SAR影像船舶目标检测技术研究

针对SAR影像特征单一、小船舶目标检测召回率低和近岸目标虚警率高等问题,提出基于跨阶段局部聚合残差变换网络CSPResNeXt(Cross Stage Partial ResNeXt)的SAR影像船舶检测算法。该算法首先在浅层特征提取网络中加入了感受野模块RFB(Receptive Field Block)来模仿人类视觉感知,用以增强目标特征的可辨识性和网络对小尺寸船舶的适应性;其次采用多特征层双向加权融合和多尺度检测方法,对特征进行重组优化,提升目标检测能力;最后提出了相适应的损失函数的计算方法,并通过数据增强提升网络的鲁棒性。在HRSID和SSDD数据集上的实验结果表明,改进算法对密集小目标的检测效果得到了提升,有效降低了近岸强散射目标的误检率,检测速度和精度更加优越。

改进Mask R-CNN的温室环境下不同成熟度番茄果实分割方法

基于深度神经网络的果实识别和分割是采摘机器人作业成功的关键步骤,但由于网络参数多、计算量大,导致训练时间长,当模型部署到采摘机器人上则存在运行速度慢,识别精度低等问题。针对这些问题,该研究提出了一种改进Mask R-CNN的温室环境下不同成熟度番茄果实分割方法,采用跨阶段局部网络(Cross Stage Partial Network,CSPNet)与Mask R-CNN网络中的残差网络(Residual Network,ResNet)进行融合,通过跨阶段拆分与级联策略,减少反向传播过程中重复的特征信息,降低网络计算量的同时提高准确率。在番茄果实测试集上进行试验,结果表明以层数为50的跨阶段局部残差网络(Cross Stage Partial ResNet50,CSP-ResNet50)为主干的改进Mask R-CNN模型对绿熟期、半熟期、成熟期番茄果实分割的平均精度均值为95.45%,F1分数为91.2%,单张图像分割时间为0.658 s。该方法相比金字塔场景解析网络(Pyramid Scene Parsing Network,PSPNet)、DeepLab v3+模型和以ResNet50为主干的Mask R-CNN模型平均精度均值分别提高了16.44、14.95和2.29个百分点,相比以ResNet50为主干的Mask R-CNN模型分割时间减少了1.98%。最后将以CSP-ResNet50为主干的改进Mask R-CNN模型部署到采摘机器人上,在大型玻璃温室中开展不同成熟度番茄果实识别试验,该模型识别正确率达到90%。该研究在温室环境下对不同成熟度番茄果实具有较好的识别性能,可为番茄采摘机器人精准作业提供依据。

融合跨阶段深度学习的脑肿瘤MRI图像分割

目的磁共振成像(magnetic resonance imaging,MRI)作为一种非侵入性的软组织对比成像方式,可以提供有关脑肿瘤的形状、大小和位置等有价值的信息,是用于脑肿瘤患者检查的主要方法,在脑肿瘤分割任务中发挥着重要作用。由于脑肿瘤本身复杂多变的形态、模糊的边界、低对比度以及样本梯度复杂等问题,导致高精度脑肿瘤MRI图像分割非常具有挑战性,目前主要依靠专业医师手动分割,费时且可重复性差。对此,本文提出一种基于U-Net的改进模型,即CSPU-Net(cross stage partial U-Net)脑肿瘤分割网络,以实现高精度的脑肿瘤MRI图像分割。方法CSPU-Net在U-Net结构的上下采样中分别加入两种跨阶段局部网络结构(cross stage partial module,CSP)提取图像特征,结合GDL(general Dice loss)和WCE(weighted cross entropy)两种损失函数解决训练样本类别不平衡问题。结果在BraTS(brain tumor segmentation)2018和BraTS 2019两个数据集上进行实验,在BraTS 2018数据集中的整体肿瘤分割精度、核心肿瘤分割精度和增强肿瘤分割精度分别为87.9%、80.6%和77.3%,相比于传统U-Net的改进模型(ResU-Net)分别提升了0.80%、1.60%和2.20%。在BraTS 2019数据集中的整体肿瘤分割精度、核心肿瘤分割精度和增强肿瘤分割精度分别为87.8%、77.9%和70.7%,相比于ResU-Net模型提升了0.70%、1.30%和1.40%。结论本文提出的跨阶段局部网络结构,通过增加梯度路径、减少信息损失,可以有效提高脑肿瘤分割精度,实验结果证明了该模块对脑肿瘤分割任务的有效性。

复杂背景下红外图像弱小目标检测

红外弱小目标检测是安防监控、侦察探测、精确制导等领域的关键技术。为了提高复杂背景条件下红外弱小目标检测的准确性和实时性,提出了一种基于深度学习的红外弱小目标检测算法YOLO-FCSP。根据红外图像中弱小目标的特点,在YOLO检测框架的基础上,通过减少下采样次数,结合跨阶段局部模块、Focus结构和空间金字塔池化结构设计了特征提取网络。借鉴多路径聚合的思路优化特征融合网络,同时调整检测输出层数量,通过信息复用提高特征利用效率。实验结果表明,本文提出的算法在检测红外弱小目标时具有较高的准确率和检测速度,精度和召回率分别为91.9%和94.6%,平均准确率(AP)值达到92.6%,检测速度达到170 f/s,满足实际应用中实时检测的需求。