Instance segmentation in electron microscopy (EM) volumes poses a significant challenge due to the complex morphology of instances and insufficient annotations. Self-supervised learning has recently emerged as a promising solution, enabling the acquisition of prior knowledge of cellular tissue structures that are essential for EM instance segmentation. However, existing pretraining methods often lack the ability to capture complex visual patterns and relationships between voxels, which results in the acquired prior knowledge being insufficient for downstream EM analysis tasks. In this paper, we propose a novel pretraining framework that leverages multiscale visual representations to capture both voxel-level and feature-level consistency in EM volumes. Specifically, our framework enforces voxel-level consistency between the outputs of a Siamese network by a reconstruction function, and incorporates a cross-attention mechanism for soft feature matching to achieve fine-grained feature-level consistency. Moreover, we propose a contrastive learning scheme on the feature pyramid to extract discriminative features across multiple scales. We extensively pretrain our method on four large-scale EM datasets, achieving promising performance improvements in representative tasks of neuron and mitochondria instance segmentation.


翻译:电子显微镜(EM)体数据中的实例分割因实例形态复杂且标注不足而面临重大挑战。自监督学习近年来作为一种有前景的解决方案出现,能够获取对细胞组织结构的先验知识,这对于EM实例分割至关重要。然而,现有的预训练方法往往缺乏捕捉复杂视觉模式和体素间关系的能力,导致获取的先验知识不足以支撑下游EM分析任务。本文提出一种新颖的预训练框架,利用多尺度视觉表征来捕获EM体数据中的体素级和特征级一致性。具体而言,该框架通过重建函数强制孪生网络输出之间的体素级一致性,并引入跨注意力机制实现软特征匹配,从而获得细粒度的特征级一致性。此外,我们在特征金字塔上提出对比学习方案,以提取跨多个尺度的判别性特征。我们在大规模EM数据集上对该方法进行广泛预训练,在神经元和线粒体实例分割等代表性任务中取得了显著性能提升。

0
下载
关闭预览

相关内容

FlowQA: Grasping Flow in History for Conversational Machine Comprehension
专知会员服务
35+阅读 · 2019年10月18日
Stabilizing Transformers for Reinforcement Learning
专知会员服务
61+阅读 · 2019年10月17日
《DeepGCNs: Making GCNs Go as Deep as CNNs》
专知会员服务
32+阅读 · 2019年10月17日
Keras François Chollet 《Deep Learning with Python 》, 386页pdf
专知会员服务
164+阅读 · 2019年10月12日
【SIGGRAPH2019】TensorFlow 2.0深度学习计算机图形学应用
专知会员服务
41+阅读 · 2019年10月9日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
From Softmax to Sparsemax-ICML16(1)
KingsGarden
74+阅读 · 2016年11月26日
国家自然科学基金
13+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
47+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
6+阅读 · 2014年12月31日
Arxiv
0+阅读 · 2023年10月11日
Arxiv
0+阅读 · 2023年10月10日
Arxiv
18+阅读 · 2019年3月28日
VIP会员
最新内容
博士论文 | 用代码结构感知方法推进代码大模型
《决策模型比较研究》
专知会员服务
8+阅读 · 7月25日
《美军水下战与海床战概述及本地实施》
专知会员服务
5+阅读 · 7月25日
面向未来冲突推进陆军情报体制改革
专知会员服务
4+阅读 · 7月25日
乌克兰纵深打击如何重塑俄罗斯的战略选择
专知会员服务
3+阅读 · 7月24日
俄乌战争中关于中程打击无人机部署的经验启示
相关资讯
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
From Softmax to Sparsemax-ICML16(1)
KingsGarden
74+阅读 · 2016年11月26日
相关基金
国家自然科学基金
13+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
47+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
6+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员