作者单位
摘要
1 西南石油大学计算机科学学院,四川成都 610500
2 四川省人民医院 a.心血管超声及心功能科
3 b.超声心脏电生理学与生物力学四川省重点实验室,四川成都 610072
针对医学超声图像的分辨率低而导致视觉效果差的问题,使用基于神经网络的图像超分辨率(SR)重建方法提升医学超声图像的分辨率。采用针对自然图像超分辨率重建的生成对抗网络(SRGAN)作为基本方法,通过减少 2个输入通道和删除 1个残差块对该网络的结构进行更改,并且改进网络损失函数,新增模糊处理数据集,使该网络适应医学超声图像所具备的灰度图像、散斑纹理单一等特点,从而重建出放大 4倍的边缘清晰没有伪影的医学超声图像。将改进 SRGAN与原始 SRGAN的结果相比,峰值信噪比(PSNR)和结构相似性(SSIM)分别有 1.792 dB和 3.907%的提升; 与传统双立方插值的结果相比,PSNR和 SSIM分别有 2.172 dB和 8.732%的提升。
超分辨率重建 生成对抗网络 乳腺超声图像 残差块 亚像素卷积层 super-resolution reconstruction Generative Adversarial Network breast ultrasound image residual block sub-pixel convolution layer 
太赫兹科学与电子信息学报
2023, 21(5): 677
Author Affiliations
Abstract
State Key Laboratory of Precision Measurement Technology and Instruments, Department of Precision Instruments, Tsinghua University, Beijing 100084, China
Deep learning offers a novel opportunity to achieve both high-quality and high-speed computer-generated holography (CGH). Current data-driven deep learning algorithms face the challenge that the labeled training datasets limit the training performance and generalization. The model-driven deep learning introduces the diffraction model into the neural network. It eliminates the need for the labeled training dataset and has been extensively applied to hologram generation. However, the existing model-driven deep learning algorithms face the problem of insufficient constraints. In this study, we propose a model-driven neural network capable of high-fidelity 4K computer-generated hologram generation, called 4K Diffraction Model-driven Network (4K-DMDNet). The constraint of the reconstructed images in the frequency domain is strengthened. And a network structure that combines the residual method and sub-pixel convolution method is built, which effectively enhances the fitting ability of the network for inverse problems. The generalization of the 4K-DMDNet is demonstrated with binary, grayscale and 3D images. High-quality full-color optical reconstructions of the 4K holograms have been achieved at the wavelengths of 450 nm, 520 nm, and 638 nm.
computer-generated holography deep learning model-driven neural network sub-pixel convolution oversampling 
Opto-Electronic Advances
2023, 6(5): 220135
刘可文 1,2马圆 1,2熊红霞 3,*严泽军 4[ ... ]陈亚雷 1,2
作者单位
摘要
1 武汉理工大学信息工程学院, 湖北 武汉 430070
2 武汉理工大学宽带无线通信和传感器网络湖北省重点实验室, 湖北 武汉 430070
3 武汉理工大学土木工程与建筑学院, 湖北 武汉 430070
4 宁波市第一医院泌尿外科泌尿系疾病转化医学研究宁波市重点实验室, 浙江 宁波 315010
5 湖北省天门市第一人民医院泌尿外科, 湖北 天门 431700
6 中国科学院武汉物理与数学研究所波谱与原子分子物理国家重点实验室, 湖北 武汉 430071
针对医学图像超分辨率重建过程中高频信息缺失导致的模糊问题,提出了一种基于残差通道注意力网络的医学图像超分辨率方法。提出的方法在残差网络的基本单元上去除了批规范化层以稳定训练;去掉缩放层、添加通道注意力块,使神经网络更加关注含有丰富高频信息的通道;使用亚像素卷积层进行上采样操作得到最终输出的高分辨率图像。实验结果表明,提出的方法相比主流的图像超分辨率方法在客观评价指标如峰值信噪比和结构相似性上有显著提升,得到的医学图像纹理细节丰富,视觉体验较好。
图像处理 医学图像处理 图像超分辨率 残差网络 通道注意力机制 亚像素卷积 
激光与光电子学进展
2020, 57(2): 021014
作者单位
摘要
哈尔滨工程大学信息与通信工程学院, 黑龙江 哈尔滨 150001
针对模型VDSR(very deep super resolution)收敛速度慢,训练前需要对原始图像进行预处理,以及网络中存在的冗余性等问题,提出了一种基于深度跳跃级联的单幅图像超分辨率重建(DCSR)算法。DCSR算法省去了图像预处理,直接在低分辨率图像上提取浅层特征,并使用亚像素卷积对图像进行放大;通过使用跳跃级联块可以充分利用每个卷积层提取到图像特征,实现特征重用,减少网络的冗余性。网络的跳跃级联块可以直接从输出到每一层建立短连接,加快网络的收敛速度,缓解梯度消失问题。实验结果表明,在几种公开数据集上,所提算法的峰值信噪比、结构相似度值均高于现有的几种算法,充分证明了所提算法的出色性能。
机器视觉 超分辨率 深度学习 跳跃级联 梯度消失 特征复用 亚像素卷积 冗余性 
光学学报
2019, 39(7): 0715003
作者单位
摘要
1 合肥工业大学电子科学与应用物理学院, 安徽 合肥 230009
2 合肥工业大学特种显示技术国家工程实验室现代显示技术省部共建国家重点实验室光电技术研究院, 安徽 合肥 230009
3 合肥工业大学仪器科学与光电工程学院, 安徽 合肥 230009
提出了一种基于多尺度递归网络的图像超分辨率网络模型,该模型主要由多个多尺度特征映射单元级联而成,每个单元分别包含一组不同尺度的特征提取层、一个融合层以及一个特征映射层。特征提取直接在原始低分辨率图像上进行,最后采用亚像素卷积重构高分辨率图像。训练阶段使用自适应矩估计优化方法加速网络模型的收敛。实验结果表明,所提算法取得了较好的超分辨率结果,图像纹理清晰、边缘锐利,视觉效果明显得到增强。在Set5、Set14、BSD100以及Urban100等常用测试集上的客观评价指标(PSNR和SSIM)均高于现有的几种主流算法。
图像处理 超分辨率 多尺度特征 卷积神经网络 亚像素卷积 
光学学报
2019, 39(6): 0610001
作者单位
摘要
哈尔滨工程大学信息与通信工程学院, 黑龙江 哈尔滨 150001
针对目前卷积神经网络的超分辨率算法存在卷积层数少、模型简单、计算量大、收敛速度慢以及图像纹理模糊等问题,提出了一种基于深层残差网络的加速图像超分辨率重建方法,该方法在提高图像分辨率的同时加快收敛速度。设计更深的卷积神经网络模型来提高精确度,通过残差学习并且使用Adam优化方法使网络模型加速收敛。在原始低分辨率图像上直接进行特征映射,只在网络的末端引入子像素卷积层,将像素进行重新排列,得到高分辨率图像。实验结果表明,在set 5,set 14,BSD100测试集上,所提算法的峰值信噪比与结构相似性指数均高于现有的几种算法,能够恢复更多的图像细节,图像边缘也更加完整且收敛速度更快。
图像处理 超分辨率 深度学习 卷积神经网络 残差网络 子像素卷积 
光学学报
2019, 39(2): 0210003
作者单位
摘要
海军工程大学兵器工程学院, 湖北 武汉 430033
由于水体对光的吸收和散射,水下光电图像具有低信噪比、低对比度等特点,导致目标难以识别,限制了水下光电成像装备的实际应用和发展。为提高目标的探测精度和识别率,提出包含一维并行卷积和子像素卷积的深度卷积神经网络,利用其从水下光电图像训练集中学习优化图像质量的参数,实现了去噪和对比度增强。实验结果表明,相比于经典去噪方法和对比度增强方法联合处理的结果,本文方法得到的峰值信噪比和均方根对比度分别平均提高了2.93 dB和14.41,能够有效地权衡去噪、对比度增强和亮度提升等,获得适合人眼视觉感受的图像,且处理单幅图像的平均速度是经典方法的9.46倍。利用测试集对网络进行测试,其在一定范围内较好地优化了图像质量,具有一定的泛化特性。
图像处理 水下光电图像 噪声 低对比度 卷积神经网络 子像素卷积 
光学学报
2018, 38(11): 1110004
作者单位
摘要
海军工程大学 兵器工程系, 湖北 武汉 430033
微光/红外图像彩色融合是目前国内外夜视技术的重要发展方向, 在超低照度下(环境照度小于2×10-3 lux), 由于成像器件限制, 微光图像具有低信噪比、低对比度等特点, 导致目标难以辨识, 成为制约彩色夜视技术的关键。为了提高目标的探测和识别率, 提出了一种基于卷积自编码网络的微光图像复原方法, 利用卷积自编码网络从微光图像训练集中学习超低照度下微光图像特征, 实现去噪和对比度增强。实验结果表明, 本文提出的方法得到的峰值信噪比(Peak Signal to Noise Ratio, PSNR)较经典的BM3D算法平均提高1.67 dB, 结构相似度(Structural Similarity Index, SSIM)的值平均提高0.063, 均方根对比度的值(Root Mean Square Contrast, RMSC)平均提高0.19。对微光图像复原具有很好的效果, 能够有效地提高信噪比和对比度水平。
微光图像 图像复原 卷积神经网络 图像去噪 子像素卷积 Low-Light-Level image(LLL) image restoration convolutional neural network image de-noise sub-pixel convolution 
光学 精密工程
2018, 26(4): 951

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