U-Net je konvoluční architektura navržená v roce 2015 pro segmentaci biomedicínských snímků, která se stala referenčním řešením celé této úlohy. Její název pochází z tvaru schématu: levá klesající větev (kontrakční cesta) postupně podvzorkuje rozlišení a zvyšuje počet kanálů, čímž získává porozumění kontextu, zatímco pravá stoupající větev rozlišení symetricky vrací zpět až na původní velikost. Zásadní inovací jsou preskoková spojení, která propojují odpovídající úrovně obou větví a přenášejí do dekodéru jemné prostorové detaily, jež by se při podvzorkování nevratně ztratily; bez nich by výsledné masky byly rozmazané a nepřesné v obrysech. Architektura je navíc plně konvoluční, takže nemá pevně danou velikost vstupu, a byla od počátku koncipována pro práci s velmi malými datasety – právě proto se opírá o silnou augmentaci dat, zejména o elastické deformace. Kromě medicíny se uplatňuje v satelitním snímkování, v mikroskopii i v průmyslové kontrole a v upravené podobě tvoří odšumovací jádro většiny difuzních modelů pro generování obrazu.
Představte si restaurátora, který má na velké fresce vyznačit poškozená místa. Nejprve odejde daleko od zdi, aby viděl celou kompozici a pochopil, co na fresce je – ztratí tím ale detail. Pak se pomalu vrací blíž a doplňuje jemnosti. Kdyby si při cestě zpět nepamatoval, co viděl z každé vzdálenosti, dostal by rozmazané fleky. Proto si na každém odstupu udělá fotografii a při cestě zpět je znovu prohlíží. Tyhle fotografie z cesty tam, používané na cestě zpět, jsou přesně ta preskoková spojení, kvůli kterým U-Net funguje.