基于对抗式扩张卷积的多尺度人群密度估计

目的 人群密度估计任务是通过对人群特征的提取和分析,估算出密度分布情况和人群计数结果。现有技术运用的CNN网络中的下采样操作会丢失部分人群信息,且平均融合方式会使多尺度效应平均化,该策略并不一定能得到准确的估计结果。为了解决上述问题,提出一种新的基于对抗式扩张卷积的多尺度人群密度估计模型。方法 利用扩张卷积在不损失分辨率的情况下对输入图像进行特征提取,且不同的扩张系数可以聚集多尺度上下文信息。最后通过对抗式损失函数将网络中提取的不同尺度的特征信息以合作式的方式融合,得到准确的密度估计结果。结果 在4个主要的人群计数数据集上进行对比实验。在测试阶段,将测试图像输入训练好的生成器网络,输出预测密度图;将密度图积分求和得到总人数,并以平均绝对误差（MAE）和均方误差（MSE）作为评价指标进行结果对比。其中,在ShanghaiTech数据集上Part_A的MAE和MSE分别降至60.5和109.7,Part_B的MAE和MSE分别降至10.2和15.3,提升效果明显。结论 本文提出了一种新的基于对抗式扩张卷积的多尺度人群密度估计模型。实验结果表明,在人群分布差异较大的场景中构建的算法模型有较好的自适应性,能根据不同的场景提取特征估算密度分布,并对人群进行准确计数。     

基于像素级注意力机制的人群计数方法

针对人群分布不均和网络学习参数众多问题,提出了一种由像素级注意力机制（PAM）和改进的单列人群密度估计网络两部分组成的高密度人群计数方法。首先,使用PAM通过对人群图像进行像素级别的分类来生成高质量的局部人群密度图,利用全卷积网络（FCN）生成每个图像的密度掩码,将图像中的像素分为不同的密度级别;然后,以生成的密度掩码为标签,使用单列人群密度估计网络以更少的参数学习到更多的代表性特征。在此之前,在Shanghaitech数据集part_B部分、UCF_CC_50数据集以及WorldExpo'10数据集上,拥塞场景识别网络（CSRNet）方法的计数误差最小。将所提方法与CSRNet方法的误差结果对比,发现所提方法在Shanghaitech数据集part_B部分的平均绝对误差（MAE）和均方误差（MSE）分别降低了8.49%和4.37%;在UCF_CC_50数据集上的MAE和MSE分别降低了58.38%和51.98%,优化效果显著;在WorldExpo'10数据集上的整体平均值部分的MAE降低了1.16%。实验结果表明,在针对人群分布不均的高密度人群计数时,结合PAM和单列人群密度估计网络的方法能够有效提高高密度人群计数的精确度和训练效率。     

基于深度卷积神经网络的人群密度估计方法

人群密度自动估计作为人群控制和管理的方法,是当前视频监控中的一个重要研究领域。现有的方法通过提取复杂的特征来进行人群密度估计,由于人群遮挡、透视效果和环境复杂等条件限制,难以满足实际应用中的需求,而深度卷积神经网络在特征学习上具有较强的能力。提出了一种基于深度卷积神经网络DCNN(Deep Convolution Neural Network)的方法来进行自然场景下人群密度估计。首先,为了消除摄像机透视效果,以图像中行人身高作为尺度基准,将图像分成多个子图像块。其次,设计一种新的深度卷积神经网络结构,利用多种不同的卷积核提取人群图像的深层次特征进行人群密度估计。实验结果证明该方法在自然场景下人群密度估计具有良好的稳定性和鲁棒性。     

一种抗背景干扰的多尺度人群计数算法

人群计数技术以估计人群图片或视频中的人数为目标,可以有效预防人群踩踏事故的发生,广泛应用于安防预警、城市规划及大型集会管理等领域。然而,由于人群尺度变化、背景干扰、人群分布不均、遮挡和透视效应等因素的影响,单幅图片的人群计数仍是一项非常具有挑战性的任务。针对人群计数中多尺度变化和背景干扰问题,提出一种抗背景干扰的多尺度人群计数算法。以VGG16网络结构为基础,引入特征金字塔构建多尺度特征融合骨干网络解决人群多尺度变化问题,设计Double-Head-CC结构对融合后的特征图进行前景背景分割和密度图预测以抑制背景干扰。基于密度图的局部相关性和多任务学习,定义多重损失函数和多任务联合损失函数进行网络优化。在ShanghaiTech、UCF-QNRF和JHU-CROWD++数据集上进行训练和评测,实验结果表明,该算法能够很好地预测人群密度分布和人群数量,具有较高的准确性,且鲁棒性强、泛化性能良好。     

基于单列多尺度卷积神经网络的人群计数

单张图片和监控视频中的人群计数问题在近年来受到了越来越多的关注。尺度的变化和人群遮挡等问题,导致人群计数是一项十分具有挑战性的任务,但是深度卷积神经网络被证明能有效地解决这一问题。文中提出了一种单列多尺度的卷积神经网络,该网络提供了一种数据驱动的深度学习方法,能够理解各种不同的场景,并能进行精确的计数估计。该网络模型主要由作为二维特征提取的前端与中端,和用来还原密度图的后端组成。其中,使用堆叠池代替最大池化层,在不引入额外参数的前提下增加了模型的尺度不变性。网络模型前端采用部分VGG-16结构;中端采用FME(特征聚合模块),用来打破不同列之间的独立,以更好地提取多尺度特征信息;后端采用3列5层的不同扩张率的空洞卷积,在保持分辨率不变的情况下增加感受野,生成更高质量的人群密度图,并引入一种相对人数损失,以提升稀疏密度人群情况下模型的性能。该模型在两个最具挑战性的人群计数数据集上都取得了很好的效果。实验结果表明,在公开人群计数数据集ShanghaiTech的两个子集和UCF_CC_50上,该方法的平均绝对误差(MAE)和均方误差(MSE)分别是66.2和103.0、8.7和13.4、251.0和329.5,性能比传统人群计数方法更好。与其他模型相比,该模型拥有更高的精度和更好的鲁棒性,对稀疏人数图像有着更好的计数效果。     

融合注意力机制与上下文密度图的人群计数网络

为分析商业区人群流动情况,或避免人群踩踏等公共事件的发生,通常采用人群计数方法统计监控图像中的人数信息,从而达到提前预警的效果。受目标遮挡、背景干扰、多尺度变化等因素的影响,现有的人群计数方法在统计人数信息的过程中存在误算或漏算的问题,导致准确率降低。提出一种基于注意力机制与上下文密度图融合的人群计数网络CADMFNet。以VGG16的部分卷积层作为前端网络,通过引入上采样融合模块对输入的特征图进行上下文特征融合,将不同膨胀率的膨胀卷积作为后端网络,生成高质量的中间密度图。在此基础上,采用上下文注意力模块融合不同层级的中间密度图,获得精细的人群密度图。实验结果表明,该网络在Mall数据集上的平均绝对误差和均方根误差分别为1.31和1.59,相比CSRNet、MCNN等网络,能够有效提高计数的准确度,并且具有较优的鲁棒性。     

基于深度特征融合生成的密集人群计数网络

为了进一步提高密集人群计数任务的计数精度,提出一种利用深度语义特征逐步降维重建的密集人群计数网络。前端采用深度卷积网络得到基本的深度语义特征;后端采用基于空洞卷积的多尺度特征融合块来丰富深度语义特征。通过语义重建块与上采样相结合,在进行多次降维重建以后生成与原始图像相同分辨率的人群密度图,并由此得到人群数量。将该模型在公开的数据集ShanghaiTech、UCF_CC_50、UCF-QNRF上与历年的主要方法进行对比,该方法无论是在人群计数精度还是密度图质量上都体现出了明显的优势,同时在多个数据上的验证实验表明模型具有较好的鲁棒性。     

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。     

基于多尺度空间注意力特征融合的人群计数网络

针对严重的尺度变化和遮挡导致在不同密集场景人群计数任务中性能差的问题,在密集场景识别网络（CSRNet）的基础上通过增加多尺度特征融合结构并引入空间注意力机制,提出了一种多尺度空间注意力特征融合网络（MAFNet）。在MAFNet进行特征提取之前,需要对添加了人头标记的场景图进行高斯滤波生成真实密度图;此外,MAFNet还通过联合使用两种基本损失函数的方法来约束密度估计图与真实密度图的一致性。接着,MAFNet以多尺度特征融合结构为主干,首先采用边提取多尺度特征边融合的策略得到多尺度融合特征图,然后使用空间注意力模块对特征图进行校准和再融合,之后通过扩张卷积生成密度估计图,最后对密度估计图逐像素积分得到场景中的人数。为了验证所提出模型的有效性,在四个人群计数数据集（ShanghaiTech、UCF_CC_50、UCF_QRNF和World-Expo’10）上进行了评估。其中ShanghaiTech数据集PartB的实验结果显示,MAFNet与CSRNet相比,平均绝对误差（MAE）降低了34.9%,均方误差（MSE）降低了29.4%。在多个数据集上的实验结果表明,采用注意力机制和多尺度特征融合策略使MAFNet可以提取更多细节信息,减少尺度变化和遮挡带来的影响。     

基于尺度自适应卷积神经网络的人群计数算法

为解决单幅图像中的人群遮挡和尺度变化问题,提出一种基于多列卷积神经网络的人群计数算法。利用具有不同尺寸感受野的卷积神经网络(CNN)和特征注意力模块自适应提取多尺度人群特征,引入可变形卷积增强CNN网络空间几何形变学习能力并优化特征图,从而生成高质量的密度图。Shanghai Tech和UCF_CC_50数据集上的实验结果表明,该算法能学习输入图和人群密度图之间的映射关系,且计数准确性高、鲁棒性强。     

基于多尺度多任务卷积神经网络的人群计数

在智能监控领域，实现人群计数具有重要价值，针对人群尺度不一、人群密度分布不均及遮挡等问题，提出一种多尺度多任务卷积神经网络（MMCNN）进行人群计数的方法。首先提出一种新颖的自适应人形核生成密度图描述人群信息，消除人群遮挡影响；其次通过构建多尺度卷积神经网络解决人群尺度不一问题，以多任务学习机制同时估计密度图及人群密度等级，解决人群分布不均问题；最后设计一种加权损失函数，提高人群计数准确率。在UCF_CC_50和World Expo'10数据库上进行了评估，验证了自适应人形核的有效性。实验结果表明：所提算法比Sindagi等的方法（SINDAGI V A，PATEL V M.CNN-based cascaded multi-task learning of high-level prior and density estimation for crowd counting.Proceedings of the 2017 14th IEEE International Conference on Advanced Video and Signal Based Surveillance.Piscataway，NJ：IEEE，2017：1-6）在UCF_CC_50数据库上平均绝对误差（MAE）数值和均方误差（MSE）数值分别降低约1.7和45；与Zhang等的方法（ZHANG Y，ZHOU D，CHEN S，et al.Single-image crowd counting via multi-column convolutional neural network.Proceedings of the 2016 IEEE Conference on Computer Vision and Pattern Recognition.Washington，DC：IEEE Computer Society，2016：589-597）相比，在World Expo'10数据库上所提算法的MAE值降低约1.5，且在真实公共汽车数据库上仅0~3人的计数误差，表明其实用性较强。     

人数统计与人群密度估计技术研究现状与趋势

人数统计与人群密度估计是人群分析中的重要分支,也是视频监控所关注的重要信息之一。尽管近几十年来该领域取得了一些重要进展,但仍存在一些具有挑战性的问题。综述了基于计算机视觉的人数统计与人群密度估计方法的研究现状以及发展动态。首先,介绍了人数统计与人群密度估计技术的发展背景及应用方向。其次,总结了近年来提出的比较重要的方法,从机器学习的角度,将其分为浅层学习的方法和深度学习的方法;而从学习到的模型角度又可将其分为直接的方法(即基于检测的方法)和间接的方法(如基于像素的方法、基于纹理的方法以及基于角点的方法)。详细介绍了近二十年来基于浅层学习的方法,并对近些年来基于深度学习的人数统计与人群密度估计技术做了一个简要的总结。然后,对人数统计及人群密度估计方法性能评估技术进行简介,并提供了几个用于人数统计与人群密度估计的测试与评估数据集。最后,总结了该领域存在的技术挑战并对未来的研究方向进行了展望。     

基于尺度融合的密集人群计数

现实场景中人群尺度的巨大差异给密集人群计数算法带来了巨大的挑战,因此提出一种基于尺度融合的密集人群计数算法.首先对密度图构建算法进行优化,利用多个头部检测器获取稀疏人群的部分头部尺度,并用径向基差值进行补全,在人群密集区域辅之以距离自适应的人群密度图生成算法,生成更为精确的人群密度图.其次利用移动翻转瓶颈卷积模块设计尺度融合的人群密度图回归神经网络,并加入膨胀卷积模块进一步提升人体头部边缘特征提取能力.最后,通过将人群区域和非人群区域进行区分对人群密度图回归神经网络损失函数进行优化.在实验部分,将该算法在多个数据集上与多个同类算法进行了充分的对比实验与消融实验,实验结果表明提出的方法能够显著提升密集人群计数算法的准确性.     

结合神经网络与多列特征图聚合的人群计数

在公共安全领域，基于图像的人群计数具有重要的社会意义和应用前景，难题在于人群遮挡、密度分布不均、背景噪声和人在场景中的尺度和外观变化范围大。提出一种深度卷积神经网络结构，一方面使用类似于VGG16的网络结构来学习图片中的深层语义信息，另一方面使用多列神经网络来学习各种头部尺寸的特征信息。将拥有不同大小感受野和深度的分支网络得到的特征图融合在一起，可有效地收集到图片中的底层细节特征和高层语义信息。通过将这两部分结合在一起计算人群数量。在ShanghaiTech数据集上测试，Part_A和Part_B的平均绝对误差分别为72.0和10.1；Part_A和Part_B的均方误差分别为107.9和16.0。     

多层次特征融合的人群密度估计

目的 人群数量和密度估计在视频监控、智能交通和公共安全等领域有着极其重要的应用价值。现有技术对人群数量大,复杂环境下人群密度的估计仍存在较大的改进空间。因此,针对密度大、分布不均匀、遮挡严重的人群密度视觉检测,提出一种基于多层次特征融合网络的人群密度估计方法,用来解决人群密度估计难的问题。方法 首先,利用多层次特征融合网络进行人群特征的提取、融合、生成人群密度图;然后,对人群密度图进行积分计算求出对应人群的数量;最后,通过还原密度图上人群空间位置信息并结合估算出的人群数量,对人群拥挤程度做出量化判断。结果 在Mall数据集上本文方法平均绝对误差（MAE）降至2.35,在ShanghaiTech数据集上MAE分别降至20.73和104.86,与现有的方法进行对比估计精度得到较大提升,尤其是在环境复杂、人数较多的场景下提升效果明显。结论 本文提出的多层次特征融合的人群密度估计方法能有效地对不同尺度的特征进行提取,具有受场景约束小,人群数量估计精度高,人群拥挤程度评估简单可靠等优点,实验的对比结果验证了本文方法的有效性。