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专利号: 2023114533231
申请人: 东北电力大学
专利类型:发明专利
专利状态:授权未缴费
专利领域: 计算;推算;计数
更新日期:2024-12-11
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YOLOv5s的小目标交通标志实时检测方法,其特征在于,具体包括以下步骤:步骤1:获取交通标志图像,形成第一数据集;所述第一数据集中,交通标志图像可通过数码相机进行拍摄、从网络中收集获取,或者从监控视频中获取;

步骤2:为所述第一数据集中的图像添加标注信息,形成第二数据集,并将所述第二数据集划分训练集、验证集和测试集;

步骤3:构建基于改进YOLOv5s的小目标交通标志实时检测模型,所述模型的构建进一步包括步骤3.1至步骤3.3:步骤3.1:将YOLOv5s模型中的C3模块和ConvMixer相结合,构成CSPCM模块,用CSPCM模块分别替换YOLOv5s主干网络最后一层的C3模块和颈部网络中最后一层的C3模块;

步骤3.2:用轻量化卷积模块C3_Faster替换YOLOv5s模型主干网络和颈部网络中其余的C3模块,即采用C3_Faster替换除所述步骤3.1中已经替换的主干网络和颈部网络中最后一层的C3模块之外的其余的C3模块;

步骤3.3:输出层在已有的3个检测头的基础上增加一个小目标检测头;

步骤4:采用新的损失函数,具体方法为:

在CIoU损失函数中引入NWD度量方法,使用NWD度量优化YOLOv5s的CIoU损失函数,优化后的损失函数公式为:L=(1-β)*(1-NWD(Na,Nb))+β*(1-CIoU)              (1)NWD是归一化的Wasserstein距离,Na,Nb是由和建模的高斯分布,a表示真实框,b表示预测框,cxa,cya代表真实框的中心点坐标,wa、ha代表真实框的宽度和高度;cxb,cyb代表预测框的中心点坐标,wb,hb代表预测框的宽度和高度;β是权重比例系数,CIoU是原YOLOv5s中的损失函数,CIoU计算公式为:式(2)中,ρ2(bA,bB)表示真实框与预测框真实框中心点之间的欧几里得距离,c表示预测框和真实框的最小限定矩形的对角线距离,α为权重因子,v为纵横比一致性,IoU为真实框与预测框之间的重叠比例;

步骤5:利用所述训练集和验证集对所述基于改进YOLOv5s的小目标交通标志实时检测模型进行训练,将训练好的模型保存为最优模型,进一步包括步骤5.1至步骤5.4:步骤5.1:设置所述基于改进YOLOv5s的小目标交通标志实时检测模型训练参数,模型训练参数包括:学习率,动量,权重衰减,优化器,迭代轮数,批大小;

步骤5.2:将所述训练集和验证集图像以及对应标签输入到所述改进YOLOv5s的小目标交通标志实时检测模型中,使用反向传播算法计算损失函数对模型参数的梯度,通过最小化损失函数调整模型参数使其逐渐接近最优解;

步骤5.3:使用优化器SGD来更新模型参数,使模型参数朝着梯度下降的方向更新,直到训练集和验证集的损失函数不再下降,同时评价指标mAP、召回率R、准确率P也不再提高;

步骤5.4:将训练好的模型参数保存为最优模型;

步骤6:采用所述测试集对所述最优模型进行测试,对测试集测试结果进行评估,满足精度要求,即获得最终基于改进YOLOv5s的小目标交通标志实时检测模型。

2.根据权利要求1所述的一种基于改进YOLOv5s的小目标交通标志实时检测方法,其特征在于,所述步骤2中,按照7:2:1的比例进行划分训练集、验证集和测试集。

3.根据权利要求1所述的一种基于改进YOLOv5s的小目标交通标志实时检测方法,其特征在于,所述步骤6进一步包括步骤6.1至步骤6.3:步骤6.1:将所述测试集输入到步骤5所述的最优模型中;

步骤6.2:计算模型性能指标:准确率P、召回率R、mAP、参数量、计算复杂度GFLOPs、模型大小,具体计算公式如下:其中,P为准确率,R为召回率,mAP为所有类别的平均精确率均值,AP为平均精确率,m为交通标志总类别数,TP表示正样本被正确识别为正样本的个数,FP表示负样本被错误识别为正样本的个数,FN表示正样本被错误识别为负样本的个数;

步骤6.3:当性能指标满足精度要求时,获得最终基于改进YOLOv5s的小目标交通标志实时检测模型。