什么是语义分割、实例分割、全景分割

图像分割(image segmentation)是计算机视觉中非常重要的研究和应用方向,是根据某些规则将图片中的像素分成不同的部分、打上不同标签。图解如下:

1、图像分类(image classification)

识别图像中存在的内容,如下图,有人(person)、树(tree)、草地(grass)、天空(sky)

2、目标检测(object detection)

识别图像中存在的内容和检测其位置,如下图,以识别和检测人(person)为例

3、语义分割(semantic segmentation)

对图像中的每个像素打上类别标签,如下图,把图像分为人(红色)、树木(深绿)、草地(浅绿)、天空(蓝色)标签

4、实例分割(instance segmentation)

目标检测和语义分割的结合,在图像中将目标检测出来(目标检测),然后对每个像素打上标签(语义分割)。对比上图、下图,如以人(person)为目标,语义分割不区分属于相同类别的不同实例(所有人都标为红色),实例分割区分同类的不同实例(使用不同颜色区分不同的人)

5、全景分割(panoptic segmentation)

语义分割和实例分割的结合,即要对所有目标都检测出来,又要区分出同个类别中的不同实例。对比上图、下图,实例分割只对图像中的目标(如上图中的人)进行检测和按像素分割,区分不同实例(使用不同颜色),而全景分割是对图中的所有物体包括背景都要进行检测和分割,区分不同实例(使用不同颜色)

### 语义分割实例分割全景分割的区别及应用场景 #### 定义与区别 语义分割 (Semantic Segmentation) 是一种将图像划分为多个区域的技术,其中每个像素被分配到特定的类别标签。这意味着它关注的是识别图像中的不同对象类别的位置,而不区分同一类别内的具体个体[^1]。 实例分割 (Instance Segmentation) 则进一步细化了这一过程,不仅标注出属于某一类别的所有像素,还能够区分这些像素所属的具体对象实例。换句话说,在实例分割中,即使是相同类型的两个独立物体也会分别标记出来[^2]。 全景分割 (Panoptic Segmentation) 结合了上述两者的能力,既提供了像语义分割那样的全局理解能力——即知道哪些部分对应于什么种类;同时也保留了实例分割的特点——可以单独追踪每一个独特实体。因此它可以更全面地描述场景内容[^3]。 ```python import numpy as np from PIL import Image def semantic_segmentation(image): """模拟实现简单的语义分割""" segmented_image = image.copy() # 进行某种算法操作... return segmented_image def instance_segmentation(image, objects): """模拟实现带实例区别的分割""" instances_mask = [] for obj in objects: mask = np.zeros_like(image) # 对象级别的掩码生成逻辑... instances_mask.append(mask) return instances_mask def panoptic_segmentation(semantic_map, instance_masks): """结合语义图与实例掩码得到全景分割结果""" final_output = {} for i, inst_mask in enumerate(instance_masks): class_id = determine_class(inst_mask) # 自定义函数判断类别ID if class_id not in final_output: final_output[class_id] = [] final_output[class_id].append(inst_mask) return final_output ``` #### 应用领域分析 - **自动驾驶**:在这项技术的应用里,车辆需要实时感知周围环境并做出决策。通过使用全景分割模型来精确辨认道路上的各种元素如行人、其他汽车以及道路标志等是非常重要的。 - **医疗影像诊断**:无论是CT扫描还是MRI成像文件,都需要利用高级别的图像解析手段来进行病变部位定位或者器官结构描绘等工作。这里既可以采用单纯的语义分割方法快速获取整体轮廓信息,也可以借助更加细致入微的实例甚至全景方式获得更为精准的结果。 - **机器人导航**:当服务型机器人执行任务时,比如清理房间或搬运物品,就需要清楚地认识到当前空间布局情况下的各个组成部分是什么东西及其确切位置关系。此时运用全景分割可以帮助构建完整的三维地图表示形式以便后续路径规划计算之需。 ---
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