基于双模型的输电线绝缘子自爆检测算法

针对输电线路无人机巡检图像中绝缘子自爆缺陷目标小而难以精准检测的问题,提出一种基于Faster R-CNN和改进的YOLO v3级联双模型的绝缘子自爆缺陷检测算法。首先,利用无人机巡检图像构建绝缘子串缺陷数据集,并对训练图像样本进行翻转预处理,增加样本数量,提高模型泛化能力,避免过拟合;然后,利用Faster R-CNN检测图像中的绝缘子串,再将检测到的绝缘子串图像送入改进的YOLO v3网络进行自爆缺陷的定位。改进的YOLO v3网络是在YOLO v3基础上借鉴FPN的思想,增加特征提取层并进行特征融合,充分利用深层特征和浅层特征;同时采用CIoU Loss函数作为损失函数,以解决边界框宽高比尺度信息。实验结果表明,本文算法在所构建的绝缘子缺陷数据集上的检测准确率达到91.2%,相比Faster R-CNN或YOLO v3等单模型检测算法提升了3.31个百分点以上,能有效实现无人机巡检中绝缘子自爆缺陷的检测,为输电线路智能化巡检故障诊断提供方法支持。     

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Faster R-CNN模型的传送带药盒与空位检测方法

制药企业为了判断传送带药盒的拥堵情况,需要对传送带上的药盒和空位进行定位,但人工方式效率低下,实时性差。在此背景下,结合Faster R-CNN模型,提出传送带目标检测方法。基于传送带图像构建模型训练集和测试集,将训练集通过ZFNet卷积神经网络计算卷积特征,并利用RPN(Region Proposal Network)生成精准的候选区域,在此基础上基于Faster R-CNN模型在候选区域上进行分类和回归,计算得到药盒与空位矩形框。通过使用测试集测试模型进行目标标注并计算出概率,结果表明,本方法对传送带目标的检测准确率良好。     

基于改进Faster R-CNN的新能源电池炸点缺陷检测分析

在新能源电池的生产过程中,常常会因为焊缝工艺问题而造成电池炸点缺陷问题,传统的炸点检测主要依靠人工观察,效率低下且精度不高。为了提高新能源电池在焊缝过程中炸点缺陷的检测精度,针对原始带有炸点的电池横截面图像少的问题,首先对原始数据集中的图像进行炸点标注,并使用一系列图像变换、图像拼接等方法进行数据扩充,然后在原始Faster R-CNN目标检测模型的基础上,将ResNet101作为特征提取网络,使用CIoU损失策略计算RPN和预测框的定位损失,引入特征金字塔FPN结构,使得小目标炸点的上下文信息更加丰富,在残差块中加入CBAM注意力模块,让模型更加关注图像中的炸点部位,以进一步增强小目标炸点的检测性能。在真实数据集上的测试结果表明,改进后得到的Faster R-CNN目标检测模型适用于新能源电池炸点的检测,得到的最高AP为75.126%,相比较于Faster R-CNN模型提升了9.52%,并且模型对不同尺度的炸点的定位更加准确,模型的推理和检测速度也没有明显的下降,为电池炸点缺陷检测提供了有效的算法。     

基于融合FPN和Faster R-CNN的行人检测算法

针对多尺度行人检测的问题,本文提出一种基于融合特征金字塔网络（Feature pyramid networks,FPN）和Faster R-CNN(Faster region convolutional neural network)的行人检测算法。首先,对FPN和区域建议网络（Region proposal networks,RPN）进行融合;然后,对FPN和Fast R-CNN进行融合;最后,在Caltech数据集、KITTI数据集和ETC数据集上分别对融合FPN和Faster R-CNN的行人检测算法进行训练和测试。该算法在Caltech数据集、KITTI数据集和ETC数据集上的mAP (mean Average Precision)分别达到69.72%, 69.76%和89.74%。与Faster R-CNN相比,该算法不仅提高了行人检测精度,而且在多尺度行人检测的问题上也获得了较为满意的检测效果。     

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。     

基于特征金字塔网络的肺结节检测

针对计算机断层扫描（CT）影像中肺结节尺寸变化较大、尺寸小且不规则等特点导致的检测敏感度较低的问题,提出了基于特征金字塔网络（FPN）的肺结节检测方法。首先,利用FPN提取结节的多尺度特征,并强化小目标及目标边界细节的特征;其次,在FPN的基础上设计语义分割网络（名为掩模特征金字塔网络（Mask FPN））用于快速准确地分割提取肺实质,作为目标候选区域定位图像;并且,在FPN顶层添加反卷积层,采用多尺度预测策略改进快速区域卷积神经网络（Faster R-CNN）以提高检测性能;最后,针对肺结节数据集的正负样本不平衡问题,在区域候选网络（RPN）模块采用焦点损失函数以提高结节的检出率。所提方法在公开数据集LUNA16上进行实验,结果表明,利用FPN和反卷积层改进的新网络对结节检测效果有一定的帮助,采用焦点损失函数也有一定效果。综合多种改进,当平均每个扫描件的候选结节数为46.7时,所提方法的肺结节检测敏感度指标为95.7%,与其他卷积神经网络方法如Faster R-CNN、UNet等相比,具有较高的敏感性。所提方法能够较好地提取不同尺度上的结节特征,提高CT图像肺结节检测的敏感度,同时对于较小的结节也能有效检测,能更有效地辅助肺癌的诊断治疗。     

基于区域卷积神经网络的空中飞行物识别算法

针对飞行物检测中,由于目标背景复杂、姿态不一导致的识别准确率低的问题,提出改进的基于区域卷积神经网络Faster R-CNN的空中飞行物识别算法,使用消色差折射式望远镜ETX80和个人电脑(PC)构建空中飞行物识别系统。首先,构建包含无人机、飞机和飞鸟三种飞行物的数据集,对数据集进行标注和划分;然后,利用ResNet101深度残差网络提取图像特征,并输入构建的深度学习网络模型进行训练,网络模型包括区域建议网络、感兴趣区域池化层和分类层。测试结果证明:该方法能够在不同背景下的无人机、飞机、飞鸟三类空中飞行物的识别上达到良好的效果,检测平均准确率为96.7%,比FasterR-CNN算法提高3.1%。     

基于特征金字塔网络的肺结节检测

针对计算机断层扫描（CT）影像中肺结节尺寸变化较大、尺寸小且不规则等特点导致的检测敏感度较低的问题，提出了基于特征金字塔网络（FPN）的肺结节检测方法。首先，利用FPN提取结节的多尺度特征，并强化小目标及目标边界细节的特征；其次，在FPN的基础上设计语义分割网络（名为掩模特征金字塔网络（Mask FPN））用于快速准确地分割提取肺实质，作为目标候选区域定位图像；并且，在FPN顶层添加反卷积层，采用多尺度预测策略改进快速区域卷积神经网络（Faster R-CNN）以提高检测性能；最后，针对肺结节数据集的正负样本不平衡问题，在区域候选网络（RPN）模块采用焦点损失函数以提高结节的检出率。所提方法在公开数据集LUNA16上进行实验，结果表明，利用FPN和反卷积层改进的新网络对结节检测效果有一定的帮助，采用焦点损失函数也有一定效果。综合多种改进，当平均每个扫描件的候选结节数为46.7时，所提方法的肺结节检测敏感度指标为95.7%，与其他卷积神经网络方法如Faster R-CNN、UNet等相比，具有较高的敏感性。所提方法能够较好地提取不同尺度上的结节特征，提高CT图像肺结节检测的敏感度，同时对于较小的结节也能有效检测，能更有效地辅助肺癌的诊断治疗。     

基于角度特征的分类网络

卷积神经网络(Convolutional Neural Networks,CNN)在图像分类任务中的卓越表现,使得其被广泛应用于计算机视觉的各个领域。图像分类模型精度与效率的提升,除了归功于网络结构的改变外,还有很大一部分原因来自于归一化技术以及分类损失函数的改进。在人脸识别任务中,随着精度的不断提升,分类损失函数从Softmax Loss到Triplet Loss,又从L-Softmax Loss到Arcface Loss,度量方式从几何度量发展到角度度量。度量方式的改变实际上是特征形式的变化,即特征形式从一般特征转变为角度特征。在Mnist数据集上,使用角度度量损失函数训练得到的特征点呈角度分布,同时准确率比几何度量高;将角度度量方式用更直接的角度特征来表示,训练得到的同类特征点呈直线分布,准确度也比一般角度度量更高。这不禁令人思考,在CNN分类模型中是否可以使用角度特征来代替一般特征。在CNN分类模型中,其主要架构往往由多个卷积层和一个或多个全连接层组成,通过统一卷积层与全连接层的归一化操作,得到角度卷积层与角度全连接层。在普通分类网络的基础上,用角度卷积层替换卷积层,用角度全连接层替换全连接层,可以得到一个由角度特征组成的角度分类网络。在Cifar-100数据集上,基于ResNet-32构造的角度分类网络相比原分类网络,分类准确率提高了2%,从而论证了角度特征在分类网络中的有效性。     

基于Faster R-CNN的榆紫叶甲虫识别方法研究

针对传统图像识别方法中利用人工设计特征提取模板对昆虫的识别精度不高的问题,提出了基于K-means聚类的深度学习网络模型Faster R-CNN对图像中的目标进行识别。该方法用K-means聚类算法,结合BWP指标对训练数据标签的长宽比值进行聚类,用新的聚类中心点代替标准Faster R-CNN网络中生成初始候选框的长宽比值;对生成初始候选框的尺寸加以改进;将训练数据送入改进后的Faster R-CNN网络进行训练。实验结果表明,在识别具有特定长宽比例的目标时,加入聚类策略的Faster R-CNN网络较标准Faster R-CNN网络有较强的鲁棒性,有效克服了叶片豁口或孔洞造成的冗余现象、榆紫叶甲虫甲壳反光的干扰、相邻的榆紫叶甲虫特征的互相影响和其他与榆紫叶甲虫有相似特征的种类昆虫的干扰。最终达到94.73%的识别精度,较标准网络提高了4.15%。该方法可有效克服传统昆虫检测中特征提取模板的局限性,对识别昆虫这种特征细腻,姿态多样的目标有重要意义。     

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。     

融合独立组件的ResNet在细粒度车型识别中的应用

针对细粒度车型中子车系间识别率低的问题,同时为了增强卷积神经网络的表征能力,提出融合独立组件的残差网络（IC-ResNet）模型。优化ResNet网络,通过改进下采样层,减少特征信息损失,接着使用中心损失函数和Softmax损失函数联合学习策略,增强模型的类内聚性。在卷积层前引入独立组件（IC）层,获得相对独立的神经元,增强网络独立性,提高模型的特征表示能力,从而对细粒度车型实现更准确的分类。仿真实验表明,该模型在Stanford cars-196数据集上的识别准确率达到94.7%,与其他模型相比,实现了最优效果,从而验证了该车型识别模型的有效性。     

深度学习在手机数据接口缺陷检测中的应用

为了能更好地对手机数据接口的缺陷进行检测,提出一种基于Faster R-CNN的检测算法。将Faster R-CNN检测架构中的RoIPooling替换成RoIAlign,解决RoIPooling计算过程中2次量化造成的目标回归位置的偏差。使用ResNet50融合FPN的网络作为特征提取网络,提高模型对小型目标缺陷的检测效果。最后使用测试集进行预测,实验表明本文提出算法的均值平均精度（mAP）达到了91.17%,比使用VGG为特征提取网络时的mAP提高了24.72个百分点,比单独使用ResNet50为特征提取网络的mAP提高了2.58个百分点,因此,本文提出的算法对手机数据接口缺陷检测有显著的效果提升,为手机数据接口缺陷检测提供了一种更有效的检测方法。     

Faster R-CNN模型在车辆检测中的应用

针对传统机器学习方法在车辆检测应用中易受光照、目标尺度和图像质量等因素影响,效率低下且泛化能力较差的问题,提出一种基于改进的较快的基于区域卷积神经网络（R-CNN）模型的车辆检测方法。该方法以Faster R-CNN模型为基础,通过对输入图像进行卷积和池化等操作提取车辆特征,结合多尺度训练和难负样本挖掘策略降低复杂环境的影响,利用KITTI数据集对深度神经网络模型进行训练,并采集实际场景中的图像进行测试。仿真实验中,在保证检测时间的情况下,相对原Faster R-CNN算法检测精确度提高了约8%。实验结果表明,所提方法能够自动地提取车辆特征,解决了传统方法提取特征费时费力的问题,同时提高了车辆检测精确度,具有良好的泛化能力和适用范围。     

基于Faster R-CNN的密集人群检测算法

为提高拥挤场景下的人群检测准确率,提出一种基于改进Faster R-CNN的密集人群检测算法。首先,在特征提取阶段添加空间与通道注意力机制,使用加强的双向特征金字塔网络（S-BiFPN）替代原网络中的多尺度特征金字塔（FPN）,使网络对重要特征进行自主学习并加强对图像深层特征的提取;其次,引入多实例预测（MIP）算法对实例进行预测,以避免模型对拥挤场景下的目标造成漏检;最后,对模型中的非极大值抑制（NMS）进行优化,并额外增设一个交并比（IoU）阈值,以对检测结果的干扰项进行精确抑制。在开源的密集人群检测数据集上进行测试的结果显示,相较于原Faster R-CNN算法,所提算法的平均精度（AP）提升5.6%,Jaccard指数值提升3.2%。所提算法具有较高检测精度和稳定性,可以满足密集场景人群检测的需求。     

基于先验知识的航拍绝缘子检测方法

在架空输电线路中对带电状态的绝缘子进行检测和故障定位,对保证电网可靠运行具有重大意义。基于无人机平台提出一种复杂背景条件下的绝缘子检测算法。在检测算法的特征提取层引入注意力机制模块以获取更多的绝缘子特征信息,同时利用航拍图像中绝缘子的先验知识,结合K均值聚类算法改进目标候选框的生成模式。在此基础上,通过将中心损失引入绝缘子检测目标函数以增强训练过程中绝缘子类内特征的内聚性。实验结果表明,相对Faster R-CNN检测算法,在绝缘子检测数据集上Faster R-CNN改进算法检测精度提高4%以上。     

基于实例分割模型优化的道路抛洒物检测算法

在交通安全领域,道路抛洒物易引发交通事故,构成了交通安全隐患。针对传统抛洒物检测方式识别率低、对于多类抛洒物检测效果不佳等问题,提出了一种基于实例分割模型CenterMask优化的道路抛洒物检测算法。首先,使用空洞卷积优化的残差网络ResNet50作为主干神经网络来提取特征并进行多尺度处理;然后,通过距离交并比（DIoU）函数优化的全卷积单阶段（FCOS）目标检测器实现对抛洒物的检测和分类;最后,使用空间注意力引导掩膜作为掩膜分割分支来实现对于目标形态的分割,并采用迁移学习的方式实现模型的训练。实验结果表明,所提算法对于抛洒物目标的检测率为94.82%,相较常见实例分割算法Mask R-CNN,所提的道路抛洒物检测算法在边界框检测上的平均精度（AP）提高了8.10个百分点。     

自适应置信度阈值的非限制场景车牌检测算法

针对车牌检测模型泛化性低,在智慧交通的不同应用场景中复用困难的问题,提出一种自适应置信度阈值的非限制场景车牌检测算法。首先,构建多预测头网络模型,利用分割预测头减少模型复用的预处理工作,利用自适应置信度阈值预测头提升模型的检测能力,并利用多尺度融合机制及边框回归预测头来提升模型的泛化能力;其次,采用可微分二值网络训练方法,利用可微分二值变换联合训练分类置信度及置信度阈值来学习模型参数;最后,利用连通感知非极大值抑制（CANMS）方法提升车牌检测的后处理速度,并引入轻量级网络ResNet18作为特征提取骨干网络,以减少模型参数量,进一步地提高检测速度。实验结果表明,在中国城市停车场数据集（CCPD）的6个不同限制条件特点的场景中,所提算法可获得平均99.5%的准确率与99.8%的召回率,并达到每秒70帧的高效检测速率,优于Faster R-CNN、SSD等锚框类算法的性能;在3个补充场景测试集上,所提算法对不同分辨率、不同拍摄距离、不同拍摄俯仰角等非限制场景下的车牌检测精度均高于90%。可见,所提算法在非限制场景下具备良好的检测性能及泛化能力,可以满足模型复用的要求。