[發(fā)明專利]一種浮游生物全息圖的低冗余快速重建方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110922020.4
• 申請日: 2021-08-12
• 公開（公告）號: CN113591854B
• 公開（公告）日: 2023-09-26
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王楠;胡文杰;張興;楊學(xué)文;崔燕妮;辛國玲
• 申請（專利權(quán)）人: 中國海洋大學(xué)
• 主分類號: G06V10/25
• 分類號: G06V10/25;G06V10/764;G06V10/82;G06T5/00;G06T7/12;G06T7/73;G06N3/0464;G06N3/0455
• 代理公司: 重慶敏創(chuàng)專利代理事務(wù)所(普通合伙) 50253
• 代理人: 陳千

1.一種浮游生物全息圖的低冗余快速重建方法，其特征在于，包括步驟：

S1：采集浮游生物的數(shù)字全息圖，生成源圖像數(shù)據(jù)集；

S2：對所述源圖像數(shù)據(jù)集中每幅全息源圖像中的浮游生物進行標(biāo)定，得到標(biāo)定數(shù)據(jù)集；

S3：運用所述標(biāo)定數(shù)據(jù)集對搭建的全息圖重建網(wǎng)絡(luò)進行訓(xùn)練，以及運用所述源圖像數(shù)據(jù)集對訓(xùn)練完成的所述全息圖重建網(wǎng)絡(luò)進行測試；

所述步驟S3具體包括步驟：

S31：搭建全息圖重建網(wǎng)絡(luò)；所述全息圖重建網(wǎng)絡(luò)包括依次相連的目標(biāo)檢測單元和目標(biāo)重建單元；

S32：運用目標(biāo)檢測數(shù)據(jù)集對所述目標(biāo)檢測單元進行訓(xùn)練，得到ROI的位置信息；

所述步驟S32具體包括步驟：

S321：RPN網(wǎng)絡(luò)生成輸入圖像的候選框并在生成的過程中計算損失函數(shù)L_RPN，然后根據(jù)梯度反向傳播更新自身參數(shù)；

在所述步驟S321中，所述損失函數(shù)L_RPN的計算式為：

其中，i表示候選框的索引，p_i為第i個候選框預(yù)測為目標(biāo)區(qū)域的概率，p_i^*為該候選框是否包含目標(biāo)的分類真值；t_i為第i個候選框的邊界框回歸參數(shù)，t_i^*為第i個候選框?qū)?yīng)的邊界框回歸參數(shù)真值，N_cls為一個mini-batch中所有樣本數(shù)量，N_reg為anchor位置的個數(shù)，λ為平衡系數(shù)，N_cls＝256，N_reg＝2400，λ＝10；損失L_cls描述為交叉熵損失；損失L_loc描述為smoothL1?Loss損失；

S322：采用所述RPN網(wǎng)絡(luò)提供的候選框訓(xùn)練Fast?RCNN網(wǎng)絡(luò)，并根據(jù)所述候選框的邊界框回歸參數(shù)計算所述Fast?RCNN網(wǎng)絡(luò)的損失函數(shù)L_Fast-RCNN，然后根據(jù)梯度反向傳播更新自身參數(shù)；在所述步驟S322中，損失函數(shù)L_Fast-RCNN的表達式與損失函數(shù)L_RPN一致；

S323：固定特征提取網(wǎng)絡(luò)CNN-1的參數(shù)，微調(diào)所述RPN網(wǎng)絡(luò)和所述Fast?RCNN網(wǎng)絡(luò)中的參數(shù)；

S33：運用所述目標(biāo)重建數(shù)據(jù)集對所述目標(biāo)重建單元進行訓(xùn)練，生成ROI的重建圖像；

所述步驟S33具體包括步驟：

S331：U-Net網(wǎng)絡(luò)生成輸入圖像的重建圖像；

S332：計算所述步驟S331的重建圖像與步驟S23的ROI重建真值圖之間的損失函數(shù)L，并根據(jù)梯度反向傳播更新自身參數(shù)；

在所述步驟S332中，所述損失函數(shù)L的計算式為：

L＝Loss_MSE+Loss_VGG

其中，Loss_MSE代表MSE損失，Loss_VGG代表感知損失；

所述MSE損失的計算式為：

其中，W、H代表重建圖像及ROI重建真值圖的寬和高，i,j代表第i列第j行的像素點，D代表重建圖像的像素值，D^gt代表ROI重建真值圖的像素值；

所述感知損失的計算式為：

Loss_VGG＝α1*loss_vgg(1,2)+α2*loss_vgg(2,2)+α3*loss_vgg(3,3)+α4*loss_vgg(4,3)

其中，表示計算U-Net網(wǎng)絡(luò)中VGG-16網(wǎng)絡(luò)第i層最大池化層之前的第j層卷積層輸出的特征圖的損失；W_i,j和H_i,j表示VGG-16網(wǎng)絡(luò)中第i層最大池化層之前的第j層卷積得的特征圖的寬和高；Φ_i,j(I)_x,y代表VGG-16網(wǎng)絡(luò)中第i層最大池化層之前的第j層卷積獲得的特征圖，x,y代表該特征圖中第x列第y行的像素點；I代表重建圖，I^gt代表真值圖，α₁＝1、α₂＝10、α₃＝1×10⁶、α₄＝5×10⁹代表對應(yīng)的平衡系數(shù)；

S34：運用所述源圖像數(shù)據(jù)集對訓(xùn)練完成的所述全息圖重建網(wǎng)絡(luò)進行測試，完成全息圖的重建；

S4：將測試完成的所述全息圖重建網(wǎng)絡(luò)用于其他浮游生物全息源圖像的重建。