基于改进Faster-RCNN的生活垃圾分类研究

随着人口的增长，生活垃圾分类问题日益突出。文章提出了一种基于改进快速的区域卷积神经网络（Faster-Region Convolutional Neural Network,Faster-RCNN）的生活垃圾分类方法，将特征提取网络改为ResNet50网络，并在区域推荐网络（Region Proposal Network,RPN）中使用K-means聚类算法。结果表明，基于改进Faster-RCNN的网络模型的准确率达到94.5%，具有较高的准确率和较快的分类速度，可为解决生活垃圾分类提供一种有效的技术手段。     

复杂背景下的手势识别

目的 手势识别是人机交互领域的热点问题。针对传统手势识别方法在复杂背景下识别率低,以及现有基于深度学习的手势识别方法检测时间长等问题,提出了一种基于改进TinyYOLOv3算法的手势识别方法。方法 对TinyYOLOv3主干网络重新进行设计,增加网络层数,从而确保网络提取到更丰富的语义信息。使用深度可分离卷积代替传统卷积,并对不同网络层的特征进行融合,在保证识别准确率的同时,减小网络模型的大小。采用CIoU（complete intersection over union）损失对原始的边界框坐标预测损失进行改进,将通道注意力模块融合到特征提取网络中,提高了定位精度和识别准确率。使用数据增强方法避免训练过拟合,并通过超参数优化和先验框聚类等方法加快网络收敛速度。结果 改进后的网络识别准确率达到99.1%,网络模型大小为27.6 MB,相比原网络（TinyYOLOv3）准确率提升了8.5%,网络模型降低了5.6 MB,相比于YOLO（you only look once）v3和SSD（single shot multibox detector）300算法,准确率略有降低,但网络模型分别减小到原来的1/8和1/3左右,相比于YOLO-lite和MobileNet-SSD等轻量级网络,准确率分别提升61.12%和3.11%。同时在自制的复杂背景下的手势数据集对改进后的网络模型进行验证,准确率达到97.3%,充分证明了本文算法的可行性。结论 本文提出的改进Tiny-YOLOv3手势识别方法,对于复杂背景下的手势具有较高的识别准确率,同时在检测速度和模型大小方面都优于其他算法,可以较好地满足在嵌入式设备中的使用要求。     

基于改进Faster RCNN的节肢动物目标检测方法

自然生态环境下的节肢动物目标检测存在目标背景复杂、尺度差异大以及目标密集等特点,导致目标检测精度和准确率不高。为此,提出一种基于改进Faster RCNN模型的节肢动物目标检测方法 AROD RCNN。首先,设计一种有监督的并行空间与通道注意力（SPSCAT）机制,以提高复杂背景环境下节肢动物目标检测的准确率;然后,引入第二代可变形卷积重塑ResNet50中C1～C5块卷积层,并使用特征金字塔网络（FPN）对ResNet50中C2～C6块进行特征融合以解决目标尺度差异较大影响检测精度的问题;最后,通过密集局部回归（DLR）方法对回归阶段进行改进,从而提高模型回归的准确性。实验结果表明,该方法在ArTaxOr数据集上的各类别平均精度（mAP）达到了0.717,较原始Faster RCNN模型提高了0.453,而召回率达到了0.787。可见该方法能够有效解决目标遮挡和复杂背景等问题,在节肢动物密集目标与小目标检测中表现良好。     

基于ResNet34_D改进YOLOv3模型的行人检测算法

针对自动驾驶场景下行人检测任务中对中、小尺寸目标和被遮挡目标的检测需求,以及现有深度学习模型的不足,提出基于ResNet34_D的改进YOLOv3模型:通过改进残差网络的卷积块结构提出ResNet34_D,并作为YOLOv3的主干网络以降低模型尺寸和训练难度;在ResNet34_D的3个尺度卷积特征图之后,增加SPP层和DropBlock模块以提高模型的泛化能力;基于K-means聚类算法确定自适应的多尺度锚框尺寸,提高对大、中、小3种尺寸行人目标的检测能力;引入DIoU损失函数,提高对被遮挡目标的识别能力.所提出模型的消融实验验证了各个改进部分在提高模型检测准确率上的有效性.实验结果表明,所提出的基于ResNet34_D的改进YOLOv3模型具有较好的准确率和实时性,在BDD100K-Person数据集上的AP₅₀达到69.8%,检测速度达到130FPS.由所提出方法与现有目标检测方法的对比实验可知,所提出方法对小目标和遮挡目标的误检率更低,速度更快,具有一定的实际应用价值.     

基于改进YOLOv5的桥梁裂缝模型研究

桥梁裂缝人工检测耗时费力、安全性不高,为了高效、准确、无接触地对桥梁裂缝进行识别检测,提出一种基于改进YOLOv5的桥梁裂缝检测模型YOLOv5-SA;该方法在YOLOv5s模型的基础上,首先对收集的数据集利用几何变换、光学变换等操作进行数据增强;其次将融合视觉注意力机制(SKNet)添加到Head部分来提高模型对裂缝特征的表示能力;最后在金字塔特征表示法(FPN)的基础上利用自适应空间特征融合(ASFF)模块加强网络特征融合能力,增加对桥梁裂缝小目标的检测;结果表明：改进后的模型相对于YOLOv5s模型能更好地抑制非关键信息,减少背景中的无效信息干扰,提高桥梁裂缝目标检测精准度;改进后的YOLOv5-SA模型准确率达到88.1%,与原YOLOv5s模型相比提高了1.6%;平均精度均值mAP 0.5和mAP 0.5～0.95分别达到90.0%、62.1%,相比而言分别提高了2.2%、2.4%;与其他桥梁裂缝检测相关方法(Faster-RCNN、YOLOv4tiny)相比,提出的YOLOv5-SA模型也具有相当或更好的检测性能;由此可见改进后的模型能更高效地检测复杂环境下的桥梁裂缝,可以...     

多级卷积神经网络的沥青路面裂缝图像层次化筛选

如何快速准确地识别与评估沥青路面裂缝病害,已成为路面养护和保障道路安全的重要任务之 一。实际采集路面图像中往往存在大量的非裂缝图像,在保证裂缝图像无漏筛的前提下,尽可能提高裂缝图像 的精确率与非裂缝图像的真负例率,则对于降低人工筛选的工作强度,以及后续裂缝自动分割与病害损坏程度 评估具有重要实际意义。故此,提出了一种多级卷积神经网络的沥青路面裂缝图像筛选方法,由训练、微调与 验证三阶段构成,利用微调集获得 softmax 层输入微调增量。为避免裂缝图像召回率增加与精确率下降的问题, 在对比不同卷积神经网络筛除的非裂缝图像异同基础上,采用改进 AlexNet 作为一级筛选网络,VGG16 或 ResNet50 作为二、三级筛选网络的层次化处理模型。对于含噪声及复杂路面图像测试集的实验结果表明,三级 层次化筛选模型能在 100%召回裂缝图像时,达到高的真负例率及准确率。与其他方法的对比实验表明,所提 方法可有效解决沥青路面裂缝图像漏筛问题,且具有更好的检测效果。     

基于MobileNetV2的圆形指针式仪表识别系统

针对目前指针式仪表识别任务在使用深度学习算法时存在模型参数量大、计算量大、准确率较低的问题,提出一种基于改进预训练MobileNetV2网络模型与圆形Hough变换相结合的圆形指针式仪表智能检测和识别系统。首先,采用Hough变换解决复杂场景内非圆形区域的干扰问题;然后,提取圆形区域以构建数据集;最后,使用基于改进预训练MobileNetV2网络模型对圆形指针式仪表进行识别。为客观反映所提模型的性能优劣,采用平均混淆矩阵来衡量模型性能。实验结果表明,该系统在圆形指针式仪表识别任务中的识别率达到99.76%。同时,将所提模型与其他5种不同的网络模型进行对比的结果表明,该模型与ResNet50的准确率最高,但在模型参数量和模型计算量方面,所提网络模型相较于ResNet50分别降低了90.51%和92.40%,可见该模型有助于进一步在移动端或嵌入式设备中部署和实现工业级的实时圆形指针式仪表检测和识别。     

基于改进YOLOv3的集卡车头防砸检测

在自动化港口集装箱起重机作业流程中, 集卡车头防砸检测是不可或缺的一个环节. 针对在此环节采用人工确认方法效率低和基于激光扫描方法耗费高、系统复杂的问题, 本文提出一种基于作业场景视频图像和深度学习的算法对集卡车头进行目标检测. 建立集卡车头样本数据集, 采用DCTH-YOLOv3检测模型, 通过模型迁移学习方法进行样本训练. DCTH-YOLOv3模型是本文提出的一种改进YOLOv3算法模型, 该算法改进了YOLOv3的FPN结构提出一种新的特征金字塔结构—AF_FPN, 在高、低阶特征融合时通过引入具有注意力机制的AFF模块聚焦有效特征、抑制干扰噪声, 提高了检测精度. 另外, 使用CIoU loss度量损失替代L2损失, 提供更加准确的边界框变化信息, 模型检测精度得到进一步提升. 实验结果表明: DCTH-YOLOv3算法在GTX1080TI上检测速率可达46 fps, 相比YOLOv3算法仅降低了3 fps; 检测精度AP_0.5为0.9974、AP_0.9为0.4897, 其中AP_0.9相比YOLOv3算法提升了16.4%. 本研究算法相比YOLOv3算法, 精度更高, 更能满足自动化作业对集卡防砸检测高精度、快识别的要求.     

列车闸瓦钎及闸瓦故障图像检测算法研究

列车闸瓦钎及闸瓦状态正常与否对于货运列车安全运行极其重要,为此提出了一种改进的 SSD 目标检测算法,对货运列车闸瓦钎及闸瓦的缺失进行检测。首先将深度可分离卷积模块引入 ResNet50 网络模 型,使其参数数量减少约 50%,以提高检测效率。其次,将改进后的 ResNet50 网络模型替换 SSD 中的 VGG16 网络,以改善 SSD 网络模型的特征提取能力。然后利用高、低层特征融合的方法,将网络中 Conv5_3 和 Conv7_2 分别与 Conv4_6 和 Conv6_2 进行特征融合,提高检测精度。最后通过自建的货运列车制动部件缺失数据集对 网络进行训练获取比较准确的网络权重。实验结果表明,改进后的 SSD 算法在闸瓦钎丢失检测中准确率达到 96.85%,召回率达到 89.50%;在闸瓦丢失检测中准确率达到 97.01%,召回率达到 97.01%,可以满足列车闸瓦 钎及闸瓦缺失检测需求。     

注意力机制改进卷积神经网络的遥感图像目标检测

目的 遥感图像目标检测是遥感图像处理的核心问题之一,旨在定位并识别遥感图像中的感兴趣目标。为解决遥感图像目标检测精度较低的问题,在公开的NWPU_VHR-10数据集上进行实验,对数据集中的低质量图像用增强深度超分辨率（EDSR）网络进行超分辨率重构,为训练卷积神经网络提供高质量数据集。方法 对原Faster-RCNN （region convolutional neural network）网络进行改进,在特征提取网络中加入注意力机制模块获取更多需要关注目标的信息,抑制其他无用信息,以适应遥感图像视野范围大导致的背景复杂和小目标问题;并使用弱化的非极大值抑制来适应遥感图像目标旋转;提出利用目标分布之间的互相关对冗余候选框进一步筛选,降低虚警率,以进一步提高检测器性能。结果 为证明本文方法的有效性,进行了两组对比实验,第1组为本文所提各模块间的消融实验,结果表明改进后算法比原始Faster-RCNN的检测结果高了12.2%,证明了本文所提各模块的有效性。第2组为本文方法与其他现有方法在NWPU_VHR-10数据集上的对比分析,本文算法平均检测精度达到79.1%,高于其他对比算法。结论 本文使用EDSR对图像进行超分辨处理,并改进Faster-RCNN,提高了算法对遥感图像目标检测中背景复杂、小目标、物体旋转等情况的适应能力,实验结果表明本文算法的平均检测精度得到了提高。     

基于优化Faster-RCNN的遥感影像飞机检测

针对传统飞机检测算法特征学习能力较弱,在背景复杂、目标密集、成像质量较差的遥感影像上检测精度较低的问题,提出了一种基于Faster-RCNN（Faster-Regions with Convolutional Neural Network）框架的遥感影像飞机检测优化算法。以ResNet50为基础特征提取网络,引入空洞残差块进行多层特征融合,构建新的特征提取网络,提高算法的特征提取能力。首先在UCAS-AOD数据集上采用交叉验证训练方法验证模型在不同训练集与测试集上的稳定性,同时比较不同算法的检测性能;然后在NWPU VHR-10数据集上进行飞机检测对比实验,验证模型泛化性。实验结果表明：在UCAS-AOD数据集上优化算法平均精度为97.1%,在NWPU VHR-10数据集上优化算法平均精度为96.2%。该优化算法能够提升遥感影像中飞机的检测精度,且泛化性更强,对实现遥感影像飞机快速检测具有一定的参考意义。     

复杂场景下基于R-FCN的小人脸检测研究

在复杂场景中准确检测出小的、模糊的和部分遮挡的人脸,仍是人脸检测算法存在的问题。为此,提出基于区域的全卷积网络R-FCN的人脸检测算法,来解决其中的小人脸检测问题。采用完全卷积残差网络ResNet作为主干网络,融合多种新技术,主要包括Squeeze-and-Excitation模块、残差注意力机制等,以提高最终的输出精度。在最具挑战性的人脸检测基准Widerface数据集上测试,结果表明该算法在复杂场景下具有出色的人脸检测效果,对部分遮挡,模糊、人脸姿态变化也具有一定鲁棒性。     

基于双流网络融合与时空卷积的人体行为识别

针对视频中存在噪音,无法更好地获取特征信息,造成动作识别不精准的问题.提出了一种基于时空卷积神经网络的人体行为识别网络.将长时段视频进行分段处理,分别把RGB图片和计算出的光流图输入到两个卷积神经网络(CNN)中,使用权重相加的融合算法将提取的时域特征和空域特征融合成时空特征.形成的中层语义信息输入到R(2+1)D的卷积中,利用ResNet提高网络性能,最后在softmax层进行行行为识别.在UCF-101和HMDB-51数据集上进行实验,获得了92.1％和66.1％的准确率.实验表明,提出的双流融合与时空卷积网络模型有助于视频行为识别的准确率提高.     

基于卷积神经网络的左心室超声图像特征点定位

针对传统级联卷积神经网络（CNN）在左心室超声图像中定位准确度较低的问题，提出一种融合更快速区域卷积神经网络（Faster-RCNN）模型提取区域的级联卷积神经网络，实现对超声图像中左心室心内膜和心外膜轮廓特征点的定位。首先，采用两级级联的方式改进传统级联卷积神经网络的网络结构，第一级网络利用一个改进的卷积网络粗略定位左心室心内膜和心外膜联合的特征点，第二级网络使用四个改进的卷积网络分别对心内膜特征点和心外膜特征点进行位置微调，之后定位输出左心室心内膜和心外膜联合的轮廓特征点位置；然后，将改进的级联卷积神经网络与目标区域提取融合，即利用Faster-RCNN模型提取包含左心室的目标区域并将目标区域送入改进的级联卷积神经网络；最后，由粗到细对左心室轮廓特征点进行定位。实验结果表明，与传统级联卷积神经网络相比，所提方法在左心室超声图像上的定位效果更好，更逼近真实值，在均方根误差的评价标准下，特征点定位准确度提升了32.6个百分点。     

改进SSD算法的道路小目标检测研究

在道路场景中,因小目标分辨率低且特征不明显,传统的目标检测算法难以确认其所属类别和位置信息,导致检测精度低、检测速度慢、漏检率高。提出一种改进SSD的道路小目标检测算法RFG_SSD。在SSD网络结构的主干部分和检测部分之间,通过引入改进的特征金字塔网络结构,融合浅层和深层感受野的特征信息,以获得小目标语义信息丰富的特征图。将深层特征提取网络ResNet 50作为改进网络的主干特征提取网络,提高整体网络的检测精度。为加快网络运算速度,基于检测层结构,利用全局平均池化层代替全连接层,减少网络参数量。实验结果表明,与SSD、VGG16+SFPN等算法相比,该算法能够有效提高小目标检测性能,且加快检测速度,其在BDD100K数据集上的平均精度和检测速度分别为98.05%和85.56 frame/s,小目标检测个数相较于SSD算法提高3倍多。