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UNet结合注意力机制是一种在图像分割任务中广泛应用的技术,通过引入注意力机制,能够显著提升模型对关键区域的关注度,从而提高分割精度和效率。

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论文1

标题:

Panoptic Segmentation and Labelling of Lumbar Spine Vertebrae using Modified Attention Unet

基于改进注意力Unet的腰椎椎体全景分割与标记

法:

  • 改进的注意力Unet架构:提出了一种改进的注意力Unet架构,用于3D MRI数据的全景分割。该架构通过增加编码器和解码器的层数,增强了特征提取和空间分辨率恢复能力。

  • 多标签掩码生成:采用基于质心的掩码技术,结合椎体的面积和直径特征,为每个2D MRI切片生成掩码

创新点:

  • 改进的注意力Unet架构:通过增加编码器和解码器的层数,显著提升了模型的特征提取能力和空间分辨率恢复能力,从而提高了分割精度。

  • 多标签掩码生成技术:通过结合椎体的几何特征(如面积和直径)生成掩码,有效解决了数据稀缺问题,并支持多类椎体标记。

  • 高精度分割与标记:模型在腰椎椎体标记任务中达到了99.5%的准确率,显著优于现有方法。

  • 适应性与临床应用潜力:该方法不仅适用于多种MRI数据,还具备与机器人手术工具集成的潜力,有望改善手术规划和治疗效果。

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论文2

标题:

Radio frequency interference detection using efficient multiscale convolutional attention UNet

基于高效多尺度卷积注意力Unet的射频干扰检测

法:

  • EMSCA-UNet模型:提出了一种结合多尺度卷积和注意力机制的深度学习模型,用于射频干扰(RFI)检测。

  • 多尺度卷积操作:通过多尺度卷积核提取不同尺度大小的RFI特征,增强模型对局部和全局信息的处理能力。

创新点:

  • 多尺度卷积与注意力机制结合:通过多尺度卷积和注意力机制的结合,模型能够同时处理局部和全局信息,显著提高了RFI检测的准确性和全面性。

  • 性能提升:与U-Net等现有模型相比,EMSCA-UNet在所有评估指标(精确率、召回率、F1分数和IoU)上平均提升了约5%。

  • 边缘检测优化:模型在RFI检测中提供了更精细的边缘检测,同时最小化了有用信号的损失。

  • 数据增强的有效性:通过数据增强技术,模型的泛化能力得到显著提升,进一步优化了检测性能。

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论文3

标题:

Multilevel Attention Unet Segmentation Algorithm for Lung Cancer Based on CT Images

基于CT图像的多级注意力Unet肺癌分割算法
方法:
  • 截面直方图算法:基于16位CT图像的亮度特征,提出了一种截面直方图算法,专注于肺实质区域。
  • 记忆增强型Unet架构:利用肺癌的空间相关性,提出了一种基于注意力机制的Unet架构,并引入跳跃连接以增强特征提取能力。

创新点:

  • 截面直方图算法:通过优化阈值分割技术,实现了对肺实质区域的高效提取,AOM(面积重叠度量)达到0.96,显著优于传统方法(如OTSU算法的0.90)。

  • 注意力机制的引入:通过记忆增强型Unet架构,模型能够专注于肺癌区域,提高了分割精度,AOM达到0.93,比传统Unet(0.84)提高了9.3%。

  • 混合损失函数:通过结合BCEWithLogits损失和Dice损失,解决了数据不平衡问题,提高了模型对正样本的识别能力,Dice系数达到0.92,比单一损失函数提高了约5%。

  • 可解释性与效率:算法模拟医生的诊断流程,先进行粗分割再进行精分割,显著提高了分割效率,单次检测时间约为13秒,远低于医生的检查时间(至少10分钟)。

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论文4

标题:

Multi-TranResUnet: An Improved Transformer Network for Solving Multi-Scale Issues in Image Segmentation

Multi-TranResUnet:一种改进的Transformer网络,用于解决图像分割中的多尺度问题

法:

  • Transformer模块与CNN融合:提出了一种结合Transformer模块和卷积结构的编码器,通过特征融合策略提升特征提取能力。

  • 层次化特征融合策略:设计了一种层次化融合策略,将Transformer分支和CNN分支的特征图进行融合,以处理尺度变化。

创新点:

  • Transformer与CNN融合:通过结合Transformer和CNN的优势,模型能够同时学习全局特征和局部重复特征,Dice系数在ISIC2018数据集上达到89.85%,比传统Unet提高了1.33%。

  • 层次化特征融合:通过优化特征融合策略,模型在处理多尺度目标时表现出色,Dice系数在DSBC2018数据集上达到93.18%,比SwinUnet提高了1.79%。

  • 优化的Transformer架构:通过减少参数复杂性和推理延迟,模型在保持高精度的同时,推理延迟仅为0.0087秒,比SwinUnet提高了96.91%。

  • 跨层残差连接:通过引入残差连接,模型能够更好地处理医学图像中的复杂结构,MIoU在KI数据集上达到92.53%,比MedT提高了5.96%。

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TensorFlow-v2.9

TensorFlow-v2.9

TensorFlow

TensorFlow 是由Google Brain 团队开发的开源机器学习框架,广泛应用于深度学习研究和生产环境。 它提供了一个灵活的平台,用于构建和训练各种机器学习模型

### UNet 结合 注意力机制 在 图像分割 中的应用及实现 #### 应用场景 UNet作为种强大的图像分割网络,在医学影像处理方面表现尤为突出。当引入注意力机制后,该模型能够更有效地捕捉重要特征并抑制不相关的信息,从而高分割精度和鲁棒性[^1]。 对于医疗图像而言,不同域的重要性可能差异很大;例如,在病理切片分析中,某些细胞结构比其他部分更为关键。因此,利用位置注意模块可以使得网络更加关注于那些对诊断有帮助的关键部位,而忽略掉无关紧要的背景噪声。同样地,通道注意机制可以帮助强调最能反映病变特性的特征维度,进升检测效果[^2]。 #### 实现方式 为了将这两种类型的注意力融入到现有的UNet架构里,通常会在编码器-解码器之间的跳跃连接处加入相应的计算单元: 1. **位置注意力**:在每层的输出上应用卷积操作获取多尺度的空间描述子,并通过softmax函数得到权重矩阵W_spatial。此后的每步都将原始特征图F与上述权重相乘,以此增强或减弱特定位置的影响。 2. **通道注意力**:先是对各层的结果求全局平均池化(Global Average Pooling),再经过两个全连接层映射回原来的尺寸大小,最后采用sigmoid激活函数获得最终的权重向量W_channel。这些系数会分别作用于对应的channel之上,调整其贡献度。 以下是Python代码片段展示了如何在个简化版本的UNet基础上集成SENet(Squeeze-and-Excitation Networks)形式的通道注意力机制: ```python import torch.nn as nn class ChannelAttention(nn.Module): def __init__(self, in_planes, ratio=16): super(ChannelAttention, self).__init__() self.avg_pool = nn.AdaptiveAvgPool2d(1) self.fc1 = nn.Conv2d(in_planes, in_planes // 16, 1, bias=False) self.relu1 = nn.ReLU() self.fc2 = nn.Conv2d(in_planes // 16, in_planes, 1, bias=False) self.sigmoid = nn.Sigmoid() def forward(self, x): avg_out = self.fc2(self.relu1(self.fc1(self.avg_pool(x)))) out = self.sigmoid(avg_out) return x * out def unet_with_attention(): model = Unet() # 假设这里定义了个标准Unet类 for i in range(len(model.decoder)): ca_layer = ChannelAttention(model.encoder[i].out_channels) setattr(model.fuse_layers[i], 'ca', ca_layer) return model ```
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