Widely used loss functions for CNN segmentation, e.g., Dice or cross-entropy, are based on integrals over the segmentation regions. Unfortunately, for highly unbalanced segmentations, such regional summations have values that differ by several orders of magnitude across classes, which affects training performance and stability. We propose a boundary loss, which takes the form of a distance metric on the space of contours, not regions. This can mitigate the difficulties of highly unbalanced problems because it uses integrals over the interface between regions instead of unbalanced integrals over the regions. Furthermore, a boundary loss complements regional information. Inspired by graph-based optimization techniques for computing active-contour flows, we express a non-symmetric $L_2$ distance on the space of contours as a regional integral, which avoids completely local differential computations involving contour points. This yields a boundary loss expressed with the regional softmax probability outputs of the network, which can be easily combined with standard regional losses and implemented with any existing deep network architecture for N-D segmentation. We report comprehensive evaluations and comparisons on different unbalanced problems, showing that our boundary loss can yield significant increases in performances while improving training stability. Our code is publicly available: https://github.com/LIVIAETS/surface-loss .


翻译:广用CNN的断裂式损失功能,例如Dice或交叉孔虫,广泛用于CNN的断裂式损失功能,是建立在区域分割区的整体体基础上的。不幸的是,对于高度不平衡的分割区,这种区域相加的数值因等级不同不同而不同,影响培训绩效和稳定性。我们建议了一种边界损失,其形式是轮廓空间的距离度度度,而不是区域。这可以缓解高度不平衡问题的难度,因为它使用跨区域界面的构件,而不是跨区域不平衡的构件。此外,边界损失补充了区域信息。受基于图表的计算主动波流的优化技术的启发,我们把等距空间的非对称值值2美元作为区域整体,这避免了涉及轮廓点的完全局部差异性计算。这会产生边界损失,其表现为网络的区域软性概率产出,这很容易与标准区域损失结合起来,并与现有的任何深度网络结构用于N-D断裂式连接。我们报告了对不同不平衡问题的全面评估和比较,显示我们边界空间的距离距离为2美元,而我们的边界稳定性分析系统/地平面分析系统可以产生显著的成绩。

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