区域筛选与多级特征判别相结合的PolSAR图像飞机目标检测

目的 针对全极化、复杂场景下飞机目标检测问题,提出了区域筛选与多级特征判别相结合的PolSAR飞机目标检测方法。方法 首先对原始PolSAR图像进行滤波及去取向预处理,消除相干斑和随机取向对检测效果的影响;其次对图像进行基于功率值的区域分割,提取感兴趣区域;然后对感兴趣区域进行区域筛选,提取疑似飞机目标;最后以功率交叉熵、背景匀质性、功率差异度为特征对疑似飞机目标进行筛选,得到最终的检测结果。结果 利用美国NASA实验室的AIRSAR和UVASAR系统采集的Half-Moon-Bay、Kahului及Kona地区的实测数据进行实验,并与其他方法进行了对比。在实验1中,本文方法和对比方法均能准确检测出场景中存在的2架飞机目标,本文方法产生了7个虚警,对比方法产生了22个虚警;在实验2中,本文方法和对比方法都检测出了4架飞机目标,本文方法产生了4个虚警,对比方法产生了17个虚警;在实验3中,本文方法检测出了15架飞机中的13架,产生了6个虚警,对比方法检测出了6个待测目标,产生了17个虚警。结论 本文方法在提取出疑似飞机目标的前提下,利用多种特征对疑似飞机目标进行筛选,不需要提取出机场跑道和停机坪区域,避免了由于跑道和停机坪区域提取不完整导致的检测不准确的问题,相比于对比方法,本文方法在降低虚警和漏警的同时,提高了运算效率。     

高阶条件随机场引导的多分支极化SAR图像分类

目的 针对极化合成孔径雷达（polarimetric synthetic aperture radar,PolSAR）小样本分类问题,基于充分挖掘有限样本的极化、空间特征考虑,提出一种由高阶条件随机场（conditional random field,CRF）引导的多分支分类网络模型。方法 利用Yamaguchi非相干目标分解方法,构建每个像素的极化特征向量。设计了由高阶CRF能量函数引导的多卷积分支特征提取网络,将像素点极化特征向量作为输入,分别提取像素点的像素特征、邻域特征和位置特征信息。将以上特征进行加和融合,并输入到softmax分类器中得到预分类结果。利用超像素方法对预分类结果图进行进一步修正和调优,平滑相邻像素之间的特异性和相似性。结果 采用1%的采样率对两组真实的极化SAR数据进行测试。同时,为了更好地模拟实际应用中训练样本位置分布不均匀的情况,考虑了空间不相交采样方法作为对比实验。综合两种采样策略的实验结果表明,相较于只利用像素级特征或简单利用空间特征的方法,本文方法总分类精度平均提升7%～10%,不同地物类别的分类精准度均在90%以上,运行速度相比于支持向量机（support vector machine,SVM）提高了2.5倍以上。结论 通过构建高阶CRF引导的卷积神经网络,将像素特征信息、同质区域特征和地理位置信息进行融合,有效建立了像素级和对象级数据之间的尺度关联,进一步扩充了像素点之间的空间依赖性,提取到了更强大更准确的表征特征,显著提高了标记样本数量较少情况下的卷积网络模型的分类性能,进一步保证了地物目标散射机制表征的全面性和可靠性。     

高分辨率极化SAR图像水平集分割

目的 传统的极化SAR图像分割方法中,由于采用的统计分布模型不能较好地描述高分辨率的图像纹理特征,导致高分辨率极化SAR图像分割效果较差。针对这个问题,本文将具有广泛适用性的KummerU分布嵌入到水平集极化SAR图像分割方法中,提出了一种新的极化SAR图像分割算法。方法 将KummerU分布作为高分辨率极化SAR图像的统计模型,定义一种适用于极化SAR图像分割的能量泛函;利用最大似然法对各个区域的KummerU分布进行参数估计,并通过数值偏微分方程的方法求解水平集函数,实现极化SAR图像的区域分割。结果 分别对仿真全极化数据,真实全极化数据进行分割实验,结果表明本文提出的方法其分割精度高于传统方法,分割精度高于95%,从而验证了新方法的有效性。结论 本文算法能够对各向同质区和各向异质区的极化SAR图像都能取得良好的分割效果,并适应于多种场景,有效地分割出背景和目标。     

复杂背景下SAR近岸舰船检测

目的 船舶在合成孔径雷达（synthetic aperture radar, SAR）图像中的检测是研究热点,但目前适合近岸舰船检测的方法并不多。在SAR图像中,近岸舰船受到岸上建筑物的干扰严重,尤其是对于排列紧密的近岸船舶来说,其对比度相似,很难区分船舶与背景。为解决近岸舰船检测困难问题,提出了一种基于加权双向注意金字塔网络的近岸舰船检测方法。方法 本文在FCOS （fully convolutional one-stage）网络的基础上提出了一种新的双向特征金字塔网络。将卷积注意力机制模块（convolutional block attention module,CBAM）与金字塔网络的每个特征图进行连接,提取丰富的语义信息特征;借鉴PANet （path aggregation network）的思想,添加自下而上的金字塔模块,突出不同尺度船舶的显著特征。最后提出了一种加权特征融合方式,使特征图提取的特征信息的着重点不同,提高舰船检测精度。结果 本文在公开的SAR图像舰船数据集SSDD （SAR ship detection dataset）上进行实验。实验结果表明,相比原FCOS方法,本文方法的检测精度提高了9.5%;与对比方法相比,本文方法在同等条件下的检测精度达到90.2%。在速度方面,本文方法比SSD提高0.6 s,比Faster R-CNN （region convolutional neural network）提高1.67 s,明显优于对比方法。结论 本文通过改进特征网络和特征融合方式,提高了算法对SAR图像舰船目标检测中背景复杂、排列紧密的近岸舰船目标的定位效果,有效增强了对舰船目标定位的准确性。     

双向特征融合的数据自适应SAR图像舰船目标检测模型

目的 利用合成孔径雷达（synthetic aperture radar,SAR）图像进行舰船目标检测是实施海洋监视的重要手段。基于深度学习的目标检测模型在自然图像目标检测任务中取得了巨大成功,但由于自然图像与SAR图像的差异,不能将其直接迁移到SAR图像目标检测中。针对SAR图像目标检测实际应用中对速度和精度的需求,借鉴经典的单阶段目标检测模型（single shot detector,SSD）框架,提出一种基于特征优化的轻量化SAR图像舰船目标检测网络。方法 改进模型并精简网络结构,提出一种数据驱动的目标分布聚类算法,学习SAR数据集的目标尺度、长宽比分布特性,用于网络参数设定;对卷积神经网络（convolutional neural network,CNN）提取的特征进行优化,提出一种双向高低层特征融合机制,将高层特征的语义信息通过语义聚合模块加成到低层特征中,在低层特征中提取特征平均图,处理后作为高层特征的注意力权重图对高层特征进行逐像素加权,将低层特征丰富的空间信息融入到高层特征中。结果 利用公开的SAR舰船目标检测数据集（SAR ship detection dataset,SSDD）进行实验,与原始的SSD模型相比,轻量化结构设计在不损失检测精度的前提下,样本测试时间仅为SSD的65%;双向特征融合机制将平均精确度（average precision,AP）值由77.93%提升至80.13%,训练和测试时间分别为SSD的64.1%和72.6%;与公开的基于深度学习的SAR舰船目标检测方法相比,本文方法在速度和精度上都取得了最佳性能,AP值较精度次优模型提升了1.23%,训练和测试时间较精度次优模型分别提升了559.34 ms和175.35 ms。结论 实验充分验证了本文所提模型的有效性,本文模型兼具检测速度与精度优势,具有很强的实用性。     

整型推理量化CNN的SAR图像跨域变化检测

目的 合成孔径雷达（synthetic aperture radar,SAR）特有的成像优势使得SAR图像变化检测在民用和军事领域有着广泛的应用场景,但实际应用中对SAR图像的变化区域进行标注既耗时又昂贵,而且现有的变化检测方法复杂度较高,无法满足实时、快速检测的需求。对此,提出了一种基于整型推理量化卷积神经网络的SAR图像跨域变化检测方法（integer inference-based quantization convolutional neural network,IIQ-CNN）。方法 该方法研究了不同场景之间的跨域变化检测问题,即利用已有标记的源域数据对未知的目标域数据进行检测;设计了同时使用时相图和差异图的样本构建方法,既避免了检测结果对差异图的过分依赖,又能充分利用差异信息和时相图与差异图之间的共享信息,提高检测精度;并且在变化检测任务中首次引入整型推理量化技术,对深度网络模型进行模拟量化,减小模型复杂度并加速推理时间。结果 在４组真实的SAR图像数据集上进行实验,从检测性能上看,IIQ-CNN与其他CNN方法相比,Kappa系数提高了4.23%～9.07%;从量化能力上看,对IIQ-CNN分别进行16、8和4位量化,仅在4位量化时检测结果有较明显下降,在16和8位量化时,模型都保持了较好的检测性能,并且推理时间明显减少。结论 本文方法有效解决了伪标签质量对变化检测性能的影响,实现了加速推理的同时较好地保持模型检测精度的目的,促进了变化检测算法在嵌入式设备中的应用。     

融合多重机制的SAR舰船检测

目的 针对合成孔径雷达(synthetic aperture radar, SAR)图像噪声大、成像特征不明显,尤其在复杂场景更容易出现目标误检和漏检的问题,提出了一种融合多重机制的SAR舰船检测方法,用于提高SAR舰船检测的精度。方法 在预处理部分,设计了U-Net Denoising模块,通过调整噪声方差参数L的范围来抑制相干斑噪声对图像的干扰。在YOLOv7(you only look once v7)主干网络构建MLAN_SC(maxpooling layer aggregation network that incorporate select kernel and contextual Transformer)结构,加入SK(selective kernel)通道注意力机制至下采样阶段,增强关键信息提取能力和特征表达能力。为解决MP(multiple pooling)结构中上下分支特征不平衡的问题,改善误检情况,融入上下文信息提取模块(contextual Transformer block, COT),利用卷积提取上下文信息,将局部信息和全局信息结合起来,使图像特征能够更有效地提取出来。在头部引入SPD卷积(space-to-depth convolution, SPD-Conv),增强小目标的检测能力。用WIoU(wise intersection over union)损失函数替换CIoU(complete intersection over union)损失函数,运用动态聚焦机制,在复杂图像上加强对目标的定位能力。结果 在SSDD(SAR ship detection dataset)数据集和HRSID (high-resolution SAR images dataset)数据集上进行了实验对比,结果表明,改进后的方法相比于YOLOv7,AP(average precision)可达到99.25%和89.73%,分别提升了4.38%和2.57%,准确率和召回率为98.41%,93.24%和94.79%,81.83%,优于对比方法。结论 本文通过融合多重机制改进YOLOv7方法,提升了对目标的定位能力,显著改善了SAR舰船检测中复杂舰船的误检和漏检情况,进一步提高了SAR舰船检测精度。     

复杂场景下深度表示的SAR船舶目标检测算法

雷达图像目标检测是国家海洋军事和经济发展的重点研究领域.与被动成像的光学雷达相比,合成孔径雷达(synthetic aperture radar,SAR)由于其高分辨率、全天候、全天时、主动式等特点,成为20世纪以来多国雷达研究的重要组成部分.图像目标检测是雷达图像解译的基础.提出一种复杂场景下深度表示的SAR船舶目标...     

高分辨率极化合成孔径雷达成像研究进展

合成孔径雷达（Synthetic aperture radar,SAR）是一种有效的地球遥感技术,对观测区域进行全天时、全天候的高分辨率大范围成像,在军事侦察、环境监测和地质测绘等领域有着十分广泛的应用。随着雷达技术和地球科学的发展,人们期望能够获取更多的目标特性,传统的单极化SAR已经难以满足越来越多元化的实际应用需求。极化合成孔径雷达（Polarimetric synthetic aperture radar,PolSAR）基于多个极化通道获取目标不同极化状态下的散射特性丰富了SAR图像的信息量,拓展了SAR的应用领域。从极化数据中准确地解译目标的物理特性是PolSAR应用的重要前提。本文对PolSAR的研究进展进行了总结,重点介绍了极化目标分解算法,给出了高分辨率PolSAR实测数据处理结果,并对未来研究方向进行了展望。     

结合聚合通道特征和双树复小波变换的手势识别

目的 针对目前手势识别方法受环境、光线、旋转、缩放、肤色等因素的影响,导致手势识别精度下降的问题,提出一种结合聚合通道特征（ACF）的手势检测和双树复小波变换（DTCWT）的复杂背景下手势识别方法。方法 在手势图像预处理过程中引入聚合通道特征,采用Adaboost分类器和非极大值抑制算法（NMS）进行目标手势的检测;利用DTCWT对目标手势图像进行多尺度多方向分解,对高低频系数的每一块分别提取方向梯度直方图（HOG）和局部二值模式（LBP）特征;最后融合各个方向上的高低频特征并通过支持向量机（SVM）进行分类识别。结果 选取多个场景、多个对象、不同角度和距离的图像作为训练集,并标注区分前背景,对20种手势进行识别实验,并与传统的肤色检测、HOG特征手势识别、类-Hausdorff距离的手势识别算法进行了实验对比。在任意可承受范围内的光照、距离等情况下,该方法能够更准确实时地实现手势识别,平均精度达到95.1%。结论 在图像预处理的情况下,聚合通道特征的引入能够准确检测手势,同时基于DTCWT的手势图像频域特征提取和再融合的方法有效地解决了传统普通图像的单特征识别方法在光线和复杂背景下识别精度不高的问题。     

结合编码-解码网络和条件随机场的全极化合成孔径雷达土地覆盖分类

针对多极化合成孔径雷达影像地物分类特征表征性较弱及全卷积网络分类精度较低的问题,文中提出结合编码-解码网络(E-D-Net)和条件随机场(CRF)的全极化合成孔径雷达(SAR)土地覆盖分类算法.首先,利用Freeman分解和Pauli分解建模全极化SAR影像,提取各分解对应的散射特征.再借鉴语义分割网络模型的建模思想和多尺度卷积单元构建对称网络模型,将多尺度非对称卷积单元嵌入中层,设计E-D-Net网络模型.通过E-D-Net网络模型对PolSAR影像Freeman分解散射特征进行多层自主学习,获得初始分类结果.最后,利用全连接CRF结合Pauli相干分解伪彩色图信息,对初始分类结果再进行降噪和平滑优化,得到最终分类结果.在两地区PolSAR影像上的实验验证文中算法的有效性和可行性.     

结合深度学习与支持向量机的金属零件识别

目的 在视觉引导的工业机器人自动拾取研究中，关键技术难点之一是机器人抓取目标区域的识别问题。特别是金属零件，其表面的反光、随意摆放时相互遮挡等非结构化因素都给抓取区域的识别带来巨大的挑战。因此，本文提出一种结合深度学习和支持向量机的抓取区域识别方法。方法 分别提取抓取区域的方向梯度直方图（HOG）和局部二进制模式（LBP）特征，利用主成分分析法（PCA）对融合后的特征进行降维，以此来训练支持向量机（SVM）分类器。通过训练Mask R-CNN（regions with convolutional neural network）神经网络完成抓取区域的初步分割。然后利用SVM对Mask R-CNN识别的抓取区域进行二次分类，完成对干扰区域的剔除。最后计算掩码完成实例分割，以此达到对抓取区域的精确识别。结果 对于随机摆放的铜质金属零件，本文算法与单一的Mask R-CNN及多特征融合的SVM算法就识别准确率、错检率、漏检率3个指标进行了比较，结果表明本文算法在识别准确率上较Mask R-CNN和SVM算法分别提高了7%和25%，同时有效降低了错检率与漏检率。结论 本文算法结合了Mask R-CNN与SVM两种方法，对于反光和遮挡情况具有一定的鲁棒性，同时有效地提升了目标识别的准确率。     

改进特征与GPU加速的行人检测

目的 目前行人检测存在特征维度高、检测耗时的问题,行人图像易受到光照、背景、遮挡等影响,给实际行人检测造成了一定困难。为了提高检测准确性,减少检测耗时,针对以上问题,提出一种改进特征与GPU （graphic processing unit）加速的行人检测算法。方法 首先,采用多尺度无缩放思想,通过canny算子对所有样本进行预处理,减少背景干扰与统一归格化的形变影响。然后,针对实际视频中的遮挡问题,把图像分成头部、左臂、上身、右臂、左腿、右腿6个区域。接着选取比LBP （local binary patterns）特征鲁棒性更好的SILTP （scale invariant local ternary pattern）特征作为纹理特征,在GPU空间中并行提取;同时,分别提取6个区域的HOG （histogram of oriented gradient）特征值,结合行人轮廓在6个区域上的梯度方向分布特性,对其进行加权。最后,将提取的全部特征输出到CPU （central processing unit）,利用支持向量机（SVM）分类器实现行人检测。结果 在INRIA、NICTA数据集上进行实验,INRIA数据集上检测率达到99.80%,NICTA数据集上检测率达到99.91%,并且INRIA数据集上检测时间加速比达到12.19,NICTA数据集上达到13.49,相对传统HOG、LBP算法,检测率、时间比实现提高。结论 提出的改进HOG-SILTP特征与GPU加速的行人检测算法,能够有效表达行人信息,改善传统特征提取方式带来的耗时与形变影响,对环境变化、遮挡具有较强的鲁棒性。该算法在检测率、检测时间方面均有提高,能够实现有效、快速的行人检测,具有实际意义。     

基于SVM的POL-SAR图像分类研究

提出了一种将物理散射机理、纹理信息和SVM结合起来用于POL-SAR图像分类的方法。实验数据选取德国Oberpfaffenhofen实验区域（DE）的DLR ESAR L波段全极化数据,实验区域包括自然植被,如森林、田地和人造目标如建筑、机场跑道等。首先利用OEC分解得到了散射特征,然后提取HH和HV通道图像的纹理特征,并用SVM进行特征选择及分类。然后在上述特征中加入Freeman分解的散射特征重复试验,取得了较好的结果。试验证明了将散射特征和纹理特征结合起来对地物进行分类是有效的,同时也证明了用SVM进行特征选择的有效性。     

基于纹理特征和轮廓光流矢量的烟雾识别

为了提高火灾探测的准确率和快速性,提出了基于纹理特征和轮廓光流矢量的烟雾识别算法。一方面为了获得更全面的纹理特征,建立图像金字塔,使用局部二值模式（ LBP）和基于方差的局部二值模式（ LBPV）结合的新方法分别提取金字塔不同层的纹理特征。另一方面是动态纹理特征,由于烟雾运动的湍流特性导致方向具有特定的一致性,改进了对全部可疑区域进行分析的方法,仅对可疑区域轮廓进行光流矢量分析,降低运算量。将静态纹理特征和动态纹理特征输入支持向量机（ SVM ）中进行识别。采用“静—静—动”的新型识别方法,实验结果表明：该算法能够及时准确报警,可靠率高。     

Fully automatic and segmentation-robust classification of breast tumors based on local texture analysis of ultrasound images

Region of interest (ROI) is a region used to extract features. In breast ultrasound (BUS) image, the ROI is a breast tumor region. Because of poor image quality (low SNR (signal/noise ratio), low contrast, blurry boundaries, etc.), it is difficult to segment the BUS image accurately and produce a ROI which precisely covers the tumor region. Due to the requirement of accurate ROI for feature extraction, fully automatic classification of BUS images becomes a difficult task. In this paper, a novel fully automatic classification method for BUS images is proposed which can be divided into two steps: “ROI generation step” and “ROI classification step”. The ROI generation step focuses on finding a credible ROI instead of finding the precise tumor location. The ROI classification step employs a novel feature extraction and classification strategy. First, some points in the ROI are selected as the “classification checkpoints” which are evenly distributed in the ROI, and the local texture features around each classification checkpoint are extracted. For each ROI, all the classification checkpoints are classified. Finally, the class of the BUS image is determined by analyzing every classification checkpoint in the corresponding ROI. Both steps were implemented by utilizing a supervised texture classification approach. The experiments demonstrate that the proposed method is very robust to the segmentation of BUS images, and very effective and useful for classifying breast tumors.     

Soft Computing Based Discriminator Model for Glaucoma Diagnosis

In this study, a Discriminator Model for Glaucoma Diagnosis (DMGD) using soft computing techniques is presented. As the biomedical images such as fundus images are often acquired in high resolution, the Region of Interest (ROI) for glaucoma diagnosis must be selected at first to reduce the complexity of any system. The DMGD system uses a series of pre-processing; initial cropping by the green channel’s intensity, Spatially Weighted Fuzzy C Means (SWFCM), blood vessel detection and removal by Gaussian Derivative Filters (GDF) and inpainting algorithms. Once the ROI has been selected, the numerical features such as colour, spatial domain features from Local Binary Pattern (LBP) and frequency domain features from LAWS are generated from the corresponding ROI for further classification using kernel based Support Vector Machine (SVM). The DMGD system performances are validated using four fundus image databases; ORIGA, RIM-ONE, DRISHTI-GS1, and HRF with four different kernels; Linear Kernel (LK), Polynomial Kernel (PK), Radial Basis Function (RBFK) kernel, Quadratic Kernel (QK) based SVM classifiers. Results show that the DMGD system classifies the fundus images accurately using the multiple features and kernel based classifies from the properly segmented ROI.     

基于CNN和SVM的疲劳驾驶闭眼特征实时检测

针对现有疲劳驾驶检测方法中实时性和泛化能力不足的问题, 本文提出了一种基于卷积神经网络(Convolutional Neural Networks, CNN)和支持向量机(Support Vector Machine, SVM)的疲劳驾驶闭眼特征检测方法, 使用CNN获取人脸相关特征点的位置并定位眼部感兴趣区域(Region Of Interest, ROI), 通过灰度化和直方图均衡化操作减弱光照差异的影响, 提取ROI的方向梯度直方图(Histogram of Oriented Gradient, HOG), 并用SVM对HOG进行分类, 相应的判断出原始图像是否包含疲劳驾驶闭眼特征. 本文给出了所提方法在PC平台和ARM平台实现的实时性验证, 在不同光照和背景条件下对多位受测人员进行测试, 实验结果表明该方法对疲劳驾驶闭眼特征检测准确率在94％以上, 处理速度满足实时性要求, 且具有较强的泛化能力.     

遥感图像中机场目标的识别方法

机场识别作为模式识别领域的问题之一,在军事上有着重要的应用前景。它包括判断机场是否存在和机场定位两个方面。结合已有的方法,提出了一种新的机场识别的解决方案。该方案先使用阈值分割方法进行图像分割,然后利用像素标记法提取出最大连通区域,作为疑是机场区域(ROI);用Canny算子进行图像的边缘提取,提出了一种改进的Hough变换,能够从边缘图像中准确地提取出直线段,并最终实现机场跑道的定位。