融入混合注意力的可变形空洞卷积近岸SAR小舰船检测

目的 在近岸合成孔径雷达(synthetic aperture radar, SAR)图像舰船检测中,由于陆地建筑及岛屿等复杂背景的影响,小型舰船与周边相似建筑及岛屿容易混淆。现有方法通常使用固定大小的方形卷积核提取图像特征。但是小型舰船在图像中占比较小,且呈长条形倾斜分布。固定大小的方形卷积核引入了过多背景信息,对分类造成干扰。为此,本文针对SAR图像舰船目标提出一种基于可变形空洞卷积的骨干网络。方法 首先用可变形空洞卷积核代替传统卷积核,使提取特征位置更贴合目标形状,强化对舰船目标本身区域和边缘特征的提取能力,减少背景信息提取。然后提出3通道混合注意力机制来加强局部细节信息提取,突出小型舰船与暗礁、岛屿等的差异性,提高模型细分类效果。结果 在SAR图像舰船数据集HRSID(high-resolution SAR images dataset)上的实验结果表明,本文方法应用在Cascade-RCNN(cascade region convolutional neural network)、YOLOv4(you only look once v4)和BorderDet(border d...     

基于多卷积神经网络融合的SAR舰船分类

针对SAR图像中小型舰船分类准确率较低的问题,提出一种多卷积神经网络加权融合的方法。首先构建高分辨率卷积神经网络对特征图进行多尺度融合,引入微调模型和标签平滑减少训练过拟合的问题;然后利用高分辨网络、MobileNetv2网络和SqueezeNet网络训练3种单分类模型;最后采用加权投票方式对3种分类模型的结果进行融合。采用融合算法对GF-3号舰船数据集进行分类实验,取得94.83%的准确率、95.43%的召回率和0.9513的F1分数的分类性能。实验结果表明,该舰船分类算法模型具有较优的分类能力,验证了其在高分辨率SAR图像舰船分类上的有效性。     

基于级联CNN的SAR图像舰船目标检测算法

针对合成孔径雷达(SAR)图像中舰船目标稀疏的特点,提出一种基于级联卷积神经网络(CNN)的SAR图像舰船目标检测方法.将候选区域提取方法BING与目标检测方法Fast R-CNN相结合,并采用级联CNN设计,可同时兼顾舰船检测的准确率和速度.首先,针对SAR图像中相干斑噪声影响梯度检测的问题,在原有梯度算子的基础上增加平滑算子,并对图像尺寸个数和候选框个数进行适应性改进,使其提取到的候选窗口更快更准;然后,设计级联结构的Fast R-CNN检测框架,前端简单的CNN负责排除明显的非目标区域,后端复杂的CNN对高概率候选区域进行分类和位置回归,整个结构可以保证快速准确地对舰船这种稀疏目标进行检测;最后,设计一种联合优化方法对多任务的目标函数进行优化,使其更快更好地收敛.在SAR图像舰船检测数据集SSDD上的实验结果显示,所提出的方法相比于原始Fast R-CNN和Faster R-CNN检测方法,检测精度从65.2%和70.1%提高到73.5%,每张图像的处理时间从2235ms和198ms下降到113ms.     

双核压缩激活神经网络艺术图像分类

目的 为了充分提取版画、中国画、油画、水彩画和水粉画等艺术图像的整体风格和局部细节特征,实现计算机自动分类检索艺术图像的需求,提出通过双核压缩激活模块（double kernel squeeze-and-excitation,DKSE）和深度可分离卷积搭建卷积神经网络对艺术图像进行分类。方法 根据SKNet（selective kernel networks）自适应调节感受野提取图像整体与细节特征的结构特点和SENet（squeeze-and-excitation networks）增强通道特征的特点构建DKSE模块,利用DKSE模块分支上的卷积核提取输入图像的整体特征与局部细节特征;将分支上的特征图进行特征融合,并对融合后的特征图进行特征压缩和激活处理;将处理后的特征加权映射到不同分支的特征图上并进行特征融合;通过DKSE模块与深度可分离卷积搭建卷积神经网络对艺术图像进行分类。结果 使用本文网络模型对有无数据增强（5类艺术图像数据增强后共25 634幅）处理的数据分类,数据增强后的分类准确率比未增强处理的准确率高9.21%。将本文方法与其他网络模型和传统分类方法相比,本文方法的分类准确率达到86.55%,比传统分类方法高26.35%。当DKSE模块分支上的卷积核为1×1和5×5,且放在本文网络模型第3个深度可分离卷积后,分类准确率达到87.58%。结论 DKSE模块可以有效提高模型分类性能,充分提取艺术图像的整体与局部细节特征,比传统网络模型具有更好的分类准确率。     

面向SAR目标识别的深度卷积神经网络结构设计

目的 针对用于SAR （synthetic aperture radar） 目标识别的深度卷积神经网络模型结构的优化设计难题,在分析卷积核宽度对分类性能影响基础上,设计了一种适用于SAR目标识别的深度卷积神经网络结构。方法 首先基于二维随机卷积特征和具有单个隐层的神经网络模型-超限学习机分析了卷积核宽度对SAR图像目标分类性能的影响;然后,基于上述分析结果,在实现空间特征提取的卷积层中采用多个具有不同宽度的卷积核提取目标的多尺度局部特征,设计了一种适用于SAR图像目标识别的深度模型结构;最后,在对MSTAR （moving and stationary target acquisition and recognition） 数据集中的训练样本进行样本扩充基础上,设定了深度模型训练的超参数,进行了深度模型参数训练与分类性能验证。结果 实验结果表明,对于具有较强相干斑噪声的SAR图像而言,采用宽度更大的卷积核能够提取目标的局部特征,提出的模型因能从输入图像提取目标的多尺度局部特征,对于10类目标的分类结果（包含非变形目标和变形目标两种情况）接近或优于已知文献的最优分类结果,目标总体分类精度分别达到了98.39%和97.69%,验证了提出模型结构的有效性。结论 对于SAR图像目标识别,由于与可见光图像具有不同的成像机理,应采用更大的卷积核来提取目标的空间特征用于分类,通过对深度模型进行优化设计能够提高SAR图像目标识别的精度。     

双向特征融合的数据自适应SAR图像舰船目标检测模型

目的 利用合成孔径雷达（synthetic aperture radar,SAR）图像进行舰船目标检测是实施海洋监视的重要手段。基于深度学习的目标检测模型在自然图像目标检测任务中取得了巨大成功,但由于自然图像与SAR图像的差异,不能将其直接迁移到SAR图像目标检测中。针对SAR图像目标检测实际应用中对速度和精度的需求,借鉴经典的单阶段目标检测模型（single shot detector,SSD）框架,提出一种基于特征优化的轻量化SAR图像舰船目标检测网络。方法 改进模型并精简网络结构,提出一种数据驱动的目标分布聚类算法,学习SAR数据集的目标尺度、长宽比分布特性,用于网络参数设定;对卷积神经网络（convolutional neural network,CNN）提取的特征进行优化,提出一种双向高低层特征融合机制,将高层特征的语义信息通过语义聚合模块加成到低层特征中,在低层特征中提取特征平均图,处理后作为高层特征的注意力权重图对高层特征进行逐像素加权,将低层特征丰富的空间信息融入到高层特征中。结果 利用公开的SAR舰船目标检测数据集（SAR ship detection dataset,SSDD）进行实验,与原始的SSD模型相比,轻量化结构设计在不损失检测精度的前提下,样本测试时间仅为SSD的65%;双向特征融合机制将平均精确度（average precision,AP）值由77.93%提升至80.13%,训练和测试时间分别为SSD的64.1%和72.6%;与公开的基于深度学习的SAR舰船目标检测方法相比,本文方法在速度和精度上都取得了最佳性能,AP值较精度次优模型提升了1.23%,训练和测试时间较精度次优模型分别提升了559.34 ms和175.35 ms。结论 实验充分验证了本文所提模型的有效性,本文模型兼具检测速度与精度优势,具有很强的实用性。     

大幅宽SAR图像嵌入式舰船实时检测系统设计

针对星载或机载高分辨率合成孔径雷达（synthetic aperture radar,SAR）实时成像后的大幅宽SAR图像舰船实时检测的应用需求，传统的基于FPGA+DSP的嵌入式系统很难同时实现SAR成像处理和基于人工智能技术的大幅宽SAR图像舰船实时检测，为此设计了一种基于3U VPX FPGA+GPU架构的大幅宽SAR图像嵌入式舰船实时检测系统；提出了一种基于YOLOv5s的舰船检测模型，采用基于L2-范数稀疏性惩罚的缩放因子控制法进行轻量化，轻量化舰船检测模型的参数量减小了47.39%，计算量减少了18.67%，平均检测精度为0.968；将轻量化舰船检测模型应用于大幅宽SAR图像嵌入式舰船实时检测系统，并针对典型的10 km×10 km的大幅宽图像应用场景，设计开发基于多线程技术和基于GPU的众核并行计算技术的大幅宽SAR图像嵌入式实时检测系统软件；通过公开的SAR数据集进行功能验证和性能评估，该系统能够满足不同分辨率的大幅宽SAR图像舰船实时检测需求。     

自适应阈值的视觉注意模型SAR舰船检测算法

为了解决SAR图像基于人类视觉注意模型舰船检测算法中需要人工确定经验阈值的问题,提出一种自适应阈值的视觉注意模型SAR舰船检测算法。引入最大类间方差(OTSU)法确定自适应阈值进行图像初分割,再应用视觉注意模型得到视觉显著图,最终根据显著图的统计特性进行自适应阈值分割检测出舰船目标。该算法相对于已有的视觉注意模型舰船检测算法自动化程度更高,与视觉注意模型舰船检测算法以及目前普遍使用的双参数CFAR、K-CFAR、KSW双阈值算法同时处理3种星载SAR数据——ENVISAT ASAR(25 m)、Sentinel-1(10m)和Cosmo-SkyMed(3m),进行对比分析实验,实验结果证明该算法简单、准确、高效。     

SAR图像港口船只的实时解析算法

SAR图像较大难以实时运行且船只目标较小难以被识别,为此一种压缩级联深层神经网络算法被提出以实现对众多船只目标的分割定位识别。构建3个不同的卷积神经网络实现特征提取,引入级联结构融合不同网络输出的特征图实现网络的轻量化,融合后的特征输入金字塔池化模块实现特征细化,分类并解析。在Google Earth图像数据集中的实验结果表明,多分支网络的级联有助于大尺寸图像中目标特征的分散提取,分级的模型压缩有助于提升识别速度。     

基于特征增强的SAR图像舰船小目标检测算法

针对合成孔径雷达(SAR)图像中小目标舰船检测困难的问题,提出基于单次多盒检测器的一种特征增强小目标检测算法.首先提出一种混合多特征提取模块,采用并行的普通卷积、不同空洞率的空洞卷积以及非对称卷积形成与舰船目标相匹配的感受野,以提高浅层网络对复杂形状小目标的特征提取能力;然后提出一种邻近多特征融合模块,将特征信息进行更科学的深层次融合,对小目标特征进一步增强;最后根据SAR图像单通道的特性,缩减特征提取网络VGG-16的冗余特征通道.在公开的SSDD数据集上与其他检测算法进行对比实验,实验结果表明,所提出方法将平均精确度提升至93.44%,检测速度提升至41.8FPS,参数量减少为18.74M,综合性能优于其他检测算法.     

增强语义信息与多通道特征融合的裂缝检测

路面裂缝检测是用以判断道路安全与否的关键技术,由于裂缝的背景复杂多样,传统的裂缝检测算法难以准确检测裂缝。提出了一种增强语义信息与多通道特征融合的裂缝自动检测算法。网络整体为编码器-解码器结构,在编码器部分引入扩张卷积模块,扩大特征图有效感受野,整合图像上下文信息,增强特征语义表达能力,提高像素分类精度。在解码器部分搭建了一个基于注意力机制的多通道特征融合模块,利用高层全局注意力信息指导高层语义特征与低层细节特征的逐级融合,有利于恢复图像细节信息,进一步提升对裂缝的像素级检测精度。实验结果表明,在CRACK500公开数据集上训练的模型在测试集上取得72.5%的平均交并比（Intersection over Union,IoU）和96.8%的F1score,该模型直接用于CrackForest数据集测试,平均IoU和F1score分别提升2.0个百分点和1.1个百分点,表明模型具有很好的泛化性能,可用于复杂道路场景下的裂缝检测与质量评估。     

融合多尺度特征与全局上下文信息的X光违禁物品检测

目的 X光图像违禁物品检测一直是安检领域的一个基础问题,安检违禁物品形式各异,尺度变化大,以及透视性导致大量物体堆放时出现重叠遮挡现象,传统图像处理模型很容易出现漏检误检,召回率低。针对以上问题,提出一种融合多尺度特征与全局上下文信息的特征增强融合网络(feature enhancement fusion network, FEFNet)用于X光违禁物品检测。方法 首先针对特征主干网络darknet53,加入空间坐标的注意力机制,将位置信息嵌入到通道注意力中,分别沿两个空间方向聚合特征,增强特征提取器对违禁目标的特征提取能力,抑制背景噪声干扰。然后,将特征提取主干网络输出的特征编码为1维向量,利用自监督二阶融合获取特征空间像素相关性矩阵,进而获取完整的全局上下文信息,为视觉遮挡区域提供全局信息指导。针对违禁物品尺度不一的问题,提出多尺度特征金字塔融合模块,增加一层小感受野预测特征用于提高对小尺度违禁目标的检测能力。最后,通过融合全局上下文特征信息和局部多尺度细节特征解决违禁物品之间的视觉遮挡问题。结果 在SIXRay-Lite(security inspection X-ray)数据集...     

深度置信网络在极化SAR图像分类中的应用

目的 深度置信网络能够从数据中自动学习、提取特征,在特征学习方面具有突出优势。极化SAR图像分类中存在海量特征利用率低、特征选取主观性强的问题。为了解决这一问题,提出一种基于深度置信网络的极化SAR图像分类方法。方法 首先进行海量分类特征提取,获得极化类、辐射类、空间类和子孔径类四类特征构成的特征集;然后在特征集基础上选取样本并构建特征矢量,用以输入到深度置信网络模型之中;最后利用深度置信网络的方法对海量分类特征进行逐层学习抽象,获得有效的分类特征进行分类。结果 采用AIRSAR数据进行实验,分类结果精度达到91.06%。通过与经典Wishart监督分类、逻辑回归分类方法对比,表现了深度置信网络方法在特征学习方面的突出优势,验证了方法的适用性。结论 针对极化SAR图像海量特征的选取与利用,提出了一种新的分类方法,为极化SAR图像分类提供了一种新思路,为深度置信网络获得更广泛地应用进行有益的探索和尝试。     

复杂背景下SAR近岸舰船检测

目的 船舶在合成孔径雷达（synthetic aperture radar, SAR）图像中的检测是研究热点,但目前适合近岸舰船检测的方法并不多。在SAR图像中,近岸舰船受到岸上建筑物的干扰严重,尤其是对于排列紧密的近岸船舶来说,其对比度相似,很难区分船舶与背景。为解决近岸舰船检测困难问题,提出了一种基于加权双向注意金字塔网络的近岸舰船检测方法。方法 本文在FCOS （fully convolutional one-stage）网络的基础上提出了一种新的双向特征金字塔网络。将卷积注意力机制模块（convolutional block attention module,CBAM）与金字塔网络的每个特征图进行连接,提取丰富的语义信息特征;借鉴PANet （path aggregation network）的思想,添加自下而上的金字塔模块,突出不同尺度船舶的显著特征。最后提出了一种加权特征融合方式,使特征图提取的特征信息的着重点不同,提高舰船检测精度。结果 本文在公开的SAR图像舰船数据集SSDD （SAR ship detection dataset）上进行实验。实验结果表明,相比原FCOS方法,本文方法的检测精度提高了9.5%;与对比方法相比,本文方法在同等条件下的检测精度达到90.2%。在速度方面,本文方法比SSD提高0.6 s,比Faster R-CNN （region convolutional neural network）提高1.67 s,明显优于对比方法。结论 本文通过改进特征网络和特征融合方式,提高了算法对SAR图像舰船目标检测中背景复杂、排列紧密的近岸舰船目标的定位效果,有效增强了对舰船目标定位的准确性。     

基于端到端的多任务商标分卡模型

目前商标分卡处理方法是先进行文本检测再进行区域分类, 最后对不同的区域进行拆分组合形成商标分卡. 这种分步式的处理耗时长, 并且因为误差的叠加会导致最终结果准确率下降. 针对这一问题, 本文提出了多任务的网络模型TextCls, 通过设计多任务学习模型来提升商标分卡的检测和分类模块的推理速度和精确率. 该模型包含一个特征提取网络, 以及文本检测和区域分类两个任务分支. 其中, 文本检测分支采用分割网络学习像素分类图, 然后使用像素聚合获得文本框, 像素分类图主要是学习文本像素和背景像素的信息; 区域分类分支对区域特征细分为中文、英文和图形, 着重学习不同类型区域的特征. 两个分支通过共享特征提取网络, 像素信息和区域特征相互促进学习, 最终两个任务的精确率得以提升. 为了弥补商标图像的文本检测数据集的缺失以及验证TextCls的有效性, 本文还收集并标注了一个由2000张商标图像构成的文本检测数据集trademark_text (https://github.com/kongbailongtian/trademark_text), 结果表明: 与最佳的文本检测算法相比, 本文的文本检测分支将精确率由94.44%提升至95.16%, 调和平均值F1 score达92.12%; 区域分类分支的F1 score也由97.09%提升至98.18%.     

融合策略优选和双注意力的单阶段目标检测

目的 特征融合是改善模糊图像、小目标以及受遮挡物体等目标检测困难的有效手段之一,为了更有效地利用特征融合来整合不同网络层次的特征信息,显著表达其中的重要特征,本文提出一种基于融合策略优选和双注意力机制的单阶段目标检测算法FDA-SSD(fusion double attention single shot multibox detector)。方法 设计融合策略优化选择方法,结合特征金字塔(feature pyramid network, FPN)来确定最优的多层特征图组合及融合过程,之后连接双注意力模块,通过对各个通道和空间特征的权重再分配,提升模型对通道特征和空间信息的敏感性,最终产生包含丰富语义信息和凸显重要特征的特征图组。结果 本文在公开数据集PASCAL VOC2007(pattern analysis, statistical modelling and computational learning visual object classes)和TGRS-HRRSD-Dataset(high resolution remote sensing detection)上进行对比...     

融合改进FPN与关联网络的Faster R-CNN目标检测

在无人机场景下,目标检测存在样本数量不足、成像视角不同的问题,导致检测精度低。提出一种结合改进特征金字塔网络（FPN）与关联网络的Faster R-CNN目标检测算法。通过在传统FPN结构中以自下而上的特征融合方式提取特征图的语义信息和位置信息,最大程度地保留特征图的多尺度信息。同时利用候选区域之间的形状特征和位置特征构造区域之间的关联特征,并与深度特征相融合进行分类回归,从而充分提取特征图的整体信息,实现目标检测。在PASCAL VOC 2007和NWPU VHR-10数据集上的实验结果表明,相比FPN+Faster R-CNN算法,该算法的交并比和平均检测精度分别提高了10和2.7个百分点,具有较优的目标检测性能。     

面向非对称特征注意力和特征融合的太赫兹图像检测

目的 太赫兹由于穿透性强、对人体无害等特性在安检领域中得到了广泛关注。太赫兹图像中目标尺寸较小、特征有限,且图像分辨率低,目标边缘信息模糊,目标信息容易和背景信息混淆,为太赫兹图像检测带来了一定困难。方法 本文在YOLO(you only look once)算法的基础上提出了一种融合非对称特征注意力和特征融合的目标检测网络AFA-YOLO(asymmetric feature attention-YOLO)。在特征提取网络CSPDarkNet53(cross stage paritial DarkNet53)中设计了非对称特征注意力模块。该模块在浅层网络中采用非对称卷积强化了网络的特征提取能力,帮助网络模型在目标特征有限的太赫兹图像中提取到更有效的目标信息;使用通道注意力和空间注意力机制使网络更加关注图像中目标的重要信息,抑制与目标无关的背景信息;AFA-YOLO通过增加网络中低层到高层的信息传输路径对高层特征进行特征融合,充分利用到低层高分辨率特征进行小目标的检测。结果 本文在太赫兹数据集上进行了相关实验,相比原YOLOv4算法,AFA-YOLO对phone的检测精度为81.15%...