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Deep Multi-Scale and Attention-Based Architectures for Semantic Segmentation in Biomedical Imaging
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作者 Majid Harouni Vishakha Goyal +2 位作者 Gabrielle Feldman Sam Michael Ty C.Voss 《Computers, Materials & Continua》 2025年第10期331-366,共36页
Semantic segmentation plays a foundational role in biomedical image analysis, providing precise information about cellular, tissue, and organ structures in both biological and medical imaging modalities. Traditional a... Semantic segmentation plays a foundational role in biomedical image analysis, providing precise information about cellular, tissue, and organ structures in both biological and medical imaging modalities. Traditional approaches often fail in the face of challenges such as low contrast, morphological variability, and densely packed structures. Recent advancements in deep learning have transformed segmentation capabilities through the integration of fine-scale detail preservation, coarse-scale contextual modeling, and multi-scale feature fusion. This work provides a comprehensive analysis of state-of-the-art deep learning models, including U-Net variants, attention-based frameworks, and Transformer-integrated networks, highlighting innovations that improve accuracy, generalizability, and computational efficiency. Key architectural components such as convolution operations, shallow and deep blocks, skip connections, and hybrid encoders are examined for their roles in enhancing spatial representation and semantic consistency. We further discuss the importance of hierarchical and instance-aware segmentation and annotation in interpreting complex biological scenes and multiplexed medical images. By bridging methodological developments with diverse application domains, this paper outlines current trends and future directions for semantic segmentation, emphasizing its critical role in facilitating annotation, diagnosis, and discovery in biomedical research. 展开更多
关键词 Biomedical semantic segmentation multi-scale feature fusion fine-and coarse-scale features convolution operations shallow and deep blocks skip connections
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基于模块化AI模组的火灾图像智能检测
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作者 杨涛 汪友杰 王伟 《齐鲁工业大学学报》 2026年第1期57-64,共8页
火灾监测对减少生命财产损失至关重要,但传统方法在复杂环境中存在实时性与准确性不足的问题。本文提出一种基于改进YOLOv5s的轻量化火灾图像检测算法,结合边缘计算技术优化监测系统。通过引入卷积块注意力模块(CBAM)增强特征学习能力,... 火灾监测对减少生命财产损失至关重要,但传统方法在复杂环境中存在实时性与准确性不足的问题。本文提出一种基于改进YOLOv5s的轻量化火灾图像检测算法,结合边缘计算技术优化监测系统。通过引入卷积块注意力模块(CBAM)增强特征学习能力,采用多孔空间金字塔池化(ASPP)扩大模型感受野,并利用EIoU Loss损失函数加速收敛、提升回归精度。实验表明,改进后模型的火灾识别率提高至94%,精确率与召回率分别达到94.2%和92.4%。通过将系统搭载在模块化AI模组上,直接处理视频数据,避免了云端传输延迟,显著提升了检测实时性。该方法为复杂场景下的火灾监测提供了高效解决方案,对提升应急响应能力具有重要意义。 展开更多
关键词 边缘计算 火灾监测 神经网络 卷积块注意力模块 多孔空间金字塔池化
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A multi-scale convolutional neural network for bearing compound fault diagnosis under various noise conditions 被引量:11
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作者 JIN YanRui QIN ChengJin +2 位作者 ZHANG ZhiNan TAO JianFeng LIU ChengLiang 《Science China(Technological Sciences)》 SCIE EI CAS CSCD 2022年第11期2551-2563,共13页
Recently,with the urgent demand for data-driven approaches in practical industrial scenarios,the deep learning diagnosis model in noise environments has attracted increasing attention.However,the existing research has... Recently,with the urgent demand for data-driven approaches in practical industrial scenarios,the deep learning diagnosis model in noise environments has attracted increasing attention.However,the existing research has two limitations:(1)the complex and changeable environmental noise,which cannot ensure the high-performance diagnosis of the model in different noise domains and(2)the possibility of multiple faults occurring simultaneously,which brings challenges to the model diagnosis.This paper presents a novel anti-noise multi-scale convolutional neural network(AM-CNN)for solving the issue of compound fault diagnosis under different intensity noises.First,we propose a residual pre-processing block according to the principle of noise superposition to process the input information and present the residual loss to construct a new loss function.Additionally,considering the strong coupling of input information,we design a multi-scale convolution block to realize multi-scale feature extraction for enhancing the proposed model’s robustness and effectiveness.Finally,a multi-label classifier is utilized to simultaneously distinguish multiple bearing faults.The proposed AM-CNN is verified under our collected compound fault dataset.On average,AM-CNN improves 39.93%accuracy and 25.84%F1-macro under the no-noise working condition and 45.67%accuracy and 27.72%F1-macro under different intensity noise working conditions compared with the existing methods.Furthermore,the experimental results show that AM-CNN can achieve good cross-domain performance with 100%accuracy and 100%F1-macro.Thus,AM-CNN has the potential to be an accurate and stable fault diagnosis tool. 展开更多
关键词 ANTI-NOISE residual pre-processing block bearing compound fault multi-label classifier multi-scale convolution feature extraction
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基于多模态融合的抗噪声故障诊断方法 被引量:1
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作者 宋庆军 孙世荣 +3 位作者 宋庆辉 陆丽娜 陈俊龙 姜海燕 《机电工程》 北大核心 2025年第11期2129-2140,共12页
随着工业设备运行环境日益复杂,在噪声环境下的故障诊断中,单一模态的数据往往无法提供全面且准确的故障信息,为此,提出了基于多模态融合的抗噪声故障诊断方法(MMFD),旨在提高噪声干扰环境下的故障诊断性能。首先,分别使用了改进型GAF角... 随着工业设备运行环境日益复杂,在噪声环境下的故障诊断中,单一模态的数据往往无法提供全面且准确的故障信息,为此,提出了基于多模态融合的抗噪声故障诊断方法(MMFD),旨在提高噪声干扰环境下的故障诊断性能。首先,分别使用了改进型GAF角场(GAGM)转换方法和变分模态分解(VMD)对振动信号进行了预处理;然后,时序信号通过双向门控循环单元(BIGRU)与多头注意力机制(MA)协同捕获动态时序特征;接着,将振动信号编码为二维图谱,并设计了多尺度卷积网络(MCNN)集成空洞空间金字塔池化(ASPP)和卷积注意力模块(CBAM),以提取空间深层特征;为强化跨模态特征融合,设计了特征交互网络(FIN)实现时频特征的深度交互,并构建了门控多模态单元(GMU)动态加权多源特征,挖掘了多模态数据间的互补信息;最后,采用了凯斯西储大学轴承故障数据集进行了多组鲁棒性实验。研究结果表明:在强噪声环境(信噪比为-6 dB)下,MMFD相比于其他故障诊断方法,诊断准确率提升超过10%;此外,MMFD在不同信噪比下均能保持80%以上的准确率。该研究为复杂噪声环境中的智能故障诊断提供了一种新的思路。 展开更多
关键词 格拉姆角场 空洞空间金字塔池化模块 多头注意力机制 双向门控循环单元 卷积注意力模块 特征交互网络 门控多模态单元
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基于多尺度空洞卷积的滚动轴承故障诊断方法 被引量:1
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作者 刘宇恒 曹井琛 侯钧译 《电子设计工程》 2025年第9期163-168,共6页
针对变工况下滚动轴承故障关键特征难以提取,导致轴承故障诊断准确性不足的问题,提出了一种基于ResNet-18网络的多尺度空洞卷积MACB(Multi-scale Atrous Convolution Block)融合特征加强注意力FEA(Feature Enhancement Attention)的故... 针对变工况下滚动轴承故障关键特征难以提取,导致轴承故障诊断准确性不足的问题,提出了一种基于ResNet-18网络的多尺度空洞卷积MACB(Multi-scale Atrous Convolution Block)融合特征加强注意力FEA(Feature Enhancement Attention)的故障诊断方法。利用多尺度的空洞卷积提取不同尺度的轴承故障信号特征,通过特征加强注意力强化了多尺度空洞卷积对关键特征的提取能力。采用美国凯斯西储大学轴承数据集进行实验,结果表明,该方法在不同载荷工况下的平均准确率达到了99.35%,具有较高的诊断准确率,为滚动轴承故障诊断的工程应用提供了参考。 展开更多
关键词 深度学习 多尺度空洞卷积 特征融合 振动信号 ResNet-18网络
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基于语义分割的多目标违禁品识别算法 被引量:5
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作者 苏志刚 姚少卿 《信号处理》 CSCD 北大核心 2020年第11期1940-1946,共7页
基于深度学习的语义分割算法可以实现安检违禁品自动识别,并获得违禁品的位置、类别及形状信息。但传统的语义分割算法在面对违禁品尺寸不一且目标多样的识别任务时表现较差。针对该问题,本文提出了一种基于语义分割技术的多目标违禁品... 基于深度学习的语义分割算法可以实现安检违禁品自动识别,并获得违禁品的位置、类别及形状信息。但传统的语义分割算法在面对违禁品尺寸不一且目标多样的识别任务时表现较差。针对该问题,本文提出了一种基于语义分割技术的多目标违禁品识别算法。编码阶段,设计使用空洞空间金字塔卷积模块(Atrous Spatial Pyramid Convolution Block,ASPC),提升网络对于特征图多尺度信息的挖掘能力。同时引入注意力机制,对ASPC模块的特征提取过程进行监督,进一步提升模块的特征提取能力。解码阶段,受U-Net模型启发,采用逐级上采样操作,同时加入1×1卷积实现通道降维,减少计算量,提升模型运行速度。实验结果显示,本文提出的算法在多目标违禁品识别任务中表现良好,平均交并比(mIoU)得分78.62,处理单张图片用时(Time)68 ms。 展开更多
关键词 语义分割 多目标违禁品识别 空洞空间金字塔卷积模块 注意力机制
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基于稠密块改进LinkNet的高分遥感图像道路提取 被引量:2
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作者 王增优 张鲜化 +2 位作者 刘荣 陈志高 朱旺煌 《航天返回与遥感》 CSCD 北大核心 2024年第3期107-117,共11页
针对LinkNet网络模型在进行道路图像分割任务时,特征信息易丢失以及缺乏对目标特征的关注度问题,提出了一种基于改进LinkNet残差网络的高分遥感图像道路提取方法。将原本LinkNet模型中编码区的残差块(Res Block)替换为稠密块(Dense Bloc... 针对LinkNet网络模型在进行道路图像分割任务时,特征信息易丢失以及缺乏对目标特征的关注度问题,提出了一种基于改进LinkNet残差网络的高分遥感图像道路提取方法。将原本LinkNet模型中编码区的残差块(Res Block)替换为稠密块(Dense Block),密集连接的方式减少特征信息在传递过程中的损失,并在每个稠密块之后构建卷积注意力单元来提高模型对目标特征的学习能力,最后用空洞空间金字塔池化模块将编码区与解码区进行连接,扩大感受野的同时还能接受多尺度目标特征信息。实验表明,该方法在DeepGlobe数据集上的准确率、平均交并比和F1-score分为82.16%、83.21%和81.65%,均优于同类网络,通过对提取的路网结果对比,该算法对于树木遮蔽处以及建筑物阴影下的路网提取在完整性和准确性上都具有明显提升。 展开更多
关键词 残差网络 道路提取 稠密块 卷积注意力 空洞空间金字塔池化
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多尺度特征融合注意力新冠肺炎病灶分割网络 被引量:2
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作者 林洁沁 黄新 《激光杂志》 CAS 北大核心 2024年第3期168-174,共7页
新冠病毒传染性极强,尽早的诊断和治疗是减少疫情造成损失的关键因素。为辅助医生诊断新冠病情,高效、准确地从肺部CT切片中分割新冠病灶,提出了一种改进的编码器-解码器深度神经网络———多尺度融合注意力网络MSANet(Multi-scale Atte... 新冠病毒传染性极强,尽早的诊断和治疗是减少疫情造成损失的关键因素。为辅助医生诊断新冠病情,高效、准确地从肺部CT切片中分割新冠病灶,提出了一种改进的编码器-解码器深度神经网络———多尺度融合注意力网络MSANet(Multi-scale Attention Network),以图像分割效果较为出色的U-Net网络为基础,通过全局池化层和设置空洞卷积的采样率,增大网络感受野,捕获多尺度信息,实现对大目标的有效分割;使用通道注意力与空间注意力,在空间维度上建模,有效提取图像深层特征。测试结果表明,改进后的算法与U-Net网络相比,分割的平均交并比提升了1.46%,类别平均像素准确率提升了0.8%,准确率提升了1.17%。 展开更多
关键词 图像处理 特征提取 卷积块注意力模块 空洞空间卷积池化金字塔 U-Net结构 多尺度特征融合
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Deep Learning Approach for COVID-19 Detection in Computed Tomography Images 被引量:2
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作者 Mohamad Mahmoud Al Rahhal Yakoub Bazi +2 位作者 Rami M.Jomaa Mansour Zuair Naif Al Ajlan 《Computers, Materials & Continua》 SCIE EI 2021年第5期2093-2110,共18页
With the rapid spread of the coronavirus disease 2019(COVID-19)worldwide,the establishment of an accurate and fast process to diagnose the disease is important.The routine real-time reverse transcription-polymerase ch... With the rapid spread of the coronavirus disease 2019(COVID-19)worldwide,the establishment of an accurate and fast process to diagnose the disease is important.The routine real-time reverse transcription-polymerase chain reaction(rRT-PCR)test that is currently used does not provide such high accuracy or speed in the screening process.Among the good choices for an accurate and fast test to screen COVID-19 are deep learning techniques.In this study,a new convolutional neural network(CNN)framework for COVID-19 detection using computed tomography(CT)images is proposed.The EfficientNet architecture is applied as the backbone structure of the proposed network,in which feature maps with different scales are extracted from the input CT scan images.In addition,atrous convolution at different rates is applied to these multi-scale feature maps to generate denser features,which facilitates in obtaining COVID-19 findings in CT scan images.The proposed framework is also evaluated in this study using a public CT dataset containing 2482 CT scan images from patients of both classes(i.e.,COVID-19 and non-COVID-19).To augment the dataset using additional training examples,adversarial examples generation is performed.The proposed system validates its superiority over the state-of-the-art methods with values exceeding 99.10%in terms of several metrics,such as accuracy,precision,recall,and F1.The proposed system also exhibits good robustness,when it is trained using a small portion of data(20%),with an accuracy of 96.16%. 展开更多
关键词 COVID-19 deep learning computed tomography multi-scale features atrous convolution adversarial examples
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基于深度残差网络与边缘监督学习的显著性检测 被引量:6
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作者 时斐斐 张松龙 彭力 《激光与光电子学进展》 CSCD 北大核心 2019年第15期136-144,共9页
针对复杂背景下,图像显著区域显著值低和目标边缘表现模糊的问题,提出了基于深度残差网络和多尺度边缘残差学习的显著性检测方法。一方面提出了边缘残差块,使用边缘残差块在深度残差网络的基础上构建边缘监督网络,用于显著图边缘监督学... 针对复杂背景下,图像显著区域显著值低和目标边缘表现模糊的问题,提出了基于深度残差网络和多尺度边缘残差学习的显著性检测方法。一方面提出了边缘残差块,使用边缘残差块在深度残差网络的基础上构建边缘监督网络,用于显著图边缘监督学习;另一方面,通过构建基于背景、前景和边缘的三分类模型,训练网络学习边缘特征,使目标边缘更加准确,同时输出采用空洞卷积构建多尺度空洞卷积单元,多尺度地对全局信息进行特征整合提取。最后,将提出的算法在数据集SED2和ECSSD上进行模型简化测试,使用公认评价指标对所提算法和当前多种算法进行评价。实验结果表明,该方法的准确率和召回率更高,对显著目标保持了良好的完整性,且在边缘轮廓区域更好地区分了显著目标与背景。 展开更多
关键词 机器视觉 显著性检测 边缘残差块 三分类模型 多尺度空洞卷积
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