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基于深度学习的糖尿病视网膜图像病变识别研究

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基于深度学习的糖尿病视网膜图像病变识别研究

作者：徐常转贵州大学

学位级别：硕士

彩色眼底视网膜图像是诊断眼底疾病的基础根据,糖尿病视网膜病变(Diabetic Retinopathy,DR)是这些眼底疾病中最常见的种类之一。迅速准确地处理眼底图像能够有效帮助糖尿病患者进行早发现早治疗,从而大幅度提升治愈率。但是目前人工诊... 详细信息

彩色眼底视网膜图像是诊断眼底疾病的基础根据,糖尿病视网膜病变(Diabetic Retinopathy,DR)是这些眼底疾病中最常见的种类之一。迅速准确地处理眼底图像能够有效帮助糖尿病患者进行早发现早治疗,从而大幅度提升治愈率。但是目前人工诊断较大程度依赖有经验的医生,不仅耗时,而且导致边远地区缺乏医疗资源的患者无法得到及时救助。因此,通过图像处理、机器学习以及深度学习方法来实现自动化辅助诊断,对于眼底疾病的预防和及时治疗具有?分重要的意义。本文使用深度学习的方法,对以下三个方面的内容进行研究:(1)糖尿病视网膜病变严重程度的分类。在糖尿病患者中,糖尿病视网膜病变是致盲的主要原因。针对眼底图像中的微动脉瘤等微小病理特征提取难的问题,本文提出了一种注意力机制模块。该模块通过融合特征图原本的特征信息与注意力单元得到的通道信息,为微小特征增加了网络的权重,再使用除操作去除特征图中的冗余信息,得到注意力机制特征作为双任务的输入;针对均方误差(Mean Square Error,MSE)损失难优化和交叉熵(Cross Entropy,CE)损失未考虑错分DR等级的代价,设计了多任务学习模块,加权融合了回归任务的MSE损失和分类任务的CE损失。基于这两个模块的设计,提出了融合注意力机制的多任务学习网络(fusion of attention mechanism and multi-tasking learning network,FAMT)。本文进行了对比度增强,黑色区域去除等一系列图像预处理操作后,在大型数据集上进行了模型验证。(2)糖尿病视网膜病变区域的分割。糖尿病视网膜病变严重程度取决于几种生物损伤,包括微动脉瘤(microaneurysms,MA)、软性渗出(soft exudates,SE)、硬性渗出(hard exudates,EX)和出血点(hemorrhages,HE)等,检测出这四类病灶区域,有利于对糖尿病视网膜病变分级诊断提供医学依据。针对眼底图像中存在像素点占比小问题和多尺寸特征捕捉问题,基于对主流分割模型的分析和验证,提出了全新的分层多尺度空间门控注意力机制(Hierarchical multi-scale spatial attention gating mechanism,HSAG)的DR分割模型。在训练阶段,HSAG模型输入多张多尺度图像到主干网络进行语义信息提取后,利用提出的空间门控单元(spatial attention gating,SAG)对低层次空间信息和高层次语义信息进行逐级融合,将得到的特征映射进行分层性注意力的权重分配,从而得到最终的分割预测;在推理阶段,按层次计算方式应用HASG训练得到的权重,把N个预测尺度组合后进行计算,以达到不增加训练代价基础上,增加分割精度的目的。(3)糖尿病视网膜病变识别辅助系统。基于前两个研究的模型,设计并实现了一个基于Web的糖尿病视网膜病变识别辅助系统,便于糖尿病患者以及医护筛查人员用于眼底图像病变识别检测。本系统基于VUE+Antd作为前端设计技术,结合Fast Api将深度学习模型部署在云服务器上,通过客户端发送图像分割与分类请求,利用服务器中部署好的两种模型,将结果返回给用户并进行展示。

关键词：深度学习糖尿病视网膜病变图像分类图像分割医疗辅助系统

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融合注意力机制与多任务学习的DR分级模型

计算机工程与应用 2021年第24期57卷 212-218页

作者：徐常转吴云蓝林黄自萌贵州大学计算机科学与技术学院贵阳550025

在糖尿病患者中,糖尿病视网膜病变(Diabetic Retinopathy,DR)是导致失明的主要原因。针对眼底图像中存在极难发现的微动脉瘤等微小病理特征的问题,提出了一种注意力机制模块。该模块通过融合特征图原本的特征信息与注意力单元得到的通... 详细信息

在糖尿病患者中,糖尿病视网膜病变(Diabetic Retinopathy,DR)是导致失明的主要原因。针对眼底图像中存在极难发现的微动脉瘤等微小病理特征的问题,提出了一种注意力机制模块。该模块通过融合特征图原本的特征信息与注意力单元得到的通道信息,为微小特征增加了网络的权重,再使用除操作去除特征图中的冗余信息,得到注意力机制特征作为双任务的输入;针对均方误差(Mean Square Error,MSE)损失难优化和交叉熵(Cross Entropy,CE)损失未考虑错分DR等级的代价,设计了多任务学习模块,加权融合了回归任务的MSE损失和分类任务的CE损失。基于这两个模块的设计,提出了融合注意力机制的多任务学习网络(Fusion of Attention mechanism and MultiTasking learning network,FAMT)。在kaggle数据集上的实验表明,FAMT网络在验证集上的Kappa比仅使用回归任务的网络高出了2%,比仅使用分类任务的网络提高了4%;FAMT网络在测试集上的Kappa比EfficientNet网络高出1%,比M2CNN网络高出了5%。

关键词：糖尿病视网膜分级深度学习注意力机制多任务学习卷积神经网络

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模态间关系促进的行人检索方法

软件学报 2024年第10期35卷 4766-4780页

作者：李博张飞飞徐常胜天津理工大学计算机科学与工程学院多模态人工智能系统全国重点实验室(中国科学院自动化研究所)

基于文本描述的行人检索是一个新兴的跨模态检索子任务,由传统行人重识别任务衍生而来,对公共安全以及人员追踪具有重要意义.相比于单模态图像检索的行人重识别任务,基于文本描述的行人检索解决了实际应用中缺少查询图像的问题,其主要... 详细信息

基于文本描述的行人检索是一个新兴的跨模态检索子任务,由传统行人重识别任务衍生而来,对公共安全以及人员追踪具有重要意义.相比于单模态图像检索的行人重识别任务,基于文本描述的行人检索解决了实际应用中缺少查询图像的问题,其主要挑战在于该任务结合了视觉内容和文本描述两种不同模态的数据,要求模型同时具有图像理解能力和文本语义学习能力.为了缩小行人图像和文本描述的模态间语义鸿沟,传统的基于文本描述的行人检索方法多是对提取的图像和文本特征进行机械地分割,只关注于跨模态信息的语义对齐,忽略了图像和文本模态内部的潜在联系,导致模态间细粒度匹配的不准确.为了解决上述问题,提出模态间关系促进的行人检索方法,首先利用注意力机制分别构建模态内自注意力矩阵和跨模态注意力矩阵,并将注意力矩阵看作不同特征序列间的响应值分布.然后,分别使用两种不同的矩阵构建方法重构模态内自注意力矩阵和跨模态注意力矩阵.其中自注意力矩阵的重构利用模态内逐元素重构的方式可以很好地挖掘模态内部的潜在联系,而跨模态注意力矩阵的重构用模态间整体重构矩阵的方法,以跨模态信息为桥梁,可充分挖掘模态间的潜在信息,缩小语义鸿沟.最后,用基于任务的跨模态投影匹配损失和KL散度损失联合约束模型优化,达到模态间信息相互促进的效果.在基于文本描述的行人检索公开数据库CUHK-PEDES上进行了定量以及检索结果的可视化,均表明所提方法可取得目前最优的效果.

关键词：行人检索跨模态任务文本语义学习关系对齐注意力机制

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视觉语言模型引导的文本知识嵌入的小样本增量学习

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软件学报 2024年第5期35卷 2101-2119页

作者：姚涵涛余璐徐常胜多模态人工智能系统全国重点实验室(中国科学院自动化研究所) 北京100190 中国科学院大学人工智能学院北京100049 天津理工大学计算机科学与工程学院天津300384

真实场景往往面临数据稀缺和数据动态变化的问题,小样本增量学习的目的是利用少量数据推理数据知识并减缓模型对于旧知识的灾难性遗忘.已有的小样本增量学习的算法(CEC和FACT等)主要是利用视觉特征来调整特征编码器或者分类器,实现模型... 详细信息

真实场景往往面临数据稀缺和数据动态变化的问题,小样本增量学习的目的是利用少量数据推理数据知识并减缓模型对于旧知识的灾难性遗忘.已有的小样本增量学习的算法(CEC和FACT等)主要是利用视觉特征来调整特征编码器或者分类器,实现模型对于新数据的迁移和旧数据的抗遗忘.但是少量数据的视觉特征往往难以建模一个类别的完整特征分布,导致上述算法的泛化能力较弱.相比于视觉特征,图像类别描述的文本特征具有较好的泛化性和抗遗忘性.因此,在视觉语言模型的基础上,研究基于文本知识嵌入的小样本增量学习,通过在视觉特征中嵌入具有抗遗忘能力的文本特征,实现小样本增量学习中新旧类别数据的有效学习.具体而言,在基础学习阶段,利用视觉语言模型抽取图像的预训练视觉特征和类别的文本描述,并通过文本编码器实现预训练视觉特征到文本空间的映射.进一步利用视觉编码器融合学习到的文本特征和预训练视觉特征抽象具有高辨别能力的视觉特征.在增量学习阶段,提出类别空间引导的抗遗忘学习,利用旧数据的类别空间编码和新数据特征微调视觉编码器和文本编码器,实现新数据知识学习的同时复习旧知识.在4个数据集(CIFAR-100,CUB-200,Car-196和mini Image Net)上验证算法的有效性,证明基于视觉语言模型文本知识嵌入可以在视觉特征的基础上进一步提升小样本增量学习的鲁棒性.

关键词：小样本增量学习视觉语言模型文本知识嵌入类别空间引导的抗遗忘学习

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跨河大跨钢网架滑移施工关键技术研究

建筑钢结构进展 2024年

作者：徐常森贾尚瑞郭彤邢遵胜浙江精工钢结构集团有限公司

杭州仁和粮食储备库码头钢罩棚为跨河大跨钢网架结构，网架整体位于河道上方，下部无天然作业场地。考虑施工成本及场地条件，选择滑移施工方案。进一步，通过对比分析带短轨累积滑移、无短轨累积滑移两种施工方法的结构杆件附加应力、... 详细信息

杭州仁和粮食储备库码头钢罩棚为跨河大跨钢网架结构，网架整体位于河道上方，下部无天然作业场地。考虑施工成本及场地条件，选择滑移施工方案。进一步，通过对比分析带短轨累积滑移、无短轨累积滑移两种施工方法的结构杆件附加应力、施工可控性、滑移单元对接精度控制难度，最终选择无短轨累积滑移施工方案。在此基础上，利用midas Gen对结构进行施工模拟仿真分析，并在施工最终步的基础上以成桥荷载的形式叠加设计荷载，实现了对结构的施工-设计全过程仿真分析，验证了施工方案的安全性和合理性；结合场地条件设计了安拆便捷、承载力高、抗侧性能好的滑移支承结构及拼装平台；考虑滑移支承结构与滑移结构的协同变形，对二者进行合模分析，并结合两者在荷载荷载作用下的相对位移，采取滑靴预偏、放大滑靴限位挡块间距等措施，避免滑移过程中出现“啃轨”现象；采用带支座滑移，避免后期塞装支座。

关键词：跨河钢网架方案对比累积滑移短滑轨仿真分析协同变形

超高空立面大直径莫比乌斯环内支撑体系施工关键技术

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建筑钢结构进展 2024年

作者：丁利徐常森贾尚瑞吴楚桥浙江精工钢结构集团有限公司

西安丝路欢乐世界中心塔项目为全钢结构异形塔，由内筒钢框架、外筒网壳、大悬挑轮辐式裙摆桁架、顶部莫比乌斯圆环和外筒造型丝带组成；以西安丝路塔项目顶部莫比乌斯环施工为对象，给出了一种超高立面大直径莫比乌斯环内支撑体系施工... 详细信息

西安丝路欢乐世界中心塔项目为全钢结构异形塔，由内筒钢框架、外筒网壳、大悬挑轮辐式裙摆桁架、顶部莫比乌斯圆环和外筒造型丝带组成；以西安丝路塔项目顶部莫比乌斯环施工为对象，给出了一种超高立面大直径莫比乌斯环内支撑体系施工技术，对该技术涉及的内支撑体系设计要点、莫比乌斯环分段原则、分块吊装变形预偏技术和分块吊装累积变形控制方法进行了探讨，对施工过程中的技术要点进行了分析和经验总结，弥补了类似圆环钢结构施工方法的不足，为后续同类钢结构工程施工提供了良好的借鉴作用。

关键词：钢结构莫比乌斯环内支撑体系变形预偏技术累积变形控制

超高空立面大直径莫比乌斯环内支撑体系施工关键技术

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建筑钢结构进展 2024年第10期 94-99+106页

作者：丁利徐常森贾尚瑞吴楚桥浙江精工钢结构集团有限公司

西安丝路欢乐世界中心塔项目为全钢结构异形塔，由内筒钢框架、外筒网壳、大悬挑轮辐式裙摆桁架、顶部莫比乌斯圆环和外筒造型丝带组成。以西安丝路塔项目顶部莫比乌斯环为对象，提出了一种超高立面大直径莫比乌斯环内支撑体系施工技术... 详细信息

西安丝路欢乐世界中心塔项目为全钢结构异形塔，由内筒钢框架、外筒网壳、大悬挑轮辐式裙摆桁架、顶部莫比乌斯圆环和外筒造型丝带组成。以西安丝路塔项目顶部莫比乌斯环为对象，提出了一种超高立面大直径莫比乌斯环内支撑体系施工技术，对该技术涉及的内支撑体系设计要点、莫比乌斯环分块原则、分块吊装变形预偏技术和分块吊装累积变形控制方法进行了探讨，并分析总结了施工过程中的技术要点，弥补了类似圆环钢结构施工方法的不足，可为后续同类钢结构工程施工提供参考。

关键词：钢结构莫比乌斯环内支撑体系变形预偏技术累积变形控制

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基于变形图匹配的知识图谱多跳问答

北京航空航天大学学报 2024年第2期50卷 529-534页

作者：李香粤方全胡骏钱胜胜徐常胜郑州大学河南先进技术研究院郑州450000 中国科学院自动化研究所模式识别国家重点实验室北京100190

知识图谱问答(KGQA)是给定自然语言问题,对问题进行语义理解和解析,进而利用知识图谱进行查询、推理得出答案的过程。但知识图谱通常是不完整的,链接缺失给多跳问答带来许多挑战。许多方法在利用知识图谱嵌入时忽略了重要的路径信息来... 详细信息

知识图谱问答(KGQA)是给定自然语言问题,对问题进行语义理解和解析,进而利用知识图谱进行查询、推理得出答案的过程。但知识图谱通常是不完整的,链接缺失给多跳问答带来许多挑战。许多方法在利用知识图谱嵌入时忽略了重要的路径信息来评估路径和多关系问题之间的相关性;且使用文本语料库也会限制文本增强模型的可扩展性。针对这些现有方法的缺陷,提出了基于变形图匹配的知识图谱问答(DGM-KGQA)模型,该模型同时利用问题和主题实体构建语义子图,与知识图谱的局部结构匹配并找到正确答案。在基准数据集MetaQA上的实验结果验证了DGM-KGQA的有效性,该模型在完整知识图谱上检索到的答案准确率分别比PullNet、EmbedKGQA增加了4.2%、0.8%;在完整度仅有一半的知识图谱上检索到的答案准确率分别比PullNet、EmbedKGQA增加了11.1%、0.5%。实验证明提出的变形图匹配模型能够有效地增强知识图谱的关联性及多跳问答的答案准确率。

关键词：自然语言问题链接缺失文本语料库多跳问答变形图匹配

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滑移施工呼吸效应分析及其工程应用

建筑钢结构进展 2024年

作者：邢遵胜徐常森贾尚瑞刘中华浙江精工钢结构集团有限公司

提出了滑移施工呼吸效应的概念、定义以及滑移仿真分析的计算假定，明确了滑移结构与滑移支承结构之间的摩擦边界。在此基础上，进一步分析了边界转换、特别是结构抗弯刚度、滑轨间距及数量对滑移结构位移的影响，提出了结构预变形、增... 详细信息

提出了滑移施工呼吸效应的概念、定义以及滑移仿真分析的计算假定，明确了滑移结构与滑移支承结构之间的摩擦边界。在此基础上，进一步分析了边界转换、特别是结构抗弯刚度、滑轨间距及数量对滑移结构位移的影响，提出了结构预变形、增大滑靴与限位装置间隙、设置临时措施提高结构刚度等解决方案。同时分析了季节性温度变化、昼夜温度变化、及滑移支承结构侧向刚度对呼吸效应的影响，提出了无侧移支承结构采用独立模型分析、有侧移支承结构采用滑移结构和滑移支承结构合模分析的仿真模拟方法，之后结合实际工程案例对呼吸效应分析和工程应用进行了说明。相关研究可为类似工程的滑移施工提供参考，避免滑移施工中频繁“啃轨”的现象，保证滑移施工的顺利进行。

关键词：滑移施工摩擦边界呼吸效应温度作用结构刚度结构变形