Accurately segmenting thin tubular structures, such as vessels, nerves, roads or concrete cracks, is a crucial task in computer vision. Standard deep learning-based segmentation loss functions, such as Dice or Cross-Entropy, focus on volumetric overlap, often at the expense of preserving structural connectivity or topology. This can lead to segmentation errors that adversely affect downstream tasks, including flow calculation, navigation, and structural inspection. Although current topology-focused losses mark an improvement, they introduce significant computational and memory overheads. This is particularly relevant for 3D data, rendering these losses infeasible for larger volumes as well as increasingly important multi-class segmentation problems. To mitigate this, we propose a novel Skeleton Recall Loss, which effectively addresses these challenges by circumventing intensive GPU-based calculations with inexpensive CPU operations. It demonstrates overall superior performance to current state-of-the-art approaches on five public datasets for topology-preserving segmentation, while substantially reducing computational overheads by more than 90%. In doing so, we introduce the first multi-class capable loss function for thin structure segmentation, excelling in both efficiency and efficacy for topology-preservation.


翻译:在计算机视觉中,精确分割细长管状结构(如血管、神经、道路或混凝土裂缝)是一项关键任务。基于深度学习的标准分割损失函数(如Dice损失或交叉熵损失)主要关注体素重叠度,往往以牺牲结构连通性或拓扑完整性为代价。这可能导致分割错误,进而对下游任务(包括流量计算、导航和结构检测)产生不利影响。尽管当前聚焦拓扑保持的损失函数已有所改进,但它们带来了显著的计算与内存开销。这一问题在三维数据中尤为突出,使得这些损失函数难以应用于大规模体积数据以及日益重要的多类别分割问题。为缓解此问题,我们提出了一种新颖的骨架召回损失函数,该方法通过使用轻量级CPU操作替代基于GPU的密集型计算,有效应对上述挑战。在五个用于拓扑保持分割的公开数据集上,该损失函数在整体性能上优于当前最先进方法,同时将计算开销降低90%以上。在此基础上,我们首次提出了适用于多类别细长结构分割的损失函数,在拓扑保持的效率和效能方面均表现出色。

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
34+阅读 · 2019年10月18日
Stabilizing Transformers for Reinforcement Learning
专知会员服务
60+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
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
meta learning 17年:MAML SNAIL
CreateAMind
11+阅读 · 2019年1月2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
2+阅读 · 2017年12月31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
0+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
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
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
VIP会员
最新内容
2025年大语言模型进展报告
专知会员服务
10+阅读 · 4月25日
多智能体协作机制
专知会员服务
10+阅读 · 4月25日
非对称优势:美海军开发低成本反无人机技术
专知会员服务
9+阅读 · 4月25日
《美战争部小企业创新研究(SBIR)计划》
专知会员服务
8+阅读 · 4月25日
《军事模拟:将军事条令与目标融入AI智能体》
专知会员服务
12+阅读 · 4月25日
【NTU博士论文】3D人体动作生成
专知会员服务
9+阅读 · 4月24日
以色列军事技术对美国军力发展的持续性赋能
专知会员服务
9+阅读 · 4月24日
《深度强化学习在兵棋推演中的应用》40页报告
专知会员服务
16+阅读 · 4月24日
《多域作战面临复杂现实》
专知会员服务
13+阅读 · 4月24日
《印度的多域作战:条令与能力发展》报告
专知会员服务
6+阅读 · 4月24日
相关资讯
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
meta learning 17年:MAML SNAIL
CreateAMind
11+阅读 · 2019年1月2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
2+阅读 · 2017年12月31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
0+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
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
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员