基于新型算子采样优化的交通标志检测网络

传统基于卷积神经网络的交通标志检测网络采用堆叠大量卷积核的方式进行下采样,限制了卷积神经网络的感受野建模,难以灵活地调整内部参数,从而丢失图像的细节信息,导致小目标与遮挡目标的检测精度与定位精度降低。提出基于YOLOv5采样优化的交通标志检测网络。以新型算子作为基础架构,采用自卷积方式灵活提取不同通道的特征,并构建跨阶段注意力机制模块,以增加各通道特征的重要性权值,从而提高小目标的检测能力。通过改进的通道聚合网络实现多尺度语义信息与细节特征的融合与增强,同时利用K-means聚类算法生成更适合交通标志的先验框,在非极大值抑制算法中引入距离交并比函数对预测框进行后处理,避免错误抑制复杂场景下被遮挡的目标,从而提高定位精度。在中国交通标志数据集上的实验结果表明,当交并比阈值为0.5时,该网络的平均精度均值为95.8%,与YOLOv5网络相比模型参数量减少了15.7%,在满足实时性的同时具有较优的小目标检测性能。     

基于多尺度轻量化注意力的钢材缺陷检测

针对当前YOLOv5算法检测钢材表面缺陷精度不高、速度慢等问题,提出一种基于多尺度轻量化注意力的YOLO-Steel钢材表面缺陷检测方法.首先,提出一种轻型通道注意力模块,仅需少量计算成本即可有效关注重要通道;然后,利用空洞卷积扩大感受提出一种轻型空间注意力模块,能够在空间维度上提取有价值信息;接着,提出金字塔注意力结构,利用多级池化放缩特征图在不同分辨率特征图上使用空间注意力模块学习其空间依赖信息,对多级特征图使用通道注意力模块重构其通道相关信息,改善检测效果.实验结果表明,YOLO-Steel在钢材表面缺陷数据集上平均精度均值(mAP)可达77.2%,比YOLOv5s算法提高1.8%,模型时间、空间复杂度与YOLOv5s基本持平,在保证检测速度的基础上能够有效提高精确度.     

基于改进YOLOv5的路面病害检测模型

针对路面病害检测中由于病害形态多样、种类繁多以及背景灰度值相似造成噪声干扰导致识别与分类精度不高的问题,采用卷积神经网络YOLOv5为主干框架,提出一种基于改进YOLOv5的路面病害检测模型YOLOv5l-CBF。引入坐标注意力机制,调整网络的注意力权重使模型对病害纹理特征更加关注,并在主干网络的残差结构中引入Transformer构建BotNet网络结构,在减少参数量的同时提高对病害图像中全局依赖关系的捕捉能力。同时,在颈部网络中构建双向加权特征金字塔网络,学习每个特征层的重要性分布权重,并对提取到的病害特征进行双向交叉尺度连接和加权融合。在真实路面病害数据集上的实验结果表明：与YOLOv5l模型相比,YOLOv5l-CBF模型精度与召回率分别提升7.4和8.7个百分点,mAP达到90.8%,在对多种病害的检测与分类上具有显著的性能优势。     

双分支多注意力机制的锐度感知分类网络

基于卷积神经网络的图像分类方法的关键是提取有区分性的重点特征.为了提高重点特征的关注度，增强网络泛化能力，文中提出双分支多注意力机制的锐度感知分类网络(Double-Branch Multi-attention Mechanism Based Sharpness-Aware Classification Network, DAMSNet).该网络以ResNet-34残差网络为基础，首先，修改ResNet-34残差网络输入层卷积核尺寸，删除最大池化层，减小原始图像特征的损失.再者，提出双分支多注意力机制模块，嵌入残差分支中，从全局特征和局部特征上提取图像在通道域和空间域的上下文信息.然后，引入锐度感知最小化算法，结合随机梯度下降优化器，同时最小化损失值和损失锐度，寻找具有一致低损失的邻域参数，提高网络泛化能力.在CIFAR-10、CIFAR-100、SVHN数据集上的实验表明，文中网络不仅具有较高的分类精度，而且有效提升泛化能力.     

融合自适应加权模块的YOLOv4多尺度目标检测算法

针对残差块中特征图直接相加无法反映特征间相关性以及特征融合阶段存在信息损失的问题,提出一种融合自适应加权模块的目标检测算法.该算法对YOLOv4的主干网络和颈部网络进行改进,设计了一种自适应加权模块,对输入的2个特征图进行通道压缩并提取特征信息,从提取的信息中获取空间权重,最后将空间权重赋予输入特征图来建立其之间的相关性.在特征融合阶段增加跳跃连接,补充特征融合过程中的信息损失.实验结果表明,该算法能够有效地提高目标的精度,在PASCALVOC数据集与KITTI数据集上的精度较YOLOv4算法分别提高了0.90个百分点与0.89个百分点.     

基于优化CBAM改进YOLOv5的农作物病虫害识别

针对多种农作物病虫害图像, 在自然环境下因虫害种类繁多, 小目标特征相似的技术问题, 导致检测困难难以达到令人满意的精度. 本文提出了一种自然背景下加强局部特征和全局特征信息融合的害虫检测识别模型YOLOv5-EB, 在公开的大规模害虫数据集IP102上进行实验, 结果表明该研究比YOLOv5模型精确度提高了5个百分点. 引入一维卷积替换CBAM中通道注意力的MLP操作, 优化了通道注意力经过全局处理后容易忽略通道内信息交互的问题; 其次使用6×6卷积替换Focus操作, 来增强提取害虫特征的能力. 实验结果表明, 对害虫进行检测时, YOLOv5-EB的平均精度值达到了87%, 与Faster R-CNN、EfficientDet、YOLOv3、YOLOv4、YOLOv5模型相比, 不仅有效提高了作物害虫图像的识别性能, 而且有效提高了检测速度. 研究表明, YOLOv5-EB算法满足对多种农作物病虫害目标检测的准确性和实时性要求.     

自适应权重金字塔和分支强相关的SAR图像舰船检测

目的 合成孔径雷达（synthetic aperture radar,SAR）图像舰船目标检测在军事、民生领域发挥重要作用。由于SAR图像背景复杂且多为小尺度舰船目标,同时图像中的相干斑噪声导致舰船目标边缘模糊,现阶段目标检测模型无法快速高效地实现目标检测任务。为了提高模型检测精度,使模型具有更好的鲁棒性,提出了自适应权重金字塔和分支强相关的SAR图像检测模型。方法 对特征提取网络提取的特征图经过采样、融合处理获得特征自适应权重,然后利用权重指导每层特征图充分融合空间位置信息和语义信息,更好地检测小尺度目标;分支强相关模块融合分类分支和回归分支的特征,对融合后的待检测特征分别采用1×1、3×3对称卷积核和1×3、3×1非对称卷积核捕获不同的舰船特征;构建IoU （intersection over union）分支,利用IoU分支作用于分类分支,避免高IoU低分类置信度的候选框被抑制,通过设置平衡因子平衡IoU分支和分类分支,使其能更好地指导回归分支优化候选框。结果 在公开的遥感数据集SSDD （SAR ship detection dataset）上实验结果表明,本文模型的检测精度达到90.53%,F₁值提升至94.35%,检测速度达到20.14帧/s。与其他SAR图像舰船目标检测算法相比有较好的检测效果。结论 实验结果表明该模型相比原始模型具有更好的检测效果,满足实时性检测需求,在SAR图像实时检测中具有实际意义。     

结合全局注意力机制的实时语义分割网络

针对轻量化网络结构从特征图提取有效语义信息不足,以及语义信息与空间细节信息融合模块设计不合理而导致分割精度降低的问题,本文提出一种结合全局注意力机制的实时语义分割网络(global attention mechanism with real time semantic segmentation network ,GaSeNet)。首先在双分支结构的语义分支中引入全局注意力机制,在通道与空间两个维度引导卷积神经网来关注与分割任务相关的语义类别,以提取更多有效语义信息;其次在空间细节分支设计混合空洞卷积块,在卷积核大小不变的情况下扩大感受野,以获取更多全局空间细节信息,弥补关键特征信息损失。然后重新设计特征融合模块,引入深度聚合金塔池化,将不同尺度的特征图深度融合,从而提高网络的语义分割性能。最后将所提出的方法在CamVid数据集和Vaihingen数据集上进行实验,通过与最新的语义分割方法对比分析可知,GaSeNet在分割精度上分别提高了4.29%、16.06%,实验结果验证了本文方法处理实时语义分割问题的有效性。     

融合LeNet-5和Siamese神经网络模型的人脸认证算法研究

基于人脸信息的身份认证对于个人安全和社会稳定都具有非常重要的意义。传统的人脸认证方法依赖人工构造视觉特征,易受外界条件影响,识别精度不高。深度学习模型以自主学习方式进行特征提取,能从复杂的数据中提取到人脸的隐性特征。然而大部分深度学习人脸认证方法需大量带有身份标记的训练样本,额外增加了标记数据的成本。针对以上问题,提出了融合LeNet-5和Siamese神经网络模型的人脸认证算法。该算法在Siamese神经网络框架基础上,引入LeNet-5卷积神经网络,将单分支LeNet-5卷积网络扩充为结构相同且参数共享的双分支LeNet-5卷积网络,通过缩小卷积核、增加卷积层来调整网络结构,使用Contrastive Loss函数对融合网络进行训练。实验结果表明,该算法在不同的人脸数据集上,均获取较高的识别精度。     

自适应上下文特征的多尺度目标检测算法

识别多尺度目标是检测任务中的一项挑战,针对检测中的多尺度问题,提出自适应上下文特征的多尺度目标检测算法。针对不同尺度的目标需要不同大小感受野特征进行识别的问题,构建了一种多感受野特征提取网络,通过多分支并行空洞卷积,从高层语义特征中挖掘标签中的上下文信息;针对不同尺度目标的语义特征出现在不同分辨率特征图中的问题,基于改进的通道注意力机制,提出自适应的特征融合网络,通过学习不同分辨率特征图之间的相关性,在全局语义特征中融合局部位置特征;利用不同尺度的特征图识别不同尺度的物体。在PASCAL VOC数据集上对本文算法进行验证,本文方法的检测精度达到了85.74%,相较于Faster R-CNN检测精度提升约8.7%,相较于基线检测算法YOLOv3+提升约2.06%。     

改进注意力机制的型钢表面微小缺陷检测方法

针对型钢表面缺陷种类多样、微小缺陷占比较大导致的检测效率低、检测精度差的问题,提出了一种基于双重多尺度注意力机制的表面缺陷检测方法DMSA-YOLOv3,实现型钢表面多尺度缺陷快速精确检测。构建了基于通道和空间的双重多尺度注意力模型DMSA,对不同尺度特征进行筛选融合,强化小尺度缺陷的特征权重;改进了YOLOv3模型,使用深度可分离卷积对DarkNet53特征提取主干网络实现轻量化处理,提高检测速度,并构建多尺度长距离上下文特征提取层,使用4种不同扩张率的并行空洞卷积替代全局池化,提高模型对小尺寸缺陷的特征提取能力;构建了融合DMSA模型和改进YOLOv3模型的DMSA-YOLOv3缺陷检测模型,并应用于型钢表面多尺度缺陷检测。实验结果表明：DMSA-YOLOv3模型具有97.6%的多类别平均检测精度和55.3?frame/s的检测速度,与YOLOv3模型相比分别提升了4.7个百分点和24.5?frame/s;最小可检出20×20像素（约10×10?mm2）缺陷,与YOLOv3模型相比提高了6.25倍,有效提升了型钢表面缺陷的检测精度与检测速度。     

基于多级上下文引导的实时语义分割网络

针对实时语义分割方法中因忽略其本质所导致的分割精度不高的问题,提出了一种多级上下文引导的轻量化网络。首先,将深度可分离卷积及非对称卷积相结合,设计了基于并行非对称卷积的上下文引导模型（CGPA）以学习局部特征及其周围上下文构成的联合特征;其次,将该模型堆叠于网络来实现特征的多级优化;最后,通过通道注意模型（CAM）筛选出与更高阶段语义一致的浅层特征,从而提高分割效果。实验结果表明,所提网络在Cityscapes数据集上以94.7的帧速率获得了72.4%的平均交并比,并在CamVid数据集上取得显著的性能提升。同当前的其他实时语义分割方法相比,该网络性能更优。     

非对称内核卷积结合语义置信嵌入的模糊人脸图像重建

受异构卷积原理的启发,在深度学习框架下提出非对称内核卷积结合语义置信嵌入的模糊人脸图像重建网络.针对对称方形卷积内核在进行特征提取时对重要特征表达的不足,使用非对称内核替代,增强方形卷积内核特征的表达能力.在重建阶段,结合非对称内核卷积与语义置信网络,进一步提取每类语义信息在重建中最利于重建效果的特征,结合置信度引导网络向更利于重建的方向训练.在CelebA、Helen数据集上的实验证实文中网络重建效果较优.     

基于注意力机制和多空间金字塔池化的实时目标检测算法

YOLOv4计算复杂度高、空间金字塔池化模块仅一次增强特征融合网络的深层区域特征图的表征能力、检测头网络的特征图难以突出重要通道特征;针对以上问题,提出一种基于注意力机制和多空间金字塔池化的实时目标检测算法;该算法采用多空间金字塔池化,提取局部特征和全局特征,融合多重感受野,加强特征融合网络的浅、中、深层特征图的表征能力;引入压缩激励通道注意力机制,建模通道间的相关性,自适应调整特征图各个通道的权重,从而使网络更加关注重要特征;特征融合和检测头网络中使用深度可分离卷积,减少了网络参数量;实验结果表明,所提算法的均值平均精度均高于其他七种主流对比算法;与YOLOv4相比,参数量、模型大小分别减少了27.85 M和106.25 MB,所提算法在降低复杂度的同时,提高了检测准确度;且该算法的检测速率达到33.70 帧/秒,满足实时性要求。     

一种基于通道重排的轻量级目标检测网络

Tiny YOLO和YOLOv3-tiny作为2种轻量级目标检测算法以其突出的速度表现而闻名。本文以这2种网络模型为基础,结合分组卷积并改进通道重排算法,改进了原来的损失函数,构建了一种新的更快的网络模型,通过改进YOLOv3的损失函数而增加其检测准确度。在PASCAL VOC数据集和COCO数据集上分别训练并且测试,该网络模型每秒处理的速度超过265张图片,Map值达到55.8%,准确度超过Tiny YOLO且与YOLOv3-tiny相仿。     

基于改进YOLOv4的小目标行人检测算法

行人检测在无人驾驶环境感知领域具有重要应用。现有行人检测算法多数只关注普通大小的行人目标,忽略了小目标行人特征信息过少的问题,从而造成检测精度低、应用于嵌入式设备中实时性不高等情况。针对该问题,提出一种小目标行人检测算法YOLOv4-DBF。引用深度可分离卷积代替YOLOv4算法中的传统卷积,以降低模型的参数量和计算量,提升检测速度和算法实时性。在YOLOv4骨干网络中的特征融合部分引入scSE注意力模块,对输入行人特征图的重要通道和空间特征进行增强,促使网络学习更有意义的特征信息。对YOLOv4颈部中特征金字塔网络的特征融合部分进行改进,在增加少量计算量的情况下增强对图像中行人目标的多尺度特征学习,从而提高检测精度。在VOC07+12+COCO数据集上进行训练和验证,结果表明,相比原YOLOv4算法,YOLOv4-DBF算法的AP值提高4.16个百分点,速度提升27%,将该算法加速部署在无人车中的TX2设备上进行实时测试,其检测速度达到23FPS,能够有效提高小目标行人检测的精度及实时性。     

面向非对称特征注意力和特征融合的太赫兹图像检测

目的 太赫兹由于穿透性强、对人体无害等特性在安检领域中得到了广泛关注。太赫兹图像中目标尺寸较小、特征有限,且图像分辨率低,目标边缘信息模糊,目标信息容易和背景信息混淆,为太赫兹图像检测带来了一定困难。方法 本文在YOLO (you only look once)算法的基础上提出了一种融合非对称特征注意力和特征融合的目标检测网络AFA-YOLO (asymmetric feature attention-YOLO)。在特征提取网络CSPDarkNet53(cross stage paritial DarkNet53)中设计了非对称特征注意力模块。该模块在浅层网络中采用非对称卷积强化了网络的特征提取能力,帮助网络模型在目标特征有限的太赫兹图像中提取到更有效的目标信息;使用通道注意力和空间注意力机制使网络更加关注图像中目标的重要信息,抑制与目标无关的背景信息;AFA-YOLO通过增加网络中低层到高层的信息传输路径对高层特征进行特征融合,充分利用到低层高分辨率特征进行小目标的检测。结果 本文在太赫兹数据集上进行了相关实验,相比原YOLOv4算法,AFA-YOLO对phone的检测精度为81.15%,提升了4.12%,knife的检测精度为83.06%,提升了3.72%。模型平均精度均值(mean average precision,mAP)为82.36%,提升了3.92%,漏警率(missing alarm,MA)为12.78%,降低了2.65%,帧率为32.26帧/s,降低了4.06帧/s。同时,本文在太赫兹数据集上对比了不同的检测算法,综合检测速度、检测精度和漏警率,AFA-YOLO优于其他目标检测算法。结论 本文提出的AFA-YOLO算法在保证实时性检测的同时有效提升了太赫兹图像中目标的检测精度并降低了漏警率。     

改进YOLOv5s的遥感图像目标检测

针对遥感图像中感兴趣目标特征不明显、背景信息复杂、小目标居多导致的目标检测精度较低的问题,本文提出了一种改进YOLOv5s的遥感图像目标检测算法（Swin-YOLOv5s）。首先,在骨干特征提取网络的卷积块中加入轻量级通道注意力结构,抑制无关信息的干扰;其次,在多尺度特征融合的基础上进行跨尺度连接和上下文信息加权操作来加强待检测目标的特征提取,将融合后的特征图组成新的特征金字塔;最后,在特征融合的过程中引入Swin Transformer网络结构和坐标注意力机制,进一步增强小目标的语义信息和全局感知能力。将本文提出的算法在DOTA数据集和RSOD数据集上进行消融实验,结果表明,本文提出的算法能够明显提高遥感图像目标检测的平均准确率。     

融合多维空洞卷积算子和多层次特征的深度网络检测算法

在基于深度网络的目标检测模型中,仅利用串行的卷积操作,模型会缺少描述网络不同层次的细节信息和特征图全局信息的能力,减弱小目标的检测能力,影响检测精度.基于残差网络结构,文中提出融合多维空洞卷积(MDC)算子和多层次特征的深度网络检测算法.首先设计MDC算子,卷积核具有5种不同的感受野,可获取8种不同语义的特征图,并引入串行网络的特征提取环节,构造特征层.再通过转置卷积操作实现检测层升维,用于级联不同层次的特征层,得到检测层并保证能在最大程度上保留目标的原始特征.最后使用非极大抑制完成检测算法的构建.实验表明,文中算法有效提高目标平均检测精度和小目标的检测能力.