结合HSV空间的水面图像特征水岸线检测

目的 水岸线可用于无人艇视觉导航、运动状态估计,是无人水面艇自主航行的重要参照特征。水岸线类似于水天线,但由于水波、反光、倒影等因素,内河水岸线检测的背景更复杂,难以采用现有水天线检测技术。通过分析水面图像在HSV空间的特征,发现陆地区域的饱和度值均高于天空和水面区域;在光照较暗时,色彩信息不能使用,亮度图像中的陆地区域相对其他区域较暗,但仍然存在水岸线轮廓特征。基于这一分析结果,提出结合HSV空间的水面图像特征水岸线检测方法。方法 首先将RGB图像经过高斯滤波后变换到HSV空间,依据权重进行HSV空间特征分量选取,接着进行像素点非线性增强;然后在增强的图像上进行区域分割,并将各个区域定义为基底图像;其次分析饱和度图像的行列特性,提取高饱和度的陆地区域,并将其定义为模板图像,将模板图像覆盖在各个基底图像上,按重叠区域面积比选取基底图像;最后通过边缘检测算子检测水岸线。结果 本文采集不同季节,不同光照强度的水面图像进行水岸线检测实验,实验结果表明本文算法可以在不同光照环境下准确检测出水岸线,且轮廓清晰完整,本文算法的实时性可达到1帧/s。结论 本文提出的结合HSV空间的水面图像特征水岸线检测方法,可以在不同的光照环境中有效地检测出轮廓清晰完整的水岸线,验证了水面图像分析的结论,本文算法可适用于无人艇视觉导航中。     

基于改进Deeplab v3+的服装图像分割网络

在服装图像分割领域,现有算法存在服装边缘分割粗糙、分割精度差和服装深层语义特征提取不够充分等问题。将Coordinate Attention机制和语义特征增强模块（SFEM）嵌入到语义分割性能较好的Deeplab v3+网络,设计一种用于服装图像分割领域的CA_SFEM_Deeplab v3+网络。为了加强服装图像有效特征的学习,在Deeplab v3+网络的主干网络resnet101中嵌入Coordinate Attention机制,并将经过带空洞卷积池化金字塔网络的特征图输入到语义特征增强模块中进行特征增强处理,从而提高分割的准确率。实验结果表明,CA_SFEM_Deeplab v3+网络在DeepFashion2数据集上的平均交并比与平均像素准确率分别为0.557、0.671,相较于Deeplab v3+网络分别提高2.1%、2.3%,其所得分割服装轮廓更为精细,具有较好的分割性能。     

复杂热红外监控场景下行人检测

目的 复杂热红外监控场景中的行人检测问题是计算机视觉领域的重要研究内容之一,是公共安全、灾难救援以及智慧城市等实际应用中的重要基础任务。现今的热红外行人检测算法大多依据图像中人体目标的灰度值高于场景环境这一假设,导致当环境温度升高热红外图像发生灰度值反转时行人检测率较低。为提高行人检测系统在不同场景中的鲁棒性以及行人目标检测率,提出一种面向热红外监控场景的基于频域显著性检测的全卷积网络行人目标检测算法。方法 该算法首先对热红外图像进行基于频域的显著性检测,生成对行人目标全覆盖的显著图;然后结合热红外原图像生成感兴趣区域图作为输入,以行人目标概率图为输出,搭建全卷积网络;最后,对热红外行人检测系统进行端对端训练,获取网络输出的行人目标概率图,进而实现行人目标检测。结果 论文使用俄亥俄州立大学建立的红外视频数据集OTCBVS中的OSU热红外行人数据库对算法进行验证,与目前5种较为成熟的算法进行对比。实验结果表明,本文算法可以在各种场景中准确检测出行人目标,以MR-FP（丢失率—假阳率）为对比依据,本文算法7%的平均丢失率低于其他算法,具有更高的检测率,对热红外图像中的灰度值反转问题具有更好的鲁棒性。结论 本文提出一种面向热红外监控场景的基于频域显著性检测的全卷积网络行人目标检测算法,在实现检测算法端对端训练的同时,提高了其对各种复杂场景的鲁棒性以及行人目标检测率,提升热红外监控系统中行人目标检测性能。     

多尺度特征自适应融合的图像语义分割算法

为解决Deeplab v3+网络在解码过程中仅融合一个尺度编码特征,导致部分细节信息丢失,从而造成最终分割结果较为粗糙等问题,提出多尺度特征自适应融合的图像语义分割算法.该算法在Deeplab v3+的解码过程中使用自适应空间特征融合结构,给不同尺度的编码特征分配自适应的融合权重,通过融合编码过程中的多尺度特征进行特征...     

基于改进区域生长的水岸线提取方法研究

针对无人船在水面目标识别及视觉导航中涉及到的水岸分割问题,提出了一种基于改进区域生长的水岸线提取方法。首先在Lab颜色空间对图像进行阈值分割,得到水面种子点候选区域;然后通过构建最小二乘问题在种子点候选区域自动选取最优初始种子点,并基于图像标准差实现生长规则阈值自适应;最后依据初始种子点和生长规则进行区域生长,并对得到的水面区域进行边缘提取,从中分离出水岸分界线。采用该方法对水岸样本图像进行实验,通过相关系数和偏移误差对水岸线提取结果进行评价。实验结果表明,该方法能够提取出复杂环境下的水岸线,具有一定的鲁棒性,且基本满足实时性要求。     

面向水下图像目标检测的退化特征增强算法

目的 基于清晰图像训练的深度神经网络检测模型因为成像差异导致的域偏移问题使其难以直接泛化到水下场景。为了有效解决清晰图像和水下图像的特征偏移问题,提出一种即插即用的特征增强模块（feature de-drifting module Unet,FDM-Unet）。方法 首先提出一种基于成像模型的水下图像合成方法,从真实水下图像中估计色偏颜色和亮度,从清晰图像估计得到场景深度信息,根据改进的光照散射模型将清晰图像合成为具有真实感的水下图像。然后,借鉴U-Net结构,设计了一个轻量的特征增强模块FDM-Unet。在清晰图像和对应的合成水下图像对上,采用常见的清晰图像上预训练的检测器,提取它们对应的浅层特征,将水下图像对应的退化浅层特征输入FDM-Unet进行增强,并将增强之后的特征与清晰图像对应的特征计算均方误差（mean-square error,MSE）损失,从而监督FDM-Unet进行训练。最后,将训练好的FDM-Unet直接插入上述预训练的检测器的浅层位置,不需要对网络进行重新训练或微调,即可以直接处理水下图像目标检测。结果 实验结果表明,FDM-Unet在PASCAL VOC 2007（pattern analysis,statistical modeling and computational learning visual object classes 2007）合成水下图像测试集上,针对YOLO v3（you only look once v3）和SSD （single shot multibox detector）预训练检测器,检测精度mAP （mean average precision）分别提高了8.58%和7.71%;在真实水下数据集URPC19（underwater robot professional contest 19）上,使用不同比例的数据进行微调,相比YOLO v3和SSD,mAP分别提高了4.4%~10.6%和3.9%~10.7%。结论 本文提出的特征增强模块FDM-Unet以增加极小的参数量和计算量为代价,不仅能直接提升预训练检测器在合成水下图像的检测精度,也能在提升在真实水下图像上微调后的检测精度。     

几种水面倒影检测方法的实验研究

由于水面机器人的视觉导航常受到水面倒影的干扰,倒影是视觉导航的一大障碍。本文对水岸线以下的图像进行区域分割处理,讨论水面倒影的检测,将以亮度、饱和度、纹理特征、边缘检测和区域生长几种检测水面倒影的方法进行实验研究.通过分析给出每种方法检测倒影区域的效果以及特点。     

结合KSW和FCNN的道路场景分割

目的 随着自动驾驶技术不断引入生活,机器视觉中道路场景分割算法的研究已至关重要。传统方法中大多数研究者使用机器学习方法对阈值分割,而近年来深度学习的引入,使得卷积神经网络被广泛应用于该领域。方法 针对传统阈值分割方法难以有效提取多场景下道路图像阈值的问题和直接用深度神经网络来训练数据导致过分割严重的问题,本文提出了结合KSW（key seat wiper）和全卷积神经网络（FCNN）的道路场景分割方法,该方法结合了KSW熵法及遗传算法,利用深度学习在不同场景下的特征提取,并将其运用到无人驾驶技术的道路分割中。首先对道路场景测试集利用KSW熵法及遗传算法得到训练集,然后导入到全卷积神经网络中进行训练得到有效训练模型,最后通过训练模型实现对任意一幅道路场景图分割。结果 实验结果表明,在KITTI数据集中进行测试,天空和树木的分割精度分别达到91.3%和94.3%,道路、车辆、行人的分割精度提高了2%左右。从分割结果中明显看出,道路图像中的积水、泥潭、树木等信息存在的过分割现象有良好的改观。结论 相比传统机器学习道路场景分割方法,本文方法在一定程度上提高了分割精度。对比深度学习直接应用于道路场景分割的方法,本文方法在一定程度上避免了过分割现象,提高了模型的鲁棒性。综上所述,本文提出的结合KSW和FCNN的道路场景分割算法有广泛的研究前景,有望应用于医学图像和遥感图像的处理中。     

结合全卷积网络和GrowCut的肾皮质分割算法

目的 肾脏图像分割对于肾脏疾病的诊断有着重要意义,临床上通过测量肾皮质的体积和厚度可判断肾脏是否有肿瘤、慢性动脉硬化性肾病和肾移植急性排斥反应等。现有的肾脏分割算法大多针对一种模态,且只能分割出肾脏整体。本文提出一种基于全卷积网络和GrowCut的肾皮质自动分割算法,用于多模态肾脏图像分割。方法 首先用广义霍夫变换对肾脏进行检测,提取出感兴趣区域,通过数据增强扩充带标签数据;然后用VGG-16预训练模型进行迁移学习,构建适用于肾皮质分割的全卷积网络,设置网络训练参数,使用扩充数据训练网络。最后用全卷积网络分割图像,提取最后一层卷积层的特征图得到种子点标记,结合肾脏图像的先验知识纠正错误种子点,将该标记图作为GrowCut初始种子点可实现肾皮质准确分割。结果 实验数据为30组临床CT和MRI图像,其中一组有标记的CT图像用于训练网络并测试算法分割准确性,该文算法分割准确率IU（region intersection over union）和DSC（Dice similarity coefficient）分别达到91.06%±2.34%和91.79%±2.39%。与全卷积网络FCN-32s相比,本文提出的网络参数减少,准确率更高,可实现肾皮质分割。GrowCut算法考虑像素间的邻域信息,与全卷积网络结合可进一步将分割准确率提高3%。结论 该方法可准确分割多模态肾脏图像,包括正常和变异肾脏的图像,说明该方法优于主流方法,能够为临床诊断提供可靠依据。     

融合T节点线索的图像物体分割

目的 图像分割是计算机视觉、数字图像处理等应用领域首要解决的关键问题。针对现有的单幅图像物体分割算法广泛存在的过分割和过合并现象,提出基于图像T型节点线索的图像物体分割算法。方法 首先,利用L0梯度最小化方法平滑目标图像,剔除细小纹理的干扰;其次,基于Graph-based分割算法对平滑后图像进行适度分割,得到粗糙分割结果;最后,借助于图像中广泛存在的T型节点线索对初始分割块进行区域合并得到最终优化分割结果。结果 将本文算法分别与Grabcut算法及Graph-based算法在不同场景类型下进行了实验与对比。实验结果显示,Grabcut算法需要人工定位边界且一次只能分割单个物体,Graph-based算法综合类内相似度和类间差异性,可以有效保持图像边界,但无法有效控制分割块数量,且分割结果对阈值参数过分依赖,极易导致过分割和过合并现象。本文方法在降低过分割和过合并现象、边界定位精确性和分割准确率方面获得明显改进,几组不同类型的图片分割准确率平均值达到91.16%,明显由于其他算法。处理图像尺寸800×600像素的图像平均耗时3.5 s,较之其他算法略有增加。结论 与各种算法对比结果表明,该算法可有效解决过分割和过合并问题,对比实验结果验证了该方法的有效性,能够取得具有一定语义的图像物体分割结果。     

改进Deeplab网络的遥感影像海岛岸线分割

目的 海岛作为一项特殊资源,在海洋开发和利用方面发挥着重要的作用;遥感作为一种非接触式远距离探测手段,为海岛研究提供了重要的数据来源;而深度学习因其对图像特征的提取能力和对复杂问题的拟合能力广泛应用于各个领域。本文结合深度学习的计算优势,兼顾遥感影像的波段数量多和覆盖范围大的特征,以海岛岸线的快速分割为目的,提出了一种改进的海岛岸线遥感影像分割模型。方法 该分割模型包括3方面：1）针对遥感影像的多波段特征,提出基于最佳指数的遥感影像波段组合选择,将选择后的波段组合作为海岛岸线分割模型的输入数据;2）针对遥感影像大范围覆盖的特征,提出基于Deeplab神经网络结构的海岛岸线粗分割,将粗分割结果作为海岛岸线优化的初始边界;3）利用全连接条件随机场优化海岛岸线,实现海岛岸线的细分割提取。结果 以大小不等的4个海岛的岸线提取为例,分别采用改进的海岛岸线分割模型、全卷积神经网络模型（fully convolutional networks,FCN）、Deeplab模型和目视解译法从遥感影像数据中分割海岛岸线。同时,引入平均交并比（mean intersection over union,MIoU）和相对误差,对各模型分割的海岛岸线结果进行精度比较。结果表明,本文改进的海岛岸线分割模型克服了FCN模型海岛岸线的不连续性问题,降低了海岛岸线的误分割现象;从MIoU值的比较可以看出,本文改进模型与目视解译的海岛岸线结果具有更高的吻合度,较FCN模型提高了17.7%,较Deeplab模型提高了5.2%;从海岸岸线的周长和面积的相对误差可以看出,本文改进模型的相对误差均低于FCN模型和Deeplab模型。结论 本文改进模型包含了面向遥感影像的波段选择、利用神经网络训练的海岛岸线粗分割和基于全连接条件随机场的海岛岸线优化,在保证岸线连续性的前提下,提高了海岛岸线的分割精度。     

高分辨率遥感图像投影分析的靠岸舰船检测

目的 高分辨率遥感图像中,靠岸舰船检测有着广泛的应用前景,其主要难点在于舰船与港口陆地在空间上紧邻,在颜色和纹理特征上相似,舰船与港口陆地难以分割。针对这种情况,利用港口岸线平直的几何特点和靠岸舰船多为舷靠的停泊特点,提出一种基于投影分析的靠岸舰船检测方法。方法 首先,对原始图像进行预处理,利用K-means聚类算法与区域生长算法相结合的方式得到海陆分割图像,利用Sobel算子与Otsu分割结合的方式获取边缘图像;然后,通过改进的Hough变换提取直线特征,结合港岸几何特性定位港口岸线;再将海陆分割后的二值图像向沿岸线和垂直岸线两个方向进行投影,根据沿岸线方向投影形态确定和分离并靠舰船,根据垂直岸线方向的投影形态定位舰船目标;最后,利用舰船尺寸、长宽比、最小外接矩形占空比特征去除虚警。结果 在15个港口场景不同分辨率的遥感图像测试集上,本文方法整体检测率达到85.4%,虚警率达17.2%;限定分辨率范围在24 m的情形下,检测率提高到93.5%,虚警率降低至5.3%。结论 本文方法简单有效,无需港口先验信息,适用于多尺度和多方向的靠岸舰船目标检测任务,对不同类型舰船形态差异具有鲁棒性,且能够分离并靠舰船。     

检测器和分类器级联的飞机发动机损伤检测

目的 基于深度学习的飞机发动机损伤检测是计算机视觉中的一个新问题。当前的目标检测方法没有考虑飞机发动机损伤检测问题的特殊性,将其直接用于发动机损伤检测的效果较差,无法满足实际使用的要求。为了提高损伤检测的精度,提出检测器和分类器级联的发动机损伤检测方法：Cascade-YOLO （cascade-you only look once）。方法 首先,将损伤区域作为正例、正常区域作为负例,训练损伤检测网络,初始化特征提取网络的网络参数;其次,固定特征提取网络,使用多个检测头分别检测不同类型的发动机损伤,每个检测头独立进行检测,从而提高单类别损伤的检测召回率;最后,对于置信度在一定范围内的损伤,训练一个多分类判别器,用于校正检测头输出的损伤类别。基于检测结果,利用语义分割分支可以准确分割出损伤区域。结果 构建了一个具有1 305幅且包含9种损伤类型的孔探图像数据集,并在该数据集上量化、对比了6个先进的目标检测方法。本文方法的平均精确率（mean average precision,MAP）、准确率、召回率相比单阶段检测器YOLO v5分别提高了2.49%、12.59%和12.46%。结论 本文提出的检测器和分类器级联的发动机损伤检测模型通过对每类缺陷针对性地训练单独的检测头,充分考虑了不同缺陷间的分布差异,在提高召回率的同时提升了检测精度。同时该模型易于扩展类别,并可以快速应用于分割任务,符合实际的应用需求。     

改进Deeplab v3+网络的手术器械分割方法

针对当前国内手术器械管理耗费人力,智能化程度低的问题,提出一种动态学习特征的改进Deeplab v3+网络模型语义分割算法。为了加强相关任务有效特征学习,在Deeplab v3+模型编码端嵌入注意力机制CBAM模块并通过密集深度分离卷积和扩张卷积提取图像高层特征;在解码端增加两路低层特征来源,保留了重要特征信息,提高了分割准确率。实验结果表明,改进后网络在手术器械数据集上MIoU、PA、Recall、[F]值分别为0.854、0.874、0.872和0.873。相较于其他语义分割网络,改进网络分割性能更优,有极大的工程实用价值。     

基于改进Enet网络的车道线检测算法

针对实际驾驶环境中道路场景及车道线复杂多样的问题,提出一种基于改进Enet网络的车道线检测算法。首先,对Enet网络进行剪枝和卷积优化操作,并利用改进的Enet网络对车道线进行像素级图像语义分割,将车道线从图像中分离出来。然后,采用DBSCAN算法对分割结果进行聚类处理,将相邻车道线区分开来。最后,对车道线聚类结果进行自适应拟合,得到最终的车道线检测结果。该算法在香港中文大学的CULane数据集上进行了训练和测试,结果表明,其标准路面检测准确率达到96.3%,各种路面综合检测准确率为78.9%,图像帧处理速度为71.4fps,能够满足实际驾驶环境中的复杂路况和实时性需求。此外,该算法还在图森未来的TuSimple数据集和实采数据集LD-Data上进行了训练和测试,均取得了实时性的检测结果。     

Integration of super-pixel segmentation and deep-learning methods for evaluating earthquake-damaged buildings using single-phase remote sensing imagery

ABSTRACT

Rapid identification of post-earthquake collapsed buildings can be used to conduct immediate damage assessments (scope and extent), which could potentially be conducive to the formulation of emergency response strategies. Up to the present, the assessments of earthquake damage are mainly achieved through artificial field investigations, which are time-consuming and cannot meet the urgent requirements of quick-response emergency relief allocation. In this research study, an intelligent assessment method based on deep-learning, super-pixel segmentation, and mathematical morphology was proposed to evaluate the damage degrees of earthquake-damaged buildings. This method firstly utilized the Deeplab v2 neural network to obtain the initial damaged building areas. Then, the simple linear iterative cluster (SLIC) method was employed to segment the test images so as to accurately extract the area boundaries of the earthquake-damaged buildings. Next, the images subdivided by SLIC can be merged according to the initial damaged building areas identified by Deeplab v2 neural network. Finally, a mathematical morphological method was introduced to eliminate the background noise. Experimental results demonstrated that the proposed algorithm was superior to others in both convergent speed and accuracy. Besides, its parameter selection was flexible and easily realized which was of great significance to earthquake damage assessments and provided valuable guidance for the formulation of future emergency response plans after earthquake events.     

基于DeepLab v3+的多任务图像拼接篡改检测算法

在图像拼接篡改检测任务中,受篡改区域尺度多样性及模糊操作的影响,传统分类算法难以提取图像篡改特征。提出一种基于DeepLab v3+的图像拼接篡改检测算法,使用浅层图像特征预测图像的篡改区域边界,提高模型对篡改边界的敏感性。在此基础上,通过多尺度融合特征对图像篡改区域进行分割,并在原空洞空间金字塔模块中融合空间和通道注意力机制,从而提高模型对多尺度篡改区域的适应性。实验结果表明,所提算法能有效检测图像的篡改区域,在CASIA v1.0和Columbia数据集中的分割精度分别为0.754 6和0.727 8,优于DCT、BAPPY、MFCN等算法。