多尺度下遥感小目标多头注意力检测

针对地理空间遥感图像中检测目标存在多尺度特性、形态多变以及小目标判别特征过少等造成检测识别精度不高的问题,提出了基于多尺度下遥感小目标多头注意力检测算法YOLO-StrVB。对网络结构进行重构,搭建多尺度网络模型,增加目标检测层,提高特征提取网络下遥感小目标模型不同尺度下的检测能力;加入双向特征金字塔网络（Bi-FPN）进行多尺度特征融合,提高双向跨尺度连接和加权特征融合;在YOLOv5网络末端融合Swin Transformer多头注意力机制块,提升感受野适应目标识别任务的多尺度融合关系,优化主干网络;使用Varifocal loss对网络进行训练,提升遥感密集检测小目标的存在置信度和定位精度,并选用CIoU作为边界框回归的损失函数,提高感知分类得分（IACS）的边框回归精度。通过在遥感目标数据集NWPU VHR-10上的实验验证,对比YOLOv5原模型的mAP提高了3.05个百分点,能有效提高小目标的检测精度,达到了对地理空间遥感图像中小目标检测的鲁棒性。     

融合自注意力机制的安全帽佩戴检测方法

佩戴安全帽是防止施工现场工作人员头部损伤的有效方法之一,然而现有安全帽检测算法多存在重叠目标检测难度大、小目标漏检率高等缺点。为此,提出了一种通过融合自注意力机制来改进Faster R-CNN的目标检测算法,用于安全帽检测。通过自注意力层来捕获多个尺度上的全局信息,得到更丰富的高层语义特征并将更大的感受野范围引入模型,在区域建议网络（RPN）的训练中通过锚框补选增强的方法让小目标信息得到更多的训练,强化了网络对于小尺度目标的表达能力。实验结果表明：改进后的算法在安全帽佩戴检测上的mAP值较传统Faster R-CNN提高了6.4个百分点,对于不同场景不同尺度的安全帽有着较好的检测效果。     

基于改进Faster R-CNN的钢轨踏面块状伤损检测方法

针对钢轨踏面块状伤损存在的尺度变化大、样本数据集小的问题,提出了基于改进Faster R-CNN的钢轨踏面块状伤损检测方法。首先,基于ResNet-101基础网络结构来构建多尺度特征金字塔（FPN）,以实现深、浅层特征信息的融合,从而提高了小尺度伤损的检测精度;然后,采用广义交并比（GIoU）损失解决了Faster R-CNN中回归损失SmoothL1对预测边框位置不敏感问题;最后,提出引导锚定的区域提名网络（GA-RPN）方法,从而解决了区域生成网络（RPN）生成的锚点大量冗余而导致的检测网络训练中正负样本失衡问题。训练过程中,基于翻转、裁剪、噪声扰动等图像预处理方法对RSSDs数据集进行扩充,解决了钢轨踏面块状伤损训练样本不充足问题。实验结果表明,所提改进方法对钢轨踏面块状伤损检测的平均精度均值（mAP）可达到82.466%,相较于Faster R-CNN提高了13.201个百分点,能够更加准确地检测钢轨踏面块状伤损。     

基于YOLOv5的道路目标检测算法研究

为提高道路目标检测精度,基于YOLOv5网络模型,引入自底向上的PANet网络结构,以增强特征融合;采用具有方向感知与位置信息的目标注意力机制,以增强对目标位置的感知能力;增加了一个YOLO检测头,以增强对小目标的学习能力。采用改进的CIOU(ICIOU)目标回归损失函数,使得整个模型对图像特征的学习能力和目标检测精度显著提升。实验结果表明,该模型在华为SODA10M数据集下的mAP达到了68.2%,相比原YOLOv5网络mAP提升了15.4个百分点,检测精度得到了明显提升。在此基础上,对图像尺寸对检测时间和精度的影响进行探索,结果表明适当增大图像输入尺寸,可以在检测速度下降不大（23.3个百分点）的前提下,使得mAP明显提升（3.8个百分点）。     

改进YOLOv5算法的遥感图像车辆检测

针对遥感图像中背景复杂目标、车辆小导致的成像模糊的目标漏检问题，提出一种基于YOLOv5s的改进模型。改进模型设计一种新的主干网络结构：改进模型的主干特征提取选用RepVGG网络，同时在主干网络中加入注意力机制CoordAttention来提高模型小目标的感知能力。增加多尺度特征融合，提高改进模型对于小目标的检测精度，边框回归的损失函数选择使用DIoU，帮助改进模型实现更加精准定位。实验结果表明，改进后的YOLOv5模型在遥感图像的目标检测，相较于原始模型在小目标车辆中检测精度提升5.3个百分点，与Faster R-CNN相比mAP提升16.88个百分点。改进后的模型与主流的检测算法相比能有较大的检测精度提升，相较于原始的YOLOv5s模型在遥感图像小车辆检测有更好的检测精度。     

基于改进Faster R-CNN的小目标检测算法

针对图像纹理细节等高频特征在基于卷积神经网络模型的特征提取过程中丢失，从而导致小目标检测效果较差的问题，提出一种多层频域特征融合的目标检测算法。算法以Faster R-CNN为基础框架，使用高频增强后的图像和对比度增强后的图像作为算法输入样本，提高了待检测图像质量；针对总像素面积较小的目标，更改RPN网络中的锚点尺度，并利用多尺度卷积特征融合的方法，融合来自不同特征层的特征，解决了小目标在深层特征图中特征信息丢失的问题。实验结果表明，所提算法在DAGM 2007数据集上具有良好的性能，平均精度均值mAP达到了97.9%,在PASCAL VOC 2007测试集上对小目标的mAP也明显优于原始Faster R-CNN的。     

DY-YOLOv5：基于多重注意力机制的航拍图像目标检测

针对无人机航拍图像中目标小、尺度不一和背景复杂等导致检测精度低的问题,提出一种基于改进YOLOv5的无人机航拍图像目标检测算法DY-YOLOv5。该算法在检测头部分利用具有多重注意力机制的目标检测头方法Dynamic Head,提升检测头在复杂背景下的检测表现。在原模型neck部分增加一次上采样和Concat操作,并执行一个包含极小、小、中目标的多尺度特征检测,提升模型对中、小目标的特征提取能力。引入密集卷积网络DenseNet,将其与YOLOv5s主干网络的C3模块进行融合,提出C3＿DenseNet模块,以加强特征传递并预防模型过拟合。在VisDrone2019数据集上应用DY-YOLOv5算法,平均精度均值（mAP）达到了43.9%,较原YOLOv5算法提升了11.4个百分点。召回率（Recall）为41.7%,较原算法提升了9.0个百分点。实验结果证明,改进算法显著提高了无人机航拍图像目标检测的精度。     

基于改进YOLOv3的多尺度目标检测算法

为了进一步提高多尺度目标检测的速度和精度,解决小目标检测易造成的漏检、错检以及重复检测等问题,提出一种基于改进YOLOv3的目标检测算法实现多尺度目标的自动检测。首先,在特征提取网络中对网络结构进行改进,在残差模块的空间维度中引入注意力机制,对小目标进行关注;然后,利用密集连接网络（DenseNet）充分融合网络浅层信息,并用深度可分离卷积替换主干网络中的普通卷积,减少模型的参数量,提升检测速率。在特征融合网络中,通过双向金字塔结构实现深浅层特征的双向融合,并将3尺度预测变为4尺度预测,提高了多尺度特征的学习能力;在损失函数方面,选取GIoU（Generalized Intersection over Union）作为损失函数,提高目标识别的精度,降低目标漏检率。实验结果表明,基于改进YOLOv3（You Only Look Once v3）的目标检测算法在Pascal VOC测试集上的平均准确率均值（mAP）达到83.26%,与原YOLOv3算法相比提升了5.89个百分点,检测速度达22.0 frame/s;在COCO数据集上,与原YOLOv3算法相比,基于改进YOLOv3的目标检测算法在mAP上提升了3.28个百分点;同时,在进行多尺度的目标检测中,算法的mAP有所提升,验证了基于改进YOLOv3的目标检测算法的有效性。     

基于改进YOLOv5s电动车头盔的自动检测与识别

针对目前电动车头盔小目标检测的精度低、鲁棒性差,相关系统不完善等问题,提出了基于改进YOLOv5s的电动车头盔检测算法。所提算法引入卷积块注意力模块（CBAM）和协调注意力（CA）模块,采用改进的非极大值抑制（NMS）,即DIoU-NMS(Distance Intersection over Union-Non Maximum Suppression);同时增加多尺度特征融合检测,并结合密集连接网络改善特征提取效果;最后,建立了电动车驾驶人头盔检测系统。在自建的电动车头盔佩戴数据集上,当交并比（IoU）为0.5时,所提算法的平均精度均值（mAP）比原始YOLOv5s提升了7.1个百分点,召回率（Recall）提升了1.6个百分点。实验结果表明,所提改进的YOLOv5s算法更能满足在实际情况中对电动车及驾驶员头盔的检测精度要求,一定程度上降低了电动车交通事故的发生率。     

基于Faster R-CNN的多任务增强裂缝图像检测方法

针对Faster R-CNN算法对多目标、小目标检测精度不高的问题,本文提出一种基于Faster R-CNN的多任务增强裂缝图像检测(Multitask Enhanced Dam Crack Image Detection Based on Faster R-CNN, ME-Faster R-CNN)方法。同时提出一种基于K-means的多源自适应平衡TrAdaBoost的迁移学习方法(multi-source adaptive balance TrAdaBoost based on K-means, K-MABtrA)辅助网络训练,解决样本不足问题。ME-Faster R-CNN将图片输入ResNet-50网络提取特征;然后将所得特征图输入多任务增强RPN模型,同时改善RPN模型的锚盒尺寸和大小以提高检测识别精度,生成候选区域;最后将特征图和候选区域发送到检测处理网络。K-MABtrA方法利用K-means聚类删除与目标源差别较大的图像,再在多元自适应平衡TrAdaBoost迁移学习方法下训练模型。实验结果表明:将ME-Faster R-CNN在K-MABtrA迁移学习的条件下应用于小数据集大坝裂缝图像集的平均IoU为82.52%,平均精度mAP值为80.02%,与相同参数设置下的Faster R-CNN检测算法相比,平均IoU和mAP值分别提高了1.06%和1.56%。     

基于注意力机制和元特征二次重加权的小样本目标检测

在基于迁移学习的小样本目标检测任务中,由于缺乏关注图像中待检测目标的注意力机制,所以现有模型对于待检测目标周边背景区域的抑制能力不强,且在迁移学习过程中通常需要对元特征进行微调来实现跨域共享,这将引起元特征偏移,从而导致模型对大样本图像检测能力的下降。针对上述问题,基于注意力机制和元特征二次重加权机制,提出改进的元特征迁移模型Up-YOLOv3。首先,在原始元特征迁移模型Base-YOLOv2中引入基于卷积块注意力模块（CBAM）的注意力机制,使特征提取网络聚焦于图像中的目标区域并关注图像目标类别的细节特征,从而提升模型对小样本图像目标的检测性能;其次,引入基于压缩?激励（SE）的元特征二次重加权模块（SE-SMFR）对大样本图像的元特征进行二次重加权,以获取二次重加权元特征,使模型在提升小样本目标检测性能的同时也能减小大样本图像元特征信息的权重偏移。实验结果表明,在PASCAL VOC2007/2012数据集上,相较于Base-YOLOv2,Up-YOLOv3针对小样本图像检测的平均准确率均值（mAP）提升了2.3~9.1个百分点;相较于原始的基于YOLOv3元特征迁移模型Base-YOLOv3,Up-YOLOv3针对大样本图像的mAP提升了1.8~2.4个百分点。可见,改进后模型对不同类别的大样本图像和小样本图像均具有良好的泛化能力和鲁棒性。     

基于可变权重损失函数和难例挖掘模块的Faster R-CNN改进算法

基于深度卷积神经网络的目标检测算法已成为目标检测领域中的研究热点,它包括基于区域提议的两阶段目标检测算法和基于位置回归的一阶段目标检测算法。Faster R-CNN是两阶段目标检测的典型算法之一,但是,训练数据集中简单样本-〖KG-*8〗难分样本数量不平衡,以及样本数据的类间不平衡,都是影响Faster R-CNN检测精度的重要原因。本文提出一种基于可变权重损失函数Focal Loss和难例挖掘模块的改进Faster R-CNN算法。具体地,在网络的分类部分引入Focal Loss函数,通过权重调节样本数据的类间不平衡,改善简单样本-〖KG-*8〗难分样本的数量不平衡;同时,修改网络结构,引入难例挖掘模块,进一步平衡简单样本-〖KG-*8〗难分样本的数量,提高网络的检测性能。本文采用不同数据集,不同基础网络来测试提出的算法性能。实验结果表明,在VGG-16基础网络下,本文算法在Pascal VOC 2007数据集上平均检测精度较原算法提高了0.9个百分点,在Pascal VOC 07+12数据集上提高了1.7个百分点;在Res-101基础网络上,在Pascal VOC 2007数据集上平均检测精度较原算法提高了1.3个百分点,在Pascal VOC 07+12数据集上提高了1.5个百分点。     

基于多尺度感受野融合的小目标检测算法

针对通用目标检测算法在检测小目标时检测精度低的问题,提出一种基于多尺度感受野融合的小目标检测算法S-RetinaNet。该算法采用残差神经网络（residual neural network,ResNet）提取出图像的特征,利用递归特征金字塔网络（recursive feature pyramid network,RFPN）对特征进行融合,通过多尺度感受野融合模块（multiscale receptive field fusion,MRFF）分别处理RFPN的三个输出,提升对小目标的检测能力。实验表明,相比改进前的RetinaNet算法,S-RetinaNet算法在PASCAL VOC数据集上的均值平均精度（mean average precision,mAP）和MS COCO数据集上的平均精度（average precision,AP）分别提高了2.3和1.6个百分点,其中小目标检测精度（average precision small,APS）更为显著,提升了2.7个百分点。     

基于小波特征与注意力机制结合的卷积网络车辆重识别

针对现有的基于卷积神经网络（CNN）的车辆重识别方法所提取的特征表达力不足的问题,提出一种基于小波特征与注意力机制相结合的车辆重识别方法。首先,将单层小波模块嵌入到卷积模块中代替池化层进行下采样,减少细粒度特征的丢失;其次,结合通道注意力（CA）机制和像素注意力（PA）机制提出一种新的局部注意力模块——特征提取模块（FEM）嵌入到卷积网络中,对关键信息进行加权强化。在VeRi数据集上与基准残差网络ResNet-50、ResNet-101进行对比。实验结果表明,在ResNet-50中增加小波变换层数能提高平均精度均值（mAP）;在消融实验中,虽然ResNet-50+离散小波变换（DWT）比ResNet-101的mAP降低了0.25个百分点,但是其参数量和计算复杂度都比ResNet-101低,且mAP、Rank-1和Rank-5均比单独的ResNet-50高,说明该模型在车辆重识别中能够有效提高车辆检索精度。     

基于全局与局部标签关系的多标签图像分类方法

针对多标签图像分类任务中存在的难以对标签间的相互作用建模和全局标签关系固化的问题,结合自注意力机制和知识蒸馏（KD）方法,提出了一种基于全局与局部标签关系的多标签图像分类方法（ML-GLLR）。首先,局部标签关系（LLR）模型使用卷积神经网络（CNN）、语义模块和双层自注意力（DLSA）模块对局部标签关系建模;然后,利用KD方法使LLR学习全局标签关系。在公开数据集MSCOCO2014和VOC2007上进行实验,LLR相较于基于图卷积神经网络多标签图像分类（ML-GCN）方法,在平均精度均值（mAP）上分别提高了0.8个百分点和0.6个百分点,ML-GLLR相较于LLR在mAP上分别进一步提高了0.2个百分点和1.3个百分点。实验结果表明,所提ML-GLLR不仅能对标签间的相互关系进行建模,也能避免全局标签关系固化的问题。     

基于改进注意力机制的交通标志检测算法

针对交通标志在某些场景中存在分辨率过低、被覆盖等环境因素影响导致在目标检测任务中出现漏检、误检的情况,提出一种基于改进注意力机制的交通标志检测算法。首先,针对交通标志因破损、光照等环境影响造成图像分辨率低从而导致网络提取图像特征信息有限的问题,在主干网络中添加注意力模块以增强目标区域的关键特征;其次,特征图中相邻通道间的局部特征由于感受野重叠而存在一定的相关性,用大小为k的一维卷积代替通道注意力模块中的全连接层,以达到聚合不同通道信息和减少额外参数量的作用;最后,在路径聚合网络（PANet）的中、小尺度特征层引入感受野模块来增大特征图的感受野以融合目标区域的上下文信息,从而提升网络对交通标志的检测能力。在中国交通标志检测数据集（CCTSDB）上的实验结果表明,所提出的YOLOv4（You Only Look Once v4）改进算法在引进极少的参数量与原算法检测速度相差不大的情况下,平均精确率均值（mAP）达96.88%,mAP提升了1.48%;而与轻量级网络YOLOv5s相比,在单张检测速度慢10 ms的情况下,所提算法mAP比YOLOv5s高3.40个百分点,检测速度达到40?frame/s,说明该算法完全满足目标检测实时性的要求。     

无锚点的遥感图像任意角度密集目标检测方法

针对基于深度学习的遥感图像目标检测方法密集目标漏检率高、分类不准确的问题,建立了一种基于深度学习的无锚点的遥感图像任意角度的密集目标检测方法。首先采用CenterNet作为基线模型,经过主干网络提取特征,并改造原有检测器结构,即加入角度回归分支进行目标角度回归;然后提出一种基于非对称卷积的特征增强模块,并将主干网络提取到的特征图输入特征增强模块,从而增强目标的旋转不变性特征,消除由于目标的旋转、翻转带来的影响,进一步提升目标中心点、尺寸信息的回归精度。采用HourGlass-101作为主干网络时,该方法在DOTA数据集上的平均精度均值（mAP）比旋转区域候选网络（RRPN）提升了7.80个百分点,每秒处理帧数（FPS）提升了7.5;在自建数据集Ship3上,该方法的mAP比RRPN提升了8.68个百分点,FPS提升了6.5。结果表明,所提方法能获得检测精度和速度的平衡。