轻量金字塔解码结构的单目深度估计网络

针对单目深度估计网络庞大的参数量和计算量,提出一种轻量金字塔解码结构的单目深度估计网络,可以在保证估计精度的情况下降低网络模型的复杂度、减少运算时间。该网络基于编解码结构,以端到端的方式估计单目图像的深度图。编码端使用ResNet50网络结构;在解码端提出了一种轻量金字塔解码模块,采用深度空洞可分离卷积和分组卷积以提升感受野范围,同时减少了参数量,并且采用金字塔结构融合不同感受野下的特征图以提升解码模块的性能;此外,在解码模块之间增加跳跃连接实现知识共享,以提升网络的估计精度。在NYUD v2数据集上的实验结果表明,与结构注意力引导网络相比,轻量金字塔解码结构的单目深度估计网络在误差RMS的指标上降低约11.0%,计算效率提升约84.6%。     

基于轻量级金字塔网络的种子分选方法研究

针对目前卷积神经网络种子分选方法存在识别精度不高、模型参数量大、推理速度慢且难于部署等问题,提出了基于轻量级金字塔空洞卷积网络的种子分选方法;该网络提出了残差空间金字塔模块,利用不同扩张率的空洞卷积扩大感受野,更有效地提取多尺度特征;再结合深度可分离卷积技术减少模型参数量和计算复杂度;在网络结构中引入轻量级注意力机制模块,利用局部跨通道交互方式关注重要的信息,提高种子关键特征提取能力;实验结果表明,提出网络参数量仅为0.13 M,在玉米和红芸豆数据集上准确率高达96.00%和97.38%,在NVIDIA Quadro板卡上识别单张图片时间仅为4.51 ms,均优于主流轻量级网络MobileNetv2、Shufflenetv2和PPLC-Net等,可以满足工业现场实时识别的要求。     

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。     

基于YOLOv5改进的轻量化目标检测

针对移动端目标检测算法需要模型参数量与计算量更少、推理速度更快和检测效果更好以及目标检测算法对于小目标误检、漏检及特征提取能力不足等问题, 提出一种基于YOLOv5改进的轻量化目标检测算法. 该算法使用轻量级网络MobileNetV2作为目标检测算法的骨干网络降低模型的参数量与计算量, 通过使用深度可分离卷积结合大卷积核的思想降低网络的计算量与参数量, 并提升了小目标的检测精度. 使用GhostConv来替换部分普通卷积, 进一步降低参数量与计算量. 本文算法在VOC竞赛数据集, COCO竞赛数据集两份数据集上均进行了多次对比实验, 结果表明本文算法相比于其他模型参数量更小、计算量更小、推理速度更快以及检测精度更高.     

LRUNet:轻量级脑肿瘤快速语义分割网络

目的 针对目前基于深度学习的脑肿瘤分割算法参数量大、计算复杂和快速性差的问题,提出了一种超轻量级快速语义分割网络LRUNet （lightweight rapid UNet）,在保证分割精度提升的同时,极大地减少了网络的参数量与计算量,达到快速分割的效果。方法 LRUNet网络结构基于UNet,将3D-UNet的通道数减少为原来的1/4,减少原先3D-UNet过多的参数量;将UNet网络中除最后一层外的所有传统卷积变为深度可分离卷积,深度可分离卷积以牺牲极少精度,大大减少网络参数量,实现网络的轻量级;使用空间—通道压缩和激发模块（spatial and channel squeeze&excitation block,scSE）,该模块能够放大特征图中对模型有利的参数的权重,缩小对模型不利参数的权重,提升网络分割的精度。结果 在BraTS 2018（Brain Tumor Segmentation Challenge 2018）数据集上的在线验证结果显示,该模型在全肿瘤、核心区肿瘤和增强区肿瘤分割的平均Dice系数分别为0.893 6、0.804 6和0.787 2。LRUNet与同为轻量级网络的S3D-UNet相比Dice有所提升,但是,参数量仅为S3D-UNet的1/4,FLOPs （floating point operations per second）仅为1/2。结论 与3D-UNet、S3D-UNet和3D-ESPNet等算法相比,LRUNet算法不仅保证精度得到提升,而且极大地减少网络中计算的参数量与计算成本消耗,同时网络模型的预测速度得到很大提升,使得快速语义分割在3维医学图像领域成为可能。     

融合多尺度特征的轻量级人脸检测算法

受到移动设备计算能力和存储资源受限的局限,设计高效、高精度的人脸检测器是一个开放性的挑战.因此,文中提出融合多尺度特征的轻量级人脸检测算法(Lightweight Face Detection Algorithm with Multi-scale Feature Fusion, LFDMF),摒弃被视为人脸检测核心组件的多级检测结构.首先,利用现有的轻量级主干特征提取网络编码输入图像.然后,利用提出的颈部网络扩张特征图感受野,并将含有不同感受野的多尺度信息融至单级特征图中.最后,利用提出的多任务敏感检测头对该单级特征图进行人脸分类、回归和关键点检测.相比分而治之的人脸检测器,LFDMF精度更高、计算量更少.LFDMF按模型计算量高低可构建3个不同大小的网络,大模型LFDMF-L在Wider Face数据集上性能较优,中等模型LFDMF-M和小模型LFDMF-S以极低的模型参数量和计算量实现可观性能.     

全局上下文增强的稀疏卷积电网防外力破坏检测

在输电线路防外力破坏巡检场景中, 当前部署于边缘端的轻量级目标检测算法, 存在检测精度不足、推理速度慢等问题. 针对以上问题, 本文提出一种基于全局上下文增强的稀疏卷积电网防外力破坏检测算法Fast-YOLOv5. 基于YOLOv5算法, 设计了FasterNet+网络作为新的特征提取网络, 在保持检测精度的同时, 提升模型的推理速度, 并降低计算复杂度; 在算法的瓶颈层中, 设计了具有高效通道注意力的ECAFN模块, 通过自适应地校准通道方向上的特征响应, 高效获取跨通道的交互信息来提升检测效果, 并进一步减少参数量和计算量; 提出了具有上下文增强的稀疏卷积网络SCN替换模型的检测层, 通过捕获全局上下文信息来增强前景焦点特征, 提高模型的预测能力. 实验结果表明, 改进后的模型与原模型相比, 精度提升了1.9%, 检测速度提升了1倍, 达到56.2 f/s, 参数量和计算量分别下降了50%和53%, 更符合输电线路高效检测的要求.     

基于改进Yolov5s的输电线路防外力破坏行为检测识别

电力系统的安全对于整个能源传输过程至关重要。针对输电线路下超大工程车辆和烟火为主要的外力破坏行为,对单阶段目标检测算法YOLOv5s进行改进,首先针对输电线路多雨雾烟尘等工作环境,引入限制对比度自适应直方图均衡算法CLAHE对图片进行去雾处理,提升图片对比度;针对检测目标距离较远的问题,在YOLOv5s网络的基础上添加CA注意力机制,提升了模型对目标的定位能力;将原网络中的最邻近差值采样方式替换为轻量级通用上采样算子CARAFE,更好地捕捉特征图的同时引入较小的参数量;最后在网络的特征融合层,使用具有通道混洗思想的GSConv卷积模块代替标准卷积模块,减小模型参数量,再利用slim_neck特征融合结构,强化目标关注度,达到减小模型参数量同时提升检测精度的效果。实验结果表明：改进后的YOLOv5s网络,mAP提升了4.4%,参数量减小了3.4%,权重模型内存减小了2.7%,证明了算法的有效性。     

基于Fire-MCANet的火焰检测模型

针对火焰检测参数量和计算量较大及准确度较低的问题,提出一种基于Fire-MCANet(Fire-Max Convolution Activate Networks)的火焰检测模型。该模型首先构建一种MCA(Max Convolution Activate)模块,使用大卷积核获取感受野,提高特征提取的能力;其次构建主干网络MCANet Block,在提升感受野的同时,降低模型的参数量和计算量;最后引入CA(Coordinate Attention)注意力机制获取火焰的位置信息。实验结果表明,基于Fire-MCANet的火焰模型的检测准确率达到95.75%,计算量仅有2.13 GMac;其网络模型的结构比ConvNeXt网络更加轻量化,检测效果也更好。     

基于参数轻量化的井下人体实时检测算法

针对现有井下人员目标检测方法因网络较深、计算量庞大而不能达到实时检测效果的问题,提出了一种基于参数轻量化的井下人体实时检测算法。采用深度可分离卷积模块和倒置残差模块构建轻量级特征提取网络:通过深度可分离卷积压缩参数量和运算量,提升特征提取网络的运算速度;倒置残差模块通过更高维度的张量来提取足够多的信息,保证特征提取网络的精确度。结合轻量级特征提取网络和SSD多尺度检测方法建立井下人体实时检测模型,该模型在轻量级倒置残差特征提取网络的基本结构上增添传统卷积层至27层进行卷积操作,其中6层特征图被抽取进行多尺度预测,测试结果表明,该模型的大小为18MB,帧率约为35帧/s,性能优于常用的VGG16+Faster R-CNN模型和VGG16+多尺度检测模型。为适应井下特定环境的目标检测需求,设计了基于Faster R-CNN的人体数据半自动标注方法,可显著减少人工工作量,提高井下人体检测精度。利用矿工服装颜色信息对检测结果框进行二次筛选,剔除将背景检测为人体的误检框。测试结果表明,该算法实现了采煤工作面人员实时定位检测及框选,精度达92.86%,召回率为98.11%,有效解决了井下人员漏检及误检问题。     

基于高分辨率网络的人体姿态估计方法

人体姿态估计在人机交互和行为识别应用中起着至关重要的作用,但人体姿态估计方法在特征图尺度变化中难以预测正确的人体姿态.为了提高姿态估计的准确性,将并行网络多尺度融合方法和生成高质量特征图的方法结合进行人体姿态估计(RefinedHRNet).在人体检测基础之上,采用并行网络多尺度融合方法在阶段内采用空洞卷积模块来扩大感...     

基于空洞卷积和多特征融合的混凝土路面裂缝检测

混凝土路面的裂缝检测是确保道路安全的重要基础任务。针对混凝土路面的复杂背景和裂缝本身复杂的拓扑结构,提出了一种基于空洞卷积和多特征融合的混凝土路面裂缝检测网络,该网络采用基于U-Net的编码-解码结构。在编码阶段,使用改进的残差网络Res2Net提高特征提取能力;在网络的中间部分,使用串联和并联相结合的不同空洞率的空洞卷积,从而在增加特征点的感受野的同时不会降低特征图的分辨率;在解码阶段,融合了从低层卷积到高层卷积的多尺度和多级特征,提高了裂缝检测的准确性。为证明所提算法的有效性和准确性,将其与现有的部分检测方法进行了比较并使用F-score来评估检测性能。在多个混凝土路面数据集上的实验结果表明,该算法提高了裂缝检测的准确性,具有较好的鲁棒性。     

多通道区域建议的多尺度X光安检图像检测

针对安检X光图像检测中的违禁品尺度差异问题,对Faster RCNN网络进行改进,提出一种基于多通道区域建议网络（muiti-channel region proposal network,MCRPN）。考虑到不同层卷积特征在视觉语义上的互补性,进行多层特征提取,融合VGG16高层较丰富的语义特征和低层较浅的边缘特征;修改多通道RPN中的锚框参数,将生成的多尺度候选目标区域分别映射到对应的特征图上,构建多尺度违禁品检测网络;在多通道上引入膨胀卷积,设计一种多分支膨胀卷积模块（dilated convolutions module,DCM）,增大感受野,增强不同尺度的特征。将改进的算法在自制数据集SIXray_OD上进行实验,检测的平均精度达到84.69%,测性能较原网络提高了6.28%。实验结果表明,改进算法的识别精度有一定提高。     

感受野下的小目标检测算法

早前提出的one-stage类算法SSD,在主干网络特征提取方面,经过3×3的卷积之后会造成计算通道数增多.同时,在SSD中这些被提取出的特征直接生成特征图并分别丢入预测模型中,导致层与层之间没有很好的信息交融.在现实的检测过程中,因为神经网络的主导为大型目标,常常会忽略相对于大型物体更容易被漏检的小型物体,导致小型被...     

采用卷积核金字塔和空洞卷积的单阶段目标检测

目的 在基于深度学习的目标检测模型中,浅层特征图包含更多细节但缺乏语义信息,深层特征图则相反,为了利用不同深度特征图的优势,并在此基础上解决检测目标的多尺度问题,本文提出基于卷积核金字塔和空洞卷积的单阶段目标检测模型。方法 所提模型采用多种方式融合特征信息,先使用逐像素相加方式融合多层不同大小的特征图信息,然后在通道维度拼接不同阶段的特征图,形成具有丰富语义信息和细节信息的信息融合特征层作为模型的预测层。模型在锚框机制中引入卷积核金字塔结构,以解决检测目标的多尺度问题,采用空洞卷积减少大尺寸卷积核增加的参数量,合理地降低锚框数量。结果 实验结果表明,在PASCAL VOC2007测试数据集上,所提检测框架在300×300像素的输入上检测精度达到79.3% mAP（mean average precision）,比SSD（single shot multibox detector）高1.8%,比DSSD（deconvolutional single shot detector）高0.9%。在UCAS-AOD遥感数据测试集上,所提模型的检测精度分别比SSD和DSSD高2.8%和1.9%。在检测速度上,所提模型在Titan X GPU上达到21帧/s,速度超过DSSD。结论 本文模型提出在两个阶段融合特征信息并改进锚框机制,不仅具有较快的检测速度和较高的精度,而且较好地解决了小目标以及重叠目标难以被检出的问题。     

基于跳跃连接金字塔模型的小目标检测

随着深度学习的发展,目标检测已经获得了较高的精度和效率。但是小目标的检测仍然是一个挑战。小目标检测准确率较低的重要原因是没有充分利用高层特征的语义信息和低层特征的细节信息之间的关系。针对上述问题,本文提出一种基于跳跃连接金字塔模型的小目标检测方法。与其他的目标检测方法不同,本文提出利用跳跃连接金字塔结构来融合多层高层语义特征信息和低层特征图的细节信息。而且为了更好地提取不同尺度物体对应的特征信息,在网络模型中采用不同大小的卷积核和不同步长的空洞卷积来提取全局特征信息。在PASCAL VOC和MS COCO数据集上进行了实验,验证了算法的有效性。     

降低参数规模的卷积神经网络模型压缩方法

针对卷积神经网络模型参数规模越来越大导致难以在计算与存储资源有限的嵌入式设备上大规模部署的问题,提出一种降低参数规模的卷积神经网络模型压缩方法。通过分析发现,卷积层参数量与输入输出特征图数量以及卷积核大小有关,而全连接层参数数量众多且难以大幅减少。通过分组卷积减少输入输出特征图数量,通过卷积拆分减小卷积核大小,同时采用全局平均池化层代替全连接层的方法来解决全连接层参数数量众多的问题。将上述方法应用于LeNet5和AlexNet进行实验,实验结果表明通过使用组合压缩方法对LeNet5模型进行最大压缩后,参数规模可减少97%,识别准确率降低了不到2个百分点,而压缩后的AlexNet模型参数规模可减少95%,识别准确率提高了6.72个百分点,在保证卷积神经网络精度的前提下,可大幅减少模型的参数量。     

基于多尺度轻量化注意力的钢材缺陷检测

针对当前YOLOv5算法检测钢材表面缺陷精度不高、速度慢等问题,提出一种基于多尺度轻量化注意力的YOLO-Steel钢材表面缺陷检测方法.首先,提出一种轻型通道注意力模块,仅需少量计算成本即可有效关注重要通道;然后,利用空洞卷积扩大感受提出一种轻型空间注意力模块,能够在空间维度上提取有价值信息;接着,提出金字塔注意力结构,利用多级池化放缩特征图在不同分辨率特征图上使用空间注意力模块学习其空间依赖信息,对多级特征图使用通道注意力模块重构其通道相关信息,改善检测效果.实验结果表明,YOLO-Steel在钢材表面缺陷数据集上平均精度均值(mAP)可达77.2%,比YOLOv5s算法提高1.8%,模型时间、空间复杂度与YOLOv5s基本持平,在保证检测速度的基础上能够有效提高精确度.     

融合多尺度特征的多监督人脸活体检测算法

目前的多数活体检测算法忽略了特征挖掘,导致判别性信息提取不足。提出一种融合梯度纹理和群感受野的活体检测算法。使用中心差分卷积计算感受野周围点与中心点的差值,提取图像的梯度纹理特征,设计群感受野模块,采用不同尺寸的卷积核结合空洞卷积组成多分支结构,在使用较少参数量的情况下获得更大的感受野和多尺度特征,并将两种特征融合输入到残差结构中。此外,在使用深度图进行监督的同时,增加二值掩模进行辅助监督,使得网络将学习的中心放到人脸部位,进一步提升模型的鲁棒性。在此基础上,综合深度图生成器和掩模生成器的输出结果,计算预测得分,实现端到端的活体检测。实验结果表明,该算法在公开数据集OULU-NPU 4个协议上的平均分类错误率分别为0.9%、1.9%、1.6%±2.0%和2.7%±1.8%,在数据集CASIA-MFSD和Replay-Attack上可实现无误差活体检测,并且模型参数量仅为1.1 MB,与Auxiliary和STASN等活体检测算法相比,检测精度更高,具有更好的鲁棒性。