计算机视觉与深度学习-图像分割-视觉识别任务01-语义分割-【北邮鲁鹏】

目录

视觉识别任务

语义分割

语义分割定义

给每个像素分配类别标签。

不区分实例,只考虑像素类别。

语义分割思路:滑动窗口

滑动窗口缺点

重叠区域的特征反复被计算,效率很低。

所以针对该问题提出了新的解决方案--全卷积。

语义分割思路(全卷积)

让整个网络只包含卷积层,一次性输出所有像素的类别预测。

全卷积优点

不用将图片分为一个个小区域然后再对这一个个小区域进行分类,而是一次性输出像素的类别预测,减少了重叠区域重复计算,从而减少了运算量,加快了运算速度。

全卷积缺点

1 处理过程中一直保持原始分辨率,即卷积过程中一直保持图片长宽不变。对于显存的需求会非常庞大,甚至使得前向数据不能完整的保存在显存中。

针对这个问题,提出了先下采样然后上采样。

2 上采样是根据下采样得到的高级语义得到的,但是有时候高级语义效果并不好,还需要使用低级语义。

针对这个问题,提出了Unet,将下采样过程中的低级语义整合到上采样过程中,从而使得效果更好。

先下采样再上采样

下采样算法

pooling(池化)

strided convolution

上采样算法

unpooling(反池化)
nearest neighbor

对于每个池化区域,最近邻反池化会将池化后的值复制到恢复区域的每个位置,以填充恢复区域。这样,可以将特征图恢复到与池化之前相同的尺寸。

需要注意的是,最近邻反池化是一种近似的逆操作,因为池化操作中的信息丢失是不可逆的。因此,最近邻反池化只能恢复到大致相似的尺寸和分布,而无法完全还原原始特征图。

bed of nails

对于每个池化区域,最近邻反池化会将池化后的值把数据放在左上角,其他位置置零,以填充恢复区域。这样,可以将特征图恢复到与池化之前相同的尺寸。

unpooling缺点

人为给定的像素值可能是噪声。

人为给定的非0像素值可能原来并不在当前位置。

针对这些问题,提出了反池化操作思想--index Unpooling。

Index Unpooling

Index Unpooling的基本原理是根据池化时记录的最大值索引位置,将池化后的特征值放回到对应的恢复区域中。具体而言,对于每个最大值索引位置,Index Unpooling会将一个固定的值(例如1)放置在对应的恢复区域中,其余位置为零。通过这种方式,可以恢复出与池化之前相同尺寸的特征图。

max unpooling(反池化)

方式一(固定写死)

对于一些模型来说,上采样和下采样的结构往往是对称的,可以在下采样的Max Pooling时记录最大值的位置,在unpooling的时候把数据还原到最大值的位置,其余位置置零。

转置卷积(Transpose Convolution)

方式二(自动学习)

回顾

3 × 3 3 \times 3 3×3卷积,步长(stride)1,零填充(pad)1

3 × 3 3 \times 3 3×3卷积,步长(stride)2,零填充(pad)1

一维例子

步长为1

下采样

上采样

步长为2

UNET

上采样是根据下采样得到的高级语义得到的,但是有时候高级语义效果并不好,还需要使用低级语义。

针对这个问题,提出了Unet,将下采样过程中的低级语义整合到上采样过程中,从而使得效果更好。

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