基于双向门控尺度特征融合的遥感场景分类

针对遥感影像数据集的图像在形状、纹理和颜色上存在较大差别,以及因拍摄高度和角度不同存在的尺度差异导致遥感场景分类精度不高的问题,提出利用主动旋转聚合来融合不同尺度的特征,并通过双向门控提高底层特征与顶层特征互补性的特征融合补偿卷积神经网络（FAC-CNN）。该网络利用图像金字塔为原始图像生成不同尺度图像后将其输入到分支网络中来提取多尺度特征,并提出主动旋转聚合的方式来融合不同尺度的特征,使融合后的特征具有方向信息,从而提高模型对不同尺度输入以及不同旋转输入的泛化能力,实现模型分类精度的提升。FAC-CNN比基于VGGNet的注意循环卷积网络（ARCNet-VGGNet）和门控双向网络（GBNet）在西北工业大学遥感场景图像分类数据集（NWPU-RESISC）上准确率分别提升了2.05个百分点与2.69个百分点,在航空影像数据集（AID）上准确率分别提升了3.24个百分点与0.86个百分点。实验结果表明,FAC-CNN能有效解决遥感影像数据集存在的问题,提高遥感场景分类的精度。     

基于多尺度特征融合的U-Net网络高分影像不透水面提取研究

不透水面作为监测城市生态环境的重要指标,其信息提取具有重要意义。由于城市地表的复杂性及细化的城市管理需要,急需提取高精度的城市不透水面。但是基于传统方法提取高精度的城市不透水面面临巨大困难。而深度学习方法因其自动化提取影像特征的特点逐渐成为遥感影像地物提取的新兴方法。基于此,采用多尺度特征融合的U-Net深度学习方法以提升语义分割精度,开展高分辨率遥感影像不透水面的精确提取研究。模型引入残差模块代替普通卷积以加深网络,提取更多影像特征;加入金字塔池化模块增强网络对复杂场景的解析能力;利用跳跃连接方式融合不同尺度特征,有利于恢复空间信息。以广州市航摄正射影像为数据源,通过卷积神经网络将遥感影像分割为背景、其他、植被、道路和房屋5种地物类型,将其与人工目视解译的地面真值进行验证,最终提取研究区域不透水面。实验证明：多尺度特征融合的U-Net模型总体精度和Kappa系数分别为87.596% 和0.82。在定性与定量两个方面均优于传统的监督分类法、面向对象分类法和经典U-Net模型法。结果表明：该模型利用多维度影像特征信息,有效提升了复杂场景图像的分割精度,分割效果好,适用于高分辨率遥感影像不透水面提取,该研究成果可为城市环境监测提供数据支撑。     

比例融合与多层规模感知的人群计数方法

针对密集场景下人群图像拍摄视角或距离多变造成的多尺度特征获取不足、融合不佳和全局特征利用不充分等问题,提出一种比例融合与多层规模感知的人群计数网络。首先采用骨干网络VGG16提取人群密度初始特征;其次,设计多层规模感知模块,获得人群多尺度信息的丰富表达;再次,提出比例融合策略,根据卷积层捕获的特征权重重构多尺度信息,提取显著性人群特征;最后,采用卷积回归策略进行密度图的回归。同时,提出一种局部一致性损失函数,通过区域化密度图的方式增强生成密度图与真实密度图的相似度,提高计数性能。在多个人群数据集上的试验结果表明,所提模型优于近年人群计数的先进方法,且在车辆计数上有较好推广性。     

基于改进特征融合的口罩检测算法

针对口罩检测模型缺少不规范佩戴分类的检测,精度高与速度快难以兼容的问题,提出一种单阶段口罩规范佩戴实时检测算法,引入轻量提取网络DM-CSP,添加多尺度注意力MCA增强提取能力;针对融合阶段深浅层特征信息不对齐问题,设计特征对齐及选择模块FAS,提出特征增强模块CTM关联特征图谱上下文信息,构建解耦通道进行图像识别,提高算法的识别精度和收敛速度。实验结果表明,改进算法检测精度达到93.2%,较主流算法YOLOv4-Tiny提高4.8%,检测速度和模型容量具有更优性能表现。     

基于深度学习的实时车辆检测研究

针对城市交通复杂场景下车辆检测存在准确率低的问题,提出改进SSD(单发多箱探测器)目标检测算法。首先基于轻量化的PeleeNet(一种基于密集卷积网络的轻量化网络变体)网络结构改进SSD算法中VGG16(视觉几何群网络)特征提取网络,在保证提取丰富特征的前提下,有效地减少模型参数,提高模型的实时性;其次设计了多尺度特征融合模块和底层特征增强模块,提高特征的表达性能;最后根据数据集中目标的大小调整默认框的长宽比例,并在后三个特征层的每个单元上增加默认框。实验结果表明,改进后的目标检测算法的准确率mAP(平均精度)为79.83%,与原始SSD相比提高了2.25%,并验证了改进SSD算法的有效性。     

融合多尺度特征的遥感影像道路提取方法

针对遥感影像中由于道路信息错综复杂,导致道路提取不完整、精确度低等问题,提出一种新型遥感影像道路提取方法。融合多尺度特征改善道路提取的整体效果,基于深度残差网络设计混合空洞卷积,并通过定义卷积核各值的间距增大特征提取感受野,从而丰富多尺度特征融合模块中的浅层道路语义信息。在编码端提取特征后,利用权重分布的方法匹配感受野尺度,使用不同层级间的特征对全局先验信息进行表征,提高多尺度融合特征获取浅层道路语义信息的准确性,并将改进的多孔空间金字塔池化模块融入到深度残差网络中,挖掘并深度聚合道路浅层次和深层次的语义信息。在两种高分辨率遥感数据集Cheng_Data_Roads和Zimbabwe_Data_Roads上的实验结果表明,所提方法的F1值和MIoU值分别为91.16%和83.63%,准确率、召回率等评价指标均明显优于U-net、ResUnet、D-Linknet等语义分割方法。     

多尺度上下文信息增强的显著目标检测全卷积网络

针对目前基于深度学习的显著目标检测算法存在的目标完整性和区域平滑度的不足,基于非局部深度特征提出一种多尺度上下文信息增强的全卷积网络算法,包含多级别特征提取、多尺度上下文特征增强、对比度特征提取和局部-全局信息融合预测4个模块.首先从VGG16模型提取多级别局部特征,利用多尺度上下文实现特征信息增强;然后设计组合的损失函数进行网络训练以学习对比度特征;最后用局部-全局融合的方式实现显著图的预测.与已有算法在ECSSD,HKU-IS和DUT-OMRON数据集上进行实验的结果表明,该算法在复杂场景图像上的鲁棒性更好,对背景噪声具有更有效的抑制作用,得到的显著目标区域更加连续和完整.     

面向目标检测的尺度增强特征金字塔网络

基于特征金字塔网络的目标检测算法没有充分考虑不同目标间的尺度差异以及跨层特征融合过程中高频信息损失问题,使网络无法充分融合全局多尺度信息,导致检测效果不佳.针对这些问题,提出了尺度增强特征金字塔网络.该方法对特征金字塔网络的侧向连接和跨层特征融合方式进行了改进,设计具有动态感受野的多尺度卷积组作为侧向连接来充分提取每一个目标的特征信息,引入基于注意力机制的高频信息增强模块来促进高层特征与底层特征融合.基于MS COCO数据集的实验结果表明,该方法能有效提高各尺度目标的检测精度,整体性能优于现有方法.     

融合多尺度上下文信息的实例分割

目的 实例分割通过像素级实例掩膜对图像中不同目标进行分类和定位。然而不同目标在图像中往往存在尺度差异,目标多尺度变化容易错检和漏检,导致实例分割精度提高受限。现有方法主要通过特征金字塔网络(feature pyramid network,FPN)提取多尺度信息,但是FPN采用插值和元素相加进行邻层特征融合的方式未能充分挖掘不同尺度特征的语义信息。因此,本文在Mask R-CNN(mask region-based convolutional neural network)的基础上,提出注意力引导的特征金字塔网络,并充分融合多尺度上下文信息进行实例分割。方法 首先,设计邻层特征自适应融合模块优化FPN邻层特征融合,通过内容感知重组对特征上采样,并在融合相邻特征前引入通道注意力机制对通道加权增强语义一致性,缓解邻层不同尺度目标间的语义混叠;其次,利用多尺度通道注意力设计注意力特征融合模块和全局上下文模块,对感兴趣区域(region of interest,RoI)特征和多尺度上下文信息进行融合,增强分类回归和掩膜预测分支的多尺度特征表示,进而提高对不同尺度目标的掩膜预测质量。结果 在MS ...     

高分辨率遥感影像道路提取

针对实际应用中高分辨率遥感影像道路提取自动化程度低的现状,提出了一种半自动的高分辨率遥感影像道路提取方法。方法采用数据预处理、尺度分割、分类以及形态优化的工作流程,对高分一号遥感影像进行道路半自动提取。数据预处理利用NDWI、DNVI获得道路潜在区域,边缘增强突出道路边缘信息;采用多尺度分割切割道路潜在区域,尺度对比法获得道路最优分割尺度;主要依据道路的光谱特征、形状特征制定分类规则集进行分类;运用形态学开启运算、闭合运算优化道路形态。实验结果表明:在样本区域内提取精度达到90%,整景影像提取精度达到80%,且可推广到具有陕北地区地貌特征的高分一号影像道路快速提取应用中。     

基于分层特征关联条件随机场的遥感图像分类

针对高分辨率遥感图像分类中空间上下文信息表达的难题,提出了一种新的多尺度条件随机场(CRF)模型。首先将图像内容表示成从细到粗三个超像素层:区域层、对象层、场景层,并将超像素特征逐层关联形成特征向量;再利用支持向量机(SVM)定义CRF关联势函数,利用相邻超像素特征对比度加权的Potts模型定义CRF交互势函数,最后形成一个分层特征关联的多尺度SVM-CRF模型。以Quickbird遥感图像中两个复杂场景为测试数据对该模型的分类有效性进行了验证,结果表明:该模型比基于上述三个超像素层的单尺度SVM-CRF模型分类精度分别平均提高了2.68%、1.66%、3.75%,而且分类时耗时较少。     

基于多尺度特征融合的土地利用分类算法

针对土地利用分类中高空间分辨率遥感图像已标注样本少和传感器高度变化导致地物形变等问题,提出一种基于多尺度特征融合的土地利用分类算法。通过对多个卷积层特征进行多尺度自适应融合,降低地物形变对分类精度造成的影响。为进一步提高分类精度,利用预训练网络提取的深度特征对多尺度特征融合部分和全连接层进行预训练,采用增广数据集对整个网络进行微调。实验结果表明,自适应融合方法改善了融合效果,有效提高了土地利用分类的精度。     

改进LDS＿YOLO网络的遥感飞机检测算法研究

为解决遥感飞机检测算法网络计算复杂、检测精度低的问题,以主流网络 YOLOv4为基础,从提高精度和简化模型两个方面进行改进研究,提出一种轻量级多尺度监督网络 LDS＿YOLO(light dense supervision YOLO)。针对遥感飞机目标细节信息提取不足的问题,改进三组多尺度融合预测层结构,在每一个支路第一次上采样前的四个卷积块之间设计密集连接方式,可以增强融合不同尺度飞机,丰富特征细节信息,提高预测准确率;针对目标特征关联度低的问题,引入一致性监督损失函数,通过监督分类网络辅助预测的同时提高检测精度;通过增加包含全局平均池化层、全连接层和特征映射层的轻量化模块,调整通道结构减少权重模型的特征冗余,降低网络参数量。在保证检测率的基础上将模型参数量降低为 3.6×10⁶,计算量为 77 MFLOPs,测试检测率比原始模型损失不到 2.3%,速度达到 17 frame/s;通过与主流检测算法进行对比,分析轻量化后算法模型的抗过拟合能力和鲁棒性,证明轻量化遥感飞机目标检测算法的有效性和可行性。     

基于尺度注意力网络的遥感图像场景分类

针对卷积神经网络（CNN）平等地对待输入图像中潜在的对象信息和背景信息,而遥感图像场景又存在许多小对象和背景复杂的问题,提出一种基于注意力机制和多尺度特征变换的尺度注意力网络模型。首先,开发一个快速有效的注意力模块,基于最优特征选择生成注意力图;然后,在ResNet50网络结构的基础上嵌入注意力图,增加多尺度特征融合层,并重新设计全连接层,构成尺度注意力网络;其次,利用预训练模型初始化尺度注意力网络,并使用训练集对模型进行微调;最后,利用微调后的尺度注意力网络对测试集进行分类预测。该方法在实验数据集AID上的分类准确率达到95.72%,与ArcNet方法相比分类准确率提高了2.62个百分点;在实验数据集NWPU-RESISC上分类准确率达到92.25%,与IORN方法相比分类准确率提高了0.95个百分点。实验结果表明,所提方法能够有效提高遥感图像场景分类准确率。     

自适应融合多尺度特征的无锚框遥感图像目标检测算法

针对遥感图像内容丰富且复杂,具有目标种类多、密集分布和尺寸变化剧烈等特点,导致遥感图像中目标多尺度尤其是小目标难以检测的问题,提出一种基于自适应多尺度特征融合(AMFF)和注意力特征增强(AFE)的无锚框遥感图像目标检测算法.首先将主干网络提取的图像特征输入AMFF,自适应地融合多个尺度的特征,增加特征复用,提升网络的多尺度特征表达能力;然后将AMFF输出的特征输入到加入了AFE模块的检测头中,AFE通过结合多分支空洞卷积与注意力机制,在提高网络对目标尺度的泛化能力的同时增强有效特征信息;最后进行分类和回归,得到检测结果.在DIOR和NWPU VHR-10公开数据集上,与多种主流目标检测算法的实验结果表明,所提算法在2个数据集上的平均检测精度分别为72.4%和87.4%,较基线网络分别提升9.4和13.5个百分点,比次优结果分别提升6.3和1.7个百分点;平均检测精度高于主流目标检测算法,较基线网络的平均检测精度显著提高,能够更加准确地检测小尺度目标,同时有效地提升多尺度目标的检测精度.     

基于全融合网络的三维点云语义分割

为提高室内场景的点云语义分割精度,设计了一个全融合点云语义分割网络。网络由特征编码模块、渐进式特征解码模块、多尺度特征解码模块、特征融合模块和语义分割头部组成。特征编码模块采用逆密度加权卷积作为特征编码器对点云数据进行逐级特征编码,提取点云数据的多尺度特征;然后通过渐进式特征解码器对高层语义特征进行逐层解码,得到点云的渐进式解码特征。同时,多尺度特征解码器对提取的点云多尺度特征分别进行特征解码,得到点云多尺度解码特征。最后将渐进式解码特征与多尺度解码特征融合,输入语义分割头部实现点云的语义分割。全融合网络增强了网络特征提取能力的鲁棒性,实验结果也验证了该网络的有效性。     

FAGNet:基于MAFPN和GVR的遥感图像多尺度目标检测算法

针对大场景遥感图像内容复杂,并且具有目标种类较多、尺度不一、方向多变等特点,导致遥感图像中目标多类多尺度多方向的问题,提出一种基于多尺度注意力特征金字塔网络(MAFPN)以及滑动顶点回归(GVR)机制的遥感图像目标检测方法.首先利用骨干网络提取多层特征作为MAFPN的输入,MAFPN结合特征融合和注意力机制,在融合多个尺度的特征映射的基础上使用通道域注意力和空间域注意力机制来抑制噪声,增强有效特征复用,提高网络对目标多尺度特征的自适应性;将MAFPN输出的融合特征图输入区域建议网络(RPN)生成感兴趣区域,然后将其送入分类/回归网络;在分类/回归网络中使用GVR机制在预测水平框的基础上增加4个顶点偏移比例参数和旋转因子,将水平框转换为旋转框,以减少边框中冗余区域,使预测得到的旋转边框更贴合目标.在DOTA公开数据集上与多种基于卷积神经网络的经典检测算法进行对比的实验结果表明,该方法的平均检测精度得到显著提高,能够更加准确地检测多个尺度以及多个方向的目标,实现了多尺度目标的鲁棒性检测.     

多通道区域建议的多尺度X光安检图像检测

针对安检X光图像检测中的违禁品尺度差异问题,对Faster RCNN网络进行改进,提出一种基于多通道区域建议网络（muiti-channel region proposal network,MCRPN）。考虑到不同层卷积特征在视觉语义上的互补性,进行多层特征提取,融合VGG16高层较丰富的语义特征和低层较浅的边缘特征;修改多通道RPN中的锚框参数,将生成的多尺度候选目标区域分别映射到对应的特征图上,构建多尺度违禁品检测网络;在多通道上引入膨胀卷积,设计一种多分支膨胀卷积模块（dilated convolutions module,DCM）,增大感受野,增强不同尺度的特征。将改进的算法在自制数据集SIXray_OD上进行实验,检测的平均精度达到84.69%,测性能较原网络提高了6.28%。实验结果表明,改进算法的识别精度有一定提高。     

基于反卷积高层特征的遥感地物图像分类

目前利用深度卷积神经网络提取图像底层特征后分类效果已比较优秀,但是对于数据量大、波段多、波段间相关性高的多光谱遥感图像并非完全适用。针对多光谱遥感地物分类中常常出现的Hughes现象,即当训练样本一定时,模型的预测能力随着维度的增加而减小,提出了一种结合高层特征空间和迁移学习网络的遥感地物图像分类算法,利用两层堆叠的反卷积网络来提取目标数据集的高层特征,利用VGG16模型的卷积层权重来构建迁移网络模型,将高层特征导入迁移网络中加强训练得到更加优越的训练模型,利用训练模型可对多光谱遥感数据集更加准确分类。实验结果表明,在Satellite、NWPU和UC Merced实验数据中,冰川、建筑群和海滩分类精度得到有效提高,达到92%左右,针对沙漠、岩石、水域等特殊环境遥感图像,总体分类精度提高5%左右。部分多光谱遥感数据的底层特征和中层特征在训练器中表现并不理想,波段的增多也会导致信息的冗余和数据处理复杂性的提高,反而高层特征在这部分数据中保留了地物信息的轮廓,能更好地适应分类器,得到更加优越的分类结果。     

基于轻量语义分割网络的遥感土地覆盖分类

高分辨率遥感图像有丰富的空间特征, 针对遥感土地覆盖方法中模型复杂, 边界模糊和多尺度分割等问题, 提出了一种基于边界与多尺度信息的轻量化语义分割网络. 首先, 使用轻量化的MobileNetV3分类器, 采用深度可分离卷积来减少计算量. 其次, 使用自顶向下和自底向上的特征金字塔结构来进行多尺度分割. 接着, 设计了一个边界增强模块, 为分割任务提供丰富的边界细节信息. 然后, 设计了一个特征融合模块, 融合边界与多尺度语义特征. 最后, 使用交叉熵损失函数和Dice损失函数来处理样本不平衡的问题. 在 WHDLD数据集的平均交并比达到了59.64%, 总体精度达到了87.68%. 在DeepGlobe数据集的平均交并比达到了70.42%, 总体精度达到了88.81%. 实验结果表明, 该模型能快速有效地实现遥感图像土地覆盖分类.