激光与光电子学进展, 2019, 56 (9): 091003, 网络出版: 2019-07-05   

基于卷积神经网络的低参数量实时图像分割算法 下载: 1195次

Low-Parameter Real-Time Image Segmentation Algorithm Based on Convolutional Neural Network
作者单位
西南交通大学信息科学与技术学院, 四川 成都 611756
图 & 表

图 1. 卷积核。(a)经典卷积核;(b)空洞卷积核Rrate=2;(c)空洞卷积核Rrate=3

Fig. 1. Convolution kernel. (a) Classical convolution kernel; (b) dilated convolution kernel Rrate=2; (c) dilated convolution kernel Rrate=3

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图 2. Atrous-Fire模块结构

Fig. 2. Atrous-Fire modular structure

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图 3. 空洞卷积核与初始特征图。(a)锯齿结构卷积核;(b)无栅格特征图;(c)栅格特征图

Fig. 3. Dilated convolution kernel and initial characteristic graphs. (a) Sawtooth structure convolution kernel; (b) no grid feature graph; (c) grid feature graph

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图 4. Atrous-squeezeseg网络结构

Fig. 4. Network structure of Atrous-squeezeseg

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图 5. 训练损失值曲线图

Fig. 5. Training loss value curves

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图 6. 验证损失值曲线

Fig. 6. Validation loss value curves

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图 7. ADE20K效果对比图。(a)原图像;(b)分割标注图;(c)所提算法;(d) Squeezeseg+FCN; (e) VGG16+FCN;(f) SqueezeNet+FCN;(g)无空洞;(h)无批量标准化处理

Fig. 7. Effect comparison of ADE20K. (a) Original images; (b) ground truth; (c) proposed algorithm; (d) Squeezeseg+FCN; (e) VGG16+FCN; (f) SqueezeNet+FCN; (g) without dilated; (h) without BN

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图 8. PASCAL VOC效果对比图。(a)原图像;(b)分割标注图;(c)所提算法;(d) Squeezeseg+FCN; (e) VGG16+FCN;(f) SqueezeNet+FCN;(g)无空洞;(h)无批量标准化处理

Fig. 8. Effect comparison of PASCAL VOC. (a) Original images; (b) ground truth; (c) proposed algorithm; (d) Squeezeseg+FCN; (e) VGG16+FCN; (f) SqueezeNet+FCN; (g) without dilated; (h) without BN

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表 1编码器参数

Table1. Encoder parameters

Layer nameOutput sizeSqueeze(S1)Expand(E1/E3)Rrate
Input image224×224×3
Conv1112×112×64
Maxpool156×56×64
Atrous-Fire1 (3×)56×56×25616322/5/7
Maxpool228×28×256
Atrous-Fire2 (3×)28×28×25632642/3/5
Maxpool314×14×256
Atrous-Fire3 (3×)14×14×256641282/3/5
Atrous-Fire4 (2×)14×14×5121282561/2
Atrous-Fire4 (2×)14×14×5121282561/1

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表 2不同语义分割模型的参数量与MIU

Table2. Number of parameters of different semantic segmentation models and MIU

MethodNumber ofparametersMIUBuildingSkyCarTreeRoadPersonFloorWall
Atrous-squeezeseg21.0962.967.584.061.458.164.749.160.458.5
Squeezeseg+FCN54.6555.961.885.848.451.861.532.353.852.2
VGG16+FCN66.2163.268.386.861.158.266.048.558.357.4
SqueezeNet+FCN54.6550.546.783.844.751.855.528.047.346.7
Atrous-squeezeseg(without dilated)21.0950.651.183.541.243.853.829.751.450.1
Atrous-squeezeseg(without BN)21.0951.651.383.543.645.858.029.850.151.3

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表 3PA与不同设备中模型的FPS值

Table3. PA and FPS of model in different devices

MethodFPS /(frame·s-1)PA /%
GTX 1080TiNVIDIA TX2
Atrous-squeezeseg45.38.359.5
Squeezeseg+FCN39.54.259.3
VGG16+FCN29.61.959.8
SqueezeNet+FCN46.64.555.6
Atrous-squeezeseg(without dilated)45.68.456.1
Atrous-squeezeseg(without BN)56.29.257.3

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谭光鸿, 侯进, 韩雁鹏, 罗朔. 基于卷积神经网络的低参数量实时图像分割算法[J]. 激光与光电子学进展, 2019, 56(9): 091003. Guanghong Tan, Jin Hou, Yanpeng Han, Shuo Luo. Low-Parameter Real-Time Image Segmentation Algorithm Based on Convolutional Neural Network[J]. Laser & Optoelectronics Progress, 2019, 56(9): 091003.

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