[SS]语义分割——基础知识

本文详细介绍了语义分割的概念,包括与实例分割和全景分割的区别,以及在自动驾驶、GIS等领域的应用。重点讨论了建筑物提取任务BFE,涉及的数据集格式、常用方法和评价指标。此外,文章提到了PASCALVOC2012和MSCOCO数据集,以及Labelme和EISeg这样的标注工具。

语义分割前言 

目录

一、定义

1、概念 

2、 常见分割任务

3、建筑物提取(Building Footprint Extraction)

二、任务数据

1、数据集格式

2、结果具体形式

三、评价指标与标注

1、评价指标

2、标注工具


一、定义

1、概念 

        语义分割(Semantic Segmentation)是计算机视觉中的一项任务,目标是将图像中的每个像素按其语义类别进行分类。与传统的目标检测不同,语义分割对图像中的每个像素都进行分类,而不是只关注物体的边界框。

        语义分割的目标是给图像中的每个像素分配一个类别标签,通常使用颜色编码来可视化不同的类别。例如,将图像中的道路像素标记为蓝色,建筑物像素标记为红色等。

        语义分割在许多计算机视觉任务中起到重要作用,如自动驾驶、智能监控、图像编辑等。它可以提供详细的场景理解,使计算机能够准确地理解图像中的不同物体和区域,并在各种应用中进行更精确的分析和决策。

        近年来,随着深度学习的快速发展,基于深度学习的语义分割方法取得了显著的进展。常用的深度学习模型包括全卷积网络(FCN)、U-Net、DeepLab等,它们能够准确地分割图像,并在各种实际场景中取得了优秀的性能。

2、 常见分割任务

语义分割、实例分割、全景分割?这些基本概念别再搞混了!

语义 VS 实例 VS 全景分割 

语义分割(Semantic Segmentation)

        语义分割是将图像分割为不同的语义区域,即将图像中的每个像素都标记为属于哪个语义类别。换句话说,它的目标是为图像中的每个像素分配一个语义标签,例如人、车、树、建筑等。语义分割关注的是图像中的每个像素的语义信息,不关心具体的实例。

实例分割(Instance Segmentation)

        实例分割是将图像中的目标物体分割为独立的实例,即为每个目标分配唯一的标识符,并进行像素级的分割。与语义分割不同,实例分割不仅关注目标的语义类别,还关注目标的个体性。因此,在实例分割中,同一类别的不同目标物体会被分配不同的标识符,以区分它们。

全景分割(Panoramic Segmentation)

        全景分割是语义分割和实例分割的融合,旨在将图像中的每个像素分配一个语义标签,并为每个目标物体分配唯一的标识符,同时区分不同的实例。全景分割可以视为将图像中的每个像素标记为语义类别和实例标识符的任务。实质上,全景分割是一种综合性的图像分割任务,旨在提供对图像中所有物体的语义信息和个体信息。

3、建筑物提取(Building Footprint Extraction)

        建筑物提取任务BFE(Building Footprint Extraction)是指从高分辨率遥感图像中准确地提取出建筑物的轮廓或边界信息。这是一项具有重要应用价值的任务,可以用于城市规划、地理信息系统(GIS)、自动驾驶、灾害评估等领域。

    

### SwinUNet在遥感图像语义分割中的实现与应用 SwinUNet 是一种基于 Transformer 的神经网络架构,它结合了 Swin Transformer 和 U-Net 的优点,在处理高分辨率遥感图像的语义分割任务中表现出色。以下是关于其实施和使用的详细介绍: #### 架构设计 SwinUNet 使用分层特征提取方法来捕获多尺度的空间信息[^1]。具体来说,该模型通过 Swin Transformer 提取深层特征,并利用跳跃连接(skip connection)将低级细节信息传递到解码器部分。这种结构有助于保持空间分辨率并增强边界区域的预测精度。 #### 数据预处理 对于遥感图像数据集,通常需要执行标准化操作以减少光照变化的影响。此外,由于遥感影像可能具有较大的尺寸,因此可以采用裁剪策略将其划分为较小的子图进行训练[^2]。这不仅提高了计算效率,还允许模型专注于局部模式的学习。 #### 训练技巧 为了优化 SwinUNet 在特定场景下的表现,建议使用混合精度训练技术加速收敛过程同时节省显存资源;另外还可以引入对抗损失函数进一步提升生成结果的质量一致性。值得注意的是,在实际部署前应充分验证不同超参数组合的效果以便找到最佳配置方案。 #### 示例代码 下面提供了一个简单的 PyTorch 实现框架供参考: ```python import torch.nn as nn from einops.layers.torch import Rearrange class PatchEmbedding(nn.Module): def __init__(self, patch_size=4, embed_dim=96): super().__init__() self.patch_embed = nn.Conv2d(3, embed_dim, kernel_size=patch_size, stride=patch_size) def forward(self, x): return self.patch_embed(x).flatten(2).transpose(1, 2) def swin_unet(): # 定义完整的swin-unet网络... pass if __name__ == "__main__": model = swin_unet() ``` 上述代码片段展示了如何定义一个基本的补丁嵌入模块作为整个网络的第一步转换输入图片成tokens序列形式用于后续transformer层处理。 #### 性能评估指标 当评价SwimUNet应用于RS SS时,常用的定量分析标准包括但不限于总体准确率(OA),交并比(IoU)以及Kappa系数等统计量值。这些数值能够直观反映算法分类效果的好坏程度从而指导改进方向的选择决策制定依据等方面发挥重要作用。 ---
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