融合非临近跳连与多尺度残差结构的小目标车辆检测

目的 基于深度卷积神经网络的目标检测模型易受复杂环境（遮挡、光照、远距离、小目标等）影响导致漏检、误检和目标轮廓特征模糊的问题，现有模型难以直接泛化到航拍场景下的小目标检测任务。为有效解决上述问题，提出一种融合非临近跳连与多尺度残差结构的小目标车辆检测算法（non-adjacent hop network you only look once version 5s multi-scale residual edge contour feature extraction strategy，NHN-YOLOv5s-MREFE）。方法 首先，设计4种不同尺度的检测层，根据自身感受野大小，针对性地负责不同尺寸车辆的检测。其次，借鉴DenseNet密集跳连的思想，构建一种非临近跳连特征金字塔结构（non-adjacent hop network，NHN），通过跳连相加策略，在强化非临近层次信息交互的同时融合更多未被影响的原始信息，解决位置信息在传递过程中被逐渐稀释的问题，有效降低了模型的误检率。然后，以减少特征丢失为前提，引入反卷积和并行策略，通过参数学习实现像素填充和突破每1维度信息量的方式扩充小目标细节信息。接着，设计一种多尺度残差边缘轮廓特征提取策略（multi-scale residual edge contour feature extraction strategy，MREFE），遵循特征逐渐细化的原则，构建多尺度残差结构，采用双分支并行的方法捕获不同层级的多尺度信息，通过多尺度下的高语义信息与初始浅层信息的逐像素作差实现图像边缘特征提取，进而辅助网络模型完成目标分类。最后，采用K-Means++算法使聚类中心分散化，促使结果达到全局最优，加速模型收敛。结果 实验结果表明，非临近跳连的特征金字塔与多尺度残差结构的多模态融合策略，在提升模型运行效率，降低模型计算资源消耗的同时，有效提升了小目标检测的准确性和鲁棒性。通过多场景、多时段、多角度的样本数据增强，强化了模型在不同场景下的泛化能力。最后，在十字路口、沿途车道双场景下包含多种车辆类型的航拍图像数据集上，对比分析4种主流的目标检测方法，本文算法的综合性能最优。相较于基准模型（YOLOv5s），精确率、召回率和平均精度均值分别提升了13.7%、1.6%和8.1%。结论 本文算法可以较好地平衡检测速度与精度，以增加极小的参数量为代价，显著地提升了检测精度，并能够自适应复杂的交通环境，满足航拍场景下小目标车辆检测的实时性需求，在交通流量、密度等参数的测量和统计，车辆定位与跟踪等场景下有较高的应用价值。