷积层,并且在残差块中增加时空通道注意力模块;最后,为展示该算法的先进性和应用性,则将该算法与原始C3D网络以及其他流行算法分别在基准数据集HMDB51和自建的43类别体育运动数据集上相比较;实验结果表明,该算法与原始C3D网络相比,在HMDB51和43类体育运动数据集上分别提高了9.88%和21.61%,参数量比原来降低了38.68%,并且结果也优于其他流行算法。     

改进双向LSTM的肺结节分割方法

基于深度学习网络在医学图像分割方面取得了很多成果。由于类圆形的肺结节不同于血管和大部分肺部结构呈扁平状,因此通过对U-Net进行扩展,提出一种带有多视图密集卷积的双向LSTM U-Net网络来消除血管和肺内组织结构以检测结节。与U-Net在跳跃连接中进行级联不同,改进双向LSTM网络将编码路径中提取特征图与解码卷积层进行非线性结合。为了加强特征传播和鼓励特征复用,在编码路径的最后一个卷积层采用密集卷积,最后使用批处理规范化（BN）来加速网络的收敛速度。实验结果表明该模型有效地提高了肺结节分割的准确率,对LUNA16和阿里巴巴天池竞赛数据集中每个候选样本提取轴位、冠状和矢状视图后训练的MIoU达到了90.1%。     

新型LeNet-FC卷积神经网络模型算法的研究

针对已有的卷积神经网络（Convolutional Neural Network，CNN）在人脸识别训练中出现过拟合、收敛速度慢以及识别准确率不高的问题，提出了新型的LeNet-FC卷积神经网络模型。通过增加网络层、缩小卷积核等结构改进以及采用优化的对数-修正线性单元（Logarithmic Rectified Linear Unit，L_ReLU）激活函数，该模型在人脸识别训练的准确率达到了99.85%。同时基于LeNet-FC卷积神经网络模型设计了一个人脸识别系统。该系统在ORL人脸库的仿真测试实验中识别准确率达到了96%。     

基于双注意力编码-解码器架构的视网膜血管分割

眼底视网膜血管的分割提取对于糖尿病、视网膜病、青光眼等眼科疾病的诊断具有重要的意义。针对视网膜血管图像中的血管难以提取、数据量较少等问题,文中提出了一种结合注意力模块和编码-解码器结构的视网膜血管分割方法。首先对编码-解码器卷积神经网络的每个卷积层添加空间和通道注意力模块,加强模型对图像特征的空间信息和通道信息(如血管的大小、形态和连通性等特点)的利用,从而改善视网膜血管的分割效果。其中,空间注意力模块关注于血管的拓扑结构特性,而通道注意力模块关注于血管像素点的正确分类。此外,在训练过程中采用Dice损失函数解决了视网膜血管图像正负样本不均衡的问题。在3个公开的眼底图像数据库DRIVE,STARE和CHASE_DB1上进行了实验,实验数据表明,所提算法的准确率、灵敏度、特异性和AUC值均优于已有的视网膜血管分割方法,其AUC值分别为0.9889,0.9812和0.9831。实验证明,所提算法能够有效提取健康视网膜图像和病变视网膜图像中的血管网络,能够较好地分割细小血管。