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专利号: 2022104967386
申请人: 江苏科技大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-05-14
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种融合通道和空间注意力的卷积神经网络息肉分割方法,其特征在于,包括以下步骤:(1)准备数据集,分为训练和测试数据集;

(2)利用残差模块作为编码器提取图像的特征;

(3)利用双重挤压激励模块增强瓶颈层对高级特征的提取能力;

(4)在解码器使用通道和空间组合的注意力模块,从通道和空间两个层面上关注关键区域,从提取到的特征选择最相关的特征,抑制不相关的特征,提高分割精度;此外使用跨层融合的方式,捕获上下文信息,细化分割的边界,通过解码器,最终生成全局预测图Sg;

所述通道和空间组合的注意力模块,通过并联和嵌套两种方式将通道注意力和空间注意力融合使用;整个模块分为a,b,c三路,在通路a中,首先将输入的特征通过一个双重挤压激励模块模块进行特征增强,生成特征图Mc,然后将Mc进行两次3×3的卷积实现非线性变换,再次使用双重挤压激励模块模块进行特征增强,得到权重矩阵Mv;在通路b中,特征图进行一次1×1的卷积操作,其通道数降为原来的一半,然后再进行批归一化和一个1×1的卷积操作,通道数降为1,最后由Sigmoid函数得到空间权重Mq;在通路c中,特征图经过两次3×3的卷积操作后,通道数减半,然后再经过一个双重挤压激励模块模块处理,生成特征图Mk,通过点乘的方式,将通路b中得到的特征权重Mq与通路c中得到的特征图Mk相乘,为Mk的每个通道中各个像素分配权重,生成特征图Ms,再利用矩阵乘法,将Ms与通路a中得到的特征图Mv结合起来,生成新的特征Matt,然后,选用Matt作为权重矩阵,通过点乘的方式与Mc相乘,得到Mr,最后通过特征融合的方式,将Mc与Mr结合起来,形成该层的分割结果Mfinal,用公式可以表示为:Mfinal=concat(Mr,Mc)      (1)

其中,Mc和Mr分别表示为:

Mc=d(x)    (2)

Mr=Mc·Matt (3)

Matt又可以表示为:

Matt=(Mq·Mk)×Mv (4)

其中M表示特征图,concat(·,·)表示连接操作,d(·)表示DSE操作,·表示矩阵内积,×表示矩阵外积;

(5)在瓶颈层和解码器部分,通过深监督对网络输出进行监督,在每层生成预测结果S2~S6;

(6)进行网络模型训练;

所述步骤(3)中双重挤压激励模块,分为两个阶段:在第一个阶段中,使用全局平均池化,生成权重向量 再使用一个1×1的卷积对 进行非线性变换,其中每一个卷积之后都进行了批归一化和ReLU激活函数处理,用sigmoid函数对权重进行归一化处理,以点乘的方式对输入特征进行加权,得到特征图Mavg;在第二个阶段,对上一个阶段产生的Mavg进行全局最大池化,生成权重向量 然后通过一个1×1的卷积和Sigmoid函数,进行再次加权,得到新的特征Mmax,抑制无效信息的提取。

2.根据权利要求1所述的一种融合通道和空间注意力的卷积神经网络息肉分割方法,其特征在于,所述步骤(1)具体为,准备数据集Kvasir‑SEG和CVC‑ClinicDB,并且按照9:1的比例将Kvasir‑SEG和CVC‑ClinicDB随机分为训练和测试数据集;准备数据集CVC‑ColonDB,ETIS‑LARIBPOLYPDB和CVC‑T,作为测试数据集。

3.根据权利要求1所述的一种融合通道和空间注意力的卷积神经网络息肉分割方法,其特征在于,所述步骤(2)中残差模块,首先使用一个1×1的卷积对输入特征进行通道变换,得到特征图M1,然后对M1进行两次3×3的卷积操作,得到特征图M2,每一次卷积操作之后均经过批归一化和ReLU激活函数,最后将M1与M2相加,得到最终的特征图MRB。

4.根据权利要求1所述的一种融合通道和空间注意力的卷积神经网络息肉分割方法,其特征在于,所述步骤(6)中网络模型的训练过程如下:(6.1)首先准备数据集Kvasir‑SEG和CVC‑ClinicDB,并且按9:1划分为训练集和测试集;准备数据集CVC‑ColonDB,ETIS‑LARIBPOLYPDB,CVC‑T,作为测试数据集;

(6.2)对数据集中的数据进行增强,并设置输入的图像尺寸为352×352;

(6.3)使用Adam方法作为优化器,并设置初始学习率为1e‑4,在60个epoch后,将学习率降为1e‑5;

(6.4)使用结合了加权交并比损失和二进制交叉熵损失作为损失函数,表示为:

在训练过程中,对于步骤(4)中生成的全局预测图Sg和步骤(5)中的局部预测图S2~S6,计算总体损失:然后将其反向传播来更新网络参数。