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专利号: 2020116256051
申请人: 杭州电子科技大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-06-16
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.基于非对称卷积神经网络双通道的视网膜血管分割方法,其特征在于:该方法包括以下步骤:

步骤一、获取主、细血管特征图

选取视网膜血管图像的绿色通道分量图像作为待处理图像f(x,y),x、y分别表示图像像素点的横纵坐标,图像的宽度和高度分别为H、W;

引入二维Gabor函数 模拟视皮层简单细胞的方向选择特性和感知尺度差异特性:

其中, γ表示Gabor滤波器的椭圆率;1/λ表示cosine因子的空间调制频率;σ表示Gabor滤波核响应的尺度,即血管尺度;θ表示Gabor滤波器的方向,即血管方向; 表示Gabor滤波器的相角;

设置血管方向θ∈[0,180°),以15°为间隔,选取12个不同的方向,记为θi,i=1,2,…,

12;将12个不同方向的Gabor滤波器分别与待处理图像f(x,y)进行卷积,得到卷积响应其中,*表示卷积运算;

将卷积响应 经过奇偶对称Gabor滤波处理后得到Gabor滤波器响应其中, 和 表示卷积响应经过奇偶对称Gabor滤波后的响应,其中在σ=2.5的条件下提取不同方向θi所对应的Gabor滤波器响应 的最大值其中,θZY为Gabor滤波响应取最大值时所对应的血管方向,即血管方向最佳匹配角;

设置Gabor滤波核响应的尺度σ∈(σmin,σmax],尺度间隔为tab,选取 不同的尺度,记为σj, σ1=σmin+tab;在最佳匹配角θZY下提取所有尺度σj下的Gabor滤波器响应 并计算其熵ENTj:然后获取最大熵值ENTjmax及其所对应的尺度σjmax;

计算细血管特征图 和主血管特征图步骤二、分割主血管特征图

构建主血管分割网络,将步骤一得到的主血管特征图 输入四个由两个3×3卷积层和2倍下采样组成的模块中,依次得到尺寸为原图1/2、1/4、1/8、1/16的特征图Qp,p=1,2,3,4:

Qp=pool(conv1(Qp‑1))    (8)其中,pool表示2×2最大池化操作;conv1表示两层3×3、步长为1的普通卷积;Q0为主血管特征图

引入逐级连接策略,对特征图Q4进行逐级上采样,完成对主血管特征图的分割:1

其中,unsampling表示采用双线性内插值法的上采样操作,Q3表示特征图Q4经过2倍上采样后得到的与特征图Q3尺寸相同的特征图;

步骤三、分割细血管特征图

构建细血管补偿网络,将步骤一得到的细血管特征图 经过编码器由卷积层和下采样组成的三个模块,依次得到三个低层特征图P1,P2,P3;其中低层特征图P3经过两个混合空洞卷积残差块,得到特征图P4:P4=Res2(conv2(P3))    (10)其中,Res2表示两次残差块操作;conv2表示两层空洞卷积;

将特征图P4输入解码器由上采样和混合空洞卷积残差块组成的三个模块,依次得到三

1 1 1

个高层特征图P3,P2,P1;

在解码器与编码器之间增加跳跃连接模块,通过三个扩张率为2、4、8的空洞卷积并行采样,对应的空洞卷积核nq为:nq=k+(k‑1)×(dq‑1)    (11)其中dq表示空洞卷积的扩张率,q=1,2,3;k表示卷积核尺寸;

将编码器的三个低层特征图P1,P2,P3分别经过三个并联的空洞卷积,将每个特征图获得的三个不同尺度的上下文信息通过串联拼接,形成对应的跳跃响应特征图 将1

每一层跳跃响应特征图与其对应的解码器高层特征图Pq进行通道拼接后经过解码器的混合空洞卷积残差块后,获得细血管补偿分割图 并且将最后一层解码器输出的 作为细血管的分割图Ffine(x,y):步骤四、获得血管分割图

对步骤二、三中的非对称卷积神经网络进行双通道融合,将步骤二得到的粗血管分割图经过1×1卷积和ReLu激活函数得到的单通道血管预测图 与步骤三得到的细血管分割图经过1×1卷积和ReLu激活函数得到的单通道血管预测图 进行逻辑或操作,得到视网膜血管预测分割图Ffuse(x,y):其中, 表示逻辑或操作;

步骤五、网络训练优化

计算步骤四得到的视网膜血管预测分割图Ffuse(x,y)与对应已知标签Xm的损失值Loss:其中,zm表示经过sigmoid激活函数得到的第m个图像像素点的预测值;

对非对称卷积神经网络进行反复的迭代训练,使用Adam优化函数对非对称卷积神经网络的双通道参数进行优化,当Loss的值小于阈值ε时结束迭代,并保存网络权重;

步骤六、视网膜血管分割

将标签未知的视网膜血管图像经过方向和尺度特征预处理后,输入步骤五训练优化后的非对称卷积神经网络双通道模型中,获得视网膜血管分割图。

2.如权利要求1所述基于非对称卷积神经网络双通道的视网膜血管分割方法,其特征在于:在步骤一中,设置γ=0.5、λ=3.5;σmin=1,σmax=4,tab=0.5。

3.如权利要求1所述基于非对称卷积神经网络双通道的视网膜血管分割方法,其特征在于:在步骤三中,设置空洞卷积的卷积核尺寸k=3。

4.如权利要求1所述基于非对称卷积神经网络双通道的视网膜血管分割方法,其特征在于:在网络训练优化过程中,设置阈值ε为输入的血管图像样本像素总数的1%~3%。