遥感影像小目标检测研究进展

独特的拍摄视角和多变的成像高度使得遥感影像中包含大量尺寸极其有限的目标,如何准确有效地检测这些小目标对于构建智能的遥感图像解译系统至关重要。本文聚焦于遥感场景,对基于深度学习的小目标检测进行全面调研。首先,根据小目标的内在特质梳理了遥感影像小目标检测的3个主要挑战,包括特征表示瓶颈、前背景混淆以及回归分支敏感。其次,通过深入调研相关文献,全面回顾了基于深度学习的遥感影像小目标检测算法。选取3种代表性的遥感影像小目标检测任务,即光学遥感图像小目标检测、SAR图像小目标检测和红外图像小目标检测,系统性总结了3个领域内的代表性方法,并根据每种算法使用的技术思路进行分类阐述。再次,总结了遥感影像小目标检测常用的公开数据集,包括光学遥感图像、SAR图像及红外图像3种数据类型,借助于3种领域的代表性数据集SODA-A（small object detection datasets）、AIR-SARShip和NUAA-SIRST（Nanjing University of Aeronautics and Astronautics,single-frame infrared small target）,进一步对主流的遥感影像目标检测算法在面对小目标时的性能表现进行横向对比及深入评估。最后,对遥感影像小目标检测的应用现状进行总结,并展望了遥感场景下小目标检测的发展趋势。     

光学遥感图像目标检测算法综述

目标检测技术是光学遥感图像理解的基础问题, 具有重要的应用价值. 本文对遥感图像目标检测算法发展进行了梳理和分析. 首先阐述了遥感图像目标检测的特点和挑战; 之后系统总结了典型的检测方法, 包括早期的基于手工设计特征的算法和现阶段基于深度学习的方法, 对于深度学习方法首先介绍了典型的目标检测模型, 进而针对遥感图像本身的难点详细梳理了优化改进方案; 接着介绍了常用的检测数据集, 并对现有方法的性能进行比较; 最后对现阶段问题进行总结并对未来发展趋势进行展望.     

仿真图像作为模板的遥感影像小目标检测方法

随着传感器技术和航空遥感技术的不断进步,遥感影像的质量和数量也得到了极大的提高,而遥感影像中的目标检测是理解和分析遥感影像所面临的一个基本问题。针对神经网络在遥感影像小目标检测任务中难以提取足够多的有效特征、遥感小目标易受云雾遮挡等问题,提出了一种基于仿真图像模板匹配的方法,通过特征融合的方式成功地将该方法应用于遥感影像小目标检测任务。成像仿真技术生成的仿真图像包含了更多的遥感小目标特征,如几何形状、材质等。在与深度学习结合之后,更多的特征可以提升神经网络检测遥感影像小目标的准确率。实验结果表明将基于仿真图像的模板匹配方法应用于深度学习之后,对于遥感影像小目标检测取得了较好的效果,尤其是针对受到云雾等天气干扰的小目标。     

深度学习的典型目标检测算法研究综述

目标检测是计算机视觉的一个重要研究方向,其目的是精确识别给定图像中特定目标物体的类别和位置。近年来,深度卷积神经网络（Deep Convolutional Neural Networks,DCNN）所具有的特征学习和迁移学习能力,在目标检测算法特征提取、图像表达、分类与识别等方面取得了显著进展。介绍了基于深度学习目标检测算法的研究进展、常用数据集特点以及性能指标评价的关键参数,对比分析了双阶段、单阶段以及其他改进算法的网络结构和实现方式。阐述了算法在人脸、显著目标、行人、遥感图像、医学图像、粮虫等检测领域的应用进展,结合当前存在的问题和挑战,展望分析了其未来的研究方向。     

融入深度特征的多模板相关滤波跟踪算法

针对现实场景中跟踪算法因背景杂乱、遮挡、尺度变化、目标形变等情况易导致跟踪失败的问题,提出融入深度特征的多模板相关滤波跟踪算法.首先对图像或图像区域分别提取深度特征和Color Name特征,经过核相关滤波器学习得到不同的模板;然后采用核相关滤波跟踪算法获得2个特征下的响应集合,并对所得到的集合进行加权融合得到最终的目标位置;最后使用贝叶斯统计通过最大化后验的方式估计最佳目标尺度,同时更新核相关滤波器参数,以实现自适应尺度的目标跟踪.在OTB2013和OTB2015这2个基准数据库上进行实验,并与当前6种优秀的算法进行比较,结果表明该算法性能最优,在2个数据集上的成功率OP(AUE)较KCF算法分别提升10.7%和12.4%.     

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。     

基于深度学习的多船舶目标跟踪与流量统计

研究船舶的目标跟踪对提高水上目标视频图像智能监管的水平有着至关重要的作用,系统通过深度学习SSD模型进行对船舶目标定位检测,使用修正的KCF算法对检测到的船舶目标进行跟踪。把深度学习的方式引入船舶目标检测领域,与传统检测方法相比精准率大大提高,同时提出了一个修正的KCF算法对多船舶目标进行跟踪,较好地解决了目标漏检与重复统计的问题。对大量船舶目标样本进行训练学习后,船舶检测定位精准,检测成功率达到91%以上,船舶跟踪算法快速稳定,检测与跟踪算法达到30帧每秒,船舶目标流量统计准确率达到95%以上,整个系统框架满足实时性的要求。     

基于深度学习算法的高分辨率无人机遥感图像自动分割

高分辨率无人机遥感图像自动分割对于图像的目标识别与检测具有重要意义,为提升图像分割精度,提出基于深度学习算法的高分辨率无人机遥感图像自动分割方法。采用直方图均衡化算法增强遥感图像后,构建基于编/解码器架构的深度学习网络语义分割模型,针对增强后的图像,在编码环节中引入残差模块强化对分割目标有效的特征;在解码环节中,采用多尺度融合模块将低层特征的局部细节信息和高层特征的语义信息相融合。同时针对遥感图像内地物类别不均衡的现象,以带权重的交叉熵为模型损失函数,克服模型选择偏好问题,提升模型分割精度。实验结果显示该方法可准确分割遥感图像内不同类型目标,分割精度达到95%以上。     

基于深度学习的双阈值图像局部分块视觉跟踪

现有的图像跟踪方法直接对图像像素级特征展开建模,未考虑图像内部深层视觉特征信息,导致其难以准确描述轮廓信息,致使跟踪效果较差.为解决上述问题,基于深度学习设计了新的双阈值图像局部分块视觉跟踪方法.以深度卷积神经网络为基础构建PigNet网络,检测图像分辨率与位置信息.然后通过PLSA算法估计分割区域类别,筛选出候选区域,并获得双阈值空间信息.继而利用EM算法在贝叶斯算法基础上更新高斯模型参数,获得最优模型参数和最大后验概率,从而实现视觉跟踪.实验结果表明,上述方法在双阈值图像局部分块视觉跟踪方面误差更小,证明新方法的实用性能较强.     

基于深度学习的多旋翼无人机单目视觉目标定位追踪方法

针对无人机对目标的识别定位与跟踪,本文提出了一种基于深度学习的多旋翼无人机单目视觉目标识别跟踪方法,解决了传统的基于双目摄像机成本过高以及在复杂环境下识别准确率较低的问题。该方法基于深度学习卷积神经网络的目标检测算法,使用该算法对目标进行模型训练,将训练好的模型加载到搭载ROS的机载电脑。机载电脑外接单目摄像机,单目摄像头检测目标后,自动检测出目标在图像中的位置,通过采用一种基于坐标求差的优化算法进行目标位置准确获取,然后将目标位置信息转化为控制无人机飞行的期望速度和高度发送给飞控板,飞控板接收到机载电脑发送的跟踪指令,实现对目标物体的跟踪。试验结果验证了该方法可以很好的进行目标识别并实现目标追踪     

航空遥感图像深度学习目标检测技术研究进展

航空遥感图像目标检测旨在定位和识别遥感图像中感兴趣的目标,是航空遥感图像智能解译的关键技术,在情报侦察、灾害救援和资源勘探等领域具有重要应用价值。然而由于航空遥感图像具有尺寸大、目标小且密集、目标呈任意角度分布、目标易被遮挡、目标类别不均衡以及背景复杂等诸多特点,航空遥感图像目标检测目前仍然是极具挑战的任务。基于深度卷积神经网络的航空遥感图像目标检测方法因具有精度高、处理速度快等优点,受到了越来越多的关注。为推进基于深度学习的航空遥感图像目标检测技术的发展,本文对当前主流遥感图像目标检测方法,特别是2020—2022年提出的检测方法,进行了系统梳理和总结。首先梳理了基于深度学习目标检测方法的研究发展演化过程,然后对基于卷积神经网络和基于Transformer目标检测方法中的代表性算法进行分析总结,再后针对不同遥感图象应用场景的改进方法思路进行归纳,分析了典型算法的思路和特点,介绍了现有的公开航空遥感图像目标检测数据集,给出了典型算法的实验比较结果,最后给出现阶段航空遥感图像目标检测研究中所存在的问题,并对未来研究及发展趋势进行了展望。     

基于深度学习的遥感影像目标检测系统设计

遥感影像目标检测虽然是一种极为有效的地表变化监测手段,但极易受到自然环境复杂性的影响,从而造成遥感影像中存在混合的杂质像素,导致目标检测准确性较差;为解决此问题,设计基于深度学习的遥感影像目标检测系统;建立深度学习框架,分层次连接遥感影像输入模块、图像帧预处理模块与目标检测算法模块,再借助影像目标输出结构单元,对已获得的遥感影像像素数据进行整合,实现系统硬件设计;在此基础上,提取遥感影像的多特征条件,完善现有的目标检测系统设计方案;通过分割多级目标节点的方式,得到遥感影像特征的小波分解结果,利用计算求得的边缘纹理系数,实现融合深度学习理论的遥感影像目标变化能力检测;实验结果表明,所设计遥感影像目标检测系统的有效像素的占比量较大,杂质像素节点的占比量较小,且二者之间的对比情况极为明显,能够有效剔除杂质像素量,更能适应复杂多变的自然环境,获得更为准确的地表变化监测结果.     

基于改进区域分割遥感图像的航天器目标自动识别方法

：传统的航天器目标自动识别方法识别精准度差,为了解决这一问题,基于改进区域分割遥感图像研究了一种新的航天器目标自动识别方法,通过人工排查的方式来追踪航天器所提供的位置信息,并建立三角形立体体系,提取出航天器所追踪的目标和航天器之间的位置关系,实现航天器目标检测,分别针对复杂场景和运动场景对目标进行识别,引用击穿识别方法,基于遗传算法以及变换算法,实现了在复杂的自然遥感图像中能够识别多种目标,但是对于残缺和不完整的目标识别性差,因此又在方法中引入了自动学习智能识别算法,解决了在遥感图像中残缺不完整的目标识别效果差的问题。设定对比实验,结果表明,相较于传统方法,基于改进区域分割遥感图像的航天器目标自动识别方法识别准确率提高了15.23%。     

遥感舰船目标检测识别方法

针对基于经典图像处理方法的目标检测识别方法虚警率高、分类效果差等问题,提出了一种基于深度学习的光学遥感舰船目标检测识别方法。该方法采用形态学运算+深度学习的方法,基于视觉增强技术快速筛选疑似目标,大幅降低需处理的数据量;采用深度学习网络,大幅降低目标检测虚警率。在2片Xilinx FPGA上完成了设计验证,利用FPGA全并行流水处理的特点,大幅提升处理效率和实时性,相对采用i7-CPU和GPU-GTX1050实现该算法,能效比分别提升260倍和28倍。经16景高分2号卫星遥感图像验证,目标检测识别率高于98%,虚警率低于5%。与现有的目标检测识别方法比,该方法在工程化能力、鲁棒性、实时性、准确率、能效比等方面达到较好平衡,性能优越,优于当前业内方法。     

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。     

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。     

基于深度强化学习的遥感图像可解释目标检测方法

随着遥感技术的飞速发展,遥感图像目标检测在资源勘探、城市规划、自然灾害评估等方面得到广泛应用.遥感影像背景复杂、目标尺度较小,难以检测.针对此问题,文中提出基于深度强化学习的遥感图像可解释目标检测方法.首先,将深度强化学习应用于超快速区域神经网络中的候选区域生成网络,修改激励函数,提高对遥感图像的检测精度.然后,将原有参数量较大的主干网络轻量化,提高方法的检测速度和可移植性.最后,利用网络解剖方法对隐层表征的可解释性进行量化,赋予方法人类理解的可解释性概念.实验表明,文中方法在3个公开的遥感数据集上的性能有所提升.通过改进的网络解剖方法进一步验证方法的有效性.