基于多尺度感知和图像关联的人群计数方法

人群计数广泛应用于公共安防、视频监控等领域，但由于目标遮挡、背景干扰以及人群尺度变化等因素的影响，人群计数模型的准确率有所降低。基于深度学习卷积神经网络架构，提出了一种基于多尺度感知和图像关联的人群计数方法。其中，多尺度感知模型包括初级特征提取网络、多尺度特征提取模块、特征融合模块和一个后段架构用来提取图像的多尺度特征，从而适应尺度的变化；而图像关联模型使用特征关联模块和融合模块将输入图像与相干图像进行联系，通过学习图像之间的深层关联性来提升预测密度图的质量。在ShanghaiTech Part＿A、Part＿B和UCF＿CC＿50等公开数据集上的实验结果表明，提出的方法在MAE、RMSE和SSIM三项指标上均有较好性能。     

基于帧间辅助的视频人群计数

当前流行的人群计数方法仅利用单张图片作为输入,但是,在很多实际的情况下,需要在视频监控器中部署人群计数任务.在视频中,相邻帧之间的上下文信息可以辅助人群计数.而相比与其他高计算损耗的视频人群计数方法,对视频人群计数提出了一种新的方法叫帧间辅助人群计数(CCIA).该方法以级联卷积神经网络为基本网络模型,仅以相邻帧为输入,通过两阶段的训练实现了帧间关联.具体地,该方法利用空间转移网络获取相邻帧之间空间转移特性,同时添加了通道注意力机制模块以自适应融合相邻帧的特征,并最终获得了出色的性能.在Mall数据集中,结合空间转移网络和通道注意力机制的模型的方法的平均绝对误差(MAE)和均方误差(MSE)为1.71和2.20,相较于区域空间变换网络(LSTN)分别降低了14.50％和12.00％;在FDST数据集中,结合空间转移网络模型的方法的MAE和MSE为2.09和2.75,相较于LSTN分别降低了37.61％和38.20％.实验结果表明,结合空间转移网络和通道注意力机制的模型的方法可以更加准确地估计人群的数量.     

基于对抗式扩张卷积的多尺度人群密度估计

目的 人群密度估计任务是通过对人群特征的提取和分析,估算出密度分布情况和人群计数结果。现有技术运用的CNN网络中的下采样操作会丢失部分人群信息,且平均融合方式会使多尺度效应平均化,该策略并不一定能得到准确的估计结果。为了解决上述问题,提出一种新的基于对抗式扩张卷积的多尺度人群密度估计模型。方法 利用扩张卷积在不损失分辨率的情况下对输入图像进行特征提取,且不同的扩张系数可以聚集多尺度上下文信息。最后通过对抗式损失函数将网络中提取的不同尺度的特征信息以合作式的方式融合,得到准确的密度估计结果。结果 在4个主要的人群计数数据集上进行对比实验。在测试阶段,将测试图像输入训练好的生成器网络,输出预测密度图;将密度图积分求和得到总人数,并以平均绝对误差（MAE）和均方误差（MSE）作为评价指标进行结果对比。其中,在ShanghaiTech数据集上Part_A的MAE和MSE分别降至60.5和109.7,Part_B的MAE和MSE分别降至10.2和15.3,提升效果明显。结论 本文提出了一种新的基于对抗式扩张卷积的多尺度人群密度估计模型。实验结果表明,在人群分布差异较大的场景中构建的算法模型有较好的自适应性,能根据不同的场景提取特征估算密度分布,并对人群进行准确计数。     

基于MCNN人群密度估算的安全预警

针对大规模人群聚集造成的拥挤和踩踏事件给城市公共安全带来的巨大损失,确定高密度人群区域进行安全预警变得至关重要。使用高斯滤降低噪声,输入到多列卷积神经网络MCNN(Multi-column Convolutional Neural Network),将图像映射为人群密度图,准确的估算人群数量,确定出高密度人群区域。在Shanghaitech数据集上实验,test＿data＿A部分MSE和MAE分别为229.55和162.58,test＿data＿B部分MSE和MAE分别为43.68和25.61。     

密集场景下基于多尺度特征聚合的人群计数方法

密集场景下个体尺度存在巨大差异，目标个体尺度不一导致人群计数精度不高。针对这一问题，提出了一种密集场景下基于多尺度特征聚合的人群计数方法。该方法研究不同特征层级对不同尺度个体的特征信息表示能力，通过层级连接充分获取多尺度特征；同时，提出了一个多尺度特征聚合模块，采用多列具有不同扩张率的空洞卷积，通过动态特征选择机制自动调整感受野，以有效提取不同尺度个体的特征。该方法能够在保留小尺度个体特征信息的基础上进一步扩大感受野，增强大尺度个体的检测能力，使其更好地适应人群个体的多尺度变化。在3个公共人群计数数据集上进行了实验，实验结果表明，所提模型在计数准确性上有了进一步的提高，其中在ShanghaiTech数据集Part＿A上MAE为51.21,MSE为83.70。     

静态图像中采用混合卷积结构进行人群密度估计

提出了一种混合卷积神经网络用于人群数量的感知计算,在高度密集的场景中可以准确地预测人群密度图。模型仅由两个部分组成：前端为扩张卷积神经网络提取二维特征;后端采用分数步长卷积神经网络降低下采样中的信息损失。为了验证和分析算法性能,模型设计基于当前较为流行的Shanghai Tech数据集,使用回归问题的评价指标,即平均绝对误差（MAE）和均方误差（MSE）作为评估算法性能的标准。在Shanghai Tech（MAE=100.8）、UCF_CC_50（MAE=305.3）与WorldExpo’10数据集上进行测试,实验表明模型在密集场景下较以往的方法有效降低了MAE和MSE,提高了密集人群计数的准确率。     

基于注意力机制的多尺度融合人群计数算法

针对人群计数图像人头尺度变化大、背景噪声高等问题,提出一种基于注意力机制的多尺度融合人群计数算法,以充分聚合多尺度信息,并有效区分背景噪声。构建基于残差连接的空洞空间金字塔池化,通过残差结构以及多个不同扩张率的空洞卷积在捕获多尺度头部目标特征的同时融入浅层特征图的空间细节信息,提高特征图质量;构建跨层多尺度特征融合模块,融合浅层和深层分支不同大小的边缘细节信息和上下文语义信息,并设计基于多分支的特征融合模块,融合不同感受野大小的多尺度信息以缓解大规模人头尺度变化的问题;构建基于矩阵相似运算的通道和空间注意力机制模块提取像素级特征权重,加强网络对于背景和人头目标的判别能力,自适应矫正位置信息。实验结果表明,相比11种对比算法的最优值,所提算法在SHA数据集上的平均绝对误差和均方根误差指标降低1.4%、4.2%,在UCF＿CC＿50数据集上降低4.9%、1.8%,能够精确地预测人群分布状态和估计人群数量,生成高质量的人群密度图。     

基于单列多尺度卷积神经网络的人群计数

单张图片和监控视频中的人群计数问题在近年来受到了越来越多的关注。尺度的变化和人群遮挡等问题,导致人群计数是一项十分具有挑战性的任务,但是深度卷积神经网络被证明能有效地解决这一问题。文中提出了一种单列多尺度的卷积神经网络,该网络提供了一种数据驱动的深度学习方法,能够理解各种不同的场景,并能进行精确的计数估计。该网络模型主要由作为二维特征提取的前端与中端,和用来还原密度图的后端组成。其中,使用堆叠池代替最大池化层,在不引入额外参数的前提下增加了模型的尺度不变性。网络模型前端采用部分VGG-16结构;中端采用FME(特征聚合模块),用来打破不同列之间的独立,以更好地提取多尺度特征信息;后端采用3列5层的不同扩张率的空洞卷积,在保持分辨率不变的情况下增加感受野,生成更高质量的人群密度图,并引入一种相对人数损失,以提升稀疏密度人群情况下模型的性能。该模型在两个最具挑战性的人群计数数据集上都取得了很好的效果。实验结果表明,在公开人群计数数据集ShanghaiTech的两个子集和UCF_CC_50上,该方法的平均绝对误差(MAE)和均方误差(MSE)分别是66.2和103.0、8.7和13.4、251.0和329.5,性能比传统人群计数方法更好。与其他模型相比,该模型拥有更高的精度和更好的鲁棒性,对稀疏人数图像有着更好的计数效果。     

基于像素级注意力机制的人群计数方法

针对人群分布不均和网络学习参数众多问题,提出了一种由像素级注意力机制（PAM）和改进的单列人群密度估计网络两部分组成的高密度人群计数方法。首先,使用PAM通过对人群图像进行像素级别的分类来生成高质量的局部人群密度图,利用全卷积网络（FCN）生成每个图像的密度掩码,将图像中的像素分为不同的密度级别;然后,以生成的密度掩码为标签,使用单列人群密度估计网络以更少的参数学习到更多的代表性特征。在此之前,在Shanghaitech数据集part_B部分、UCF_CC_50数据集以及WorldExpo'10数据集上,拥塞场景识别网络（CSRNet）方法的计数误差最小。将所提方法与CSRNet方法的误差结果对比,发现所提方法在Shanghaitech数据集part_B部分的平均绝对误差（MAE）和均方误差（MSE）分别降低了8.49%和4.37%;在UCF_CC_50数据集上的MAE和MSE分别降低了58.38%和51.98%,优化效果显著;在WorldExpo'10数据集上的整体平均值部分的MAE降低了1.16%。实验结果表明,在针对人群分布不均的高密度人群计数时,结合PAM和单列人群密度估计网络的方法能够有效提高高密度人群计数的精确度和训练效率。     

基于跨列特征融合的人群计数方法

人群计数是计算机视觉和机器学习领域中一个极具挑战性的课题。由于人群尺度变化和场景遮挡等现象会导致计数准确度不高,因此提出了一种基于跨列特征融合的人群计数方法(Cross-column Features Fusion Network, CCFNet)。该方法融合了来自多列不同接受域的特征,并且结合了拥有互质扩张率的空洞卷积,因此不仅能够增大感受野,还能保证信息的连续性,从而更好地适应人群规模的巨大变化;同时引入注意力模型引导网络聚焦于图片中的头部位置,根据注意力分数图为不同位置分配不同的权重,突出人群而弱化背景,最终得到高质量的密度图。在当前主流的人群计数数据集上的对比实验中,所提方法的平均绝对误差(Mean Absolute Error, MAE)在ShanghaiTech数据集的A,B子集上分别达到了63.2和8.9,在UCF_CC₅0数据集上达到了222.1,在WorldExpo’10数据集上达到了7.1。这表明所提方法具有更好的计数准确度,能够很好地适应不同的场景,尤其对于尺度变化较大的场景,效果优于以往的大多数算法。     

多任务多层级CNN在人群计数中的应用

为了提升人群图像的计数精度,设计一种多层级多任务深度卷积网络。多层级神经网络由卷积和上采样的组合方式构成,该网络的优点在于结合浅层网络提取的细节信息和深层网络提取的高阶语义信息。在此基础上,使用多任务学习的方法提升网络性能,多任务学习分为两个部分：人群密度估计任务和人群密度等级分类任务。网络的高分辨率层与人群密度估计任务相连,网络的深层与人群密度等级分类任务相连。将两个任务的损失融合并构成新的损失函数。实验在人群计数公共数据集ShanghaiTech、WorldExpo’10和UCF_CC_50上进行,实验结果表明,该网络在人群计数上具有较好的准确率和鲁棒性。     

基于多尺度空间注意力特征融合的人群计数网络

针对严重的尺度变化和遮挡导致在不同密集场景人群计数任务中性能差的问题,在密集场景识别网络(CSRNet)的基础上通过增加多尺度特征融合结构并引入空间注意力机制,提出了一种多尺度空间注意力特征融合网络(MAFNet).在MAFNet进行特征提取之前,需要对添加了人头标记的场景图进行高斯滤波生成真实密度图;此外,MAFNe...     

基于多尺度特征融合的人群计数算法

针对密集场景下人群目标尺度变化大导致识别精度不高的问题,本文提出两种多尺度特征融合结构:注意力加权融合模块(attention-weighted fusion module,AWF)和自底向上融合模块(bottom-up fusion module,BUF).其中AWF模块引入注意力分支学习特征图的权重,并将加权后的多...     

基于尺度自适应卷积神经网络的人群计数算法

为解决单幅图像中的人群遮挡和尺度变化问题,提出一种基于多列卷积神经网络的人群计数算法。利用具有不同尺寸感受野的卷积神经网络(CNN)和特征注意力模块自适应提取多尺度人群特征,引入可变形卷积增强CNN网络空间几何形变学习能力并优化特征图,从而生成高质量的密度图。Shanghai Tech和UCF_CC_50数据集上的实验结果表明,该算法能学习输入图和人群密度图之间的映射关系,且计数准确性高、鲁棒性强。     

FF-CAM:基于通道注意机制前后端融合的人群计数

单个图像中的人群计数在计算机视觉领域中备受关注,因为其在公共安全方面具有重要作用.例如,在人群聚集的场景中监控设备可以实时监测人群数量变化,对过度拥挤和异常情况进行预警以预防安全事故的发生.然而,由于受到遮挡、透视扭曲、尺度变化和背景干扰的严重影响,在单个图像中对人群计数的预测要达到较高精确度是极其困难的,其面临着巨大...     

基于空间维度循环感知网络的密集人群计数模型

考虑目前对具有透视畸变的高密度人群图像进行特征提取的局限性,提出了一种融合全局特征感知网络(GFPNet)和局部关联性特征感知网络(LAFPNet)的人群计数模型LMCNN.GFPNet是LMCNN的主干网络,将其输出的特征图进一步序列化并作为LAFPNet的输入,再利用循环神经网络(RNN)在时序维度上对局部关联性特...     

基于深度特征融合生成的密集人群计数网络

为了进一步提高密集人群计数任务的计数精度,提出一种利用深度语义特征逐步降维重建的密集人群计数网络。前端采用深度卷积网络得到基本的深度语义特征;后端采用基于空洞卷积的多尺度特征融合块来丰富深度语义特征。通过语义重建块与上采样相结合,在进行多次降维重建以后生成与原始图像相同分辨率的人群密度图,并由此得到人群数量。将该模型在公开的数据集ShanghaiTech、UCF_CC_50、UCF-QNRF上与历年的主要方法进行对比,该方法无论是在人群计数精度还是密度图质量上都体现出了明显的优势,同时在多个数据上的验证实验表明模型具有较好的鲁棒性。