基于改进Faster RCNN的小尺度铁路侵限算法

针对目前传统铁路异物侵线检测算法识别精度不高、对于小尺度目标异物存在漏检等问题,提出一种基于改进Faster RCNN的小尺度铁路侵限算法。在特征提取网络中利用特征金字塔模型将高层特征与低层特征相融合;通过修改锚点框尺寸和增加锚点个数来提高对目标建议区域的精确性;提出一种基于衰减得分的NMS算法;在引入迁移学习思想同时利用在线难例挖掘训练网络以解决数据缺乏、训练难收敛的问题。实验结果表明,改进的Faster RCNN与传统的Faster RCNN网络相比,mAP (mean average precision)提高了2.1%,对小目标的识别有较好准确度。     

复杂环境下的多特征融合船舶目标检测算法

船舶目标检测作为机器视觉的研究领域之一，对海洋运输业和搜救智能化具有基础性现实意义。但在实际检测中由于复杂的天气环境存在准确率低、定位不准确等问题，本文提出一种复杂环境下的多特征融合船舶目标检测算法。新增侧边融合路径网络，减少特征前向传播丢失，加强信息融合，通过高斯分布以及采用方差投票方法，改进定位损失函数提升滤除重复框效果，使边框定位更加准确从而改善漏检、误检等情况。实验结果表明，在不同天气环境下，该算法的平均准确率（mAP）达到88.01%，与传统YOLOv3和Faster RCNN算法相比分别提高了19.70和15.13个百分点，平均交并比（IoU）增加了6.49个百分点，在复杂环境下的船舶检测应用上具有很好的实用性。     

融合高分辨率网络的雾天目标检测算法

针对雾天场景中因图像模糊不清、目标难以分辨等原因导致错检、漏检的问题，提出了一种融合高分辨率网络的目标检测算法HR-Cascade RCNN。采用高分辨率网络HRNet作为Cascade RCNN的特征提取网络，通过不同分辨率的子网络并行连接，提取多尺度的特征信息，减少下采样过程中的信息损失，增强目标的语义信息表示；使用CIoU损失函数替换原有的Smooth L₁损失函数，引入惩罚项度量真实框与检测框之间宽高比的相关性，优化网络的收敛效果，有助于提高检测框的定位精度；最后，采用SoftNMS改进候选框选择机制，降低车辆遮挡等情况下的漏检率，提高网络检测能力。在真实雾天数据集RTTS和合成雾天数据集Foggy Cityscapes上的实验结果表明，HR-Cascade RCNN与原Cascade RCNN相比，mAP分别提高了5.9%和3%。     

基于F1值的非极大值抑制阈值自动选取方法

传统的NMS算法的过滤阈值是人为设定的,由于阈值的选取不当可能会造成漏检和误检。在应用NMS算法时,所有图像的最佳阈值不是完全相同的,根据图像自身信息的不同而发生变化。针对上述问题,提出基于F1值的非极大值抑制阈值自动选取方法,综合考虑检测算法的准确率与召回率,选取使F1值最高的最佳过滤阈值,构建映射关系。测试阶段,利用映射关系和图像信息自动选取对应的过滤阈值。实验结果表明,本文提出的改进版本NMS算法将检测精度mAP值提高了1.1%。与现有的先进算法做对比,证明了本文算法的有效性。     

改进SSD算法及其在地铁安检中的应用

针对传统SSD算法在检测小目标时容易漏检且检测精度不高的问题,提出一种改进算法。对SSD算法中各尺度特征进行尺寸大小不变的卷积操作,将卷积前后对应的特征进行轻量级网络融合,从而生成新的金字塔特征层,并加入基于残差模块的检测单元避免增加网络模型容量和运算复杂度,同时增强对小尺度目标的检测能力。基于PASCAL-VOC2007小目标数据集的实验结果表明,与传统SSD、YOLOv3、Faster RCNN等算法相比,在PASCAL-VOC2007小目标数据集中,该算法的mAP指标较传统SSD算法提高8.5%,较Faster RCNN算法提高3.9%,较YOLOv3提高2%,FPS达到83 frame/s,其检测地铁安检图片的mAP达到77.8%。     

基于改进Faster RCNN的城市道路货车检测

针对货车利用躲避摄像头等手段在城市道路中不按规定时间、规定线路行驶,使得车辆不能被准确识别的问题,提出基于改进Faster RCNN的城市道路货车检测方法.该方法以Faster RCNN为基础模型,通过对传入主干网络的车辆图片进行卷积和池化等操作来提取特征,其中增加特征金字塔网络(FPN)提升对多尺度目标检测的精度;同时将K-means聚类算法应用在数据集上以获取新的锚点框;利用RPN (region proposal network)生成建议框;并使用CIoU (complete-IoU)损失函数代替原算法的smoothL1损失函数以提升检测车辆的精确性.实验结果显示,改进后的Faster RCNN相比原算法对货车检测的平均精度(AP)提高7.2%,召回率(recall)提高6.1%,减少了漏检的可能,在不同场景下具有良好的检测效果.     

级联型P-RBM神经网络的人脸检测

目的 针对非理想条件下快速准确的人脸检测问题,提出一种基于概率态多层受限玻尔兹曼机(RBM)级联神经网络的检测方法。方法 它采用RBM中神经元的概率态表征来模拟人脑神经元连续分布的激活状态,并且利用多层P-RBM(概率态RBM)级联来仿真人脑对视觉的层次学习模式,又以逐层递减隐藏层神经元数来控制网络规模,最后采用分层训练和整体优化的机制来缓解鲁棒性和准确性的矛盾。结果 在LFW、FERET、PKU-SVD-B以及CAS-PEAL数据集上的测试都实现了优于现有典型算法的检测性能。对于单人脸检测,相比于Adaboost算法,将漏检率降低了2.92%;对于多人脸检测,相比于结合肤色的Adaboost算法,将误检率降低了14.9%,同时漏检率降低了5.0%,检测时间降低了50%。结论 无论是静态单张人脸,还是复杂条件下视频多人脸检测,该方法不仅在误检率和漏检率上表现更好,而且具有较快的检测速度,同时对于旋转人脸检测具有较强的鲁棒性。针对基于肤色的多人脸检测研究,该方法能显著降低误检率。     

结合跨层特征融合与级联检测器的防震锤缺陷检测

目的 防震锤可以减少输电线路的周期性震动以降低线路的疲劳损害,定期对防震锤进行巡检非常必要。针对目前无人机巡检输电线路所得航拍图像背景复杂,而种类较多、形状各异以及特性不一的防震锤在航拍图像中占据像素面积很小,导致防震锤检测过程中出现的检测精度低、无法确定缺陷类型等问题,提出了一种结合跨层特征融合和级联检测器的防震锤缺陷检测方法。方法 本文使用无人机对防震锤部件巡检的航拍图像进行数据扩充建立防震锤缺陷检测数据集,并划分了4种缺陷类型,为研究提供了数据基础。首先,以VGG16（Visual GeometryGroup 16-layer network）为基础对1、3、5层特征进行特征融合得到特征图,平衡了语义信息和空间特征;其次,使用3个级联检测器对目标进行分类定位,减小了交并比（intersection over union,IoU）阈值对网络性能的影响;最后,将非极大值抑制法替换为Soft-NMS（soft non-maximum suppression）算法,去除边界框保留了最佳结果。结果 在自建数据集上验证网络模型对4种防震锤缺陷类型的检测效果,与现有基于深度学习的其他6种先进算法相比,本文算法的平均准确率比Fast R-CNN（fast region-based convolutional network）、Faster R-CNN、YOLOv4（you only look onceversion 4）分别提高了13.5%、3.4%、5.8%,比SSD300（single shot MultiBox detector 300）、YOLOv3、RetinaNet分别提高了9.5%、8.5%、8%。与Faster R-CNN相比,本文方法的误检率降低了5.61%,漏检率降低了3.01%。结论 本文提出的防震锤缺陷检测方法对不同背景、不同光照、不同角度、不同尺度、不同种类和不同缺陷种类的防震锤均有较好的检测结果,不但可以更好地提取防震锤的特征,而且还能提高分类和位置预测网络的定位精度,从而有效提高了防震锤缺陷检测算法的准确率,在满足防震锤巡检工作实际检测要求的同时还具有较好的鲁棒性和有效性。     

结合多尺度分割和形态学运算的高分辨率遥感影像阴影检测

目的 针对阴影在高分辨率遥感影像的特性,提出了一种多尺度分割和形态学运算相结合的阴影检测方法。方法 基于面向对象思想,首先利用均值漂移法实现影像分割生成对象,并以对象为基本单元分别进行形态学膨胀和腐蚀运算,从而获得面向对象的阴影指数;然后对影像进行多尺度分割,生成阴影指数矢量;最后对阴影指数矢量和亮度均值分别指定高低阈值,进而获得阴影检测结果。结果 选取高分二号和Google earth影像进行实验,采用误检率、漏检率和总错误率3个指标进行定量分析,并将实验结果与结合多特征法和形态学阴影指数法进行比较。在阴影检测定量精度分析中,相比于对比方法,本文方法的误检率偏高,但漏检率平均降低了7.31%;在建筑物阴影检测实验中,本文方法的漏检率同样下降了4.5个百分点;在多尺度效果融合分析中,本文方法在多组尺度组合下,各项精度指标均较理想;在阴影压盖地物实验中,3种方法的误检情况差异不大,但本文方法的漏检率得到较大改善,其下降程度平均达到了19.29%。结论 本文提出的阴影检测方法具备一定的抗干扰能力,适用性强,可靠性高。     

一阶全卷积遥感影像倾斜目标检测

目的 主流深度学习的目标检测技术对自然影像的识别精度依赖于锚框设置的好坏,并使用平行于坐标轴的正框表示物体位置,而遥感影像中地物目标具有尺寸多变、分布密集、长宽比悬殊且朝向不定的特点,更宜通过与物体朝向一致的斜框表示其位置。本文试图结合无锚框和斜框检测技术,在遥感影像上实现高精度目标识别。方法 使用斜框标注能够更为紧密地贴合目标边缘,有效减少识别干扰因素。本文基于单阶段无锚框目标检测算法：一阶全卷积目标检测网络(fully convolutional one-stage object detector,FCOS),通过引入滑动点结构,在遥感影像上实现高效率、高精度的斜框目标检测。与FCOS的不同之处在于,本文改进的检测算法增加了用于斜框检测的两个分支,通过在正框的两邻边上回归滑动顶点比率产生斜框,并预测斜框与正框的面积比以减少极端情况下的检测误差。结果 在当前最大、最复杂的斜框遥感目标检测数据集DOTA (object detection in aerial images)上对本文方法进行评测,使用ResNet50作为骨干网络,平均精确率(mean average precision,mAP)达到74.84%,相比原始正框FCOS算法精度提升了33.02%,相比于YOLOv3(you only look once)效率提升了38.82%,比斜框检测算法R³Det (refined rotation RetinaNet)精度提升了1.53%。结论 实验结果说明改进的FCOS算法能够很好地适应高分辨率遥感倾斜目标识别场景。     

基于改进边界框回归损失的YOLOv3检测算法

YOLOv3检测算法中的边界框回归损失函数对边界框尺度敏感,且与算法检测效果评价标准交并比（IoU）之间的优化不具有强相关性,无法准确反映真值框与预测框之间的重叠情况,造成收敛效果不佳。针对上述问题,提出基于IoU的改进边界框回归损失算法BR-IoU。将IoU作为边界框回归损失函数的损失项,使不同尺度的边界框在回归过程中获得更均衡的损失优化权重。在此基础上,通过添加惩罚项最小化预测框与真值框中心点间围成的矩形面积,并提高预测框与真值框之间宽高比的一致性,从而优化边界框的回归收敛效果。在PASCAL VOC和COCO数据集上的实验结果表明,在不影响实时性的前提下,BR-IoU能够有效提高检测精度,采用BR-IoU的YOLOv3算法在PASCAL VOC 2007测试集上mAP较原YOLOv3算法和G-YOLO算法分别提高2.5和1.51个百分点,在COCO测试集上分别提高2.07和0.66个百分点。     

一种改进复杂场景下小目标检测模型的方法

复杂场景下小目标检测是目标检测领域的研究难点和热点。传统的two-stage和one-stage检测模型都是通过预先设定锚点框与真实目标框的交并比（intersection over union,IoU）阈值来划分正负样本集,同时这组预定义的固定锚点框还用于获取候选框,进而得到检测结果。然而,在复杂场景下,预先设定的IoU阈值会带来正负样本不均衡问题;针对小尺寸目标（船舶）检测,预定义的锚点框也很难保证覆盖目标的位置和密度,因此限制了检测模型的准确率。为了解决上述问题,提出自适应锚点框（adaptive anchor boxes,AAB）的方法优化目标检测网络,采用基于形状相似度距离的聚类算法生成锚点框,提高目标区域定位技术;采用利用聚类的锚点框计算自适应IoU阈值（adaptive threshold selection,ATS）,划分正负样本,保证样本均衡。对复杂场景下的小目标（船舶目标）进行检测,实验结果表明,采用自适应锚点框方法和自适应阈值选择方法的目标检测模型在复杂场景中检测均能提升准确,对比faster R-CNN、FPN、Yolo3和pp-Yolo,融合了上述新方法的模型均提升了检测准确率,分别提升了9.6、2.6、9.8和9.9个百分点。     

融合GIoU和Focal loss的YOLOv3目标检测算法

YOLOv3目标检测算法检测速度快且精度较高,但存在对小目标检测能力不足、边界框定位不准确等问题。提出了一种基于YOLOv3改进的目标检测算法,该算法在YOLOv3的基础上,对网络中的残差块增加旁路连接,进一步进行特征重用,以提取更多的特征信息。同时,采用GIoUloss作为边界框的损失,使网络朝着预测框与真实框重叠度较高的方向去优化。在损失函数中加入Focal loss,减小正负样本不平衡带来的误差。在PASCAL VOC和COCO数据集上的实验结果表明,该算法能够在不影响YOLOv3算法实时性的前提下,提高目标检测的mAP。该算法在PASCAL VOC 2007测试集上达到83.7mAP（IoU=0.5）,在COCO测试集上比YOLOv3算法提升2.27mAP（IoU[0.5,0.95]）。     

Improved non-maximum suppression for object detection using harmony search algorithm

Non-maximum suppression (NMS) plays a key role in many modern object detectors. It is responsible to remove detection boxes that cover the same object. NMS greedily selects the detection box with maximum score; other detection boxes are suppressed when the degree of overlap between these detection boxes and the selected box exceeds a predefined threshold. Such a strategy easily retain some false positives, and it limits the ability of NMS to perceive nearby objects in cluttered scenes. This paper proposes an effective method combining harmony search algorithm and NMS to alleviate this problem. This method regards the task of NMS as a combination optimization problem. It seeks final detection boxes under the guidance of an objective function. NMS is applied to each harmony to remove imprecise detection boxes, and the remaining boxes are used to calculate the fitness value. The remaining detection boxes in a harmony with highest fitness value are chosen as the final detection results. The standard Pattern Analysis, Statistical Modeling and Computational Learning Visual Object Classes dataset and the Microsoft Common Objects in Context dataset are used in all of the experiments. The proposed method is applied to two popular detection networks, namely Faster Region-based Convolutional Neural Networks and Region-based Fully Convolutional Networks. The experimental results show that the proposed method improves the average precision of these two detection networks. Moreover, the location performance and average recall of these two detectors are also improved.     

复杂场景下基于增强YOLOv3的船舶目标检测

为提升水上交通安全监管的智能化水平，进一步提高基于深度学习的船舶目标检测算法的定位精度和检测准确率，在传统YOLOv3算法基础上，提出用于船舶目标检测的增强YOLOv3算法。首先，在网络预测层引入预测框不确定性回归，以预测边界框的不确定性信息；然后，使用负对数似然函数和改进的二值交叉熵函数重新设计损失函数；其次，针对船舶形状使用K均值聚类算法重新设计先验锚框尺寸并平均分配到对应预测尺度；在网络训练阶段，使用数据增强策略扩充训练样本数量；最后，使用加入高斯软阈值函数的非极大值抑制（NMS）算法对预测框进行后处理。对各种改进方法和不同目标检测算法在真实海事视频监控数据集上进行对比实验。实验结果显示，与传统YOLOv3算法相比，带有预测框不确定性信息的YOLOv3算法的假正样本（FP）数量降低了35.42%，真正样本（TP）数量提高了1.83%，所以提高了准确率；增强YOLOv3算法在船舶图像上的平均准确率均值（mAP）达到87.74%，与传统YOLOv3算法和Faster R-CNN算法相比分别提高了24.12%和23.53%；所提算法的每秒钟检测图像数量达到30.70张，满足实时检测的要求。实验结果表明，所提算法在雾天和低照度等不良天气条件与复杂通航背景下，均能实现船舶目标的高精度稳定实时检测。     

复杂场景下基于增强YOLOv3的船舶目标检测

为提升水上交通安全监管的智能化水平,进一步提高基于深度学习的船舶目标检测算法的定位精度和检测准确率,在传统YOLOv3算法基础上,提出用于船舶目标检测的增强YOLOv3算法。首先,在网络预测层引入预测框不确定性回归,以预测边界框的不确定性信息;然后,使用负对数似然函数和改进的二值交叉熵函数重新设计损失函数;其次,针对船舶形状使用K均值聚类算法重新设计先验锚框尺寸并平均分配到对应预测尺度;在网络训练阶段,使用数据增强策略扩充训练样本数量;最后,使用加入高斯软阈值函数的非极大值抑制（NMS）算法对预测框进行后处理。对各种改进方法和不同目标检测算法在真实海事视频监控数据集上进行对比实验。实验结果显示,与传统YOLOv3算法相比,带有预测框不确定性信息的YOLOv3算法的假正样本（FP）数量降低了35.42%,真正样本（TP）数量提高了1.83%,所以提高了准确率;增强YOLOv3算法在船舶图像上的平均准确率均值（mAP）达到87.74%,与传统YOLOv3算法和Faster R-CNN算法相比分别提高了24.12%和23.53%;所提算法的每秒钟检测图像数量达到30.70张,满足实时检测的要求。实验结果表明,所提算法在雾天和低照度等不良天气条件与复杂通航背景下,均能实现船舶目标的高精度稳定实时检测。     

提升预测框定位稳定性的视频目标检测

目的 目前视频目标检测（object detection from video）领域大量研究集中在提升预测框定位准确性,对于定位稳定性提升的研究则较少。然而,预测框定位稳定性对多目标跟踪、车辆行驶控制等算法具有重要影响,为提高预测框定位稳定性,本文提出了一种扩张性非极大值抑制（expanded non-maximum suppression,Exp_NMS）方法和帧间平滑策略（frame bounding box smooth,FBBS）。方法 目标检测阶段使用YOLO（you only look once）v3神经网络,非极大值抑制阶段通过融合多个预测框信息得出结果,增强预测框在连续视频流中的稳定性。后续利用视频相邻帧信息关联的特点,对预测框进行平滑处理,进一步提高预测框定位稳定性。结果 选用UA-DETRAC（University at Albany detection and tracking benchmark dataset）数据集进行分析实验,使用卡尔曼滤波多目标跟踪算法进行辅助验证。本文在MOT（multiple object tracking）评价指标基础上,设计了平均轨迹曲折度（average track-tortuosity,AT）来直观、量化地衡量预测框定位稳定性及跟踪轨迹的平滑度。实验结果表明,本文方法几乎不影响预测框定位准确性,且对定位稳定性有大幅改善,相应跟踪质量得到显著提升。测试视频的MOTA（multiple object tracking accuracy）提升6.0%、IDs（identity switches）减少16.8%,跟踪FP（false positives）类型错误下降45.83%,AT下降36.57%,mAP（mean average precision）仅下降0.07%。结论 从非极大值抑制和前后帧信息关联两个角度设计相关策略,经实验验证,本文方法在基本不影响预测框定位准确性的前提下,可有效提升预测框定位稳定性。     

Single shot object detection with refined feature

Object classification and localization are two significant aspects of object detector based on the Single Shot MultiBox Detector (SSD). In general, the more feature maps there are, the better the object classification performance will be. However, when the information of excessive feature maps are sparse and unnecessary, the performance of object detection is slightly improved or maybe precisely opposite, which is instead harmful to the production of object localization. The performance of object detectors is not only related to the number of feature maps but also relies partly on the bounding box regression and Non-Maximum Suppression (NMS). In this paper, a detector is constructed based on SSD, called Detection with Refined Feature (DRF), involving center map and scale map, the detection loss is reshaped. Our motivation is to improve the accuracy of classification and localization by searching for central points and predicting the scales of the object points. Center map is used to predict the Intersection over Union (IoU) between the prediction box and ground truth box, while scale map considers the relationships among the different scales. Experimental results on both Pascal VOC and MS COCO 2014 instance datasets demonstrate the effectiveness of DRF. Using Darknet53, we achieve an 86.4% mean Average Precision (mAP) on Pascal VOC2007 and an 87.4% mAP on Pascal VOC2007 and VOC2012. On MS COCO, the DRF with ResNet50 still achieves moderate improvement.

     

基于转置卷积操作改进的单阶段多边框目标检测方法

针对单阶段多边框目标检测（SSD）模型在以高交并比（IoU）评估平均检测精度（mAP）时出现的精度下降问题,提出一种使用转置卷积操作构建的循环特征聚合模型。该模型以SSD模型为基础,使用ResNet 101作为特征提取网络。首先,利用转置卷积操作扩大网络结构中深层特征图的尺寸,为浅层特征图引入对目标的高层抽象和上下文信息;其次,使用全连接卷积层减少浅层特征图在进行特征聚合时出现偏差的可能性;最后,将浅层特征图与表示了上下文信息的深层特征图拼接,并使用1×1卷积操作恢复通道数。特征聚合过程可以循环进行多次。实验结果表明,使用KITTI数据集,以交并比（IoU）为0.7评估平均检测精度,与原始SSD模型相比,循环特征聚合模型的检测精度提高了5.1个百分点;与已有的精度最高Faster R-CNN相比,检测精度提高了2个百分点。循环特征聚合模型能有效提升平均目标检测精度,生成高质量的边界框。     

改进RetinaNet的遮挡目标检测算法研究

针对目标检测任务中目标实例密集、重叠等因素导致的检测精度不高的问题,提出一种改进回归损失函数与动态非极大值抑制的目标检测框架。采用结合排斥因子Rep的GIoU-Loss进行目标位置回归,在增加回归参数间相关性的同时降低候选边框向邻近真值偏移概率。Rep-GIoU-Loss不仅有效提升目标位置回归精度,对目标遮挡情形也具有较好的鲁棒性。此外,增加稠密度预测分支预测目标被遮挡程度,并将遮挡程度预测值作为NMS方法的动态阈值,以减少漏检、虚检目标实例。实验结果表明,改进方法检测精度在PASCAL VOC2007测试数据集上提高了1.3个百分点,自制数据集可提高2.8个百分点,验证了该方法的有效性。