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基于增强多尺度和语义特征融合的语义分割问题算法研究

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基于增强多尺度和语义特征融合的语义分割问题算法研究

作者：崔朝童山东师范大学

学位级别：硕士

近年来,深度学习与计算机视觉技术在语义分析、图像修复、图像处理和物体检测等领域得到了快速发展,受到了众多研究人员的青睐。在计算机视觉领域,语义分割是一项核心技术,也是最基础的研究课题之一。语义分割在图像处理领域扮演着重要... 详细信息

近年来,深度学习与计算机视觉技术在语义分析、图像修复、图像处理和物体检测等领域得到了快速发展,受到了众多研究人员的青睐。在计算机视觉领域,语义分割是一项核心技术,也是最基础的研究课题之一。语义分割在图像处理领域扮演着重要的角色。它的核心任务是对图像中的每个像素进行标注,并为其分配相应的语义类别。然而,光有像素级别的标注还远远不够,还需要深入学习每个类别的语义含义和空间信息。只有通过获取丰富的上下文语义信息,才能更好地理解图像中像素之间相互关联的地方。目前,语义分割已经广泛应用到各种场景,例如无人车驾驶,医疗图像分析,人机交互以及增强现实等方面。语义分割作为计算机视觉的关键问题之一,其重要性在各个领域中越来越明显。语义分割作为像素级的分类任务,研究网络模型的速度和精度以及如何平衡这两者之间的关系是重点。网络模型一般包括编码器和解码器,其中编解码器的设计情况对语义分割的精度和速度有着非常重大的影响。因此,本文在语义分割网络模型的速度和精度方面做了一些探讨。本文主要的研究工作在下面列出:(1)本文提出了用于语义分割的增强多尺度网络(EMSNet),主要包含的两个新的模块:融合增强区域模块(IERM)和多尺度卷积模块(MSCM)。增强多尺度网络中的融合增强区域模块能够捕获长距离上下文。其利用主干网络四五阶段的特征图来产生权重,并在其中采用了全局自适应池化。随后,将输入特征与权重进行结合,并借助更广泛的上下文信息,将这些特征编码为更具表达力的局部特征。这一步骤旨在提升对特征描述的能力,使其能够更准确地反映数据的内在结构和关系。通过结合权重和上下文信息,使得模型能够捕捉到图像中更多的细节信息,从而增强模型的识别和理解能力。多尺度卷积模块取用了一系列不对称卷积和可变形多尺度卷积。利用多尺度卷积提取特征,通过简单的逐元素乘法来唤起空间注意力。这样可以更好的捕获多尺度上下文,捕捉到特征图像素之间的相互依赖关系,并建模不同通道之间的关系。在模型的最后阶段,通过聚合各个阶段的特征进一步综合处理全局上下文特征,在这样的配置下,能够实现从局部到全局的多尺度上下文获取。同时,也能够完成从低级到高级的信息聚合,从而实现对数据更深层次的理解和表示。这样的处理方式有助于模型在理解和处理复杂任务时,更好地把握整体和局部的关系,提升模型的性能。总体来说,通过设计的IERM模块和MSCM模块,可以使模型更好的学习到图片中的信息,提高分割的精度。(2)卷积神经网络已经证明在提取局部特征和空间细节能力方面很强,但它很难获得全局的信息,全局信息的缺失会严重影响重要区域的图像分割。Transformer可以建立像素之间的全局关系,增强像素的表现力。但是,一些基于Transformer自注意力的方法会导致模型的计算参数较多。为了解决这两个问题,本文同时采用了Transformer和CNN结构增强图像区域之间的关系和全局信息来提高分割精度和性能,提出了基于Transformer的语义分割特征融合网络(FFTNet)。FFTNet主要包含三个部分:特征对齐模块(FAM),用来丰富空间细节,增强通道表示;Transformer结构,计算像素之间的关系并增强像素表示;金字塔卷积池化模块,对特征图压缩和丰富,减少计算负荷,并从全局角度确定像素之间的关系。

关键词：语义分割特征融合注意力机制 Transformer

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基于异构数据的患者术后非计划内再入院预测

工程科学与技术 2024年

作者：俞凯董小锋袁贞明崔朝健罗伟斌杭州师范大学信息科学与技术学院

非计划内再入院是医院风险管理的重要信号，也是医疗质量的重要指标。目前再入院预测已经是医疗系统的一项重要任务，大量学者结合机器学习技术已经提出非常多有效的预测方法，但大多仅以单一结构数据为研究对象或仅使用串联方法融合异... 详细信息

非计划内再入院是医院风险管理的重要信号，也是医疗质量的重要指标。目前再入院预测已经是医疗系统的一项重要任务，大量学者结合机器学习技术已经提出非常多有效的预测方法，但大多仅以单一结构数据为研究对象或仅使用串联方法融合异构数据。前者未能较好地利用电子病历中丰富的数据与信息，后者则是不能很好地融合异构数据的信息。基于上述问题，提出基于CTFN异构数据融合方法并结合患者出院小结文本与住院期间产生的横断面数据预测患者再入院风险。异构数据的信息更为丰富，CTFN则是能更好地融合异构数据中的信息，使融合表征矩阵对异构数据信息的表达能力更强。预测模型的构建分为三个步骤，首先利用RoBerta模型提取患者出院小结中的特征信息并得到表征矩阵；再使用CNN模型学习患者横断面特征信息，得到表征矩阵；最后通过CTFN方法融合异构表征矩阵，得到最后的异构表征矩阵。CTFN通过张量外积融合多个单模态表征矩阵，并增加CNN模型以及残差结构设计加强异构数据模态内与模态间的信息学习。通过CTFN方法得到的异构数据表征矩阵，能够有效提升分类器的预测能力。在某公立医院的临床数据上对该方法进行验证，实验结果表明该方法表现出色，其中召回率达到了76.1%，AUC达到了71.5%，均高于所对比的基线模型。在召回率及准确率上满足实际使用，可辅助医生定位高再入院风险患者。

关键词：异构数据深度学习张量融合再入院卷积网络残差结构

CYGNSS信号对降水的时空响应及其驱动因子分析

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武汉大学学报（信息科学版） 2024年第1期49卷 109-121页

作者：严清赟王戴乐南京信息工程大学遥感与测绘工程学院江苏南京210044

近年来,星载全球导航卫星系统反射测量(global navigation satellite system-reflectometry,GNSS-R)技术被广泛应用于地表水文监测,但针对降水,特别是其与飓风全球导航卫星系统(cyclone global navigation satellite system,CYGNSS)信号的响应机制研究仍有限。以中国广东省为研究区域,基于距平指数和相关分析方法,探究不同尺度下研究区2019—2020年逐月的CYGNSS反射率和降水的时空响应关系,综合考虑驱动因子如数字高程模型(digital elevation model,DEM)、坡度、土壤类型、土地覆盖类型和归一化植被指数(normalized difference vegetation index,NDVI),并基于地理探测器分析各驱动因子对CYGNSS信号与降水响应关系的影响力。研究发现:(1)在2019—2020年内,月平均CYGNSS反射率值和降水量均呈现明显的季节性差异,并且二者变化趋势近乎保持同步,这验证了CYGNSS信号在监测降水方面的潜力。(2)随着空间尺度的增大,CYGNSS信号和降水呈现的正相关性逐渐增强。(3)在不同空间尺度下,DEM和坡度较小(地势较平坦)的地区、土地覆盖类型为耕地的区域,以及较低到中等植被覆盖地区的CYGNSS信号和降水之间的正相关性更强。而不同尺度下土壤类型对CYGNSS信号和降水响应关系的影响存在差异。(4)各驱动因子对CYGNSS信号与降水响应关系的影响力按大小依次排序为DEM>NDVI>坡度>土地覆盖类型>土壤类型,并且随着尺度越大,各驱动因子的影响力越强。该研究有助于对地表水文变化进行准确评估,为降水监测和水资源管理提供决策支持。

关键词：飓风全球导航卫星系统 GNSS反射测量技术降水时空响应驱动因子

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发达国家地膜应用及回收处理

农业环境科学学报 2024年第6期43卷 1288-1293页

作者：严昌荣侯靖岳徐运赟洪志杰马志刚崔吉晓中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所北京100081 德国国际合作机构东亚办公室北京100125 农业农村部国际交流服务中心北京100125 农业农村部对外经济合作中心北京100125

本研究采用数据资料分析的方法,系统梳理了欧盟和日本地膜产品和相关标准、地膜应用与回收处理的做法和成效。结果显示:欧盟和日本使用的地膜产品以传统有色地膜为主,厚度多≥0.02 mm,是我国地膜厚度的两倍以上,相关标准要求也高于我国... 详细信息

本研究采用数据资料分析的方法,系统梳理了欧盟和日本地膜产品和相关标准、地膜应用与回收处理的做法和成效。结果显示:欧盟和日本使用的地膜产品以传统有色地膜为主,厚度多≥0.02 mm,是我国地膜厚度的两倍以上,相关标准要求也高于我国;欧盟和日本地膜多用于蔬菜等园艺作物上,收集处理系统完善,地膜回收率多在80%以上,基本不存在地膜残留污染问题;欧盟大部分国家和日本有较完善的废弃物管理立法,没有专门针对地膜的法律条文;由于地膜的回收率高、含杂率低,回收回来的地膜多可得到合理再利用;地膜全产业链有很好的设计与应用,值得我国学习。

关键词：地膜产品与标准地膜应用模式地膜回收处理方式政策法规

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掺氢天然气管网数值仿真轻量化算法

天然气工业 2024年第2期44卷 156-165页

作者：石国赟宇波北京石油化工学院机械工程学院北京市安全生产工程技术研究院北京航空航天大学航空发动机研究院

目前针对管网数值仿真算法的优化主要集中在代数方程组的求解上。针对管网流动数值仿真算法提升计算效率方案中缺少针对封闭关系与状态方程的优化,分析了目前优化方案各模块的耗时情况,发现了仿真程序中耗时模块为封闭关系与状态方程求... 详细信息

目前针对管网数值仿真算法的优化主要集中在代数方程组的求解上。针对管网流动数值仿真算法提升计算效率方案中缺少针对封闭关系与状态方程的优化,分析了目前优化方案各模块的耗时情况,发现了仿真程序中耗时模块为封闭关系与状态方程求解。最后,结合计算机库函数的缺点以及现代CPU中SIMD (Single Instruction Multiple Data)模型的特点,提出了针对封闭关系与状态方程的轻量化算法,并验证了算法的高效性。研究结果表明:(1)封闭关系与状态方程模型中的耗时原因为直接调用库函数的次幂运算、指数运算、对数运算以及除法运算;(2)由于次幂运算效率远低于其他运算,通过变换消除了模型中几乎所有的次幂运算;(3)利用SIMD指令来计算指数运算与对数运算,实现了在单核CPU上同时计算多个数据的指数与对数,最后通过数学变换将所有除法转换为乘法;(4)轻量化算法加速效果显著,其整体加速比为18,而在状态方程求解模块的加速比更是高达70以上。结论认为,该轻量化算法在不影响计算精度的条件下提高了计算速度,对于提高掺氢天然气管网在线仿真与智能管网的建设具有重要的理论价值和技术支撑。

关键词：天然气管网数值仿真计算效率状态方程加速比掺氢

电凝法制作C57/BL6J小鼠局灶性脑缺血模型的评价

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南方医科大学学报 2024年第1期44卷 100-107页

作者：康赟赟唐东宁张健夏青天津中医药大学实验针灸学研究中心天津301617 天津中医药大学医学技术学院天津301617

目的通过改良电凝法制作小鼠局灶性大脑中动脉阻塞(MCAO)模型的方法、筛选适用于模型小鼠的评价指标,为开展脑缺血相关的长期研究提供模型参考。方法选用C57/BL6J雄性小鼠46只,随机分为模型组(n=34)和对照组(n=12)。采用凝血器永久性凝... 详细信息

目的通过改良电凝法制作小鼠局灶性大脑中动脉阻塞(MCAO)模型的方法、筛选适用于模型小鼠的评价指标,为开展脑缺血相关的长期研究提供模型参考。方法选用C57/BL6J雄性小鼠46只,随机分为模型组(n=34)和对照组(n=12)。采用凝血器永久性凝断小鼠右侧大脑中动脉制备大脑中动脉闭塞模型。通过激光散斑血流成像仪监测造模前、造模后20min、造模后1d的脑血流灌注量;通过Longa评分、mNSS评分、平衡木行走实验、圆筒实验、转角实验评价小鼠造模后1、7、14d的神经功能;采用2,3,5-氯化三苯基四氮唑(TTC)染色测量缺血灶梗死范围,以评估模型是否成功及各指标之间的相关性。Western blotting检测缺血侧皮质中质纤维酸性蛋白(GFAP)、脑源性神经营养因子(BDNF)、双肾上腺皮质激素(DCX)蛋白表达。结果激光散斑血流成像仪监测显示,大脑中动脉电凝灼烧后缺血侧的脑血流量明显降低;与假手术组相比,模型组造模后1、7、14d的Longa评分和mNSS评分明显升高(P<0.05);平衡木行走实验结果显示,与假手术组相比,模型组造模后1、7、14d评分均降低(P<0.05);圆筒实验结果显示,与术前相比,造模后1、7、14d模型组的前肢使用不对称性均增加(P<0.05);转角实验结果显示,与术前相比,造模后1、7、14d模型组的侧向指数均有提高(P<0.05)。TTC染色显示,假手术组大脑组织无损伤,模型组的梗死灶在手术侧大脑的感觉运动皮层区和尾壳核。Westernblotting结果显示,与假手术组相比,模型组缺血侧脑皮层中GFAP的蛋白表达水平呈高表达,模型组1d(P<0.05)、模型组7d(P<0.01)、模型组14d(P<0.01)的GFAP蛋白表达水平升高;DCX的蛋白表达水平在造模后1、7、14d升高(P<0.05);BDNF的蛋白表达水平升高,模型组1d的BDNF蛋白表达水平在缺血后显著升高(P<0.05)。结论将电凝位置由MCA与大脑下静脉交界的远端位置改为MCA与嗅束交界内侧2mm段部位可以成功制备小鼠MCAO模型,该模型可用于脑缺血后急慢期神经功能修复机制及神经可塑性等方面的研究。

关键词：电凝法大脑中动脉脑缺血小鼠评价指标

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基于民间性的确定性:城市社区居民精神生活困境及幸福路径建构

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深圳大学学报(人文社会科学版) 2024年

作者：徐凯赟岭南师范学院社会与公共管理学院

城市社区居民精神生活的困境治理是社区治理现代化的重要命题。从日常生活民间性角度看,城市社区居民日常知识体系的适用性、情感依恋的稳定性、价值信念的统一性维系和支撑其精神生活的确定性,从而促进其精神生活主体结构功能的良性发... 详细信息

城市社区居民精神生活的困境治理是社区治理现代化的重要命题。从日常生活民间性角度看,城市社区居民日常知识体系的适用性、情感依恋的稳定性、价值信念的统一性维系和支撑其精神生活的确定性,从而促进其精神生活主体结构功能的良性发展。当日常生活民间性遭遇高度复杂性和不确定性环境时,就会呈现出日常知识的陌生感、社会关系的疏离感和消费观念的迷失感,使城市社区居民的精神生活陷入不确定性困境,人们原有的精神生活矛盾不断被激化,精神生活碎片化、物化、世俗化等问题由此产生。优化城市社区居民的精神生活需要积极应对不确定性危机,增强人们在日益复杂和不确定社会生活中的适应性,寻求日常生活民间性的确定性。具体而言,需要建构日常知识体系,增强精神生活的可预知性;加强社区社会组织建设,促进社区居民之间的密切关联;倡导回归日常生活民间性的价值信念,形成社区生活共同体意识,即以城市社区居民为主体,重建社区文化的民间性,在社区营造、社区治理等实践中提升精神生活质量,建构日常生活叙事,呈现社区生活中人、事、物的丰富意义。

关键词：精神生活不确定性日常生活民间性城市社区路径建构