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专利号: 2020100038150
申请人: 西安工业大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 计算;推算;计数
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于改进SSD和迁移学习的水下目标检测方法,其特征在于:包括以下步骤:步骤1、准备阶段:运用计算机读取深水中条件下拍摄的水下图像,利用水下背景图片与水上目标场景图像进行融合处理,获取更多水下图像;

步骤2、图像的预处理和基于滤波器去除噪声阶段:通过将水下图像输入计算机,运用两种算法得到对原图两种不同程度的增强的结果,然后选择好一个融合系数的计算公式,再进行拉普拉斯金字塔融合;然后采用滤波自适应方法进行平滑处理,以获得无噪声和纹理完整图像;

步骤3、基于骨干网的特征提取阶段:确定骨干网络结构,并根据骨干网络提取水下图像的关键点信息;然后,构建适合水下目标检测的较精确的SSD网络Underwater-SSD,从检测网络中提取具有很高代表性的特征,将无噪声和纹理完整图像应用于水下SSD网络中;

步骤4、基于迁移学习的网络模型训练阶段:利用迁移学习方法训练Underwater-SSD网络,仅使用空气中的标签识别水下物体;

步骤5、基于软化非极大值抑制算法soft-NMS目标检测阶段:在迁移学习训练后的模型后加入软化非极大值抑制算法,实现最终的目标检测结果输出,将测试数据集输入到已训练的模型进行测试。

2.根据权利要求1所述的基于改进SSD和迁移学习的水下目标检测方法,其特征在于:步骤1包括如下步骤:

步骤101、数据集的获取,选择用水下图像采集终端获得深水条件下拍摄的水下图像;

步骤102、利用水下背景图片与水上目标场景图像进行融合,扩增数据集;

步骤103、将获取的数据集进行分类,划分为训练集、验证集及测试集;

步骤104、读取预训练模型,并读入水下图像目录。

3.根据权利要求1或2所述的基于改进SSD和迁移学习的水下目标检测方法,其特征在于:步骤2包括如下步骤:

同一幅图像复制两份,一份选用白平衡的结果,记为I1,作为融合的对象1,用对I1进行双边滤波+限制对比度自适应直方图均衡CALHE算法处理的结果,记为I2,作为融合的对象

2。然后运用权重系数进行相应的融合,最后进行拉普拉斯融合,然后针对融合后的图像采用BM3D滤波器与结构滤波器自适应方法进行平滑处理,进行去除图像中的噪声。

4.根据权利要求3所述的基于改进SSD和迁移学习的水下目标检测方法,其特征在于:步骤3包括如下步骤:

骨干网络为VGG16,提取的水下图像特征送入多尺度预测与融合模型中,先针对不同尺度网络进行卷积、池化等操作,获得不同尺度特征信息,再通过多个层卷积层特征融合,得到更多的特征点信息,得到多尺度特征信息。

5.根据权利要求4所述的基于改进SSD和迁移学习的水下目标检测方法,其特征在于:步骤4包括如下步骤:

利用迁移学习方法训练Underwater-SSD网络,使用空气中的标签识别水下物体,在迁移学习训练后的模型后加入软化非极大值抑制算法,获得最终的目标检测结果,并将测试水下图像输入到已训练的模型进行检测。

6.根据权利要求5所述的基于改进SSD和迁移学习的水下目标检测方法,其特征在于:步骤2中,融合增强算法步骤如下所示:

(1)将输入图像复制成2份:src1和src2;

(2)对src1做自动白平衡;

(3)对src2做双边滤波去噪,多帧的话,不做配准,直接使用NLM思想时间空间域块去噪;

(4)对去噪后的src2做局域直方图增强,改善颜色和对比度,得到src3;

(5)对src1和src3使用显著图算法和LPLS滤波,计算得到融合权重图W;

(6)对src1和src3根据权重图W,进行多尺度融合,得到结果图像。

7.根据权利要求6所述的基于改进SSD和迁移学习的水下目标检测方法,其特征在于:步骤2中,使用BM3D滤波器对图像进行平滑处理可获得图像基层,有效地衰减AWGN;利用噪声纹理水平系数λ作为权重来生成基层,fine coarse

b(L)=λ·b (L)+(1-λ)·b (L)

式中,bfine(L)和bcoarse(L)分别表示BM3D滤波器的平滑结果,使用比微光图像I的局部标准偏差δi平均值小一半和大两倍的参数。

8.根据权利要求7所述的基于改进SSD和迁移学习的水下目标检测方法,其特征在于:以VGG16结构作为骨干网络进行对水下目标特征的提取,VGG16由13个卷积层和3个全连接层,共有16层构成,经过的卷积核大小为3*3*3,stride=1,padding=1,pooling为采用2x2的max pooling方式;根据所述骨干网络VGG16得到提取水下图像的特征信息,以获得水下图像特征,将获取水下特征后的特征向量发送到Concat特征融合连接模块与特征融合模块;然后将提取的水下图像特征送入水下SSD网络模型中的Concat特征融合连接模块与特征融合模块,先针对Concat特征融合连接模块进行卷积、池化操作,提取特征,再同时运用特征融合模块融合不同尺度的特征信息,获得到不同尺度特征信息后进行多层预测。

9.根据权利要求8所述的基于改进SSD和迁移学习的水下目标检测方法,其特征在于:步骤5中,采用软化非极大值抑制算法soft-NMS,其公式表示如下:其中bi是初始化检测框,Si是相应的检测得分,Nt是NMS阈值,M表示含有的最大得分,D表示最终的检测框集合。