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SURVS: A Swin-Unet and game theory-based unsupervised segmentation method for retinal vessel

计算机科学 分割 人工智能 模式识别(心理学) 无监督学习 图像分割 计算机视觉
作者
Tianxiang Wang,Qun Dai
出处
期刊:Computers in Biology and Medicine [Elsevier BV]
卷期号:166: 107542-107542 被引量:10
标识
DOI:10.1016/j.compbiomed.2023.107542
摘要

Medical images, especially intricate vascular structures, are costly and time-consuming to annotate manually. It is beneficial to investigate an unsupervised method for vessel segmentation, one that circumvents the manual annotation yet remains valuable for disease detection. In this study, we design an unsupervised retinal vessel segmentation model based on the Swin-Unet framework and game theory. First, we construct two extreme pseudo-mapping functions by changing the contrast of the images and obtain their corresponding pseudo-masks based the on binary segmentation method and mathematical morphology, then we prove that there exists a mapping function between pseudo-mappings such that its corresponding mask is closest to the ground true mask. To acquire the best-predicted mask, based on which, we second develop a model based on the Swin-Unet frame to solve the optimal mapping function, and introduce an Image Colorization proxy task to assist the learning of pixel-level feature representations. Third, since to the instability of two pseudo-masks, the predicted mask will inevitably have errors, inspired by the two-player, non-zero-sum, non-cooperative Neighbor's Collision game in game theory, a game filter is proposed in this paper to reduce the errors in the final predicted mask. Finally, we verify the effectiveness of the presented unsupervised retinal vessel segmentation model on DRIVE, STARE and CHASE_DB1 datasets, and extensive experiments show that has obvious advantages over image segmentation and conventional unsupervised models.
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