基于改进YOLOv4的轻量化目标检测算法

针对当前YOLOv4目标检测网络结构复杂、参数多、训练所需的配置高以及实时检测每秒传输帧数（FPS）低的问题,提出一种基于YOLOv4的轻量化目标检测算法ML-YOLO。首先,用MobileNetv3结构替换YOLOv4的主干特征提取网络,从而通过MobileNetv3中的深度可分离卷积大幅减少主干网络的参数量;然后,用简化的加权双向特征金字塔网络（Bi-FPN）结构替换YOLOv4的特征融合网络,从而用Bi-FPN中的注意力机制提高目标检测精度;最后,通过YOLOv4的解码算法来生成最终的预测框,并实现目标检测。在VOC2007数据集上的实验结果表明,ML-YOLO算法的平均准确率均值（mAP）达到80.22%,与YOLOv4算法相比降低了3.42个百分点,与YOLOv5m算法相比提升了2.82个百分点;而ML-YOLO算法的模型大小仅为44.75 MB,与YOLOv4算法相比减小了199.54 MB,与YOLOv5m算法相比,只高了2.85 MB。实验结果表明,所提的ML-YOLO模型,一方面较YOLOv4模型大幅减小了模型大小,另一方面保持了较高的检测精度,表明该算法可以满足移动端或者嵌入式设备进行目标检测的轻量化和准确性需求。     

改进YOLOv3-SPP的SAR图像舰船目标检测

合成孔径雷达图像中舰船目标的尺度差异大、小目标居多,这给检测造成一定的困难。针对此问题,提出了一种基于改进YOLOv3-SPP的SAR图像舰船目标检测算法。改进原模型FPN,利用主干网络的第二次下采样输出的特征来建立尺度为104×104的预测,并将各个尺度进行紧密连接;用K-median++聚类算法重新对锚框聚类来得到适合舰船特征的先验框。使用YOLOv3-SPP模型和改进的YOLOv3-SPP模型以及其他典型目标检测算法在AIR-SARship-1.0与SSDD数据集上进行对比实验。实验结果表明,相比于原始算法,改进后的算法能更有效地检测SAR图像舰船目标,检测精度分别提升了3.2%、4.4%。在数据集3个不同输入尺度下,检测精度都有所提升。相比于其他检测算法,改进后的算法在保证实时性的情况下具有更高的检测精度。     

基于改进DeepSORT算法的摩托车头盔佩戴检测

为了解决在实际道路场景中对摩托车驾乘者头盔佩戴情况的检测与跟踪问题,提出一种优化的DeepSORT多目标跟踪摩托车头盔检测算法。使用改进的YOLOv3算法作为目标检测器,该方法采用MobileNetv3-Large作为YOLOv3特征提取网络,以轻量化网络结构,借鉴CEM模块的思想,引入SoftPool池化层和SE模块,构建了深浅语义融合增强模块,加强网络对输入特征深浅语义的编码能力。为了实现摩托车头盔佩戴分类和DeepSORT算法中外观特征识别模型的优化,构建多任务学习框架,通过对比损失函数和改进的交叉损失函数对多任务网络进行迭代训练来提升相似度学习能力和实现最终头盔佩戴情况分类。实验结果表明：在目标检测方面,改进网络的摩托车检测精度相较原始算法提升了4.56个百分点,模型大小仅为YOLOv3的13.7%。结合DeepSORT算法,多目标跟踪准确率相较于YOLOv3-DeepSORT算法从51.6%提升到了67.5%,多目标跟踪精度从57.3%提升到75.6%,检测追踪速度由6 FPS提升到了20 FPS,最终的NPH模型检测分类精度为72.42%。实现了对实际道路中摩托车驾乘人员头...     

YOLOv4口罩检测算法的轻量化改进

针对当前YOLOv4目标检测算法网络模型庞大、特征提取不充分且易受光线环境影响的缺点,提出了一种优化了特征提取网络和一般卷积块的轻量化YOLOv4-Lite网络模型。使用改进的MobileNetv3替换原有的主干特征提取网络,减小了网络模型的参数量,提高了检测精度。提出了使用深度可分离卷积块代替原网络中的普通卷积块,使得模型的参数量进一步降低。结合了标签平滑、学习率余弦退火衰减算法,新增了SiLU激活函数代替MobileNetv3浅层网络的ReLU激活函数,优化了模型的收敛效果。优化了Mosaic数据增强方法,提升了模型的鲁棒性。在人脸口罩佩戴任务中与原算法相比,牺牲了1.68%的mAP,但在检测效率（FPS）上提升约180%。     

基于改进YOLOv3的高铁异物入侵检测算法

针对传统铁路异物检测方法中实时性不高、检测精度不够的问题,提出一种基于YOLOv3网络的高铁异物入侵的检测算法.为提高YOLOv3网络对图片特征的利用能力,利用可切换空洞卷积替代特征提取网络中的前四个3×3卷积,增加了卷积的感受野.然后为提升小物体检测精度,改进FPN结构,从YOLOv3特征提取网络中第二次下采样输出的...     

融合SPP和改进FPN的YOLOv3交通标志检测

针对交通标志目标检测尺寸较小、分辨率低、特征不明显问题,提出一种改进的YOLOv3网络模型。在利用颜色增强方法对交通标志进行数据增强后,改进原网络中的FPN结构,保留原网络中52×52的大尺度预测,然后利用YOLOv3网络中第二次下采样输出的特征图建立108×108的更大尺度预测。为了解决图像尺寸和失真的问题,在检测层前使用固定分块大小为5、9、13的池化操作,再将输出的特征与原来的特征图进行融合,从而实现对不同尺寸的输入得到相同大小的输出。最后,利用K-means聚类算法对TT100K交通标志数据集进行聚类分析,重新定义网络的初始候选框,使用YOLOv3网络模型和改进的YOLOv3网络模型以及其他小目标检测算法在TT100K数据集上进行对比实验。实验结果表明,改进后的YOLOv3网络模型能更有效的检测交通标志,其检测的平均精确度在三个尺度下相对原YOLOv3网络模型分别提升8.3%、6.1%、4.3%,在FPS变化不大的情况下,召回率和准确率都有明显提升,同时,改进后的YOLOv3算法相对其他小目标检测算法具有更好的检测精度和实时性。     

用于人体检测的YOLOv3改进及压缩算法的研究

针对Yolov3算法应用于人体检测中的准确率低,参数量、计算量和模型体积大难以在资源有限的嵌入式平台上实现等问题,提出了YOLOv3改进及其模型压缩算法.在YOLOv3中通过引入密集连接与多分支结构,增加网络宽度和多尺度感受野,加强特征重用,提高了模型的检测精度;对改进的YOLOv3通过联合优化权重损失函数和BN层缩放...     

轻量化的YOLOv4目标检测算法

YOLOv4目标检测算法主干网络庞大且参数量和计算量过多,难以部署在算力和存储资源有限的移动端嵌入式设备上。提出一种改进的YOLOv4目标检测算法,使用轻量化的ShuffleNet V2网络作为主干特征提取网络,更换模型激活函数及扩大卷积核,同时将YOLOv4网络中的普通卷积替换为深度可分离卷积,降低算法参数量、计算量和模型占用空间。在ShuffleNet V2网络结构的改进过程中分析并剪裁其基本组件,利用2个3 × 3卷积核级联的方式增强网络感受野,并使用Mish激活函数进一步提升网络检测精度和模型推理速度。在GPU平台和VisDrone 2020数据集上的实验结果表明,与YOLOv4算法相比,改进的YOLOv4算法在牺牲1.8个百分点的检测精度情况下,提高了27%的检测速度,压缩了23.7%的模型容量,并且能够充分发挥ZYNQ平台并行高速数据处理及低功耗的优势。     

面向巡检机器人的电力设备状态检测算法研究

为更高效利用变电站巡检机器人开展电力巡检工作,满足电力行业发展对智能化巡检的需求,研究了面向电力巡检机器人的电力设备状态检测算法。首先,根据深度网络部署硬件芯片应用情况与性能对比,选择海思Hi3559A芯片作为算法移植的嵌入式平台。然后综合考虑各种检测算法的精度与速度,选用YOLOv3算法作为设备状态检测的基本判别模型。为了提升检测算法速度并减少模型体积,开展模型压缩算法及轻量型YOLOv3模型设计研究,分别提出了改进的小型化YOLOv3模型和基于通道剪枝与层剪枝结合的模型压缩方法,提高模型上下层的语义信息及剪枝后模型的精度保持。根据测试结果选择最优的模型在机器人前端部署,提出的轻量化YOLOv3模型很好地保持了设备目标与异物检测的精度,检测速度提升了4倍。     

改进YOLOv4的人脸口罩检测与硬件加速

针对YOLOv4的人脸口罩检测参数量和计算量大,难以部署到硬件资源有限的嵌入式设备问题,提出一种轻量型YOLOv4算法,并设计卷积神经网络硬件加速器。将骨干网络替换成MobileNetv2,使用深度可分离卷积替换掉部分普通卷积,压缩网络结构;改进SPP模块以满足Vitis AI支持的池化窗口尺寸;在颈部网络中,增加CSP结构使网络更容易优化。实验结果表明,改进的算法牺牲0.25%的检测精度,压缩84.42%的模型大小。在ZYNQ上,mAP达到95.16%,DPU平均利用率减少38%。     

改进YOLOv3的轧钢表面缺陷检测方法

针对轧刚表面缺陷种类多样、形状多变导致检测效率低、精度差的问题,提出了一种改进YOLOv3的轧钢表面缺陷检测算法。首先,对骨干网络提取的特征采用PSA金字塔拆分注意力模块进行多尺度融合。其次,采用PAN结构代替FPN,使得浅层语义和深层语义的特征能充分融合。接着采用Decoupled＿Head,将回归预测和逻辑预测分离以避免之间的干扰。最后,在损失函数方面,根据真实框大小赋予不同权值,以提高网络对小目标的检测效果。实验表明改进后的YOLOv3在NEU-DEU数据集上的平均检测精度为80.01%,比原始的YOLOv3提高了3.05%,且相较于YOLOx、YOLOv5等算法也有较大的检测精度优势。     

多目标小尺度车辆目标检测方法

车辆目标检测是智能交通系统中的重要环节,针对传统车辆目标检测方法效率低、小目标检测效果不好、漏检率高等问题,提出一种基于改进的YOLOv3网络车辆目标检测算法.为了提高车辆检测的效率,利用轻量化模型MobileNetv2代替原YOLOv3中的特征提取网络,使得网络计算量相比原算法有所降低.为了有效提高网络对小尺度车辆目标的检测能力,网络将由高到低不同尺度的特征层融合之后进行目标检测.为了得到更丰富的语义特征信息和提高网络预测能力,增加了特征增强模块.同时针对车辆目标检测的特定应用,利用K-means方法对锚框重新聚类以满足车辆目标检测的特定需求.结合以上改进获得车辆目标检测网络YOLOv3-M2,实验结果表明,与YOLOv3相比,改进方法平均检测准确率增加约9%, 时间减少约一半,能够同时提高检测效率和小目标检测能力.     

基于改进YOLOv4算法的轻量化网络设计与实现

在嵌入式设备上进行目标检测时易受能耗和功耗等限制,使得传统目标检测算法效果不佳。为此,对YOLOv4算法进行优化,设计YOLOv4-Mini网络结构,将其特征提取网络由CSPDarkNet53改为MobileNetv3-large并进行INT8量化处理,其中网络结构利用PW和DW卷积操作代替传统卷积操作以大幅减少计算量。采用SE模块为通道施加注意力机制,激活函数层运用h-swish非线性激活函数,在保证精度的情况下降低网络计算量。同时,通过量化感知训练将权重转为INT8类型,以实现模型轻量化,进一步降低网络参数量和计算量,从而在嵌入式设备上完成无人机数据集的目标检测任务。在NVIDIA Jetson Xavier NX设备上进行测试,结果显示,YOLOv4-MobileNetv3网络的mAP为34.3%,FPS为30,YOLOv4-Mini网络的mAP为32.5%,FPS为73,表明YOLOv4-Mini网络能够在低功耗、低能耗的嵌入式设备上完成目标实时检测任务。     

基于轻量化YOLOv4的发电机定子表面缺陷检测算法

目前大型发电机定子表面缺陷检测主要以抽转子的人工检测为主,存在检测周期长,准确率差等问题,论文提出一种基于轻量化YOLOv4的发电机定子表面缺陷检测算法,以腔内爬壁机器人为载体进行定子缺陷检测.将改进的Mo?bileNetv3作为算法的主干特征提取网络,通过在特征融合层引入CSP结构,融合卷积层和BN层的方法,使得论文算法模型体积较YOLOv4大幅减小.实验结果表明,论文算法在本文发电机定子表面缺陷数据集上的平均检测精度为98.3％,优于原始YOLOv4,模型体积比YOLOv4缩小了84.5％,检测速度提高了45.4％,表明了该方法在嵌入式平台上进行发电机定子缺陷实时检测的应用前景.     

基于改进YOLOv3的集卡车头防砸检测

在自动化港口集装箱起重机作业流程中, 集卡车头防砸检测是不可或缺的一个环节. 针对在此环节采用人工确认方法效率低和基于激光扫描方法耗费高、系统复杂的问题, 本文提出一种基于作业场景视频图像和深度学习的算法对集卡车头进行目标检测. 建立集卡车头样本数据集, 采用DCTH-YOLOv3检测模型, 通过模型迁移学习方法进行样本训练. DCTH-YOLOv3模型是本文提出的一种改进YOLOv3算法模型, 该算法改进了YOLOv3的FPN结构提出一种新的特征金字塔结构—AF_FPN, 在高、低阶特征融合时通过引入具有注意力机制的AFF模块聚焦有效特征、抑制干扰噪声, 提高了检测精度. 另外, 使用CIoU loss度量损失替代L2损失, 提供更加准确的边界框变化信息, 模型检测精度得到进一步提升. 实验结果表明: DCTH-YOLOv3算法在GTX1080TI上检测速率可达46 fps, 相比YOLOv3算法仅降低了3 fps; 检测精度AP_0.5为0.9974、AP_0.9为0.4897, 其中AP_0.9相比YOLOv3算法提升了16.4%. 本研究算法相比YOLOv3算法, 精度更高, 更能满足自动化作业对集卡防砸检测高精度、快识别的要求.     

煤矿带式输送机异物检测

针对现有基于深度学习的带式输送机异物检测方法存在检测速度慢的问题,提出了一种改进YOLOv3模型,并将其应用于煤矿带式输送机异物检测。该模型以轻量化网络DarkNet22-DS作为主干特征提取网络,DarkNet22-DS利用深度可分离卷积替换标准卷积,大幅减少了网络参数,并通过复合残差块提高了特征利用效率;通过引入加权双向特征金字塔网络及双尺度输出来改进特征融合网络,提升了模型对大块异物的检测效率;采用完全交并比损失函数作为目标框回归损失函数,充分利用目标框信息间的相关性,提高了模型的收敛速度和检测精度。将改进YOLOv3模型部署在嵌入式平台Jetson Xavier NX上进行煤矿带式输送机异物检测实验,结果表明,相较于YOLOv3模型,改进YOLOv3模型权重文件大小降低了91.4%,大幅减少了模型参数,检测速度提高了16倍,达30.7帧/s,满足煤矿带式输送机异物实时检测需求。     

基于改进YOLOv3的实时交通标志检测算法

针对目前我国智能驾驶辅助系统识别道路交通标志检测速度慢、识别精度低等问题,提出一种基于YOLOv3的改进的道路交通标志检测算法。首先,将MobileNetv2作为基础特征提取网络引入YOLOv3以形成目标检测网络模块MN-YOLOv3,在MN-YOLOv3主干网络中引入两条Down-up连接进行特征融合,从而减少检测算法的模型参数,提高了检测模块的运行速度,增强了多尺度特征图之间的信息融合;然后,根据交通标志目标形状的特点,使用K-Means++算法产生先验框的初始聚类中心,并在边界框回归中引入距离交并比（DIOU）损失函数来将DIOU与非极大值抑制（NMS）结合;最后,将感兴趣区域（ROI）与上下文信息通过ROI Align统一尺寸后融合,从而增强目标特征表达。实验结果表明,所提算法性能更好,在长沙理工大学中国交通标志检测（CCTSDB）数据集上的平均准确率均值（mAP）可达96.20%。相较于Faster R-CNN、YOLOv3、Cascaded R-CNN检测算法,所提算法拥有具有更好的实时性和更高的检测精度,对各种环境变化具有更好的鲁棒性。     

基于改进YOLOv5的轻量化航空目标检测方法

为解决硬件平台资源受限条件下的实时航空目标检测需求,在基于改进YOLOv5的基础上,提出了一种针对移动端设备/边缘计算的轻量化航空目标检测方法。首先以MobileNetv3为基础搭建特征提取网络,设计通道注意力增强结构MNtECA (MobileNetv3 with Efficient Channel Attention)提高特征提取能力;其次在深度可分离卷积层增加1×1的卷积,在减少卷积结构参数的同时提高网络的拟合能力;最后对检测网络进行迭代通道剪枝实现模型压缩和加速。实验选取DIOR (Object Detection in Optical Remote Sensing Images)数据集进行训练和测试,并在嵌入式平台(NVIDIA Jetson Xavier NX)对轻量级模型进行推理验证。结果表明,所提出的轻量级模型大幅降低了参数和计算量,同时具有较高精度,实现了移动端设备/边缘计算的实时航空目标检测。     

改进YOLOv3的道路小目标检测方法

为了研究传统目标检测算法在进行道路小目标检测时效果不佳及漏检率较高等问题,本文提出了一种基于改进YOLOv3的小目标检测方法.首先通过设计新的特征融合结构降低小目标漏检率,并且使用DIOU损失提高定位精确度.同时对YOLOv3算法中的聚类算法进行改进,采用K-means++算法改进聚类先验框中心点的提取,选取更为合适的Anchor Box,用于提高检测的平均精度和速度.在自制混合数据集上对行人及车辆进行对比检测,在不影响检测速度的情况下,改进的YOLOv3算法能够有效降低小目标物体漏检率,并且提高了检测精度.根据实验结果,本文所提出的改进YOLOv3模型在混合数据集上的平均精度达到92.82%,与未改进的YOLOv3算法相比提高了2.77%.     

树莓派的YOLOv3轻量化算法研究及应用

本文以树莓派为实际运行环境给出了一种轻量化算法EfficientNet YOLOv3。该算法基于YOLOv3算法,以EfficientNet主干特征提取网络替换原有的Darknet53主干特征提取网络,并对EfficientNet特征提取网络的输入图片及后续特征图的分辨率从228×228扩张至416×416。实验证明,EfficientNet YOLOv3算法的模型参数量较原YOLOv3算法减少了82.62%,在VOC数据集中的mAP较原YOLOv3算法提高了1.63%,在树莓派中运行时,对内存与CPU的占用分别减少了5%和15%,且运行速度可达到0.48 fps,满足了嵌入式平台的运行要求。