基于优化候选区域的战场目标检测研究

针对Faster R-CNN算法对战场小型目标和遮挡目标的检测存在耗时且检测精度低的问题,提出基于优化候选区域的Faster R-CNN算法.算法使用改进的区域提取网络(Region Proposal Networks,RPN)提取候选区域并通过误差比较的方法优化候选区域,同时,引入排斥损失来优化遮挡目标的候选区域.优化后的候选区域和特征图进入检测网络,完成目标的分类和位置回归.在坦克装甲目标数据集上进行实验,结果表明:与传统检测算法相比,所提算法在检测速率和平均精度方面的性能更优.     

融合候选区域提取与SSAE深度特征学习的心脏MR图像左心室检测

左心室检测在计算机辅助心脏MR图像诊断方面具有重要价值,针对由于成像质量、部分容积效应、目标复杂多变等因素影响,导致左心室自动检测准确度较低的问题,提出一种融合候选区域提取与栈式稀疏自编码器(SSAE)深度特征学习的心脏MR图像左心室检测方法.在候选区域提取阶段,先用超像素算法产生初始区域,然后对SSAE学习到的深度特征采用层次聚类算法生成候选区域;在检测阶段,先使用SSAE提取候选区域的深度特征,然后训练SVM分类器对候选区域进行分类,并使用难分负样本挖掘算法对模型进行调节.对心脏图谱数据集左心室目标检测的实验结果表明,相对于手工特征及基于候选区域等方法,该方法取得了有竞争力的检测精度.     

融合图像特征的单阶段点云目标检测

使用图像信息补充三维点云的几何和纹理信息,可以对三维物体进行有效地检测与分类。为了能够更好地将图像特征融入点云,设计了一个端到端的深度神经网络,提出了一个新颖的融合模块PI-Fusion(point cloud and image fusion),使用图像特征以逐点融合的方式来增强点云的语义信息。另外,在点云下采样的过程中,使用距离最远点采样和特征最远点采样的融合采样方式,以在小目标上采样到更多的点。经过融合图像和点云特征的三次下采样之后,通过一个候选点生成层将点移动到目标物体的中心。最后,通过一个单阶段目标检测头,得出分类置信度和回归框。在公开数据集KITTI的实验表明,与3DSSD相比,此方法在简单、中等、困难难度的检测上分别提升了3.37、1.92、1.58个百分点。     

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。     

改进Faster R-CNN模型的CT图磨玻璃密度影目标检测

目的 针对Faster R-CNN （faster region convolutional neural network）模型在肺部计算机断层扫描（computed tomography，CT）图磨玻璃密度影目标检测中小尺寸目标无法有效检测与模型检测速度慢等问题，对Faster R-CNN模型特征提取网络与区域候选网络（region proposal network，RPN）提出了改进方法。方法 使用特征金字塔网络替换Faster R-CNN的特征提取网络，生成特征金字塔；使用基于位置映射的RPN产生锚框，并计算每个锚框的中心到真实物体中心的远近程度（用参数“中心度”表示），对RPN判定为前景的锚框进一步修正位置作为候选区域（region proposal），并将RPN预测的前景/背景分类置信度与中心度结合作为候选区域的排序依据，候选区域经过非极大抑制筛选出感兴趣区域（region of interest，RoI）。将RoI对应的特征区域送入分类回归网络得到检测结果。结果 实验结果表明，在新冠肺炎患者肺部CT图数据集上，本文改进的模型相比于Faster R-CNN模型，召回率（recall）增加了7%，平均精度均值（mean average precision，mAP）增加了3.9%，传输率（frames per second，FPS）由5帧/s提升至9帧/s。特征金字塔网络的引入明显提升了模型的召回率与mAP指标，基于位置映射的RPN显著提升了模型的检测速度。与其他最新改进的目标检测模型相比，本文改进的模型保持了双阶段目标检测模型的高精度，并拉近了与单阶段目标检测模型在检测速度指标上的距离。结论 本文改进的模型能够有效检测到患者肺部CT图的磨玻璃密度影目标区域，对小尺寸目标同样适用，可以快速有效地为医生提供辅助诊断。     

基于Siamese-YOLOv4的印刷品缺陷目标检测

在印刷工业生产中,针对直接使用YOLOv4网络进行印刷缺陷目标检测精度低、所需训练样本数量大的问题,提出了一种基于Siamese-YOLOv4的印刷品缺陷目标检测方法。首先,使用了一种图像分割和随机参数变化的策略对数据集进行增强;然后,在主干网络中增加了孪生相似性检测网络,并在相似性检测网络中引入Mish激活函数来计算出图像块的相似度,在此之后将相似度低于阈值的区域作为缺陷候选区域;最后,训练候选区域图像,从而实现缺陷目标的精确定位与分类。实验结果表明：Siamese-YOLOv4模型的检测精度优于主流的目标检测模型,在印刷缺陷数据集上,Siamese-YOLOv4网络对卫星墨滴缺陷的检测准确率为98.6%,对脏点缺陷的检测准确率为97.8%,对漏印缺陷的检测准确率为93.9%;检测的平均精度均值（mAP）达到了96.8%,相较于YOLOv4算法、Faster R-CNN算法、SSD算法、EfficientDet算法分别提高了6.5个百分点、6.4个百分点、14.9个百分点、10.6个百分点。所提Siamese-YOLOv4模型一方面在印刷品缺陷检测中有较低的误检率和漏检率,另一方面通过相似性检测网络计算图像块的相似度从而提高了检测的精度,表明所提缺陷检测方法可应用于印刷质检以提高印刷企业的缺陷检测水平。     

FAGNet:基于MAFPN和GVR的遥感图像多尺度目标检测算法

针对大场景遥感图像内容复杂,并且具有目标种类较多、尺度不一、方向多变等特点,导致遥感图像中目标多类多尺度多方向的问题,提出一种基于多尺度注意力特征金字塔网络(MAFPN)以及滑动顶点回归(GVR)机制的遥感图像目标检测方法.首先利用骨干网络提取多层特征作为MAFPN的输入,MAFPN结合特征融合和注意力机制,在融合多个尺度的特征映射的基础上使用通道域注意力和空间域注意力机制来抑制噪声,增强有效特征复用,提高网络对目标多尺度特征的自适应性;将MAFPN输出的融合特征图输入区域建议网络(RPN)生成感兴趣区域,然后将其送入分类/回归网络;在分类/回归网络中使用GVR机制在预测水平框的基础上增加4个顶点偏移比例参数和旋转因子,将水平框转换为旋转框,以减少边框中冗余区域,使预测得到的旋转边框更贴合目标.在DOTA公开数据集上与多种基于卷积神经网络的经典检测算法进行对比的实验结果表明,该方法的平均检测精度得到显著提高,能够更加准确地检测多个尺度以及多个方向的目标,实现了多尺度目标的鲁棒性检测.     

基于雷达与视觉融合的双模态煤矿井下环境感知技术

环境感知是煤矿巡检机器人、视觉测量系统等场景应用的关键技术。单模态环境感知技术对煤矿井下复杂环境的感知能力较差。提出了雷达与视觉双模态空间融合方法,通过激光雷达和摄像仪之间的坐标转换来实现二者采集信息的融合,从而提高环境感知能力。为了更好地提取目标特征信息,提出了双模态融合环境感知网络架构技术路线：摄像仪和雷达采集的环境信息经雷达与视觉双模态空间融合方法进行融合处理,多模态特征融合网络模块提取融合信息中的目标特征,多任务处理网络模块采用不同的任务头处理目标特征信息,完成目标检测、图像分割、目标分类等环境感知任务。采用YOLOv5s目标检测算法搭建双模态特征提取网络模块进行实验,结果表明：基于雷达与视觉融合的双模态煤矿井下环境感知技术对井下巷道环境下行人检测的成功率较视觉、雷达感知分别提升15%,10%,对车道线、标志牌等各类目标分割的平均精度均值较视觉感知均提高10%以上,有效提升了煤矿井下环境感知能力,可为煤矿道路环境感知、视觉测量系统、无人矿车导航系统、矿井搜救机器人等应用场景提供技术支持。     

帧间差分与码书模型相融合的运动目标检测算法

针对视频检测对实时性和准确性的要求,提出了将帧间差分与码书模型相融合的运动目标检测算法.首先,选取某个t时间内采集到的视频图像作为训练图像,对图像的每一个像素点建立码书模型.把码书模型中表示前景的码书去除,余下的作为背景模型用于检测.检测运动目标时,先将待检测的相邻帧图像进行帧间差分,得到变化区域和没有变化的区域,将有变化的区域与背景模型进行拟合,区分出前一帧运动区域和目标运动区域.更新背景模型时以不同的更新方法对前一帧运动区域和目标运动区域进行更新.     

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。     

基于显著性特征和角度信息的遥感图像目标检测

遥感图像中的目标具有密集性、多尺度和多角度等特性,这使得遥感图像多类别目标检测成为一项具有挑战性的课题。因此,文中提出了一种新的端到端的遥感图像目标检测框架。该框架通过提取显著性特征和不同卷积通道之间的相互关系来增强目标信息,抑制非目标信息,从而提高特征的表示能力。同时,在不增加模型参数的情况下,在卷积模块中添加多尺度特征模块来捕获更多的上下文信息。为了解决遥感图像中目标角度多变这一问题,该框架在区域建议网络中加入了角度信息,得到有角度的矩形候选框,并在训练过程中添加注意力损失函数来引导网络学习显著性特征。该框架在公开的遥感图像数据集上进行了相关验证,在水平任务框和方向任务框上的实验结果证明了所提方法的有效性。     

基于定位不确定性的鲁棒3D目标检测方法

针对3D点云训练数据因人工标注不精确而导致模型定位不准确的问题,提出了一种基于定位不确定性的鲁棒3D目标检测方法。首先,以基于3D体素网格的稀疏嵌入卷积检测（SECOND）网络作为基础网络,在候选区域生成网络（RPN）的基础上增加对定位不确定性的预测;然后,在训练过程中使用高斯和拉普拉斯两种分布模型对定位不确定性进行建模,并对定位损失函数进行重新定义;最后,在预测过程中结合定位不确定性和分类置信度作为目标置信度,使用阈值过滤和非极大值抑制（NMS）方法筛选候选目标。实验结果表明,在KITTI 3D目标检测数据集上,所提算法对于车辆类别的检测准确率在中等难度上比SECOND网络提高了0.5个百分点;当在训练数据中额外加入扰动模拟噪声的情况下,所提算法的检测准确率比SECOND网络最多提高了3.1个百分点。所提算法提高了3D目标检测准确率,减少了误检且提高了3D边界框的精度,并且对于带噪声的数据更鲁棒。     

改进Mask R-CNN算法的带钢表面缺陷检测

在带钢的生产过程中可能会因为生产工艺的问题导致带钢表面出现缺陷,传统的带钢表面检测方法存在检测速度慢、检测精度低等问题。在计算机深度学习快速发展的今天,为实现带钢表面缺陷快速有效的检测,提出改进的掩码区域卷积神经网络（Mask R-CNN）算法,使用[k]-means II聚类算法改进区域建议网络（RPN）锚框生成方法;同时调整Mask R-CNN模型的网络结构,去掉掩码分支,提高了模型的缺陷检测速度。实验在NEU-DET数据集的5种缺陷检测中将原算法的均值平均精度（mAP）从0.810?2提升到0.960?2,检测速度达到5.9?frame/s。并且能够实现对缺陷目标的检测和实例分割,以便研究人员观测缺陷的大小和形状,从而改进工艺。相比于目前其他深度学习的缺陷检测算法,更能满足带钢的生产检测要求。     

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。     

无锚点的遥感图像任意角度密集目标检测方法

针对基于深度学习的遥感图像目标检测方法密集目标漏检率高、分类不准确的问题,建立了一种基于深度学习的无锚点的遥感图像任意角度的密集目标检测方法。首先采用CenterNet作为基线模型,经过主干网络提取特征,并改造原有检测器结构,即加入角度回归分支进行目标角度回归;然后提出一种基于非对称卷积的特征增强模块,并将主干网络提取到的特征图输入特征增强模块,从而增强目标的旋转不变性特征,消除由于目标的旋转、翻转带来的影响,进一步提升目标中心点、尺寸信息的回归精度。采用HourGlass-101作为主干网络时,该方法在DOTA数据集上的平均精度均值（mAP）比旋转区域候选网络（RRPN）提升了7.80个百分点,每秒处理帧数（FPS）提升了7.5;在自建数据集Ship3上,该方法的mAP比RRPN提升了8.68个百分点,FPS提升了6.5。结果表明,所提方法能获得检测精度和速度的平衡。     

特征融合与训练加速的高效目标跟踪

基于孪生网络的目标跟踪,存在特征信息欠丰富,跟踪效率有待提高,大型数据集上训练时间长等问题。针对上述问题,提出特征融合与训练加速的高效目标跟踪。增加主干网络参考特征层级,减小下采样,融合多层级参考特征图,提取目标更深度、丰富的语义信息。深度互相关操作得到候选窗口响应（Response of Candidate Windows,RoWs）,在其中构建区域建议网络（Region Proposal Network,RPN）,通过权衡正负锚点的数量比,使孪生网络性能更加高效、稳定。大型数据集训练孪生网络时,使用均匀滑动漂移采样,代替随机漂移采样算法,在抑制中心偏置现象的同时,显著加快了孪生网络的训练速度。跟踪基准VOT2018上的评估实验结果表明,与所有参考的主流目标跟踪算法相比,所提算法具有最佳的跟踪性能。     

基于像素分类的多尺度无人机航拍目标旋转跟踪算法

针对无人机（UAV）跟踪过程中垂直跟踪框在处理尺度变化、相似物体和纵横比变化时限制了跟踪精度提升的问题,提出一种基于像素分类的多尺度UAV航拍目标旋转跟踪算法。首先,设计MS-ResNet以提取目标多尺度特征;然后,在具有正交特性的多通道响应图上设计像素二分类模块,从而进一步精确细化分类和回归分支的结果;同时,为了提高像素分类精度,使用并行通道空间注意力（scSE）模块在空间域和通道域上筛选目标特征;最后,在像素分类基础上生成贴合目标实际大小的旋转跟踪框,从而避免正样本受到污染。实验结果表明：所提算法在无人机跟踪数据集UAV123上的成功率和准确率分别为60.7%和79.5%、与孪生区域建议跟踪网络（SiamRPN）相比,成功率与准确率分别提升了5个百分点、2.7个百分点,同时速度为67.5 FPS,满足实时要求。所提算法具有良好的尺度适应能力、辨别能力和鲁棒性,能有效应对UAV跟踪任务。     

基于深度学习的道路障碍物检测方法

针对基于激光雷达（LiDAR）的三维点云数据处理及道路障碍物检测的问题,提出一种基于深度学习的路障碍物检测方法。首先,采用统计滤波算法对原始点云进行离群点的剔除处理;其次,提出一种端到端的深度神经网络VNMax,利用最大池化对区域候选网络（RPN）架构进行优化,构建改进的目标检测层;最后,在KITTI数据集上进行了训练及测试实验。结果显示,经过滤波处理,点云中各点之间的平均距离得到有效减少。通过对在KITTI数据集的简单、中等和困难任务的车辆定位处理结果比较得出,所提方法的平均精度比VoxelNet（Unofficial）分别提高了11.3个百分点、6.02个百分点和3.89个百分点。实验测试结果表明,统计滤波算法仍是有效的三维点云数据处理手段,最大池化模块可以提高深度神经网络的学习性能和目标定位能力。     

基于改进YOLOv3的多尺度目标检测算法

为了进一步提高多尺度目标检测的速度和精度,解决小目标检测易造成的漏检、错检以及重复检测等问题,提出一种基于改进YOLOv3的目标检测算法实现多尺度目标的自动检测。首先,在特征提取网络中对网络结构进行改进,在残差模块的空间维度中引入注意力机制,对小目标进行关注;然后,利用密集连接网络（DenseNet）充分融合网络浅层信息,并用深度可分离卷积替换主干网络中的普通卷积,减少模型的参数量,提升检测速率。在特征融合网络中,通过双向金字塔结构实现深浅层特征的双向融合,并将3尺度预测变为4尺度预测,提高了多尺度特征的学习能力;在损失函数方面,选取GIoU（Generalized Intersection over Union）作为损失函数,提高目标识别的精度,降低目标漏检率。实验结果表明,基于改进YOLOv3（You Only Look Once v3）的目标检测算法在Pascal VOC测试集上的平均准确率均值（mAP）达到83.26%,与原YOLOv3算法相比提升了5.89个百分点,检测速度达22.0 frame/s;在COCO数据集上,与原YOLOv3算法相比,基于改进YOLOv3的目标检测算法在mAP上提升了3.28个百分点;同时,在进行多尺度的目标检测中,算法的mAP有所提升,验证了基于改进YOLOv3的目标检测算法的有效性。     

基于FasterMDNet的视频目标跟踪算法

多域卷积神经网络（MDNet）算法在卷积层采用选择性搜索的方式来提取候选框，因此它没有共享完整图像特征，从而导致在线视频目标跟踪速度慢。针对这个问题，提出一种快速多域卷积神经网络（FasterMDNet）视频目标跟踪算法。FasterMDNet是建立在MDNet基础上的一种模型，在卷积层后面引入RPN（Region Proposal Network）网络，优化了损失函数，共享完整图像卷积特征，加快候选区域建议框（ROI）更高效的生成；为了更好地获得目标和背景信息表示，在RPN网络后加入ROIAlign层，对提取的候选区域建议框特征图用双线性插值方法来提高感受野的分辨率。该算法对目标跟踪基准数据集OTB2013、OTB2015、VOT2016进行了评估，并与前沿的跟踪算法做对比，实验结果证明，该算法跟踪准确率优于其他对比方法，并且对比相同实验环境下MDNet算法，在线跟踪速度提高了近12倍。