基于环境上下文和语义特征融合的小目标检测算法

针对现阶段目标检测领域中小目标由于特征信息匮乏而难以检测的问题,提出了一种基于SSD(Single Shot multibox Detector)算法的改进小目标检测算法（CS-SSD）。首先,以特征金字塔中不同大小的感受野表达出的不同特征信息为基础,在SSD算法的主干框架上增加了环境上下文特征融合模块以及自顶向下的语义特征融合模块,为小目标提供环境上下文和语义特征信息;然后,在SSD算法的检测层上增加基于残差结构的检测头,从而充分利用融合后的特征以提高检测精度;最后,使用一种受人类学习方式启发的分阶段网络训练算法来缓解小目标与中大型目标在网络训练中损失不平衡问题。在VOC07+12数据集上进行实验,CS-SSD算法的平均检测精度（mAP）达到了82.00%,相较于SSD算法提升了2.08个百分点;同时小目标平均检测精度相较于SSD算法提升了7.87个百分点。实验结果表明,CS-SSD算法能充分融合网络中的环境上下文和语义特征信息以达到提高小目标检测精度的效果。     

基于改进SSD算法的遥感图像目标检测

在遥感图像目标检测领域,多数目标检测算法针对小目标检测时效果不佳,为此,提出一种多尺度特征融合的遥感图像目标检测算法。利用SSD算法的基础网络进行特征提取,形成特征图金字塔。设计特征图融合模块,融合浅层特征图的位置信息和深层特征图的语义信息,从而保留丰富的上下文信息。设计冗余信息去除模块,通过卷积操作进一步提取特征图中的特征,并对特征信息进行筛选,以减少特征图融合时带来的混叠效应。在遥感图像数据集NWPU VHR-10上的实验结果表明,该算法的平均检测精度高达93.9%,其针对遥感图像小目标的检测性能优于Faster R-CNN和SSD等算法。     

基于MobileNetV2和IFPN改进的SSD垃圾实时分类检测方法

针对垃圾分类检测任务中检测目标尺寸不一和小目标检测精度不高等问题,构建一种基于隐式特征金字塔网络（IFPN）和MobileNetV2的改进SSD模型的分类检测方法,对垃圾进行实时分类检测。首先,将改进后的MobileNetV2引入SSD,加入带有空洞卷积的空间金字塔池化模块（ASPP）,在降低网络模型计算复杂度的同时保证网络实时性和精确性;其次,采用IFPN从网络的深层到浅层逐级融合SSD,更精确地检测出小目标;最后,使用Focal Loss函数调节正负样本之间的权重。实验结果表明,在阈值为0.4时,所提方法比传统SSD平均精确率均值（mAP）提高了4.84个百分点,检测耗时减少了72.7%,能满足边缘计算设备对模型的各项要求。     

基于改进的Faster R-CNN的通用目标检测框架

针对当前基于深度学习的检测器不能有效检测形状不规则或长宽相差悬殊的目标的问题,在传统Faster R-CNN算法的基础上,提出了一个改进的二阶段目标检测框架——Accurate R-CNN。首先,提出了新的交并比（IoU）度量——有效交并比（EIoU）,通过提出中心度权重来降低训练数据中冗余包围框的占比。然后,提出了一个上下文相关的特征重分配模块（FRM）,通过建模目标的远程依赖和局部上下文关系信息对特征进行重编码,以弥补池化过程中的形状信息损失。实验结果表明,在微软多场景通用目标（MS COCO）数据集上,对于包围框检测任务,当使用深度为50和101的残差网络（ResNet）作为骨干网络时,Accurate R-CNN比基线模型Faster R-CNN的平均精度（AP）分别提高了1.7个百分点和1.1个百分点,超越了使用同样骨干网络的基于掩膜的检测器。在添加掩膜分支后,对于实例分割任务,当使用两种不同深度的ResNet作为骨干网络时,Accurate R-CNN比Mask R-CNN的掩膜平均精度分别提高了1.2个百分点和1.1个百分点。研究结果显示,相较于基线模型,Accurate R-CNN在不同数据集、不同任务上均取得了更好的检测效果。     

基于改进SSD算法对奶牛的个体识别

为了实现养殖场环境下无接触、高精度的奶牛个体有效识别,针对SSD（single shot multibox detector）算法识别准确率不高的问题,提出一种基于浅层特征模块的改进SSD（shallow feature module SSD,SFM-SSD）算法。将原始SSD算法的主干网络由VGG16替换为MobileNetV2,以降低网络的运算量,改善检测的实时性;针对SSD网络结构的浅层特征图设计浅层特征模块,扩大浅层特征图的感受视野,提高浅层特征图对目标物体的特征提取能力;利用[K]均值聚类算法重构区域候选框,提高算法的检测精度。实验结果表明：在奶牛个体识别任务中,SFM-SSD算法的平均准确率比原始的SSD算法提升3.13个百分点。同时检测的实时性也得到改善。     

基于空洞卷积与特征增强的单阶段目标检测算法

基于卷积神经网络目标检测算法的浅层特征图包含丰富的细节信息,但缺乏语义信息,而深层特征图则相反。为充分利用浅层和深层特征图特征,解决多尺度目标检测问题,提出一种新的单阶段目标检测算法（AFE-SSD）。以SSD算法为基础,分别对该算法中相邻的2个特征图进行特征融合,从而丰富浅层特征层的语义信息。通过对并行空洞卷积机制进行改进,构建多尺度特征提取模块,将融合后的特征图通入多尺度特征提取模块的方式丰富其多尺度信息,同时提升主干网络的特征提取能力。在PASCAL VOC2007测试集上的实验结果表明,AFE-SSD算法的mAP为79.8%,检测速度为58.8 frame/s,与SSD、DSSD算法相比,mAP分别提升了2.4和1.2个百分点,验证了所提特征融合方式及多尺度提取模块的有效性。     

一种改进的BR-YOLOv3目标检测网络

在目标检测任务中不同目标间尺寸差异较大,导致多尺寸目标难以被有效检测。基于YOLOv3提出BR-YOLOv3目标检测网络。利用空洞卷积提升网络层感受野尺寸的特性,使用不同数量、尺寸、膨胀率的卷积构建多层并行的空洞感受野模块。通过双向特征金字塔结构实现浅深层特征的双向融合,提升浅层预测分支分类、深层预测分支目标定位能力。使用LOSS_GIOU定位损失函数实现目标回归过程整体化,从而降低目标漏检率。实验结果表明,BR-YOLOv3目标检测网络在Pascal VOC测试集上的测试平均精度均值达到79.24%,相比原网络提升3.52个百分点,且在检测精度上优于SSD、Faster RCNN等主流目标检测网络。     

融合特征增强和自注意力的SSD小目标检测算法

SSD是一种多尺度目标检测算法,由于浅层特征图缺乏语义信息,导致小目标的检测准确率低.针对这个问题,提出一种融合特征增强和自注意力的SSD小目标检测算法FA-SSD.该算法在SSD基础上构建一条自深向浅的递归反向路径,此路径包含三个模块:深层特征增强模块利用路径深层多尺度特征图生成的上下文信息和最深层特征图的语义信息,...     

改进CenterNet的无人机小目标捕获检测方法

小目标因浅层特征语义不足而深层特征信息缺失导致极难检测,而无人机视角场景复杂,检测难度进一步增大。普遍提升小目标检测精度的方法是进行不同层级的特征融合,但这会导致特征高冗余问题,并非所有特征层都值得被激活传递到后方的数据预测中去。针对上述问题对CenterNet进行改造,首次将其与自适应特征激活相结合,提出自适应基础模块（MSA）,抑制冗余特征的表达;在主干输出处引入升维全局上下文注意力模块（GC-Block）,强化关键点语义信息;用深度可分离卷积与Mish激活搭建高质量解码块（DW）,在不增加模型复杂度的情况下提升解码精度。在公开的无人机捕获小目标数据集上进行对比实验,改进算法的AP较原始算法提升了2.2个百分点,召回率提升了2.4个百分点,验证了改进算法对小目标检测任务的有效性。     

基于多尺度特征融合的小目标行人检测

针对SSD当前存在的小目标漏检以及误检问题,结合反卷积与特征融合思想,提出hgSSD模型。将原SSD特征层反卷积后与较浅层特征结合,实现复杂场景下小目标行人检测。为了保留浅层网络特征,提高算法实时性,节省计算资源,hgSSD模型基础网络使用VGG16,而非更深层的ResNet101。为了加强对小目标的检测,将VGG16中的Conv3_3改进为特征层加入训练。融合后的网络相对于SSD较为复杂,但基本保证实时性,且成功检测到大部分SSD网络漏检的小目标,检测精度相比于SSD模型也有提升。在选择框置信度得分阈值为0.3的情况下,基本检测到SSD漏检小目标。在VOC2007+2012中相对于SSD行人检测的Average Precision值从0.765提升为0.83。     

基于PDSSD改进型神经网络的小目标检测算法

SSD卷积神经网络一直对较小目标检测精度不佳。对此在SSD网络结构的基础上引入空洞卷积(Dilated Convolution),并组建空洞金字塔模块(Pyramid Dilated Convolution)和特征空洞金字塔模块(Feature Pyramid Dilated Convolution)融入SSD中,提升了网络浅层特征层的语义信息,提高了深层特征层的感受野和特征提取能力,构建了新型网络结构Pyramid Dilated SSD(PDSSD)。实验结果表明,PDSSD在PASCAL-VOC数据集上的检测mAP(Mean Average Precision)值高达82.1%,检测精度和小目标检测能力明显高于SSD,并且网络训练速度和mAP值领先于其他主流算法。     

采用卷积核金字塔和空洞卷积的单阶段目标检测

目的 在基于深度学习的目标检测模型中,浅层特征图包含更多细节但缺乏语义信息,深层特征图则相反,为了利用不同深度特征图的优势,并在此基础上解决检测目标的多尺度问题,本文提出基于卷积核金字塔和空洞卷积的单阶段目标检测模型。方法 所提模型采用多种方式融合特征信息,先使用逐像素相加方式融合多层不同大小的特征图信息,然后在通道维度拼接不同阶段的特征图,形成具有丰富语义信息和细节信息的信息融合特征层作为模型的预测层。模型在锚框机制中引入卷积核金字塔结构,以解决检测目标的多尺度问题,采用空洞卷积减少大尺寸卷积核增加的参数量,合理地降低锚框数量。结果 实验结果表明,在PASCAL VOC2007测试数据集上,所提检测框架在300×300像素的输入上检测精度达到79.3% mAP（mean average precision）,比SSD（single shot multibox detector）高1.8%,比DSSD（deconvolutional single shot detector）高0.9%。在UCAS-AOD遥感数据测试集上,所提模型的检测精度分别比SSD和DSSD高2.8%和1.9%。在检测速度上,所提模型在Titan X GPU上达到21帧/s,速度超过DSSD。结论 本文模型提出在两个阶段融合特征信息并改进锚框机制,不仅具有较快的检测速度和较高的精度,而且较好地解决了小目标以及重叠目标难以被检出的问题。     

特征响应权重自适应的IoU网络跟踪算法改进

基于IoU网络提出一种IT-AWCR(IoU network tracking with adaptive weighted characteristic responses)目标跟踪算法.首先,根据目标运动速度设计目标搜索区域确定策略,通过理论分析使用ResNet50的block 3、block 4卷积块的输出分别作为目标的浅层和深层特征表示;然后,以目标定位准确度和滤波模型抗干扰能力为评价指标,通过优化算法自适应计算目标深、浅特征响应加权权重,从加权融合响应中获取目标粗略位置和边界框,经扰动操作获取多个候选边界框输入IoU调制-预测网络预测IoU值,取最大IoU对应边界框为最终预测目标边界框;最后,根据训练样本的相关学习权重和样本间相似度更新生成样本集,基于样本集采用稀疏优化策略实现滤波模型更新. OTB2015和VOT2018数据集上的实验结果验证了所提出算法的有效性.     

SSD与时空特征融合的视频目标检测

目的 视频目标检测旨在序列图像中定位运动目标,并为各个目标分配指定的类别标签。视频目标检测存在目标模糊和多目标遮挡等问题,现有的大部分视频目标检测方法是在静态图像目标检测的基础上,通过考虑时空一致性来提高运动目标检测的准确率,但由于运动目标存在遮挡、模糊等现象,目前视频目标检测的鲁棒性不高。为此,本文提出了一种单阶段多框检测（single shot multibox detector,SSD）与时空特征融合的视频目标检测模型。方法 在单阶段目标检测的SSD模型框架下,利用光流网络估计当前帧与近邻帧之间的光流场,结合多个近邻帧的特征对当前帧的特征进行运动补偿,并利用特征金字塔网络提取多尺度特征用于检测不同尺寸的目标,最后通过高低层特征融合增强低层特征的语义信息。结果 实验结果表明,本文模型在ImageNet VID （Imagelvet for video object detetion）数据集上的mAP （mean average precision）为72.0%,相对于TCN （temporal convolutional networks）模型、TPN+LSTM （tubelet proposal network and long short term memory network）模型和SSD+孪生网络模型,分别提高了24.5%、3.6%和2.5%,在不同结构网络模型上的分离实验进一步验证了本文模型的有效性。结论 本文模型利用视频特有的时间相关性和空间相关性,通过时空特征融合提高了视频目标检测的准确率,较好地解决了视频目标检测中目标漏检和误检的问题。     

集成注意力机制和扩张卷积的道路提取模型

目的 为解决当前遥感影像道路提取方法普遍存在的自动化程度低、提取精度不高和由于样本数量不平衡导致的模型训练不稳定等问题,本文提出一种集成注意力机制和扩张卷积的道路提取模型（attention and dilated convolutional U-Net,A&D-UNet）。方法 A&D-UNet聚合网络模型以经典U-Net网络结构为基础,在编码部分引入残差学习单元（residual learning unit,RLU）,降低深度卷积神经网络在训练时的复杂度;应用卷积注意力模块（convolutional block attention module,CBAM）从通道和空间维度两个方面优化分配权重,突出道路特征信息;并使用扩张卷积单元（dilated convolutional unit,DCU）感受更大范围的特征区域,整合道路的上下文信息。采用二进制交叉熵（binary cross entropy,BCE）和Dice相结合的复合损失函数训练模型,减轻遥感影像中样本数量不平衡导致的模型不稳定。结果 在公开的美国马萨诸塞州和Deep Globe道路数据集上进行模型验证实验,并与传统的U-Net、LinkNet和D-LinkNet图像分割模型对比分析。在美国马萨诸塞州道路测试集上,本文构建的A&D-UNet模型的总体精度、F1分数和交并比等评价指标分别为95.27%、77.96%和79.89%,均优于对比算法,在测试集中对线性特征明显、标签遗漏标记以及存在树木遮挡的道路区域具有更好的识别效果;在Deep Globe道路测试集上,A&D-UNet模型的总体精度、F1分数和交并比分别为94.01%、77.06%和78.44%,且对线性特征明显的主干道路、标签未标记的狭窄道路以及阴影遮挡的城市道路都具有较好的提取效果。结论 本文提出的A&D-UNet道路提取模型,综合了残差学习、注意力机制和扩张卷积的优点,有效提升了目标分割的性能,是一种提取效果较好、值得推广的聚合网络模型。     

基于改进卷积注意力模块与残差结构的SSD网络

SSD(Single Shot Multibox Detector)是一种基于卷积神经网络的单阶检测算法,相比双阶检测算法,它在保证一定精度的同时显著提高了检测速度,但仍难以满足很多实际应用,尤其是在小目标检测任务中,检测精度更是难以满足需求.针对该不足,文中提出了一种基于改进残差结构与卷积注意力模块的特征提取网络Re...     

改进多层尺度特征融合的目标检测算法

为提高小目标检测任务的准确率和稳定性,解决SSD(single shot MultiBox detector)算法在小目标识别和定位过程中准确率较低的问题,基于SSD算法提出一种改进方法.在原始的SSD卷积网络结构上进行修改和优化,通过特征图之间的特征融合,重构卷积预测特征图上的物体特征信息.考虑到网络复杂度增加带来的...     

Single shot object detection with refined feature

Object classification and localization are two significant aspects of object detector based on the Single Shot MultiBox Detector (SSD). In general, the more feature maps there are, the better the object classification performance will be. However, when the information of excessive feature maps are sparse and unnecessary, the performance of object detection is slightly improved or maybe precisely opposite, which is instead harmful to the production of object localization. The performance of object detectors is not only related to the number of feature maps but also relies partly on the bounding box regression and Non-Maximum Suppression (NMS). In this paper, a detector is constructed based on SSD, called Detection with Refined Feature (DRF), involving center map and scale map, the detection loss is reshaped. Our motivation is to improve the accuracy of classification and localization by searching for central points and predicting the scales of the object points. Center map is used to predict the Intersection over Union (IoU) between the prediction box and ground truth box, while scale map considers the relationships among the different scales. Experimental results on both Pascal VOC and MS COCO 2014 instance datasets demonstrate the effectiveness of DRF. Using Darknet53, we achieve an 86.4% mean Average Precision (mAP) on Pascal VOC2007 and an 87.4% mAP on Pascal VOC2007 and VOC2012. On MS COCO, the DRF with ResNet50 still achieves moderate improvement.

     

融合环境特征与改进YOLOv4的安全帽佩戴检测

目的 在施工现场，安全帽是最为常见和实用的个人防护用具，能够有效防止和减轻意外带来的头部伤害。但在施工现场的安全帽佩戴检测任务中，经常出现难以检测到小目标，或因为复杂多变的环境因素导致检测准确率降低等情况。针对这些问题，提出一种融合环境特征与改进YOLOv4（you only look once version 4）的安全帽佩戴检测方法。方法 为补充卷积池化等过程中丢失的特征，在保证YOLOv4得到的3种不同大小的输出特征图与原图经过特征提取得到的特征图感受野一致的情况下，将两者相加，融合高低层特征，捕捉更多细节信息；对融合后的特征图采用3×3卷积操作，以减小特征图融合后的混叠效应，保证特征稳定性；为适应施工现场的各种环境，利用多种数据增强方式进行环境模拟，并采用对抗训练方法增强模型的泛化能力和鲁棒性。结果 提出的改进YOLOv4方法在开源安全帽佩戴检测数据集（safety helmet wearing dataset，SHWD）上进行测试，平均精度均值（mean average precision，mAP）达到91.55%，较当前流行的几种目标检测算法性能有所提升，其中相比于YOLOv4，mAP提高了5.2%。此外，改进YOLOv4方法在融合环境特征进行数据增强后，mAP提高了4.27%，在各种真实环境条件下进行测试时都有较稳定的表现。结论 提出的融合环境特征与改进YOLOv4的安全帽佩戴检测方法，以改进模型和数据增强的方式提升模型准确率、泛化能力和鲁棒性，为安全帽佩戴检测提供了有效保障。