[论文阅读] Multi-task Attention-Based Semi-supervised Learning for Medical Image Segmentation

[论文地址] [代码] [MICCAI 19]

Abstract

我们提出了一种新型的半监督图像分割方法,它同时优化了监督分割和无监督重建目标。重建目标使用一种注意力机制,将对应于不同类别的图像区域的重建分开。所提出的方法在两个应用中进行了评估:脑瘤和白质超密集区的分割。我们的方法在未标记的和少量标记的图像上进行训练,其表现优于用相同数量的图像训练的有监督的CNN和在未标记的数据上预训练的CNN。在消融实验中,我们观察到,所提出的注意机制大大改善了分割性能。我们探索了两种多任务训练策略:联合训练和交替训练。交替训练需要较少的超参数,并取得了比联合训练更好、更稳定的性能。最后,我们分析了通过不同方法学到的特征,发现注意力机制有助于在编码器的较深层学到更多的鉴别性特征。

Method

[论文阅读] Multi-task Attention-Based Semi-supervised Learning for Medical Image Segmentation_第1张图片
本文的半监督思路主要包含两方面。其一是Multi-Task,即构建了一个额外的解码器 D R D_R DR来执行无监督重建任务,相当于把Encoder-Decoder当成了一个自监督的VAE;这个无监督重建有两种思路,一种是直接重建原始图像本身,另一种是分别重建原始图像的前景与背景,本文发现后者效果要更好。

而至于这个attention,指的是预测得到的粗结果(soft segmentation)并没有直接作为伪标签,而是和输入图像进行了一个像素乘;这样的话,就可以把图像的粗前景与粗背景给提取出来。这个粗前景与粗背景需要与 D R D_R DR重建的前景与背景一致,从而实现一致性约束来进行半监督学习。

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