深入理解深度学习分割网络Unet——U-Net: Convolutional Networks for Biomedical Image Segmentation

##背景
分割

	Mask = Function(I)
  1. 什么是图像分割问题呢? 简单的来讲就是给一张图像,检测是用框出框出物体,而图像分割分出一个物体的准确轮廓。也这样考虑,给出一张图像 I,这个问题就是求一个函数,从I映射到Mask。至于怎么求这个函数有多种方法。我们可以看到这个图,左边是给出图像,可以看到人和摩托车,右边是分割结果。
    图二
  2. 求这个函数有很多方法,但是第一次将深度学习结合起来的是这篇文章全卷积网络(FCN),利用深度学习求这个函数。在此之前深度学习一般用在分类和检测问题上。由于用到CNN,所以最后提取的特征的尺度是变小的。和我们要求的函数不一样,我们要求的函数是输入多大,输出有多大。为了让CNN提取出来的尺度能到原图大小,FCN网络利用上采样和反卷积到原图像大小。然后做像素级的分类。可以看图二,输入原图,经过VGG16网络,得到特征map,然后将特征map上采样回去。再将预测结果和ground truth每个像素一一对应分类,做像素级别分类。也就是说将分割问题变成分类问题,而分类问题正好是深度学习的强项。如果只将特征map直接上采样或者反卷积,明显会丢失很多信息。

图三
3. FCN采取解决方法是将pool4、pool3、和特征map融合起来,由于pool3、pool4、特征map大小尺寸是不一样的,所以融合应该前上采样到同一尺寸。这里的融合是拼接在一起,不是对应元素相加。

要运行U-NetConvolutional Networks for Biomedical Image Segmentation)的代码,可按以下步骤操作: ### 环境准备 运行U-Net代码前,需安装必要的深度学习框架和相关库,常见的深度学习框架有TensorFlow和PyTorch。以Anaconda创建虚拟环境为例,使用以下命令: ```bash conda create -n unet_env python=3.8 conda activate unet_env ``` 若使用TensorFlow,可使用以下命令安装: ```bash pip install tensorflow ``` 若使用PyTorch,可根据自身CUDA版本,从PyTorch官网获取对应安装命令,如: ```bash pip install torch torchvision torchaudio ``` 同时,还需安装一些辅助库,如NumPy、OpenCV等: ```bash pip install numpy opencv-python ``` ### 代码获取 可从开源代码库,如GitHub获取U-Net的实现代码。许多开发者会在GitHub上分享自己实现的U-Net代码,搜索“U-Net”即可找到相关仓库。选择一个合适的仓库,使用以下命令将代码克隆到本地: ```bash git clone <repository_url> cd <repository_directory> ``` ### 数据准备 U-Net主要用于生物医学图像分割,因此需要准备相应的生物医学图像数据集。数据集应包含原始图像和对应的分割标签。将数据集按照代码要求的格式进行整理,通常需要将图像和标签分别存放在不同的文件夹中。 ### 配置参数 在运行代码前,需根据自身需求配置一些参数,如学习率、训练轮数、批量大小等。这些参数通常在代码的配置文件中进行设置,找到配置文件并根据自身情况进行修改。 ### 模型训练 完成上述步骤后,即可运行代码进行模型训练。在终端中运行以下命令: ```bash python train.py ``` 其中`train.py`是训练脚本的文件名,根据代码仓库中的实际文件名进行修改。 ### 模型评估与预测 训练完成后,可使用训练好的模型对新的图像进行分割预测。运行以下命令进行预测: ```bash python predict.py ``` 其中`predict.py`是预测脚本的文件名,同样根据实际情况进行修改。 ### 注意事项 运行代码过程中,可能会遇到一些问题,如代码报错、内存不足等。可通过查看代码中的错误信息、检查数据集格式、调整参数等方式解决问题。若遇到无法解决的问题,可在相关论坛或社区寻求帮助。
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