基于水平相似度匹配机制的鱼群追踪与计数方法

作     者：方斌 邹青青 巨浩飞 鲍江辉 段瑞 张东旭 吕华飞 王翔 许鹏飞 段明 

作者机构：西北大学 中国科学院水生生物研究所 中国科学院大学 武汉中科慧景科技有限公司 长江勘测规划设计研究有限责任公司 

出 版 物：《计算机工程》 (Computer Engineering)

年 卷 期：2024年

学科分类：08[工学] 0828[工学-农业工程] 080203[工学-机械设计及理论] 082801[工学-农业机械化工程] 0802[工学-机械工程] 

基　　金：国家重点研发计划“智能传感器”重点专项(2022YFB3206900) 国家自然科学基金面上项目(32172955) 中国科学院“中央级科学事业单位改善科研条件专项资金”科研装备项目(GSZXKYZB2023019) 国家自然科学基金(32202914) 长江设计集团有限公司开放创新基金项目(CX2023K04) 

主　　题：多目标追踪 鱼群计数 水平相似度 SORT DIOU 

摘      要：鱼群多目标准确计数是水生态智能监测和集约化养殖产业中的重要环节，对水域生态环境智能保护和水产养殖现代化具有重要作用。现有鱼群多目标准确追踪和计数方法主要适用于鱼群外观清晰、游速缓慢和方向稳定等较理想的情况，但难以有效适用于现实情况下存在的鱼群互相遮挡、游动迅速和方向多变等复杂情况。为此，结合轻量化目标检测模型YOLOv5n，并提出基于水平相似度（Horizontal Similarity）匹配机制的鱼群追踪与计数方法。该方法将鱼群计数问题视为多目标检测与追踪问题，提出了水平相似度（Horizontal Similarity）匹配机制，并对SORT算法进行优化。通过利用高速水流中鱼群个体在帧与帧之间的位置关系对检测框中心点的水平距离进行限制，以有效解决SORT算法存在目标匹配混乱的问题，显著提高追踪效果。实验结果表明，提出方法在鱼群多目标追踪数据集上的性能显著优于现有追踪方法，且对目标遮挡、方向变化等情况，目标追踪性能提升显著。提出方法结构简单，易于实际应用。