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专利号: 2020115164989
申请人: 齐鲁工业大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2025-12-30
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于卷积和残差网络的HER2图像分类方法,其特征在于,所述图像分类方法包括如下步骤:

从组织微阵列数据库中获取多张带注释的HER2图像,作为初始数据样本;

采用裁剪函数对每个所述初始数据样本分别进行裁剪,获得每个所述初始数据样本对应的多个扩展数据样本,建立扩展数据样本集;

利用扩展数据样本集对卷积和残差网络进行训练,获得训练后的卷积和残差网络,作为HER2图像分类模型;

将待分类的HER2图像输入HER2图像分类模型,获得待分类的HER2图像的分类结果。

2.根据权利要求1所述的基于卷积和残差网络的HER2图像分类方法,其特征在于,所述卷积和残差网络包括从输入到输出依次包括输入层、第一模块、第二模块、第三模块、第四模块、第五模块、展平层、随机丢弃层、全连接层和输出层;

所述第一模块包括平滑滤波器,利用平滑滤波器提高图像的质量;

所述第二模块包括卷积层、批量归一化层、激活层和池化层;

所述第三模块包括卷积残差块、恒等残差块和池化层;

所述第四模块包括卷积残差块、恒等残差块和池化层;

所述第五模块包括卷积层、批量归一化层、激活层和池化层。

3.根据权利要求2所述的基于卷积和残差网络的HER2图像分类方法,其特征在于,所述第二模块的卷积层包括11×11的卷积滤波器,所述第五模块的卷积层包括3×3的卷积滤波器,所述第二模块和所述第五模块的激活层均使用ReLu函数f(x)=max(0,x)作为激活函数;其中,x为激活函数的输入,f(x)为激活函数的输出。

4.根据权利要求1所述的基于卷积和残差网络的HER2图像分类方法,其特征在于,所述利用扩展数据样本集对卷积和残差网络进行训练,获得训练后的卷积和残差网络,作为HER2图像分类模型,具体包括:将所述扩展数据样本集划分为训练集和测试集;

将所述训练集输入数据生成器,生成第n次训练的训练数据;

将第n次训练的训练数据输入卷积和残差网络,获得第n次训练的模型输出结果;

根据第n次训练的模型输出结果,计算第n次训练的交叉熵损失函数值;

判断第n次训练的交叉熵损失函数值是否小于交叉熵损失函数阈值,获得第一判断结果;

若所述第一判断结果表示否,则根据第n次训练的交叉熵损失函数值和第n‑1次训练的交叉熵损失函数值的差值调整学习率,获得调整后的学习率;

利用调整后的学习率对卷积和残差网络的参数进行更新,令n的数值增加1,返回步骤“将所述训练集输入数据生成器,生成第n次训练的训练数据”;

若所述第一判断结果表示是,则将测试集输入第n‑1次训练过程中参数调整后的学习率对卷积和残差网络,计算分类准确率;

判断所述分类准确率是否大于准确率阈值,获得第二判断结果;

若所述第二判断结果表示否,则调整交叉熵损失函数阈值,令n的数值增加1,返回步骤“将所述训练集输入数据生成器,生成第n次训练的训练数据”;

若所述第二判断结果表示是,则输出第n‑1次训练过程中参数调整后的学习率对卷积和残差网络,作为训练后的学习率对卷积和残差网络。

5.根据权利要求4所述的基于卷积和残差网络的HER2图像分类方法,其特征在于,所述将所述训练集输入数据生成器,生成第n次训练的训练数据,之前还包括:利用回调函数将训练集中的扩展数据样本的索引次序进行打乱,获得次序打乱后的训练集。

6.一种基于卷积和残差网络的HER2图像分类系统,其特征在于,所述图像分类系统包括:

初始数据样本获取模块,用于从组织微阵列数据库中获取多张带注释的HER2图像,作为初始数据样本;

数据样本裁剪模块,用于采用裁剪函数对每个所述初始数据样本分别进行裁剪,获得每个所述初始数据样本对应的多个扩展数据样本,建立扩展数据样本集;

模型训练模块,用于利用扩展数据样本集对卷积和残差网络进行训练,获得训练后的卷积和残差网络,作为HER2图像分类模型;

分类模块,用于将待分类的HER2图像输入HER2图像分类模型,获得待分类的HER2图像的分类结果。

7.根据权利要求6所述的基于卷积和残差网络的HER2图像分类系统,其特征在于,所述卷积和残差网络包括从输入到输出依次包括输入层、第一模块、第二模块、第三模块、第四模块、第五模块、展平层、随机丢弃层、全连接层和输出层;

所述第一模块包括平滑滤波器,利用平滑滤波器提高图像的质量;

所述第二模块包括卷积层、批量归一化层、激活层和池化层;

所述第三模块包括卷积残差块、恒等残差块和池化层;

所述第四模块包括卷积残差块、恒等残差块和池化层;

所述第五模块包括卷积层、批量归一化层、激活层和池化层。

8.根据权利要求7所述的基于卷积和残差网络的HER2图像分类系统,其特征在于,所述第二模块的卷积层包括11×11的卷积滤波器,所述第五模块的卷积层包括3×3的卷积滤波器,所述第二模块和所述第五模块的激活层均使用ReLu函数f(x)=max(0,x)作为激活函数;其中,x为激活函数的输入,f(x)为激活函数的输出。

9.根据权利要求6所述的基于卷积和残差网络的HER2图像分类系统,其特征在于,所述模型训练模块,具体包括:

扩展数据样本集划分子模块,用于将所述扩展数据样本集划分为训练集和测试集;

训练数据生成子模块,用于将所述训练集输入数据生成器,生成第n次训练的训练数据;

模型输出结果获取子模块,用于将第n次训练的训练数据输入卷积和残差网络,获得第n次训练的模型输出结果;

交叉熵损失函数值计算子模块,用于根据第n次训练的模型输出结果,计算第n次训练的交叉熵损失函数值;

第一判断子模块,用于判断第n次训练的交叉熵损失函数值是否小于交叉熵损失函数阈值,获得第一判断结果;

学习率调整子模块,用于若所述第一判断结果表示否,则根据第n次训练的交叉熵损失函数值和第n‑1次训练的交叉熵损失函数值的差值调整学习率,获得调整后的学习率;

第一返回子模块,用于利用调整后的学习率对卷积和残差网络的参数进行更新,令n的数值增加1,返回步骤“将所述训练集输入数据生成器,生成第n次训练的训练数据”;

分类准确率计算子模块,用于若所述第一判断结果表示是,则将测试集输入第n‑1次训练过程中参数调整后的学习率对卷积和残差网络,计算分类准确率;

第二判断子模块,用于判断所述分类准确率是否大于准确率阈值,获得第二判断结果;

第二返回子模块,用于若所述第二判断结果表示否,则调整交叉熵损失函数阈值,令n的数值增加1,返回步骤“将所述训练集输入数据生成器,生成第n次训练的训练数据”;

训练后的学习率对卷积和残差网络输出子模块,用于若所述第二判断结果表示是,则输出第n‑1次训练过程中参数调整后的学习率对卷积和残差网络,作为训练后的学习率对卷积和残差网络。

10.根据权利要求9所述的基于卷积和残差网络的HER2图像分类系统,其特征在于,所述模型训练模块,还包括:

次序打乱子模块,用于利用回调函数将训练集中的扩展数据样本的索引次序进行打乱,获得次序打乱后的训练集。