多尺度特征融合的图像语义分割

针对多尺度下的目标分割问题,提出了一种多尺度特征融合的图像语义分割方法.该方法改进了空洞空间金字塔池化(ASPP)模块,采用6种不同采样率空洞卷积并行架构增强了对输入图像信息的提取,该模块可以获取多尺度的卷积特征,从而进一步增强图像分割能力.通过在PASCAL VOC 2012数据集上进行训练和验证,达到了82.0%的平均像素准确率和71.9%的平均交并比.实验结果表明:通过改进空间维度上的ASPP模块,该方法可以达到良好的图像语义分割效果.     

基于VGG16预编码的遥感图像建筑物语义分割

深度卷积神经网络在遥感图像语义分割研究上开创了新的领域。利用改进的U-net模型对建筑物区域进行像素级提取,可获取其轮廓和尺寸信息。利用强可迁移性的VGG16网络作为U-net模型的编码器,并利用基于空洞卷积的级联并行模块提取多尺度的高层语义信息,同时使用转置卷积实现上采样,逐步还原分割细节。实验采用了加权组合的Jaccard损失和二元交叉熵损失作为总损失函数。实验结果表明了改进的U-net模型对遥感图像中建筑物的分割提取具有更高的精度,均像素精度(MPA)、均交并比(MIoU)和F_1分数分别为92. 16%、78. 55%和84. 81%。改进模型的F1分数比Deep Labv3+模型高4. 8%,比标准U-net模型高8. 3%。     

基于改进DeepLabV3+网络的坝面裂缝检测方法

基于图像分析的水电站坝面缺陷判别是一种高效、精准的方法，然而大坝裂缝图像存在背景复杂以及裂缝和背景像素比例不均衡等问题，导致传统算法的检测效果差。该文提出一种基于改进的DeepLabV3+网络模型的坝面裂缝检测方法。该方法利用三线注意力模块(three line attention module,TLAM)提高模型对裂缝像素的提取能力；采用空洞空间金字塔池化(atrous spatial pyramid pooling,ASPP)模块进行级联优化，实现更密集的像素采样，获取更丰富的裂缝特征；将MobileNetV2作为特征提取主干网络，可实现网络轻量化并减少模型参数；将焦点损失(focal loss,FL)和Dice损失(Dice loss,DL)作为模型的损失函数，可克服数据不平衡的困难。对西南某水电站的坝面裂缝数据集进行模型有效性和对比实验，结果表明：该方法中用来评价模型精度的F_{1, score}、平均交并比(mean intersection over union,MIoU)和平均像素精度(mean pixel accuracy,MPA)的值分别达到73.98...     

改进型DeepLabV3+的糖尿病眼底病变分割

针对糖尿病视网膜眼底病变多类分割难及小病灶识别率低的问题,提出一种融合注意力机制与改进型DeepLabV3+的糖尿病视网膜眼底病变多类病症分割方法．该方法首先通过使用MobileNetV2网络提取病灶特征,减少参数量并提高算法训练速度;接着通过优化空洞空间卷积金字塔池化中的空洞卷积层数与空洞率,以提高捕获小病灶特征的能力;然后基于DeepLabV3+网络模型进行改进,借助坐标注意力机制感知病灶方向和位置信息,从而提高识别精度;最后采用FGADR和IDRiD数据集分别训练和测试所提出的模型．实验结果表明：所提出方法的平均交并比(MIoU)指标为73.75%,具有较高的分割精度,验证了模型有效性．     

基于联合注意力-可分离卷积的立体匹配算法

为解决立体匹配网络模型轻量化与高精度不能共存的问题,本文提出新的立体匹配算法CSA-Net。算法具体是在特征提取阶段,利用类ResNet进行特征提取,训练空洞金字塔池化（ASPP）模块扩大感受野,提取多尺度上下文信息,加入联合注意力机制（CSM）,在空间和通道维度提高表征能力,关注重要特征并抑制不必要的特征。在特征融合阶段,将2D深度可分离卷积提升到3D来代替原网络中标准3D卷积在空间维度和通道维度分别进行卷积运算,以降低特征融合网络的参数量与模型运行时间。最终实验表明,本文所提出的立体匹配网络模型在KITTI 2012和2015数据集进行验证,在三像素匹配误差率为1.44%和2.24%,模型运行时间减少近1/3。因此,相比于其他实现了更高的匹配精度和更快的运行速度。     

无人驾驶车辆基于语义分割方法障碍物检测

障碍物检测是无人驾驶车辆环境感知重要的组成部分,语义分割技术能够对障碍物进行像素级检测。为满足无人车系统的实时性要求和对障碍物检测精度要求,提出了一种轻量级语义分割模型。该模型构建了特征提取块,通过跳跃层结构将底层级特征与高层级特征相融合,用于提取更加细化的图像特征信息。运用深度可分离卷积代替标准卷积操作,减少了模型参数量和计算量。利用不同膨胀率的膨胀卷积以获取多尺度目标信息,在上采样时融合不同尺度的特征信息,使得语义信息更加丰富。试验结果表明:提出的轻量级语义分割模型在Cityscapes数据集和ApolloScape数据集上取得了较好的障碍物检测结果,同时也满足无人车的实时性要求。     

基于卷积神经网络的抽油机故障诊断

抽油机故障诊断对于保障油气田的稳定运行至关重要。针对已有基于深度学习的故障诊断模型参数量大导致应用范围受限的问题,提出一种基于空洞卷积和惩罚机制的卷积神经网络模型。该模型在浅层神经网络部署不同空洞卷积率的空洞残差模块,高效获取示功图轮廓特征的同时降低了模型参数量。其次,将惩罚机制融入Softmax损失函数,增强模型诊断气体影响等难分样本的故障准确率。采用抽油机实况数据集进行实验验证,结果表明该模型参数量为0.94 M,浮点型计算量为165.24 M。与MobileNetV3相比,改进后的算法模型在准确率同为96.6%的前提下参数量减少了3.30 M,浮点型计算量减少了52.22 M,更易部署在资源受限的故障诊断平台。     

基于高效通道注意力的UNet肺结节CT图像分割

肺癌是全球死亡率最高的癌症之一,肺结节作为肺癌早期诊断的重要依据,对其进行精准分割格外重要。为了帮助医生诊断肺部病变,本文提出一种改进的UNet肺结节分割方法。首先,在特征提取部分引入高效通道注意力网络(efficient channel attention for deep convolutional neural networks, EcaNet),提高UNet分割效果,使其具有良好的泛化能力。接着,为了降低模型参数量、提升算法分割性能,提出一种基于深度可分离卷积的特征融合模型,用深度可分离卷积代替传统卷积完成特征融合。然后,针对肺结节图像特点,将基于重叠度损失函数(dice loss)与加权交叉熵(weighted cross entropy, WCE)结合作为新的损失函数。最后,为验证所提算法Eca-UNet的有效性,在LIDC-IDRI肺结节公开数据集上进行评估。结果表明：Eca-UNet算法在DICE相似系数、MIOU上比UNet分割算法分别提高10.47、7.34个百分点;同时在训练速度上提升了10.10%,预测速度提升了11.56%。     

用于高分辨率遥感影像地类识别的Deeplabv3+改进模型

在高分辨率遥感影像地类识别上,语义分割网络Deeplabv3+表现优异,但是所需参数非常多,训练时间久。遥感影像中的地类与普通RGB图片中的对象相比颗粒度非常大,其具有更显著的特征以及更少的类别,并不需要过深过大的网络。因此,文中提出了一种基于轻量级网络的语义分割模型(Thin-Deeplabv3+),对Deeplabv3+的编码器进行了改进,利用轻量级膨胀网络(Light and Dilated Network, LDNet)提取输入遥感影像的特征,然后利用膨胀系数分别为2、12、24和36的空洞空间金字塔池化(Atrous Spatial Pyramid Pooling, ASPP)模块加强特征提取。在高分遥感影像数据集(Gaofen Image Dataset, GID)以及DeepGlobe土地覆盖分类挑战数据集(DeepGlobe Land Cover Classification Challenge, DLCCC)上的实验结果表明,Thin-Deeplabv3+的识别精度高于Deeplabv3+,并且所需参数仅约为Deeplabv3+的1/10。     

一种面向移动端应用的实时目标检测算法

针对目标检测算法部署在移动端存在内存消耗大、精度低等问题,在NanoDet模型的基础上提出一种引入改进注意力机制的轻量级目标检测网络。首先,设计通道双池化及空间双向拆分的注意力模块,在尽可能不增加计算消耗的同时加强网络对感兴趣区域的关注能力;其次,引入空洞卷积及Mish函数增加网络的感受野及特征判别能力,并缩减冗余的降采样单元结构以加快网络的实时性;最后,在MS COCO2017数据集及安卓设备上的实验验证可知,本文算法在少量模型参数下提高了检测准确率,并保证30帧/秒的移动端检测速度,效果优于YOLO系列等轻量级网络。实验结果表明,本文算法参数量较YOLO系列模型参数量更低,更适合移动端和嵌入式设备的实时目标检测场景。     

一种轻量化非结构化道路语义分割神经网络

非结构化道路由于没有明显车道线且道路特征多、地域差异大，现有的结构化道路分割方法无法满足非结构化道路分割在实际应用中的实时性与准确性要求．为了解决上述难点，本文基于DeepLabv3+网络提出一种G-lite-DeepLabv3+网络结构，使用Mobilenetv2网络替换解码器中的Xception特征提取网络，并通过在Mobilenetv2网络与空洞空间金字塔池化模块中使用分组卷积替换普通卷积，且有选择地取舍批规范层来减少参数量，在不影响精度的同时提升分割效率．同时针对非结构化道路在图像里分布位置相对较固定的特点，引入注意力机制对高级语义特征进行处理，提升网络对有用特征的敏感度与准确性．选用与我国非结构化道路路况相似的印度道路驾驶IDD进行训练，并与其他经典语义分割网络进行实验对比，结果表明，相比于其他网络，本文提出的G-lite-DeepLabv3+准确率与实时性均表现较好、误分割与边缘清晰度均好于对照网络；与经典算法进行对比，平均交并比mIoU提升1.3%，平均像素精度提升6.2%，帧率提升22.1%.     

一种基于深度学习的实时视频图像背景替换方法

针对视频会话业务的实时性需求,提出一种轻量级深度学习网络模型实现视频图像的实时背景替换功能.网络模型包含语义分割和背景替换两个模块.语义分割模块整体架构采用编解码结构,编码端使用编码器模块、空洞卷积金字塔池化模块、注意力模块以及增益模块提取特征;解码端使用解码器模块、调整模块以及编码器模块恢复图像,再传入背景替换模块完成背景替换.该网络模型在本文设定的数据集训练后分割精确度达到94.1%,分割速度达到42.5帧/s,在实时性和准确性上达到较好的平衡,具有很好的实用效果.     

基于MM YOLOv4的无人机目标检测算法

针对当前无人机目标图像检测方法精度较低和检测速度过慢的问题,提出一种结合轻量级网络和改进多尺度结构的目标检测算法。首先采用MobileNetV3轻量级网络替换YOLOv4的主干网络,减少模型复杂度,提升检测速度;其次,引入改进多尺度结构的PANet网络,增强高维图像特征和低维定位特征的流动叠加,提升对小目标的分类和定位精度;最后,利用K means方法对目标锚框进行参数优化,提升检测效率。同时结合公开数据集和自主拍摄方式构建一个新的无人机目标图像数据集Drone dataset,并基于数据增强的方法开展算法性能实验。实验结果表明,该算法的mAP达到了91.58%,FPS达到了55帧/s,参数量为44.39 M仅是YOLOv4算法的1/6,优于主流的SSD、YOLO系列算法和Faster R CNN算法,实现了对多尺度无人机目标的快速检测。     

基于轻量化网络的眼部特征分割方法

针对高分辨率眼部图像的瞳孔、虹膜特征快速识别与检测问题,提出了一种轻量化语义分割网络DIA-UNet （double input attention UNet）.它采用对称双编码结构同步获取眼部灰度图及其轮廓图特征,并通过双注意力机制实现了解码端的特征筛选,将深层融合特征作为语义分割输出.在CASIA-Iris-Interval和高分辨率瞳孔数据集上测试结果表明,与其他轻量化语义分割网络相比,本文提出的DIA-UNet在保证虹膜、瞳孔分割准确率的同时网络参数个数仅有0.076 Million,处理速度高达123.5 FPS.      

改进RetinaNet的无人机小目标检测

无人机技术的不断成熟,使得搭载高效视觉系统的无人机应用也更加广泛。针对无人机航拍图像中小目标较多、分辨率低等原因导致的检测精度不高的问题,提出了一种改进RetinaNet的无人机航拍目标检测算法。算法针对特征图中小目标信息提取不足的问题,设计了多阶段特征融合方法,并将其与注意力机制串联设计了特征挖掘模块,可以在浅层特征图中融入深层的语义信息,丰富小目标特征;设计了基于中心点检测的无锚框(Anchor-free)方法,网络通过对中心点的回归来定位目标,而不是通过固定大小的锚框去匹配,这样做可以使网络对小目标的回归更加灵活,提高了算法的整体性能;且通过深度可分离卷积方法对网络进行轻量化设计,以压缩模型大小并提高检测速度。实验结果表明,改进算法较原RetinaNet算法平均精度提升了8.5%,检测速度提升了6帧/s,且与其他先进算法相比也具有性能优势,达到了检测精度与检测速度的均衡。     

融合注意力机制的PSPnet多目标语义分割

采用加强特征提取网络为MobileNetV2的融合多特征金字塔场景解析网络（PSPnet）来实现复杂场景下的图像语义分割.相对于深度残差网络ResNet50和MobileNetV1,引入了线性瓶颈结构和反向残差结构,利用金字塔池化模块（PPM）来处理不同层级的图像特征信息,并将其进行特征拼接,有效避免了不同分割尺寸下,子区域之间关键特征信息的缺失.在此基础上,引入注意力机制模块,结合通道注意力机制（CAM）和空间注意力机制（SAM）,进一步提高分割精度.实验结果表明：该方法可以提高图像识别的准确率,并节省训练时间.     

基于轻量化卷积神经网络模型的云与云阴影检测方法

大多数遥感影像数据不可避免地受到云层的污染导致数据的失效。因此,对云进行检测是非常必要的预处理步骤。随着航天技术的飞速发展,更加轻便的卫星被设计出来,为了在这些算力有限的微小卫星上配备遥感影像预处理模型。设计一种高精度、算力要求低的轻量化云与云阴影检测网络模型具有重要意义。针对上述问题,本研究提出一种基于深度可分离卷积的轻量化卷积神经网络模型（Lightweight M-shaped Network,L-MNet）,L-MNet网络模型是在M-Net（ M-shaped Network）网络模型的基础上引入深度可分离卷积（Depthwise Separable Convolution）,设计一种深度可分离卷积模块（DS-Conv Block）,以减小算法的复杂度及计算量。实验结果表明,本研究所提方法在保证检测精度的前提下,可以有效减小像素级云检测的模型大小及计算量,有助于实现微小卫星在轨云检测的任务。     

基于深度学习的图像全景分割改进算法模型

图像语义分割和实例分割是计算机视觉领域基础挑战性工作,图像全景分割统一解决两者的任务,其核心为图像中每一个像素分配相应的类别标签以及为类别中每一个实例分配ID。经典UPSNet已经取得了较好的全景分割效果,但是使用了一种单向信息流动的特征金字塔网络,将存在实例分支的目标实例定位不够准确的问题,并且语义分支的语义分割能力还需进一步提升。本文通过考虑两个任务的差异性以及共性,重新设计特征金字塔网络结构以提取出更适合全景分割的特征图,从而提高了实例分支的AP评价指标。在语义分支中引入了克罗内克卷积,与可变形卷积进行融合使得特征图的感受野更大并且捕获了局部信息,使语义分支的mIoU评价指标得到了提高。此模型在Cityscapes数据集上进行实验,验证了所设计的每个模块及整个模型的有效性。     

多特征融合的道路场景语义分割算法

为提升道路场景语义分割的性能以及实际应用性,本文将传统的图像处理算法与深度学习技术相结合,提出了一种多特征融合的轻量级道路场景语义分割网络模型。该模型首先利用颜色空间转化、图像均衡化、边缘检测等算法来对图像多种特征信息进行增强;其次,以深度可分离卷积为基本单元搭建高效率特征提取结构,对特征增强后的图像进行信息融合和提取,并结合跳层上采样操作完成初步分割;最后,引入边缘检测支路来对分割图像的目标边界信息进行细化,保障网络高精度分割。通过实验结果表明,所提网络在分割精度、计算效率上得到了较好的平衡,同时,在实际变电站道路场景应用中,该网络也能实现高效语义分割,为巡检机器人提供有效的道路信息。