Dual Attention Network for Scene Segmentation (#pic_center)

DANet(Dual Attention Network)是一种用于图像分割的深度学习模型,它包含位置注意力模块和通道注意力模块。位置注意力模块通过计算特征图中各位置间的相互影响,增强局部特征的相关性;通道注意力模块则建模不同通道间的关系,提升特征表达能力。

Overview of DANet

code pytorch
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经过dilated residual network 之后,特征图的尺寸变为输入图像的 1/8

1.Position attention module

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  • 将局部特征A (CxHxW)通过卷积层 生成 B(CxHxW)、C(CxHxW),将B、C reshape成 CxN(N=HxW),将C转置之后与B进行相乘,再通过Softmax层得到S(NxN)
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    sji 用来衡量第i位置对第j位置的影响

  • 将矩阵A(CxHxW)通过卷积层 生成 D(CxHxW),并将其reshape成 CxN, 将D与S的转置相乘,然后将结果reshape成 CxHxW ,最后将结果乘以系数α与A进行逐像素相加。
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2.Channel attention module

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每个通道图都可以视为特定类的响应,并且不同的语义响应相互关联。 我们构建了一个通道注意力模块来显式地建模通道之间的相互依赖性。

  • 直接计算通道特征图X(CxC):先将Areshape成 CxN, 通过A的转置与A 进行矩阵的乘法,再将结果使用softmax得到X (不先将A进行卷积运算)
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    xji 用来衡量第i个通道对第j个通道的影响。
  • 将X的转置和A之间进行矩阵乘法,并将其结果reshape为C×H×W。 然后,将结果乘以比例参数β并用A进行逐元素求和运算,以获得最终输出E(C×H×W)
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要复现用于息肉分割的Parallel Reverse Attention Network (PraNet),可以按照以下步骤进行: ### 1. 环境准备 首先需要安装必要的深度学习框架和相关库,通常使用PyTorch。可以使用以下命令创建并激活虚拟环境,然后安装所需库: ```bash # 创建虚拟环境 python -m venv pranet_env # 激活虚拟环境 source pranet_env/bin/activate # 安装PyTorch,根据自己的CUDA版本选择合适的安装命令,以下是CPU版本示例 pip install torch torchvision # 安装其他常用库 pip install numpy opencv-python matplotlib tqdm ``` ### 2. 数据集准备 PraNet通常使用息肉分割相关的数据集,如Kvasir-SEG等。需要将数据集按照训练集、验证集和测试集进行划分,并确保数据集的格式符合模型输入要求,一般图像和对应的掩码图像要一一对应。 ### 3. 模型搭建 根据PraNet的架构进行模型搭建。以下是一个简单的示例代码框架: ```python import torch import torch.nn as nn # 这里只是简单示例,实际的PraNet架构要复杂得多 class PraNet(nn.Module): def __init__(self): super(PraNet, self).__init__() # 定义网络层 self.conv1 = nn.Conv2d(3, 64, kernel_size=3, padding=1) self.relu = nn.ReLU(inplace=True) def forward(self, x): x = self.conv1(x) x = self.relu(x) return x # 创建模型实例 model = PraNet() ``` ### 4. 训练模型 定义损失函数、优化器,然后进行模型训练: ```python import torch.optim as optim # 定义损失函数 criterion = nn.BCELoss() # 定义优化器 optimizer = optim.Adam(model.parameters(), lr=0.001) # 训练循环示例 num_epochs = 10 for epoch in range(num_epochs): running_loss = 0.0 # 这里需要替换为实际的数据集加载代码 for inputs, labels in dataloader: optimizer.zero_grad() outputs = model(inputs) loss = criterion(outputs, labels) loss.backward() optimizer.step() running_loss += loss.item() print(f'Epoch {epoch + 1}, Loss: {running_loss / len(dataloader)}') ``` ### 5. 模型评估 使用测试集对训练好的模型进行评估,计算相关的评估指标,如Dice系数、交并比(IoU)等。 ```python from sklearn.metrics import f1_score # 模型评估示例 model.eval() dice_scores = [] with torch.no_grad(): for inputs, labels in test_dataloader: outputs = model(inputs) # 计算Dice系数 outputs = (outputs > 0.5).float() dice = f1_score(labels.view(-1).cpu().numpy(), outputs.view(-1).cpu().numpy()) dice_scores.append(dice) print(f'Average Dice Score: {sum(dice_scores) / len(dice_scores)}') ```
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