改进Mask R-CNN算法的带钢表面缺陷检测

在带钢的生产过程中可能会因为生产工艺的问题导致带钢表面出现缺陷,传统的带钢表面检测方法存在检测速度慢、检测精度低等问题。在计算机深度学习快速发展的今天,为实现带钢表面缺陷快速有效的检测,提出改进的掩码区域卷积神经网络（Mask R-CNN）算法,使用[k]-means II聚类算法改进区域建议网络（RPN）锚框生成方法;同时调整Mask R-CNN模型的网络结构,去掉掩码分支,提高了模型的缺陷检测速度。实验在NEU-DET数据集的5种缺陷检测中将原算法的均值平均精度（mAP）从0.810?2提升到0.960?2,检测速度达到5.9?frame/s。并且能够实现对缺陷目标的检测和实例分割,以便研究人员观测缺陷的大小和形状,从而改进工艺。相比于目前其他深度学习的缺陷检测算法,更能满足带钢的生产检测要求。     

基于融合FPN和Faster R-CNN的行人检测算法

针对多尺度行人检测的问题,本文提出一种基于融合特征金字塔网络（Feature pyramid networks,FPN）和Faster R-CNN(Faster region convolutional neural network)的行人检测算法。首先,对FPN和区域建议网络（Region proposal networks,RPN）进行融合;然后,对FPN和Fast R-CNN进行融合;最后,在Caltech数据集、KITTI数据集和ETC数据集上分别对融合FPN和Faster R-CNN的行人检测算法进行训练和测试。该算法在Caltech数据集、KITTI数据集和ETC数据集上的mAP (mean Average Precision)分别达到69.72%, 69.76%和89.74%。与Faster R-CNN相比,该算法不仅提高了行人检测精度,而且在多尺度行人检测的问题上也获得了较为满意的检测效果。     

瓷砖表面非常规尺寸瑕疵的检测

与普通目标检测任务不同, 瓷砖表面瑕疵检测的困难之处在于检测小尺寸和大长宽比等非常规尺寸的目标. 为了解决这两个问题, 本文提出了一种基于改进 Cascade R-CNN 的新型瓷砖表面瑕疵检测算法. 为了提高模型对小瑕疵的检测能力, 本文模型利用侧向连接结构进行上下层语义信息的融合, 使用可切换空洞率的空洞卷积来增加模型的感受野; 为了提高模型对于大长宽比瑕疵的检测能力, 本文模型在标准卷积上引入偏移域以更好提取目标特征信息. 此外, 本文模型调整 Cascade R-CNN 框架中预选锚框的大小和长宽比例. 实验结果表明, 在从瓷砖工厂收集的数据集上, 本文所提出算法的平均精度均值 (mean average precision, mAP) 达到了 73.5%, 比改进前的 Cascade R-CNN 模型提高了9.7%. 本文实验代码可从以下链接获取: https://github.com/mashibin/Ceramic-tile-defect-detection.     

基于改进的Faster R-CNN的通用目标检测框架

针对当前基于深度学习的检测器不能有效检测形状不规则或长宽相差悬殊的目标的问题,在传统Faster R-CNN算法的基础上,提出了一个改进的二阶段目标检测框架——Accurate R-CNN。首先,提出了新的交并比（IoU）度量——有效交并比（EIoU）,通过提出中心度权重来降低训练数据中冗余包围框的占比。然后,提出了一个上下文相关的特征重分配模块（FRM）,通过建模目标的远程依赖和局部上下文关系信息对特征进行重编码,以弥补池化过程中的形状信息损失。实验结果表明,在微软多场景通用目标（MS COCO）数据集上,对于包围框检测任务,当使用深度为50和101的残差网络（ResNet）作为骨干网络时,Accurate R-CNN比基线模型Faster R-CNN的平均精度（AP）分别提高了1.7个百分点和1.1个百分点,超越了使用同样骨干网络的基于掩膜的检测器。在添加掩膜分支后,对于实例分割任务,当使用两种不同深度的ResNet作为骨干网络时,Accurate R-CNN比Mask R-CNN的掩膜平均精度分别提高了1.2个百分点和1.1个百分点。研究结果显示,相较于基线模型,Accurate R-CNN在不同数据集、不同任务上均取得了更好的检测效果。     

基于特征融合和注意力机制的遥感目标检测

为了降低遥感图像中尺寸较大或长宽比变化极端等类型目标对检测精度的不利影响,提出一种基于YOLOv5的改进算法。首先,设计多尺度特征融合模块,通过引入不同膨胀率的残差膨胀卷积块以获得更大感受野,提高对长宽比变化极端目标的检测能力;其次,引入全局-局部注意力,通过分解大核注意力以获得空间和通道维度的长期依赖性和适应性,实现动态提取丰富的全局上下文信息,提高网络对大尺寸目标的检测性能。在DOTA数据集上的消融实验证明了该算法的有效性,mAP达到77.05%,较改进前的模型提升了1.66%,亦优于主流算法,有效改善了遥感图像中目标尺寸过大或长宽比变化极端带来的问题。     

改进R-FCN模型的小尺度行人检测

目的 为了有效解决传统行人检测算法在分辨率低、行人尺寸较小等情境下检测精度低的问题,将基于区域全卷积网络（region-based fully convolutional networks,R-FCN）的目标检测算法引入到行人检测中,提出一种改进R-FCN模型的小尺度行人检测算法。方法 为了使特征提取更加准确,在ResNet-101的conv5阶段中嵌入可变形卷积层,扩大特征图的感受野;为提高小尺寸行人检测精度,在ResNet-101中增加另一条检测路径,对不同尺寸大小的特征图进行感兴趣区域池化;为解决小尺寸行人检测中的误检问题,利用自举策略的非极大值抑制算法代替传统的非极大值抑制算法。结果 在基准数据集Caltech上进行评估,实验表明,改进的R-FCN算法与具有代表性的单阶段检测器（single shot multiBox detector,SSD）算法和两阶段检测器中的Faster R-CNN（region convolutional neural network）算法相比,检测精度分别提高了3.29%和2.78%;在相同ResNet-101基础网络下,检测精度比原始R-FCN算法提高了12.10%。结论 本文提出的改进R-FCN模型,使小尺寸行人检测精度更加准确。相比原始模型,改进的R-FCN模型对行人检测的精确率和召回率有更好的平衡能力,在保证精确率的同时,具有更大的召回率。     

遥感图像舰船检测的旋转卷积集成YOLOv3模型

遥感图像俯视角带来的目标朝向多样性影响了大长宽比舰船目标检测的旋转不变性。针对这一问题,提出了一个基于改进YOLOv3的倾斜边界框检测模型。通过引入角度预测实现倾斜边界框回归;提出一种旋转卷积集成模块,通过旋转卷积和旋转激活提高深度卷积网络（Deep Convolutional Neural Networks,DCNN）特征图对于角度变化的敏感性;将目标边界框倾斜角度预测建模为由粗粒度到细粒度的两次角度分类问题;将角度惩罚引入模型的多任务损失函数中,使得模型能够学习目标的角度偏移。通过对舰船目标标注数据集上的实验可以看到,所提的模型和经典YOLOv3模型相比平均精度提高了12.7%,同时能够保持单阶段目标检测的速度优势。     

改进的Faster RCNN煤矿井下行人检测算法

针对煤矿井下环境恶劣、光照差、背景混杂、行人模糊、行人多尺度等问题，提出了一种改进的Faster RCNN煤矿井下行人检测方法，使用深度卷积神经网络代替传统的手工设计特征方式自动地从图片中提取特征。利用深度学习通用目标检测框架Faster RCNN，以Faster RCNN算法为基础，对候选区域网络（Region Proposals Network，RPN）结构进行了改进，提出了一种“金字塔RPN”结构，来解决井下行人存在的多尺度问题；同时算法中加入了特征融合技术，将不同卷积层输出的特征图进行融合，增强煤矿井下模糊、遮挡和小目标行人的检测性能。实验结果表明：改进的Faster RCNN可以有效解决井下行人检测问题，在井下行人数据集上获得了90%的检测准确率，并在公测数据集VOC 07上对改进算法进行了验证。     

浅层特征融合引导的深层网络行人检测

行人检测是目标检测中的一个重要研究方向。针对行人检测算法在复杂场景和目标太小情况下漏检的问题,在Faster R-CNN检测算法的基础上,提出一种基于浅层特征融合引导的深层网络行人检测。通过HOG特征、改进的LBP特征与深度网络特征融合获得准确的行人特征,在国际上广泛使用的行人数据集上进行一系列实验。结果表明,所提出的改进方法在检测准确率和速率方面都有所提高。     

基于改进RetinaNet的船舶检测算法

目前基于深度学习算法的目标检测技术在合成孔径雷达（SAR）图像船舶检测中取得了显著的成果,然而仍存在着小目标船舶和近岸密集排列船舶检测效果差的问题。针对上述问题,提出了基于改进RetinaNet的船舶检测算法。在传统RetinaNet算法的基础上,首先,将特征提取网络残差块中的卷积改进为分组卷积,以增加网络宽度,从而提高网络的特征提取能力;其次,在特征提取网络的后两个阶段加入注意力机制,让网络更加专注于目标区域,从而提升目标检测能力;最后,将软非极大值抑制（Soft-NMS）加入到算法中,降低算法对于近岸密集排列船舶检测的漏检率。在高分辨率SAR图像数据集（HRSID）和SAR船舶检测数据集（SSDD）上的实验结果表明,所提改进算法对于小目标船舶和近岸船舶的检测效果得到了有效提升,与当前优秀的目标检测模型Faster R-CNN、YOLOv3和CenterNet等相比,在检测精度和速度上更加优越。     

基于改进的Mask R-CNN的染色体图像分割框架

针对染色体图像的人工分割耗时费力且当前自动分割方法精度不佳的问题,基于改进的Mask R-CNN提出了一种染色体图像分割框架——Mask Oriented R-CNN,引入方向信息对染色体图像进行实例分割。首先,新增有向包围框回归分支,以预测紧实包围框并获取方向信息;然后,提出新的交并比（IoU）度量——角度加权交并比（AwIoU）,从而结合方向信息与边的关系以改进冗余包围框的判据;最后,实现有向卷积通路结构,通过拷贝掩模分支通路并依据实例的方向信息选择训练路径来减少掩模预测中的干扰。实验结果表明,相较于基准模型Mask R-CNN,Mask Oriented R-CNN在IoU阈值为0.5时的平均精度均值指标提升了10.22个百分点,IoU阈值为0.5~0.95时的平均指标提升了4.91个百分点。研究结果显示,Mask Oriented R-CNN框架相较于基准模型取得了更好的染色体图像分割结果,有助于实现染色体图像自动分割。     

基于Faster R-CNN的密集人群检测算法

为提高拥挤场景下的人群检测准确率,提出一种基于改进Faster R-CNN的密集人群检测算法。首先,在特征提取阶段添加空间与通道注意力机制,使用加强的双向特征金字塔网络（S-BiFPN）替代原网络中的多尺度特征金字塔（FPN）,使网络对重要特征进行自主学习并加强对图像深层特征的提取;其次,引入多实例预测（MIP）算法对实例进行预测,以避免模型对拥挤场景下的目标造成漏检;最后,对模型中的非极大值抑制（NMS）进行优化,并额外增设一个交并比（IoU）阈值,以对检测结果的干扰项进行精确抑制。在开源的密集人群检测数据集上进行测试的结果显示,相较于原Faster R-CNN算法,所提算法的平均精度（AP）提升5.6%,Jaccard指数值提升3.2%。所提算法具有较高检测精度和稳定性,可以满足密集场景人群检测的需求。     

基于改进Faster R-CNN的钢轨踏面块状伤损检测方法

针对钢轨踏面块状伤损存在的尺度变化大、样本数据集小的问题,提出了基于改进Faster R-CNN的钢轨踏面块状伤损检测方法。首先,基于ResNet-101基础网络结构来构建多尺度特征金字塔（FPN）,以实现深、浅层特征信息的融合,从而提高了小尺度伤损的检测精度;然后,采用广义交并比（GIoU）损失解决了Faster R-CNN中回归损失SmoothL1对预测边框位置不敏感问题;最后,提出引导锚定的区域提名网络（GA-RPN）方法,从而解决了区域生成网络（RPN）生成的锚点大量冗余而导致的检测网络训练中正负样本失衡问题。训练过程中,基于翻转、裁剪、噪声扰动等图像预处理方法对RSSDs数据集进行扩充,解决了钢轨踏面块状伤损训练样本不充足问题。实验结果表明,所提改进方法对钢轨踏面块状伤损检测的平均精度均值（mAP）可达到82.466%,相较于Faster R-CNN提高了13.201个百分点,能够更加准确地检测钢轨踏面块状伤损。     

基于Faster R-CNN的颜色导向火焰检测

基于深度特征的目标检测方法Faster R-CNN在火焰检测任务上存在检测效率低的问题,因此提出了基于颜色引导的抛锚策略。该策略设计火焰颜色模型来限制锚的生成,即利用火焰颜色约束锚的生成区域,从而减少了初始锚的数量,提升了计算效率。为了进一步提高网络的计算效率,将区域生成网络中的卷积层替换成掩膜卷积。为了验证所提方法的检测效果,采用BoWFire和Corsician数据集进行验证。实验结果表明,该方法实际检测速度相较于原Faster R-CNN提高了10.1%,BoWFire上该方法的火焰检测F值为0.87,Corsician上该方法的准确度可达99.33%。所提方法可以提高火焰检测的效率,并能够准确检测图像中的火焰。     

基于Faster R-CNN和IoU优化的实验室人数统计与管理系统

针对人员位置相对固定的场景中实时人数统计的管理需求，以普通高校实验室为例，设计并实现了一套基于更快速的区域卷积神经网络（Faster R-CNN）和交并比（IoU）优化的实验室人数统计与管理系统。首先，使用Faster R-CNN模型对实验室内人员头部进行检测；然后，根据模型检测的输出结果，利用IoU算法滤去重复检测的目标；最后，采用基于坐标定位的方法确定实验室内各个工作台是否有人，并将相对应的数据存入数据库。该系统主要功能有：①实验室实时视频监控及远程管理；②定时自动拍照检测采集数据，为实验室的量化管理提供数据支撑；③实验室人员变化数据查询与可视化展示。实验结果表明，所提基于Faster R-CNN和IoU优化的实验室人数统计与管理系统可用于办公场景中实时人数统计和远程管理。     

基于深度卷积神经网络的油罐目标检测研究

油罐是用于储存油品的工业设施，常用在炼油厂等工业园中，通过卫星或航空遥感图像实现油罐目标的快速检测，可以实现对侵占生态保护红线的疑似工业园区的快速查找，为自然资源监管和生态环境保护提供科学技术支持。探讨了基于深度卷积神经网络在高分辨率遥感影像目标检测中的有效性，基于深度学习目标检测算法中具有代表性的Faster R-CNN（Convolutional Neural Network）和R-FCN（Region-based Fully Convolutional Network）框架，通过对ZF、VGG16、ResNet-50 3种网络模型进行训练和测试，实现了遥感影像上油罐目标的快速检测；通过修改锚点尺度和数量，丰富了候选框类型和数量，提升了油罐的目标检测精度，最优召回率接近80%。研究表明：深度卷积神经网络能够实现对高分辨率遥感影像中油罐目标的快速检测，为深度学习技术在遥感小目标的快速检测提供了实例和新的思路。     

基于深度卷积神经网络的油罐目标检测研究

油罐是用于储存油品的工业设施,常用在炼油厂等工业园中,通过卫星或航空遥感图像实现油罐目标的快速检测,可以实现对侵占生态保护红线的疑似工业园区的快速查找,为自然资源监管和生态环境保护提供科学技术支持。探讨了基于深度卷积神经网络在高分辨率遥感影像目标检测中的有效性,基于深度学习目标检测算法中具有代表性的Faster R-CNN（Convolutional Neural Network）和R-FCN（Region-based Fully Convolutional Network）框架,通过对ZF、VGG16、ResNet-50 3种网络模型进行训练和测试,实现了遥感影像上油罐目标的快速检测;通过修改锚点尺度和数量,丰富了候选框类型和数量,提升了油罐的目标检测精度,最优召回率接近80%。研究表明：深度卷积神经网络能够实现对高分辨率遥感影像中油罐目标的快速检测,为深度学习技术在遥感小目标的快速检测提供了实例和新的思路。     

基于深度卷积神经网络的糖尿病视网膜病变分期及病灶检测

针对糖尿病视网膜病变（DR）图像分辨率过大、病灶特征过于分散难以获取以及正负难易样本不平衡而导致DR分期精确率一直无法得到有效提高的问题,提出了改进的基于快速区域的卷积神经网络（Faster R-CNN）和子图分割相结合的DR分期方法。首先,使用子图分割解决视盘区域对于病灶识别的干扰问题;其次,在特征提取阶段使用深度残差网络以解决病灶在高分辨率眼底图像中占比小而导致的特征难以获取的问题;最后,在感兴趣区域（ROI）生成时采用在线困难样本挖掘（OHEM）方法解决正负难易样本不平衡的问题。在国际公开数据集EyePACS进行DR分期实验,所提方法在DR病分期中精确率0期达到94.83%,1期达到86.84%,2期达到94.00%,3期达到87.21%,4期达到82.96%。实验结果表明,改进后的Faster R-CNN能对DR图像高效分期并自动标注出病灶。     

基于SENet改进的Faster R-CNN行人检测模型

随着无人驾驶和智能驾驶技术的发展,计算机视觉对视频图像检测的实时性和准确性要求也越来越高.现有的行人检测方法在检测速度和检测精度两个方面难以权衡.针对此问题,提出一种改进的Faster R-CNN模型,在Faster R-CNN的主体特征提取网络模块中加入SE网络单元,进行道路行人检测.这种方法不仅能达到相对较高的准确率,用于视频检测时还能达到一个较好的检测速率,其综合表现比Faster R-CNN模型更好.在INRIA数据集和私有数据集上的实验表明,模型的mAP最好成绩能达到93.76%,最高检测速度达到了13.79 f/s.