基于深度学习的遥感图像目标检测与识别

为解决目前的遥感图像目标检测算法存在的对小尺度目标检测精度低和检测速度慢等问题，提出了一种基于深度学习的遥感图像目标检测与识别算法。首先，构建一个含有不同尺度大小的遥感图像的数据集用于模型的训练和测试；其次，基于原始的多尺度单发射击（SSD）网络模型，融入了设计的浅层特征融合模块、浅层特征增强模块和深层特征增强模块；最后，在训练策略上引入聚焦分类损失函数，以解决训练过程中正负样本失衡的问题。在高分辨率遥感图像数据集上进行实验，结果表明所提算法的检测平均精度均值（mAP）达到77.95%，相较于SSD网络模型提高了3.99个百分点，同时检测速度为33.8 frame/s。此外，在拓展实验中，改进算法对高分辨率遥感图像中模糊目标的检测效果也优于原多尺度单发射击网络模型。实验结果说明，所提改进算法能够有效地提高遥感图像目标检测的精度。     

面向光学遥感图像典型目标检测的SSD模型优化

本文面向光学遥感图像目标检测应用,针对光学遥感图像中的典型目标一飞机和汽车,提出一种改进的SSD模型:首先在SSD (Single Shot multibox Detector)网络模型基础上引入多尺度特征融合模块,实现深层特征与浅层特征的融合以获得更多的特征上下文信息,增强网络对目标特征的提取能力;其次根据数据集目标样本尺寸分布特征进行聚类分析获得更准确的默认目标框参数,从而有效提升网络对目标位置信息的提取能力.将本文模型与SSD及YOLOv3模型在常用遥感图像目标检测数据集上进行对比,目标检测精度均有较大提升,验证了该模型的有效性.     

基于改进SSD算法的遥感图像目标检测

在遥感图像目标检测领域,多数目标检测算法针对小目标检测时效果不佳,为此,提出一种多尺度特征融合的遥感图像目标检测算法。利用SSD算法的基础网络进行特征提取,形成特征图金字塔。设计特征图融合模块,融合浅层特征图的位置信息和深层特征图的语义信息,从而保留丰富的上下文信息。设计冗余信息去除模块,通过卷积操作进一步提取特征图中的特征,并对特征信息进行筛选,以减少特征图融合时带来的混叠效应。在遥感图像数据集NWPU VHR-10上的实验结果表明,该算法的平均检测精度高达93.9%,其针对遥感图像小目标的检测性能优于Faster R-CNN和SSD等算法。     

注意力特征融合SSD算法对遥感图像的目标检测

针对多尺度单发射击检测(Single Shot MultiBox Detector,SSD)算法对小目标物体检测效果不佳的问题,提出注意力特征融合SSD(Attention Feature Fusion SSD,AFF-SSD)算法。首先,为了提升网络对小目标物体的检测性能,使用注意力特征融合模块对浅层特征图中的特征信息融合,在降低噪声的同时增强特征图中远距离像素的相关性;其次,针对训练过程中正负样本失衡导致的模型退化问题,结合聚焦分类损失函数对SSD算法中的损失函数优化;最后,引入迁移学习解决因训练数据较少导致的过拟合问题。实验结果表明,与SSD算法相比,AFF-SSD算法平均准确率均值提高8.09%,经过迁移学习后,AFF-SSD算法平均准确率均值提高3.47%。     

基于加权策略的高分辨率遥感图像目标检测

针对遥感图像目标检测任务中存在的目标尺度差异大、检测精度低等问题,提出了一种基于加权策略的改进YOLOv3遥感图像目标检测模型。为提高对遥感图像中小目标的检测精度,增加具有较小感受野的特征图像的检测分支。设计了一种多尺度特征图像自适应加权融合方法,通过挖掘特征提取网络的表征能力,综合利用多尺度特征提高了目标检测精度。采用DIOR数据集的4类目标构建了一个新的遥感图像目标检测数据集,并进行了改进模型的训练与测试。实验结果表明,改进后的模型取得了80.25%的平均精度均值（mean Average Precision,mAP）,相比于改进前提高了8.2%。将训练模型对RSOD、UCAS-AOD、NWPU VHR-10数据集进行测试,验证了改进模型具有较好的适应性。     

基于密集连接与特征增强的遥感图像检测

遥感技术的快速发展使得遥感图像检测技术广泛应用于军事、农业、交通、城市规划等多个领域。随着遥感分辨率和数据体量的不断提升,通过人工处理数据的方法已经无法满足实时性需求,因此,实现高效、精准的自动化数据处理方式成为该领域的研究热点。针对遥感图像分辨率高、背景复杂、目标尺度小等特点,提出一种改进的YOLOv3算法,用以提升遥感图像的检测效果。在原始YOLOv3算法的基础上,使用改进的密集连接网络替换原有的DarkNet53作为基础网络,以提升网络输入和预测结果的尺度多样性。通过阀杆模块降低输入损失,同时在浅层特征图中加入特征增强模块,从而丰富特征图的感受野,强化网络对浅层特征信息的提取,在保证整体检测性能的同时使网络对遥感图像中、小目标的检测精度和鲁棒性均有所提升。在遥感图像数据集上进行多组对比实验,结果表明,相比原始YOLOv3算法,该算法的平均准确率提高9.45个百分点,在小尺度目标上的检测准确率提升更显著,达到11.03个百分点,且模型参数量得到有效缩减。     

基于改进SSD算法的车辆检测

SSD算法利用多尺度特征图进行分类和位置回归,检测小目标效果优于YOLO算法,但SSD算法在进行车辆检测时存在漏检问题。为此,提出一种改进SSD算法。为提取更多的车辆特征信息,设计改进Inception模块替代SSD网络中的Conv8、Conv9和Conv10层。将浅层特征的位置信息和深层特征的语义信息进行均衡化融合,构建多尺度特征融合均衡化网络,提高小目标车辆识别率。在特征提取层均引入SENet,对不同特征通道的重要性进行重标定以提高模型性能。实验结果表明,改进后SSD算法在自制的车辆数据集上平均精度为90.89%,检测速度达到59.42 frame/s,相比改进前的SSD算法,在精度和速度上分别提高2.65个百分点和17.41 frame/s,能够更快速、准确地对图像中的车辆进行识别和定位。     

基于深度学习的实时车辆检测研究

针对城市交通复杂场景下车辆检测存在准确率低的问题,提出改进SSD(单发多箱探测器)目标检测算法。首先基于轻量化的PeleeNet(一种基于密集卷积网络的轻量化网络变体)网络结构改进SSD算法中VGG16(视觉几何群网络)特征提取网络,在保证提取丰富特征的前提下,有效地减少模型参数,提高模型的实时性;其次设计了多尺度特征融合模块和底层特征增强模块,提高特征的表达性能;最后根据数据集中目标的大小调整默认框的长宽比例,并在后三个特征层的每个单元上增加默认框。实验结果表明,改进后的目标检测算法的准确率mAP(平均精度)为79.83%,与原始SSD相比提高了2.25%,并验证了改进SSD算法的有效性。     

融入特征融合与特征增强的SSD目标检测

针对SSD算法在目标检测过程中对小目标检测的不足,提出了一种基于SSD算法的一阶段目标检测器——FIENet（feature integration and feature enhancement network）。在FIENet中设计了两个模块,一是特征融合模块,该模块对SSD浅层的特征映射信息进行融合以提高小目标检测能力;二是特征增强模块,该模块采用了残差网络（Res2Net）以及注意力机制（attention）,对特征融合后的模块以及SSD中的深层特征映射进行增强。为了更好地检测小目标,还调整了浅层特征映射先验框的数量。为了评价FIENet的有效性,在PASCAL VOC2007以及MSCOCO数据集上进行了实验。实验结果表明,在PASCAL VOC2007数据集上检测精度（mAP）较SSD提高3.1个百分点,对小目标bird、bottle、chair、plant检测精度分别提升了3.6、9.5、5.4、5.5个百分点。在COCO数据集上达到29.4%的检测精度（mAP）。实验结果证明FIENet网络在保持实时性的同时可以达到较高的检测精度。     

基于深度SSD改进模型的传动设备状态在线监测研究

针对现有传动设备在线监测算法存在的检测精度地、效率差等问题,提出一种基于改进SSD网络模型的在线检测算法。先对故障集进行预处理,通过滤波调制、共振解调等环节滤除原始故障集的噪声干扰;以VGG-16为基础设计了SSD网络结构,同时增加了辅助卷积层和预测层;对SSD网络模型进行改进,引入了注意力机制模块和特征增强模块,改善模型各层的数据共享性能同时提高了模型的数据训练效率;基于通道拼合方式对故障数据进行多尺度特征融合,并优化SSD模型的各层金字塔结构,以更好的匹配先验框及选择最佳的损失函数。实验结果显示,提出算法的传动设备故障检测率达到98.8%,同时算法的检测效率也优于现有算法。     

增强小目标特征的航空遥感目标检测

目的 航空遥感图像中多为尺寸小、方向错乱和背景复杂的目标。传统的目标检测算法由于模型的特征提取网络对输入图像进行多次下采样,分辨率大幅降低,容易造成目标特征信息丢失,而且不同尺度的特征图未能有效融合,检测目标之间存在的相似特征不能有效关联,不仅时间复杂度高,而且提取的特征信息不足,导致目标漏检率和误检率偏高。为了提升算法对航空遥感图像目标的检测准确率,本文提出一种基于并行高分辨率结构结合长短期记忆网络（long short-term memory,LSTM）的目标检测算法。方法 首先,构建并行高分辨率网络结构,由高分辨率子网络作为第1阶段,分辨率从高到低逐步增加子网络,将多个子网并行连接,构建子网时对不同分辨率的特征图反复融合,以增强目标特征表达;其次,对各个子网提取的特征图进行双线性插值上采样,并拼接通道特征;最后,使用双向LSTM整合通道特征信息,完成多尺度检测。结果 将本文提出的检测算法在COCO （common objects in context）2017数据集、KITTI （Karlsruhe Institute of Technology and Toyota Technological Institute at Chicago）车辆检测和UCAS-AOD （University of Chinese Academy of Sciences-Aerial Object Detection）航空遥感数据集上进行实验验证,平均检测准确率（mean average precision,mAP）分别为41.6%、69.4%和69.3%。在COCO 2017、KITTI和VCAS-AOD数据集上,本文算法与SSD513算法相比,平均检测准确率分别提升10.46%、7.3%、8.8%。结论 本文方法有效提高了航空遥感图像中目标的平均检测准确率。     

融合特征增强和自注意力的SSD小目标检测算法

SSD是一种多尺度目标检测算法,由于浅层特征图缺乏语义信息,导致小目标的检测准确率低.针对这个问题,提出一种融合特征增强和自注意力的SSD小目标检测算法FA-SSD.该算法在SSD基础上构建一条自深向浅的递归反向路径,此路径包含三个模块:深层特征增强模块利用路径深层多尺度特征图生成的上下文信息和最深层特征图的语义信息,...     

基于残差收缩网络的遥感图像目标检测算法

针对于遥感图像中背景复杂噪声多、小目标多且排布密集、目标尺度差异大等问题,提出了一种改进通道注意力与残差收缩网络的遥感图像目标检测算法。该算法借助卷积神经网络,以YOLOV3模型作为基础网络,选择Mosaic图像增强的方式进行数据预处理,采用深度残差收缩模块重构了特征提取网络,并结合通道注意力机制与组合池化构建空间金字塔池化融合层,采用CIOU进行定位损失计算,最终实现遥感图像目标检测。实验结果表明：改进算法相比于原算法的总体mAP由89.2%提升至92.2%,获得了更好的性能表现。     

基于空洞卷积与特征增强的单阶段目标检测算法

基于卷积神经网络目标检测算法的浅层特征图包含丰富的细节信息,但缺乏语义信息,而深层特征图则相反。为充分利用浅层和深层特征图特征,解决多尺度目标检测问题,提出一种新的单阶段目标检测算法（AFE-SSD）。以SSD算法为基础,分别对该算法中相邻的2个特征图进行特征融合,从而丰富浅层特征层的语义信息。通过对并行空洞卷积机制进行改进,构建多尺度特征提取模块,将融合后的特征图通入多尺度特征提取模块的方式丰富其多尺度信息,同时提升主干网络的特征提取能力。在PASCAL VOC2007测试集上的实验结果表明,AFE-SSD算法的mAP为79.8%,检测速度为58.8 frame/s,与SSD、DSSD算法相比,mAP分别提升了2.4和1.2个百分点,验证了所提特征融合方式及多尺度提取模块的有效性。     

基于改进SSD算法对奶牛的个体识别

为了实现养殖场环境下无接触、高精度的奶牛个体有效识别,针对SSD（single shot multibox detector）算法识别准确率不高的问题,提出一种基于浅层特征模块的改进SSD（shallow feature module SSD,SFM-SSD）算法。将原始SSD算法的主干网络由VGG16替换为MobileNetV2,以降低网络的运算量,改善检测的实时性;针对SSD网络结构的浅层特征图设计浅层特征模块,扩大浅层特征图的感受视野,提高浅层特征图对目标物体的特征提取能力;利用[K]均值聚类算法重构区域候选框,提高算法的检测精度。实验结果表明：在奶牛个体识别任务中,SFM-SSD算法的平均准确率比原始的SSD算法提升3.13个百分点。同时检测的实时性也得到改善。     

基于深度学习的高分辨率遥感图像建筑物识别

为解决当前深度学习方法在高分辨率遥感图像中存在识别结果过度分割,以及小物体识别差的问题,提出一种基于SegNet架构改进的网络模型AA-SegNet,增加了增强的空间金字塔池化模块和空间注意力融合模块。该网络可以加强特征传播并能够有效传递更高级别的特征信息以抑制低级特征的噪声,并且可以增强小目标特征学习。基于高分二号遥感影像制作数据集并进行实验,AA-SegNet网络总体识别准确率为96.61%,在识别率、[F1]分数以及训练时间等方面也都优于SegNet、U-Net、DeepLab-V3网络。     

基于改进FCOS网络的光学遥感影像目标检测算法

针对当前遥感影像背景复杂、目标尺度小等情况导致的检测精度偏低的问题,基于FCOS网络提出了一种结合位置注意力和感受野增强的遥感影像目标检测算法PARF-FCOS;该算法构造了一种位置注意力模块,并利用该模块对特征提取网络进行改进,增强网络对目标信息的提取能力;在特征融合阶段使用感受野模块（RFB, receptive field block）增强浅层特征图,利用目标上下文信息进行辅助判断,提升网络对小尺度目标的检测能力;在训练过程中,引入距离交并比损失（DIoU loss,distance intersection over union loss）进行边界框回归,通过优化目标框与预测框中心点之间的距离,使回归过程更加平稳和准确;在公开数据集DIOR上评估了PARF-FCOS目标检测算法,实验结果表明,相较于原始FCOS,算法的平均精确度均值提高了4.3%,达到70.4%,检测速度达到23.2FPS。     

注意力机制改进卷积神经网络的遥感图像目标检测

目的 遥感图像目标检测是遥感图像处理的核心问题之一,旨在定位并识别遥感图像中的感兴趣目标。为解决遥感图像目标检测精度较低的问题,在公开的NWPU_VHR-10数据集上进行实验,对数据集中的低质量图像用增强深度超分辨率（EDSR）网络进行超分辨率重构,为训练卷积神经网络提供高质量数据集。方法 对原Faster-RCNN （region convolutional neural network）网络进行改进,在特征提取网络中加入注意力机制模块获取更多需要关注目标的信息,抑制其他无用信息,以适应遥感图像视野范围大导致的背景复杂和小目标问题;并使用弱化的非极大值抑制来适应遥感图像目标旋转;提出利用目标分布之间的互相关对冗余候选框进一步筛选,降低虚警率,以进一步提高检测器性能。结果 为证明本文方法的有效性,进行了两组对比实验,第1组为本文所提各模块间的消融实验,结果表明改进后算法比原始Faster-RCNN的检测结果高了12.2%,证明了本文所提各模块的有效性。第2组为本文方法与其他现有方法在NWPU_VHR-10数据集上的对比分析,本文算法平均检测精度达到79.1%,高于其他对比算法。结论 本文使用EDSR对图像进行超分辨处理,并改进Faster-RCNN,提高了算法对遥感图像目标检测中背景复杂、小目标、物体旋转等情况的适应能力,实验结果表明本文算法的平均检测精度得到了提高。