一种基于多支路特征融合的图像分割方法及系统

文档序号:26142587发布日期:2021-08-03 14:27阅读:来源:国知局

技术特征:

1.一种基于多支路特征融合的图像分割方法,其特征在于,包括以下步骤:

s1、建立一个基于xception的轻量化子网络subnet_1,按照建好的子网络subnet_1结构建立相同结构的子网络subnet_2和子网络subnet_3,将子网络subnet_1的特征提取模块stage1_1的输出连接到子网络subnet_2的特征提取模块stage2_1的输入上,将特征提取模块stage1_2的输出并联到特征提取模块stage2_2的输入上,将特征提取模块stage2_3的输出并联到特征提取模块stage3_3的输入上,对三个子网络的输出进行通道缩减操作和4倍双线性上采样,得到三个子网络的高级特征输出output_1、output_2和output_3,然后将高级特征输出output_1和output_2分别并联到特征提取模块stage2_1和stage3_1上,构造完成图像分割模型的编码器;

s2、将特征提取模块stage1_1、stage2_1和stage3_1的输出分别进行通道缩减操作,得到三个子网络tput_4、output_5和output_6,构造完成图像分割模型的解码器;使用两个尺寸不同的预测图像构造损失函数l;使用随机梯度下降优化器对损失函数l进行优化训练,获得训练好的图像分割模型,使用训练好的图像分割模型完成图像的分割任务。

2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,步骤s1中,基于xception的轻量化子网络subnet_1的内部网络结构为:输入图像→通道扩展操作→特征提取模块stage1_1→特征提取模块stage1_2→特征提取模块stage1_3→注意力模块fc_attention→输出层。

3.根据权利要求2所述的方法,其特征在于,通道扩展操作包含1个卷积层conv→1个批标准化bn→1个线性整流函数relu,卷积层的卷积核均为3x3、步长为1;特征提取子模块substage包含3个深度可分离卷积模块;深度可分离卷积模块包含1个线性整流函数relu→1个深度可分离卷积层separableconv→1个批标准化bn;深度可分离卷积的卷积核均为3x3,除每个特征提取模块中第一个深度可分离卷积层外,所有深度可分离卷积层的步长为1,第一个深度可分离卷积层的步长为2;注意力模块fc_attention包含1个全连接层fc和→1个卷积层,全连接层长度为192,卷积层中的卷积核为1x1。

4.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,步骤s1中,图像分割模型的编码器的第一个子网络subnet_1的输入为8通道,通过第一个特征提取模块stage1_1后,通道增数增加到48、特征图尺寸变为输入图像的1/4;第二个特征提取模块stage2_1输出的通道数为96、特征图尺寸变为1/8;第三个特征提取模块stage2_3输出的通道数为192、特征图尺寸变为1/16;经过注意集中模块和通道缩减后,输出的通道数减少为32,特征图尺寸维持1/16;第二个子网络subnet_2的输入尺寸为第一个子网络subnet_1输入尺寸的1/2,通道数为80;第三个子网络subnet_3的输入尺寸为第一个子网络subnet_1输入尺寸的1/4,通道数为88。

5.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,步骤s1中,对三个子网络的输出进行通道缩减操作具体为:

通道缩减操作包含1个卷积层conv→1个批标准化bn→1个线性整流函数relu,卷积层的卷积核均为3x3、步长为1。

6.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,步骤s2中,图像分割模型的解码器结构具体为:

将特征输出output_3与特征输出output_6相加→2倍双线性上采样→与特征输出output_2与output_5再相加→2倍双线性上采样→与特征输出output_1与output_4再相加→4倍双线性上采样→1个卷积层→输出图像。

7.根据权利要求6所述的方法,其特征在于,特征输出output_3与特征输出output_6相加后的特征经过1个卷积层然后输出尺寸为最终预测图像1/16的小尺寸预测图像。

8.根据权利要求6所述的方法,其特征在于,所有特征加和的输出均为32通道,经过双线性上采样后,第一个双线性上采样的输出尺寸为64x64,第二个双线性上采样的输出尺寸为128x128,第三个双线性上采样的输出尺寸为512x512;经过最后一个卷积层后,输出通道减少为3。

9.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,步骤s2中,对损失函数l进行优化训练的迭代次数为800,训练中批尺寸batch_size为16,使用两个尺寸不同的预测图像构造损失函数l如下:

l=l1+λl2

其中,l1和l2分别为原图分辨率大小和1/16分辨率大小预测图像的交叉熵损失,λ为l2对应的权重值。

10.一种基于多支路特征融合的图像分割系统,其特征在于,包括:

编码器模块,建立一个基于xception的轻量化子网络subnet_1,按照建好的子网络subnet_1结构建立相同结构的子网络subnet_2和子网络subnet_3,将子网络subnet_1的特征提取模块stage1_1的输出连接到子网络subnet_2的特征提取模块stage2_1的输入上,将特征提取模块stage1_2的输出并联到特征提取模块stage2_2的输入上,将特征提取模块stage2_3的输出并联到特征提取模块stage3_3的输入上,对三个子网络的输出进行通道缩减操作和4倍双线性上采样,得到三个子网络的高级特征输出output_1、output_2和output_3,然后将高级特征输出output_1和output_2分别并联到特征提取模块stage2_1和stage3_1上,构造完成图像分割模型的编码器;

解码器模块,将特征提取模块stage1_1、stage2_1和stage3_1的输出分别进行通道缩减操作,得到三个子网络tput_4、output_5和output_6,构造完成图像分割模型的解码器;使用两个尺寸不同的预测图像构造损失函数l;使用随机梯度下降优化器对损失函数l进行优化训练,获得训练好的图像分割模型,使用训练好的图像分割模型完成图像的分割任务。


技术总结
本发明公开了一种基于多支路特征融合的图像分割方法及系统,建立三个基于Xception的轻量化子网络,对三个子网络的输出进行通道缩减操作和4倍双线性上采样,得到三个子网络的高级特征输出,然后将第一高级特征输出和第二高级特征输出并联到第二特征提取模块和第三特征提取模块,构造图像分割模型的编码器;将三个特征提取子网络的输出分别进行通道缩减操作得到低级特征和高级特征,构造完成图像分割模型的解码器;使用两个尺寸不同的预测图像构造损失函数;使用随机梯度下降优化器对损失函数进行优化训练,获得训练好的图像分割模型,使用训练好的图像分割模型完成图像的分割任务。本发明提高了分割准确率;加快图像分割速度;改善分割结果图细节部分。

技术研发人员:古晶;孙新凯;巨小杰;冯婕;杨淑媛;刘芳;焦李成
受保护的技术使用者:西安电子科技大学
技术研发日:2021.04.21
技术公布日:2021.08.03
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