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专利号: 2021108423593
申请人: 闽江学院
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:

1.一种货车车轴快速识别与计数方法,其特征在于,包括:

S1、运动检测:采用改进后的帧差法快速检测镜头前经过的货车;

S2、车轴检测:采用改进后的轻量级深度神经网络RetinaFace进行车轴检测网络模型训练,以实现货车车轴的检测;

S3、车轴跟踪:采用SORT算法实现车轴检测跟踪;

S4、车轴计数:在对车轴进行检测跟踪后,通过边界邻域统计进行车轴计数;

所述步骤S2中,改进后的轻量级深度神经网络RetinaFace包括:Backbone模块,采用去除全连接层的MobilenetV1;

FPN模块,用以聚合上下文信息;采用特征金字塔网络结构,能在增加极小的计算量的情况下,处理好物体检测中的多尺度变化问题;

SSH模块,用来扩张预检测区域的上下文信息;

Anchor模块,为检测不同尺度的车轴,分别在FPN模块特征金字塔网络结构的三层生成不同尺度的anchors,具体为按步数遍历特征图并在同一位置生成多个不同的anchors,其中低分辨率到高分辨率的三层特征图上anchors生成的步数分别为8、16、32,最小尺寸为

64、128、256;

所述步骤S4具体实现如下:

S41、检测车轴,分配anchor的id,计算anchor的中心位置;

S43、根据id记录每个anchor当前的位置,并和上一位置进行比较,判断车轴运动的方向,该步骤实时更新;

S44、判断anchor中心的位置和统计边界的绝对距离,第一次小于设定的阈值K则将当前anchor作为感兴趣的监测框,并根据id存储进监测数组中;

S45、对每个监测框和统计边界的绝对距离进行实时跟踪判断,当每个监测框第一次大于设定的阈值时,将步骤S42中当前记录的方向作为该监测框的运动方向,该运动方向上的全局车轴统计数量加1,同时根据id从监测数组中删除该监测框。

2.根据权利要求1所述的一种货车车轴快速识别与计数方法,其特征在于,所述步骤S1具体实现如下:S11、尺度缩放:如公式(1),采用常数边界扩充的方式扩充边界成正方形,扩充后的图像缩放到统一尺度320×320;

lm=Padding(I;w,h,0)

其中,Padding表示常数填充,I表示待填充的图片,w表示width方向的扩展度,h表示height方向的扩展度,θ表示扩展填充常数;

S12、计算帧差图:如公式(2)所示,利用上一帧缩放后的灰度图(Im)减去当前帧缩放后的灰度图(Ib),得到绝对值差图,并利用Otsu算法进行图像二值化;

Ds=Otsu(|Im‑Ib|)    (2)

S13、去噪:用形态学开运算和闭运算去除二值化帧差图Ds中的白色过小区域;

S14、运动诊定:当∑Ds大于设定的阈值β时,即二值化帧差图中白色区域大于预定范围时,判定为有运动物体经过;β设为0.05×height×width,其中,height和width代表帧差图的行数和列数。

3.根据权利要求1所述的一种货车车轴快速识别与计数方法,其特征在于,所述步骤S2中,车轴检测网络模型训练过程中,损失函数由两项组成,第一项为类别损失,用以区分车轴的类别以及背景区域;第二项为回归损失,拟合车轴的位置信息;其中,正负样本的确定由IoU进行判断,具体为计算先验anchors和真实标签的IoU,其中大于0.35的先验anchors作为正样本即目标样本,其他为负样本即背景样本;

1)类别损失:采用难负样本挖掘损失,使得负样本和正样本比例稳定,损失函数如公式(3)所示,具体地,首先对负样本预测概率值进行排序,取前n个负样本作为难负样本,其余负样本丢弃,对难负样本和正样本计算交叉熵损失:P′neg=sort(Pneg)

其中,Pneg代表难负样本,Ppos代表正样本,yneg和ypos代表难负样本和正样本的标签,n取为m的3倍,m为正样本的数量,n为负样本的数量;

2)回归损失:回归损失为先验框anchor位置与目标框对应位置的L1损失,具体描述如下:其中,yloc表示真实位置标签, 表示预测位置,m为正样本的数量。

4.根据权利要求3所述的一种货车车轴快速识别与计数方法,其特征在于,所述步骤S2中,车轴检测网络模型在Tesla P100显卡上进行训练,Batch size设为8,训练200个Epoch,采用SGD进行优化,动量为0.9,权重衰减系数0.001。

5.根据权利要求1所述的一种货车车轴快速识别与计数方法,其特征在于,所述步骤S3具体实现方式为:首先采用卡尔曼滤波进行车轴位置预测,再用匈牙利算法根据卡尔曼滤波预测位置和目标检测位置的IoU值进行关联匹配,实现车轴检测跟踪。