认知网络技术(CNT),又称Definiens认知网络技术,是一种基于对象的图像分析方法,由诺贝尔奖得主格尔德·宾宁与德国慕尼黑Definiens公司的研究团队共同开发。该方法通过图像对象(像素组)的层级结构来提取图像信息,与传统的像素处理方法形成对比。为模拟人类思维的认知能力,Definiens采用了专利的图像分割与分类过程,并开发了一种在语义网络中呈现知识的方法。CNT并非孤立地检查像素,而是在上下文中进行,通过迭代构建图像并识别像素组为对象。它利用对象的颜色、形状、纹理和大小,以及它们的上下文和关系来得出结论和推断,类似于人类分析。
历史
1994年,诺贝尔物理学奖得主格尔德·宾宁教授在慕尼黑创立了Definiens公司。CNT最初于2000年5月随eCognition软件的发布而问世。2010年6月,天宝导航有限公司(纳斯达克:TRMB)收购了Definiens在地球科学市场中的业务资产,包括eCognition软件,并获得了Definiens专利CNT的许可。2014年,Definiens被阿斯利康旗下全球生物制品研发部门MedImmune以1.5亿美元的首期对价收购。此次收购将公司重点转向生物医学应用,尤其是数字病理学。
核心原理
CNT基于对象图像分析(OBIA)原理运作,这与传统的基于像素的方法形成对比。CNT并非孤立地分析单个像素,而是根据光谱、空间和上下文属性将像素分组为有意义的对象。这些对象被组织在层级网络中,使系统能够在多个尺度上分析图像。该方法利用语义网络来表示关于图像内容的知识,使系统能够推理对象之间的关系,类似于人类视觉认知。这种方法对于上下文和对象关系至关重要的复杂图像特别有效,例如遥感和医学成像。
软件实现
eCognition
eCognition套件是CNT在地球科学和遥感领域的主要软件实现。它提供三个组件:eCognition Developer,用于创建规则集和应用程序的开发环境;eCognition Architect,允许非技术用户配置和执行工作流;以及eCognition Server,提供批处理能力。eCognition用于多种应用,包括快速制图、变化检测、土地覆盖制图、城市分析(例如,用于税收的不透水表面面积)、林业(生物量测量、物种识别)、农业(精准农业、危机响应),以及海洋和河岸环境(生态系统评估、灾害管理)。在线eCognition社区于2009年7月启动,截至2010年7月9日拥有2813名成员。用户会议定期举行,两年一度的GEOBIA(地理对象图像分析)会议有大量eCognition用户参加。
Definiens Tissue Studio
Definiens Tissue Studio是一款基于CNT的数字病理图像分析软件应用,专为生物标志物转化研究设计。它旨在用于经免疫组织化学染色或苏木精-伊红(H&E)处理的福尔马林固定、石蜡包埋组织样本。该软件支持从示例数字组织病理图像中进行机器学习,以推导出图像分析解决方案,用于在定义的感兴趣区域内逐细胞测量生物标志物和组织学特征,包括亚细胞区室。推导出的解决方案自动应用于后续图像,以客观测量多参数特征,有助于理解癌症等疾病背后的生物学过程。图像处理可在本地工作站或服务器网格上执行。
应用与影响
CNT已应用于从地理空间分析到生物医学研究的各个领域。在地球科学中,它能够对卫星和航空影像进行详细而准确的分析,支持环境监测、城市规划和灾害响应等应用。在数字病理学中,基于CNT的工具(如Definiens Tissue Studio)帮助研究人员量化生物标志物和组织学特征,为个性化医疗的进步做出贡献。该方法整合上下文和对象关系的能力使其成为传统基于像素方法的强大替代方案,尤其是在需要高精度和可解释性的场景中。截至2020年代初,CNT仍是基于对象图像分析的基础技术,机器学习和深度学习的持续发展增强了其能力。