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专利号: 2020114969711
申请人: 重庆邮电大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 计算;推算;计数
更新日期:2024-04-24
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种流形相似度保持自编码器的医学超声图像检索方法,其特征在于,包括以下步骤:

1)、提取超声图像训练集中每一幅图像的SIFT特征,按照标签相同的图像对之间距离小于标签不同图像对之间的距离,构造标签约束的欧氏距离矩阵;

2)、通过步骤1)转换后的距离求解样本邻域,计算流形相似度,将其作为边的权重矩阵构造最近邻图,计算拉普拉斯矩阵;

3)、通过拉普拉斯特征值映射并对低维嵌入阈值化,获得样本的最优初始哈希编码,该哈希编码能够很好地保持原始数据的局部流形结构相似信息;

4)、利用局部不变性思想,在自编码器生成的哈希编码与步骤3)中生成的最优初始哈希编码间构建流形相似度保持的损失,以及在原输入与解码器对原输入的重构间构建重构损失;

5)、引入编码器生成的哈希编码作为中间变量,采用交替优化策略,将自编码器模型的训练过程分为三个独立的子步骤:优化编码器,重复直到达到预设的编码长度;求解线性回归函数优化解码器;优化每个样本对应的哈希编码。

2.根据权利要求1所述一种流形相似度保持自编码器的医学超声图像检索方法,其特征在于:步骤1)所述标签约束的欧氏距离矩阵利用标签对欧式距离进行转换,以最大化类间距离,使得类内差异小于类间差异;具体公式为其中, 为医学超声图像的特征数据集,N为数据样本个数,dist(xi,xj)代表数据样本xi和数据样本xj之间的欧式距离,λ和η为常量,η用于避免因dist(xi,xj)较大导致Dist(xi,xj)增长过快,λ使得不同类别的数据样本也可能相似。

3.根据权利要求1所述一种流形相似度保持自编码器的医学超声图像检索方法,其特征在于:所述步骤2)中通过高斯核函数对最近邻图中任意两点间的权重赋值,采用步骤1)转换后的距离Dist来求解邻域,计算权重矩阵S及图拉普拉斯矩阵L的公式分别为:其中,Np(xj)、Np(xi)分别代表数据样本xi和xj的邻域,τ是热核带宽参数;

L=D‑S

其中, 为对角矩阵,

4.根据权利要求1所述一种流形相似度保持自编码器的医学超声图像检索方法,其特征在于:所述步骤3)中为使得低维嵌入保持原始输入的局部相似性关系,通过最小化以下目标函数来实现:

其中, 为X的低维表示,C为编码长度,I为单位矩阵。

5.根据权利要求4所述一种流形相似度保持自编码器的医学超声图像检索方法,其特征在于:将所述最小化目标函数转换为广义特征值分解问题:其中,Fc.(c=1,2,C)为特征值λc对应的特征向量;

‑1

通过对D L进行特征分解,取C个非零最小特征值对应的特征向量作为降维后的F,并通过阈值化将其转换为最优初始哈希编码F'。

6.根据权利要求1所述一种流形相似度保持自编码器的医学超声图像检索方法,其特征在于:步骤4)所述根据流形相似度保持的损失和重构损失构建的模型损失函数为:其中,Lresco为重构误差,Lmsp为编码器e(·)对X编码输出的哈希编码矩阵e(X)的流形相似度保持的误差,用来约束汉明空间哈希编码的空间结构,e(·)代表编码器,d(·)代表解码器,α为权重因子。

7.根据权利要求6所述一种流形相似度保持自编码器的医学超声图像检索方法,其特C×N

征在于:引入哈希编码Z=(z1,z2,...,zN)∈{0,1} 作为辅助变量,将其作为编码器的编码标签,将所述模型损失函数转化为三个独立的子问题:交替优化编码器e(x)、解码器d(z)和哈希编码码Z,改进后模型的损失函数定义为L(e,d,X,Z,F;α,β):其中,Lcoding为编码误差,同样地,L'resco为重构误差,L'msp为Z的流形相似度保持的误差,α,β为权重因子。

8.根据权利要求1所述一种流形相似度保持自编码器的医学超声图像检索方法,其特征在于:步骤5)所述优化编码器,重复直到达到预设的编码长度;求解线性回归函数优化解码器;优化每个样本对应的哈希编码;这三个步骤具体为:(1)固定哈希编码Z和解码器d,优化编码器e,编码器e(x)将高维输入 映射成低维C

的C维哈希编码向量ex={0,1}。编码器e(x)以ex=z为训练目标,也即实现:编码器e(x)对每一个数据样本xn(n=1,2,...,N)编码得到exn,对于exn每一位的编码,都为一个二分类问题,将辅助变量Zc.=(zc1,...,zcn,...,zcN)(c=1,2,...,C)作为分类标签,通过线性SVM分类器来拟合(X,Zc.),学习到线性分类器;

(2)固定哈希编码Z和编码器e,优化解码器d,解码器对哈希编码zn进行重构,得到原始输入xn的重构向量x'n,优化解码器过程中,通过最小化重构误差,使得重构向量x'n趋于xn,从而得到最优的解码器,

在解码器的求解过程中,忽略解码器的偏差b,解码器的最优解W可通过以下矩阵变换求得:

T T ‑1

W=XZ(ZZ)

(3)固定编码器e和解码器d,优化哈希编码Z,在为N个数据样本求得最优哈希编码时,其优化目标为:

2 2 2

l(e,d,x,z,f;ω)=lresco+lcoding+lmsp=||x‑d(z)||+α||z‑e(x)||+β||z‑sgn(f)||。

9.根据权利要求1‑8任一项所述一种流形相似度保持自编码器的医学超声图像检索方法,其特征在于:当用户输入一幅新的图像时,通过编码器映射得到对应的哈希编码,通过汉明距离排序检索得到与之最近的k个哈希编码,并将对应最近的k幅图像返回给用户。