基于雷达点云与图像数据的三维目标检测方法

在智能交通领域中,道路场景的三维目标实时检测对于保障汽车行驶安全具有重要意义.使用雷达点云和图像数据进行融合能够达到优势互补的效果,然而使用这两种数据融合的三维目标检测算法为得到较高的检测精度,通常都采用两阶段网络,相比于单阶段网络运算速度较慢,而在实际应用中检测系统的速度是非常重要的.针对以上问题,在单阶段网络RetinaNet上进行改进,设计了一种三维目标实时检测方法,将三维锚框映射到点云和图像的特征图上,利用ROI池化,将锚框在特征图上裁剪出的区域转换成相同大小并融合,最终输出目标边界框的回归参数和类别,并且对锚框进行调整得到目标预测边界框.在KITTI数据集上进行的实验表明,所研究的网络在行人、车辆等多目标检测的精确度和时间消耗方面均优于对比算法.     

基于非局部感知网络的运动目标跟踪方法

针对跟踪运动目标过程中网络对目标被遮挡或目标周围存在干扰物敏感，从而导致不可靠的响应位置和错误跟踪框的问题，提出一种基于深度学习的免锚框孪生卷积网络跟踪方法。首先，通过非局部感知网络来学习目标引导的特征权重，该权重用于细化目标模板分支和搜索分支的深度特征，以监督的方式利用两个分支特征的远程依赖性，从而有效抑制噪声干扰。其次，进一步开发一个包围框感知块将多维回归特征与跟踪质量相关联，这个模块加强目标模板分支和搜索分支之间的相互作用，提高网络定位准确性。在标准数据集上的实验结果表明，所提方法能实时跟踪目标，并在准确度上获得提升。     

FCOSR:一种无锚框的SAR图像任意朝向船舶目标检测网络

以FCOS为代表的无锚框网络避免了预设锚框带来的超参设定问题,然而其水平框的输出结果无法指示任意朝向下SAR船舶目标的精确边界和朝向。针对此问题,该文提出了一种名为FCOSR的检测算法。首先在FCOS回归分支中添加角度参量使其输出旋转框结果。其次,引入基于可形变卷积的9点特征参与船舶置信度和边界框残差值的预测来降低陆地虚警并提升边界框回归精度。最后,在训练阶段使用旋转自适应样本选择策略为每个船舶样本分配合适的正样本点,实现网络检测精度的提高。相较于FCOS以及目前已公开发表的锚框旋转检测网络,该网络在SSDD+和HRSID数据集上表现出更快的检测速率和更高的检测精度,mAP分别为91.7%和84.3%,影像切片平均检测时间仅需33 ms。      

基于YOLOv3锚框优化的侧扫声呐图像目标检测

利用侧扫声呐图像来探查海底目标对海洋资源开采和海上军事防护都有重大意义。目前人为提取图像特征进行目标检测的传统机器学习方法逐渐被深度学习取代。深度学习技术在降低算法复杂度的同时提高图像目标检测效率,极大地推动了目标检测技术地发展。将深度学习检测算法应用到侧扫声呐图像目标检测领域时,锚框作为目标检测网络中较为重要的先验信息会影响最终的检测性能,考虑到声呐数据集的真实目标框与网络设定的锚框未必贴合的问题,本文在YOLOv3的基础上对锚框进行了优化,给出了一种能够获取有效先验锚框的策略。首先使用K-Means算法对真实目标框进行聚类,获得比较贴合于声呐数据集的锚框,然后设计了一种超参数锚框映射关系对聚类后的锚框进行拉伸变换,这样获得的锚框既包含了声呐数据集的目标框信息,也能利用到YOLOv3的多尺度特性。实验结果表明,所提锚框优化策略能够让YOLOv3网络获得更优的检测性能,适用于侧扫声呐图像的目标检测问题。     

面向单阶段目标检测的损失函数优化设计

在基于深度学习的单阶段目标检测中,从交并比(IoU)出发的边界框回归损失对边界框位置关系变化敏感度不够,当预测框与真值框处于不同包含关系时,已有损失无法精确区分。针对上述问题,提出基于IoU的回归位置关系敏感度损失(RPIoU)。该损失设计强化预测框和真值框相对位置关系的敏感度,首先在IoU后添加惩罚项,使两框角点无限靠近,解决中心点重合时IoU退化问题;其次引入非重叠区域面积与真值框面积比值为参数的指数函数作为惩罚项,解决损失无法区分预测框和真值框存在不同包含关系的问题,更精准地指导边框回归的位置;考虑到单阶段目标检测算法总损失各部分对于训练结果的贡献度不同,以平均精度均值(mAP)作为适应度函数,利用遗传算法对训练总损失进行优化,得到分类、回归、置信度损失的各自最佳权重。将设计的损失应用于单阶段目标检测算法YOLOv5,分别在可见光公开数据集VisDrone和自制红外飞机数据集上进行验证。在可见光公开数据集上的mAP达到0.447,比原始YOLOv5提升0.037;在红外飞机数据集的mAP达到0.966,比原始YOLOv5提升0.014。     

基于卷积注意力模块和无锚框检测网络的行人跟踪算法

针对多目标跟踪过程中遮挡严重时的目标身份切换、跟踪轨迹中断等问题,该文提出一种基于卷积注意力模块(CBAM)和无锚框(anchor-free)检测网络的行人跟踪算法。首先,在高分辨率特征提取网络HrnetV2的基础上,对stem阶段引入注意力机制,以提取更具表达力的特征,从而加强对重识别分支的训练;其次,为了提高算法的运算速度,使检测和重识别分支共享特征权重且并行运行,同时减少头网络的卷积通道数以降低参数运算量;最后,设定合适的参数对网络进行充分的训练,并使用多个测试集对算法进行测试。实验结果表明,该文算法相较于FairMOT在2DMOT15, MOT17, MOT20数据集上的精确度分别提升1.1%, 1.1%, 0.2%,速度分别提升0.82, 0.88, 0.41 fps;相较于其他几种主流算法拥有最少的目标身份切换次数。该文算法能够更好地适用于遮挡严重的场景,实时性也有所提高。     

基于改进YOLOv5卷积神经网络的SAR图像目标识别

提出一种改进YOLOv5网络,并将其用于SAR图像目标识别。为了优化网络性能,文中进行了三个方面的改进：使用宽度比和高度比作为标注框之间的距离度量,并采用k-means聚类方法生成先验锚点框,作为预测框优化时的框尺寸初始值;改进框回归损失函数,引入Scylla交并比来代替竞争性交并比,以提高对密集分布目标的定位精度;改进置信度损失函数,使用焦点损失来替代二元交叉熵,以提高在复杂背景下的目标识别精度。基于MSAR数据集,选择了YOLOv3、常规YOLOv5作为对比网络,进行了大量的SAR图像目标识别实验。实验结果表明,相比两种对比网络,改进YOLOv5网络对各种目标均具有更高的识别准确率、召回率和F1值,以及更高的综合指标平均精度值和平均精度均值。     

一种新的单站红外目标纯方位参数航迹滤波方法

红外单站只能测量目标的角度信息,难以获取目标的距离信息,无法在直角坐标系下有效对3维目标进行跟踪。该文提出一种新的纯方位参数航迹滤波方法,该算法避免传统方法中需采用多站交叉定位的思路,根据红外传感器测量速率较高的特点,直接利用单传感器测量的方位角序列,对目标航迹参数进行估计,较好地解决了单站的目标跟踪问题。仿真结果表明,该方法对直线运动或机动目标具有良好的跟踪性能。     

改进YOLOv5s的道路目标检测算法

针对目前主流的目标检测算法存在模型参数过大、不能很好地移植到移动设备端之中应用于辅助驾驶这一问题，本文提出了一种改进YOLOv5s的目标检测算法。首先，将YOLOv5s算法的主干网络CSPDarknet替换为轻量化网络模型MobileNet-V3，解决了网络模型较大、参数较多的问题，减少了网络的深度并提升了数据推断速度；其次，对特征提取网络采用加权双向特征金字塔结构Bi-FPN加强特征提取，融合多尺度特征进而扩大感受野；最后，对损失函数进行优化，使用CIoU为边界框回归损失函数，改善模型原始GIoU收敛速度较慢问题，使预测框更加符合于真实框，同时降低网络训练难度。实验结果表明，改进后算法在KITTI数据集上的mAP相较于YOLOv5s、SSD、YOLOv3、YOLOv4＿tiny分别提升了4.4、15.7、12.4、19.6，模型大小相较于YOLOv5s与轻量级网络YOLOv4＿tiny分别减少了32.4 MB和21 MB，同时检测速度分别提升了17.6%与43%。本文改进后的算法满足模型小、精确度高的要求，为辅助驾驶中道路目标检测提升检测速度与精度提供了一种解决方案。     

基于TDRNN的大气层外弹道式空间红外目标识别

该文提出一种基于时延回归神经网络(TDRNN)的大气层外弹道式空间红外目标识别方法。该网络采用自适应时间延迟器和输出层回归结构,可以针对输入时间序列信号的局部时变信息自适应选择延迟步长,而且具有边跟踪边识别的记忆性动态识别功能。综合考虑弹道式空间目标热物参数和运动状态、空间环境辐射和红外传感器效应等因素,仿真了典型弹道式空间目标的动态红外辐射强度数据,进行了目标识别实验研究。仿真结果表明,提出的TDRNN网络对于弹道式空间红外目标有很强的分类能力。     

基于特征融合与通道感知的无人机红外目标跟踪算法

针对手工提取特征对红外目标不敏感,导致无法准确跟踪红外目标的问题,在全卷积孪生网络框架下,融合多层深度特征并结合通道感知提出了一种无人机红外目标跟踪算法。首先使用预训练网络提取目标深度特征,分别提取待跟踪目标的Conv4-1、Conv4-3、Conv5-2层特征,进而通过梯度计算选择对于目标活动和尺度变化较为敏感的特征通道参与后序的互相关操作,并通过计算模板图像和候选区域搜索图像之间的相似度获取目标响应图。最后利用平均峰值相关能量对跟踪结果进行评估并使用卡尔曼滤波对跟踪结果进行修正。在LSOTB-TIR红外目标跟踪数据集上进行了性能测试并与当前九种优秀的算法进行了对比,实验结果表明,本文算法跟踪成功率最高,能够有效应对红外目标跟踪中热交叉、干扰源等挑战,且具有较好的实时性。     

基于改进纹理特征的红外目标跟踪算法

针对红外图像背景复杂、杂波干扰严重、相似目标混淆导致的目标跟踪丢失问题,本文提出了一种改进的低维度纹理特征OCS-LBP(Oriented Center Symmetric Local Binary Patterns,即方向中心对称的局部二值模式)。首先,利用此特征可以高效地获取目标图像中每个像素块的梯度方向和幅值信息,提高了跟踪过程的鲁棒性;其次,利用核相关滤波算法结合提取的OCS-LBP特征对目标图像区域进行模型训练;最后,根据训练好的模型检测下一帧图像中目标的具体位置。本文在10组红外视频序列上进行了测试,实验结果表明,本文算法的精确度和成功率相比于第二名算法分别获得了2.9%和9.9%的提升,同时在实验设备上算法的平均跟踪速度相比于第二名算法提升了14.15 frame/s。从实验结果可以看出本文提出的算法在红外目标跟踪上表现出较好的鲁棒性、准确性和实时性,具有一定的研究和实用价值。     

基于改进高斯卷积核的变电站设备红外图像检测方法

在无锚点算法CenterNet模型的基础上,针对基于红外图像的目标检测算法检测精度低、耗时长的问题,给出了一种基于改进高斯卷积核的变电站设备红外图像检测方法,该目标检测方法模型网络结构精简,模型计算量较小.通过现场变电站巡检机器人设备收集数据样本,进行算法模型的训练及验证,实现红外图像变电站设备精准识别及定位.本文以变...     

基于灰关联的红外目标识别方法

针对红外目标类型识别问题,提出了一种基于灰关联分析的红外目标识别算法.该算法在对红外图像进行边缘检测后,提取目标的奇异值特征作为关联参数,通过比较特征参数的灰关联值实现目标识别.该算法根据目标各个特征指标稳定性的不同,采用了一种灰关联加权系数的方法,仿真实验验证了该方法在红外目标识别问题上的有效性,并对目标旋转和平移有一定的适应能力.     

上下文信息融合与分支交互的SAR图像舰船无锚框检测

SAR图像中舰船目标稀疏分布、锚框的设计,对现有基于锚框的SAR图像目标检测方法的精度和泛化性有较大影响,因此该文提出一种上下文信息融合与分支交互的SAR图像舰船目标无锚框检测方法,命名为CI-Net.考虑到SAR图中舰船尺度的多样性,在特征提取阶段设计上下文融合模块,以自底向上的方式融合高低层信息,结合目标上下文信息...     

基于KL散度与通道选择的热红外目标跟踪算法

为了解决单一跟踪器无法有效应对复杂背景及目标外观的显著变化,对于热红外目标跟踪准确度不高的问题,基于全卷积孪生网络提出了一种多响应图集成的跟踪算法用于热红外跟踪。首先,使用预训练的卷积神经网络来提取热红外目标的多个卷积层的特征并进行通道选择,在此基础上分别构建3个对应的跟踪器,每个跟踪器独立执行跟踪并返回一个响应图。然后,利用Kullback–Leibler（KL）散度对多个响应图进行优化集成,得到一个更强的响应图。最后利用集成后的响应图来确定目标位置。为了评估所提算法的性能,在当前最全面的热红外跟踪基准LSOTB-TIR（Large-Scale Thermal Infrared Object Tracking Benchmark）上进行了实验。实验结果表明,所提算法能够适应复杂多样的红外跟踪场景,综合性能超过了现有的红外跟踪算法。     

融合灰度与显著性特征的空中红外目标跟踪

针对红外目标特征简单且信息量少导致跟踪精度不高,提出一种基于灰度和显著性特征融合的核相关滤波算法用于空中红外目标跟踪。首先,在保证目标足够特征信息量的前提下对较大的目标进行不同等级压缩。然后将提取的二维灰度特征与显著性特征按页方式进行拼接扩展成三维特征,再将融合的特征用于核相关滤波。实验表明所提算法能够适应多种环境下的空中红外目标跟踪,跟踪精度和成功率典型值分别达到84.8%和63.9%,较大部分算法有很大提高,平均跟踪速度高达125 f/s,体现出了良好的实时性。因此,本文提出的算法在保证实时性的同时提高了跟踪的可靠性,具有一定的实用意义。     

基于YOLO的轻量红外图像行人检测方法

红外图像中行人的快速检测一直是计算机视觉领域的热点和难点。针对红外图像行人目标检测算法检测速度和检测精度难以平衡,算法模型体积较大,在中低性能设备中难以部署和实时运行的问题,提出了一种基于YOLO算法的轻量红外图像行人检测方法。在分析了MobileNet-v3等轻量网络在YOLO-v3算法上的性能和特点之后,该方法提出了引入注意力机制的轻量特征提取网络(CSPmini-a)、特征融合模块和解耦检测端分类回归结构三种改进措施,在满足网络模型轻量的情况下保证了一定的检测精度。实验表明,该方法有效的实现了红外图像行人目标检测的准确性和快速性。     

尺度估计和多特征融合的目标跟踪算法研究

针对核相关滤波器跟踪算法(Kernel Correlation Filter,KCF)在特征提取单一以及尺度估计不足而导致跟踪效果不佳的问题,本文提出了一种多特征融合的尺度自适应核相关滤波目标跟踪算法.首先,使用帧差法将相邻帧图像对应像素值相减得到差分图像;其次,提取差分图像的方向直方图特征,与目标的均一局部二值纹理特...     

基于不变矩特征的红外成像制导跟踪算法研究

随着红外成像制导技术的发展,它对制导跟踪算法的精度和实时性的要求越来越高。制导系统已被要求在20 ms的时间内输出跟踪结果。某些跟踪算法虽然效果较好,但达不到实时输出。经典的制导算法-相关跟踪算法主要基于像素灰度特征进行跟踪,无法解决跟踪过程中由于目标的旋转、膨胀以及仿射变换带来的跟踪点漂移问题。为了解决经典相关跟踪算法无法解决图像旋转时的跟踪稳定性问题以及目标图像急剧膨胀时的跟踪点漂移问题,研究了图像不变矩的特征。利用图像不变矩的旋转-伸缩-平移不变性,选择合适的不变矩特征用于跟踪。通过用归一化的乘法相关函数以及基于相关系数值的模板更新策略设计跟踪算法,解决了复杂背景及强噪声条件下不能对尺寸和形状发生变化的目标进行稳定跟踪的问题。