除了每个像素精度外，拓扑正确性也对具有微尺度结构的图像的分割也至关重要，例如卫星图像和生物医学图像。在本文中，通过利用数字拓扑理论，我们识别对拓扑至关重要的图像中的位置。通过专注于这些关键的位置，我们提出了一种新的同谐扭曲损失来培训深度图像分割网络以获得更好的拓扑精度。为了有效地识别这些拓扑关键的位置，我们提出了一种利用距离变换的新算法。所提出的算法以及损耗函数，自然地推广到2D和3D设置中的不同拓扑结构。拟议的损失函数有助于深度网络在拓扑知识的指标方面实现更好的性能，优于最先进的拓扑保存分段方法。

深度学习方法为多级医学图像细分实现了令人印象深刻的表现。但是，它们的编码不同类别（例如遏制和排除）之间拓扑相互作用的能力受到限制。这些约束自然出现在生物医学图像中，对于提高分割质量至关重要。在本文中，我们介绍了一个新型的拓扑交互模块，将拓扑相互作用编码为深神经网络。该实施完全基于卷积，因此非常有效。这使我们有能力将约束结合到端到端培训中，并丰富神经网络的功能表示。该方法的功效在不同类型的相互作用上得到了验证。我们还证明了该方法在2D和3D设置以及跨越CT和超声之类的不同模式中的专有和公共挑战数据集上的普遍性。代码可在以下网址找到：https：//github.com/topoxlab/topointeraction

捕获图像的全局拓扑对于提出对其域的准确分割至关重要。但是，大多数现有的分割方法都不能保留给定输入的初始拓扑，这对许多下游基于对象的任务有害。对于大多数在本地尺度上工作的深度学习模型来说，这是更真实的。在本文中，我们提出了一种新的拓扑深度图像分割方法，该方法依赖于新的泄漏损失：Pathloss。我们的方法是Baloss [1]的扩展，其中我们希望改进泄漏检测，以更好地恢复图像分割的接近度。这种损失使我们能够正确定位并修复预测中可能发生的关键点（边界中的泄漏），并基于最短路径搜索算法。这样，损失最小化仅在必要时才能强制连接，并最终提供了图像中对象边界的良好定位。此外，根据我们的研究，与无需使用拓扑损失的方法相比，我们的Pathloss学会了保持更强的细长结构。通过我们的拓扑损失函数培训，我们的方法在两个代表性数据集上优于最先进的拓扑感知方法：电子显微镜和历史图。

与许多研究领域相关的管状网络样结构（例如血管，神经元或道路）的准确分割与许多研究领域有关。对于这种结构，拓扑是它们最重要的特征。特别保留连接性：在血管网络的情况下，缺少连接的容器完全改变了血液流动的动力学。我们介绍了一种新颖的相似性度量，称为Centerlinedice（短CLDICE），该度量是根据分割掩模及其（形态）骨骼的相交进行计算的。从理论上讲，我们证明，CLDICE保证拓扑保存至二进制2D和3D分割的同型等效性。扩展这一点，我们提出了一种计算高效，可区分的损失函数（软性的），用于训练任意的神经分割网络。我们在五个公共数据集上基准了软性损失，包括船只，道路和神经元（2D和3D）。对软性播放的培训可通过更准确的连通性信息，更高的图形相似性和更好的体积分数进行分割。

我们提出了一种使用持久性同源性（pH）的新的更有效的方法，一种方法来比较两个数据集的拓扑，用于训练深度网络以在空中图像中描绘道路网络和显微镜扫描中的神经元过程。它的本质是一种新的过滤功能，从两个现有技术的融合导出：基于阈值的过滤，以前用于将深网络培训到分段医学图像，并用高度函数过滤，以便在比较2D和3D形状之前使用。我们通过实验证明，深入的网络培训了我们的持久性同源性的损失，即道路网络和神经元过程的重建，这些过程比现有的拓扑和非拓扑损失功能更好地保持原件的连接性。

心肌的准确分割和运动估计在临床领域一直很重要，这基本上有助于下游诊断。但是，现有方法不能始终保证心肌分割的形状完整性。此外，运动估计需要在不同帧上对心肌区域的点对应关系。在本文中，我们提出了一种新型的端到端深度统计形状模型，以关注具有形状完整性和边界对应关系的心肌分割。具体而言，心肌形状由固定数量的点表示，其变化是通过主成分分析（PCA）提取的。深神经网络用于预测转换参数（仿射和变形），然后将其用于将平均点云转转到图像域。此外，引入了一个可区分的渲染层，以将掩码的监督纳入框架中，以了解更准确的点云。通过这种方式，所提出的方法能够在不进行后处理的情况下始终如一地产生解剖上合理的分割掩码。此外，预测的点云还保证了顺序图像的边界对应关系，这有助于下游任务，例如心肌的运动估计。我们进行了几项实验，以证明在几个基准数据集上提出的方法的有效性。

Image segmentation is a largely researched field where neural networks find vast applications in many facets of technology. Some of the most popular approaches to train segmentation networks employ loss functions optimizing pixel-overlap, an objective that is insufficient for many segmentation tasks. In recent years, their limitations fueled a growing interest in topology-aware methods, which aim to recover the correct topology of the segmented structures. However, so far, none of the existing approaches achieve a spatially correct matching between the topological features of ground truth and prediction. In this work, we propose the first topologically and feature-wise accurate metric and loss function for supervised image segmentation, which we term Betti matching. We show how induced matchings guarantee the spatially correct matching between barcodes in a segmentation setting. Furthermore, we propose an efficient algorithm to compute the Betti matching of images. We show that the Betti matching error is an interpretable metric to evaluate the topological correctness of segmentations, which is more sensitive than the well-established Betti number error. Moreover, the differentiability of the Betti matching loss enables its use as a loss function. It improves the topological performance of segmentation networks across six diverse datasets while preserving the volumetric performance. Our code is available in https://github.com/nstucki/Betti-matching.

本文探讨了管状结构提取任务的点集表示。与传统的掩码表示相比，点集表示享有其灵活性和表示能力，这不会受到固定网格作为掩模的限制。受此启发，我们提出了PointCatter，这是管状结构提取任务的分割模型的替代方法。PointCatter将图像分为散射区域，并对每个散点区域预测点。我们进一步提出了基于贪婪的区域的两分匹配算法，以端到端训练网络。我们在四个公共管状数据集上基准测试了点刻表，并且有关管状结构分割和中心线提取任务的广泛实验证明了我们方法的有效性。代码可在https://github.com/zhangzhao2022/pointscatter上找到。

前导分割方法将输出图表示为像素网格。我们研究了一个替代表示，其中每个图像修补程序都是对象边缘的建模，作为具有与每种补丁标签概率耦合的$ k $顶点的多边形。通过采用可分辨率的神经渲染器来创建光栅图像来优化顶点。然后将划分区域与地面真相分割进行比较。我们的方法获得多个最先进的结果：76.26 \％Miou在城市景观验证，90.92 \％iou vaihingen建筑分割基准，66.82 \％iou for monu显微镜数据集，鸟类的90.91 \％基准幼崽。我们的培训和再现这些结果的代码作为补充。

我们提出了一项针对一项名为DiChotomous Image Segmentation（DIS）的新任务的系统研究，该任务旨在从自然图像中划分高度准确的对象。为此，我们收集了第一个称为DIS5K的大规模DIS​​数据集，其中包含5,470个高分辨率（例如2K，4K或4K或更大的图像，涵盖了遮盖，明显或细致的物体，在各种背景中。 DIS带有非常细粒的标签注释。此外，我们使用功能级和面具级别的模型培训指南介绍了一个简单的中间监督基线（IS-NET）。 IS-NET在拟议的DIS5K上的表现优于各种尖端基线，使其成为一个普遍的自学监督网络，可以促进未来的DIS研究。此外，我们设计了一个称为人类纠正工作（HCE）的新指标，该指标近似于纠正误报和假否定的鼠标点击操作的数量。 HCE用于测量模型和现实世界应用之间的差距，因此可以补充现有指标。最后，我们进行了最大规模的基准测试，评估了16个代表性分割模型，提供了有关对象复杂性的更深入的讨论，并显示了几种潜在的应用（例如，背景删除，艺术设计，3D重建）。希望这些努力能为学术和行业开辟有希望的方向。项目页面：https：//xuebinqin.github.io/dis/index.html。

边界是人类和计算机视觉系统使用的主要视觉提示之一。边界检测的关键问题之一是标签表示，这通常会导致类不平衡，因此，较厚的边界需要稀疏的非差异后处理步骤。在本文中，我们将边界重新解释为1D表面，并制定一对一的向量变换功能，允许训练边界预测完全避免了类不平衡问题。具体而言，我们在任何点定义边界表示，因为单位向量指向最接近的边界表面。我们的问题表述可导致方向的估计以及边界的更丰富的上下文信息，如果需要，在训练时也可以使用零像素薄边界。我们的方法在训练损失中不使用超参数和推断时固定的稳定的高参数。我们提供有关向量变换表示的理论理由/讨论。我们使用标准体系结构评估了提出的损失方法，并显示了几个数据集上其他损失和表示的出色性能。代码可在https://github.com/edomel/boundaryvt上找到。

Deep Convolutional Neural Networks have been adopted for salient object detection and achieved the state-of-the-art performance. Most of the previous works however focus on region accuracy but not on the boundary quality. In this paper, we propose a predict-refine architecture, BASNet, and a new hybrid loss for Boundary-Aware Salient object detection. Specifically, the architecture is composed of a densely supervised Encoder-Decoder network and a residual refinement module, which are respectively in charge of saliency prediction and saliency map refinement. The hybrid loss guides the network to learn the transformation between the input image and the ground truth in a three-level hierarchy -pixel-, patch-and map-level -by fusing Binary Cross Entropy (BCE), Structural SIMilarity (SSIM) and Intersectionover-Union (IoU) losses. Equipped with the hybrid loss, the proposed predict-refine architecture is able to effectively segment the salient object regions and accurately predict the fine structures with clear boundaries. Experimental results on six public datasets show that our method outperforms the state-of-the-art methods both in terms of regional and boundary evaluation measures. Our method runs at over 25 fps on a single GPU. The code is available at: https://github.com/NathanUA/BASNet.

尽管近期基于深度学习的语义细分，但远程感测图像的自动建筑检测仍然是一个具有挑战性的问题，由于全球建筑物的出现巨大变化。误差主要发生在构建足迹的边界，阴影区域，以及检测外表面具有与周围区域非常相似的反射率特性的建筑物。为了克服这些问题，我们提出了一种生成的对抗基于网络的基于网络的分割框架，其具有嵌入在发电机中的不确定性关注单元和改进模块。由边缘和反向关注单元组成的细化模块，旨在精炼预测的建筑地图。边缘注意力增强了边界特征，以估计更高的精度，并且反向关注允许网络探索先前估计区域中缺少的功能。不确定性关注单元有助于网络解决分类中的不确定性。作为我们方法的权力的衡量标准，截至2021年12月4日，它在Deepglobe公共领导板上的第二名，尽管我们的方法的主要重点 - 建筑边缘 - 并不完全对齐用于排行榜排名的指标。 DeepGlobe充满挑战数据集的整体F1分数为0.745。我们还报告了对挑战的Inria验证数据集的最佳成绩，我们的网络实现了81.28％的总体验证，总体准确性为97.03％。沿着同一条线，对于官方Inria测试数据集，我们的网络总体上得分77.86％和96.41％，而且准确性。

详细的肺气道分割是支撑周围肺癌病变的支撑室干预和治疗的临床重要任务。卷积神经网络（CNN）是医学图像分析的有前途的工具，但对于出现不平衡功能分布的情况，案件的性能较差，这对于气道数据是正确的，因为气管和主要支气管在大部分voxels中占主导支气管和远端节段支气管仅占用一小部分。在本文中，我们提出了一个可区分的拓扑保存距离变换（DTPDT）框架，以提高气道分割的性能。首先提出了拓扑保存的替代（TPS）学习策略，以均衡课堂分布的培训进度。此外，卷积距离变换（CDT）旨在识别具有提高灵敏度的破裂现象，从而最大程度地减少了预测和地面真实之间距离图的变化。提出的方法已通过公开可用的参考气道细分数据集进行验证。

本文提出了一种用于对象和场景的高质量图像分割的新方法。灵感来自于形态学图像处理技术中的扩张和侵蚀操作，像素级图像分割问题被视为挤压对象边界。从这个角度来看，提出了一种新颖且有效的\ textBF {边界挤压}模块。该模块用于从内侧和外侧方向挤压对象边界，这有助于精确掩模表示。提出了双向基于流的翘曲过程来产生这种挤压特征表示，并且设计了两个特定的损耗信号以监控挤压过程。边界挤压模块可以通过构建一些现有方法构建作为即插即用模块，可以轻松应用于实例和语义分段任务。此外，所提出的模块是重量的，因此具有实际使用的潜力。实验结果表明，我们简单但有效的设计可以在几个不同的数据集中产生高质量的结果。此外，边界上的其他几个指标用于证明我们对以前的工作中的方法的有效性。我们的方法对实例和语义分割的具有利于Coco和CityCapes数据集来产生重大改进，并且在相同的设置下以前的最先进的速度优于先前的最先进的速度。代码和模型将在\ url {https:/github.com/lxtgh/bsseg}发布。

本文通过解决面具可逆性问题来研究建筑物多边形映射的问题，该问题导致了基于学习的方法的预测蒙版和多边形之间的显着性能差距。我们通过利用分层监督（底部级顶点，中层线段和高级区域口罩）来解决此问题，并提出了一种新颖用于建筑物多边形映射的面具。结果，我们表明，学识渊博的可逆建筑面具占据了深度卷积神经网络的所有优点，用于建筑物的高绩效多边形映射。在实验中，我们评估了对Aicrowd和Inria的两个公共基准的方法。在Aicrowd数据集上，我们提出的方法对AP，APBOUNDARY和POLIS的指标获得了一致改进。对于Inria数据集，我们提出的方法还获得了IOU和准确性指标的竞争结果。型号和源代码可在https://github.com/sarahwxu上获得。

We pose video object segmentation as spectral graph clustering in space and time, with one graph node for each pixel and edges forming local space-time neighborhoods. We claim that the strongest cluster in this video graph represents the salient object. We start by introducing a novel and efficient method based on 3D filtering for approximating the spectral solution, as the principal eigenvector of the graph's adjacency matrix, without explicitly building the matrix. This key property allows us to have a fast parallel implementation on GPU, orders of magnitude faster than classical approaches for computing the eigenvector. Our motivation for a spectral space-time clustering approach, unique in video semantic segmentation literature, is that such clustering is dedicated to preserving object consistency over time, which we evaluate using our novel segmentation consistency measure. Further on, we show how to efficiently learn the solution over multiple input feature channels. Finally, we extend the formulation of our approach beyond the segmentation task, into the realm of object tracking. In extensive experiments we show significant improvements over top methods, as well as over powerful ensembles that combine them, achieving state-of-the-art on multiple benchmarks, both for tracking and segmentation.

许多生物学和医疗任务需要描绘出图像体积的3D曲线结构，例如血管和神经突。这通常是使用通过最大程度地减少不捕获这些结构拓扑特性的体素损失函数来训练的神经网络完成的。结果，回收结构的连通性通常是错误的，这减少了它们的实用性。在本文中，我们建议通过最大程度地减少其2D预测的拓扑感知损失的总和来提高结果的3D连接性。这足以提高准确性并减少提供所需的注释培训数据所需的注释工作。

Deep learning methods have contributed substantially to the rapid advancement of medical image segmentation, the quality of which relies on the suitable design of loss functions. Popular loss functions, including the cross-entropy and dice losses, often fall short of boundary detection, thereby limiting high-resolution downstream applications such as automated diagnoses and procedures. We developed a novel loss function that is tailored to reflect the boundary information to enhance the boundary detection. As the contrast between segmentation and background regions along the classification boundary naturally induces heterogeneity over the pixels, we propose the piece-wise two-sample t-test augmented (PTA) loss that is infused with the statistical test for such heterogeneity. We demonstrate the improved boundary detection power of the PTA loss compared to benchmark losses without a t-test component.

不工会是骨科诊所面临的针对技术困难和高成本拍摄骨间毛细血管面临的挑战之一。细分容器和填充毛细血管对于理解毛细血管生长遇到的障碍至关重要。但是，现有用于血管分割的数据集主要集中在人体的大血管上，缺乏标记的毛细管图像数据集极大地限制了血管分割和毛细血管填充的方法论开发和应用。在这里，我们提出了一个名为IFCIS-155的基准数据集，由155个2D毛细管图像组成，该图像具有分割边界和由生物医学专家注释的血管填充物，以及19个大型高分辨率3D 3D毛细管图像。为了获得更好的骨间毛细血管图像，我们利用最先进的免疫荧光成像技术来突出骨间毛细血管的丰富血管形态。我们进行全面的实验，以验证数据集和基准测试深度学习模型的有效性（\ eg UNET/UNET ++和修改后的UNET/UNET ++）。我们的工作提供了一个基准数据集，用于培训毛细管图像细分的深度学习模型，并为未来的毛细管研究提供了潜在的工具。 IFCIS-155数据集和代码均可在\ url {https://github.com/ncclabsustech/ifcis-55}上公开获得。