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低光照交通场景下行人检测与跟踪算法研究

低光照交通场景下行人检测与跟踪算法研究

作者：刘凯天天津职业技术师范大学

学位级别：硕士

环境感知系统是自动驾驶汽车的重要组成部分,而行人又是交通场景中常见的、重要的、弱势的交通参与者需要格外的关注,因此发展自动驾驶汽车环境感知系统对行人的检测与跟踪技术意义重大。由于环境复杂,行人目标小,特别是当光线不足时,... 详细信息

环境感知系统是自动驾驶汽车的重要组成部分,而行人又是交通场景中常见的、重要的、弱势的交通参与者需要格外的关注,因此发展自动驾驶汽车环境感知系统对行人的检测与跟踪技术意义重大。由于环境复杂,行人目标小,特别是当光线不足时,行人检测存在漏检、误检等情况,整体上检测算法精度低;由于遮挡、粘连,行人跟踪存在目标丢失、ID转换的问题。针对上述情况,本文展开低光照下的行人检测与跟踪算法研究,提出了改进的行人检测与跟踪算法,具体内容如下:首先,本文提出一种改进YOLOv4-Tiny的行人检测算法。针对低光照场景下图像质量差,行人特征信息少,YOLOv4-Tiny不能充分学习和利用信息特征的问题,改变原有的网络结构,自下而上的融合深层语义信息和浅层细节信息来加深网络结构,同时在不同特征图融合之前引入注意力机制模块,使网络更加关注重点特征信息,从而提高网络提取和利用信息特征的能力。针对行人目标往往属于中小目标,YOLOv4-Tiny对小目标识别能力差的问题,在原有骨干网络的基础上增加了8倍下采样特征图输出,以增强对小目标的检测能力,再使用SPP-Net提高网络的感受野和鲁棒性。针对原有先验框尺寸并不适合行人目标的大小,利用改进的K-means聚类算法对行人目标生成新的先验框。针对传统非极大值抑制算法会暴力剔除掉相邻检测框的问题,使用Soft-NMS方法替换掉传统的非极大值抑制方法。实验结果表明,本文提出的模型在自制数据集上与YOLOv4-Tiny相比AP提高2.16%。其次,本文提出了改进的DeepSort行人跟踪算法,该算法用OSNet网络取代原算法行人重识别部分的残差网络,以提高模型的推理速度保证实时性的要求。同时,在行人重识别网络的Softmax损失函数的基础上添加中心损失函数,提升网络对行人外观特征的提取能力。针对原算法的IOU匹配方法不能很好的度量两目标框之间的相似性,提出使用GIOU的匹配方法,使两目标框之间的相似性度量更为合理。由于缺乏低光照条件下的行人重识别数据集和行人跟踪数据集,分别在现有的主流行人重识别数据集Market1501和行人跟踪数据集MOT-16数据集的基础上对其进行加暗处理来构建低光照条件下的行人重识别数据集和行人跟踪数据集。实验表明改进的DeepSort跟踪算法在加暗数据集MOT-16上的MOTP、MPTA、IDs、FPS等指标表现良好,表明其具有较好的跟踪性能。最后,将本文提出的低光照交通场景下的行人检测与跟踪算法部署到智能网联驾驶汽车平台上,在夜间符合校园交通规定的条件下进行实车测试,对测试结果进行定性定量分析,测试结果表明本文提出的低光照交通场景行人检测与跟踪算法,具有良好的检测性能和跟踪性能。

关键词：行人检测低光照 YOLOv4-Tiny DeepSort

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基于多级特征提取的低光照目标检测算法

计算机工程与应用 2024年

作者：谭豪张惊雷贾鑫天津理工大学工程训练中心天津理工大学电气工程与自动化学院

自然环境下普遍存在着低光照场景，导致目标检测任务精度降低。提出了一种低光照目标检测算法MLFE-YOLOX。首先，引入轻量级图像增强算法IAT，还原低照度图像更多的细节。其次，设计了一种多级特征提取的CSP-M模块，加强模型在低光照条... 详细信息

自然环境下普遍存在着低光照场景，导致目标检测任务精度降低。提出了一种低光照目标检测算法MLFE-YOLOX。首先，引入轻量级图像增强算法IAT，还原低照度图像更多的细节。其次，设计了一种多级特征提取的CSP-M模块，加强模型在低光照条件下图像的特征提取能力。然后，引入卷积注意力机制CBAM，自适应测量目标位置与背景信息的相关程度，降低背景信息带来的干扰。最后，设计了多级特征融合模块CSP-MC，增强模型融合多级特征和发掘并融合静态和动态上下文信息的能力。采用Exdark、UFDD数据集进行实验验证，实验结果表明，本文方法有效克服了光照不足带来的影响，与主流算法相比检测精度明显提升。

关键词：低光照多级特征 YOLOX 注意力机制

噪声指导下过滤光照风格实现低光照场景的语义分割

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计算机应用研究 2024年第1期41卷 314-320页

作者：罗俊宣士斌刘家林广西民族大学人工智能学院南宁530006 广西混杂计算与集成电路设计分析重点实验室南宁530006

低光照图像分割一直是图像分割的难点,低光照引起的低对比度和高模糊性使得这类图像分割比一般图像分割困难很多。为了提高低光照环境下语义分割的准确度,根据低光照图像自身特征,提出一种噪声指导下过滤光照风格的低光照场景语义分割模... 详细信息

低光照图像分割一直是图像分割的难点,低光照引起的低对比度和高模糊性使得这类图像分割比一般图像分割困难很多。为了提高低光照环境下语义分割的准确度,根据低光照图像自身特征,提出一种噪声指导下过滤光照风格的低光照场景语义分割模型(SFIS)。该模型综合利用信噪比作为先验知识,通过指导长距离分支中的自注意力操作、长/短距离分支的特征融合,对图像中不同噪声的区域采用不同距离的交互,并设计了一个光照过滤器,该模块从图像的整体风格中进一步提取光照风格信息。通过交替训练光照过滤器与语义分割模型,逐步减小不同光照条件之间的光照风格差距,从而使分割网络学习到光照不变特征。提出的模型在数据集LLRGBD上优于之前的工作,取得了较好的结果。在真实数据集LLRGBD-real上的mIoU达到66.8%,说明所提出的长短距离分支模块和光照过滤器模块能够有效提升模型在低光照环境下的语义分割能力。

关键词：语义分割低光照注意力机制域自适应

MDF-ANet:低光照环境下的无人驾驶视觉融合分割方法

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北京理工大学学报 2022年第1期42卷 97-104页

作者：常亮白傑胡会会钟宏亮同济大学汽车学院上海200082 中国科学院微小卫星创新研究院上海201210

为解决低光照条件下已有图像分割模型性能降低的问题,提出了一个基于RGB和深度图特征融合网络的MDF-ANet图像分割方法.为了对原始数据进行充分的特征学习,采用两路特征提取网络分别提取RGB和深度图特征;设计了一个特征融合模块,分别将... 详细信息

为解决低光照条件下已有图像分割模型性能降低的问题,提出了一个基于RGB和深度图特征融合网络的MDF-ANet图像分割方法.为了对原始数据进行充分的特征学习,采用两路特征提取网络分别提取RGB和深度图特征;设计了一个特征融合模块,分别将两路特征提取网络对应尺度下的输出特征图通过融合模块进行融合,并作为RGB网络下一层的输入,通过不受光照条件影响的深度图来辅助RGB的特征提取;将各个尺度输出的特征图输入多尺度上采样融合模块,进行不同感受野间的信息互补,再上采样至原始输入图像大小,得到分割图像.在Cityscapes及其转化后的低光照图像上进行了一系列实验,在其验证集上取得了62.44%的均交并比(mean intersection over union,mIOU),相比只使用RGB输入的模型,性能提高了9.1%,达到了在低光照条件下提高图像分割性能的目的.

关键词：语义分割卷积神经网络注意力机制特征融合低光照

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基于特征融合和一致性损失的双目低光照增强

浙江大学学报（工学版） 2023年第12期57卷 2456-2466页

作者：廖嘉文庞彦伟聂晶孙汉卿曹家乐天津大学电气自动化与信息工程学院天津300072 上海人工智能实验室上海200232 重庆大学微电子与通信工程学院重庆401331

构建大规模真实场景的双目低光照图像数据集SLL10K.该数据集包含12 658对无参考双目低照度图像和205对有参考双目图像,数据集图像涵盖丰富的光照、时间及场景.提出基于特征融合和一致性损失的双目低光照图像增强网络FCNet,特征融合模块... 详细信息

构建大规模真实场景的双目低光照图像数据集SLL10K.该数据集包含12 658对无参考双目低照度图像和205对有参考双目图像,数据集图像涵盖丰富的光照、时间及场景.提出基于特征融合和一致性损失的双目低光照图像增强网络FCNet,特征融合模块用于充分融合单目内和双目间的特征,一致性损失函数用于保持增强前和增强后图像间的一致性.在SLL10K数据集和暗化KITTI数据集上的实验表明,使用FCNet增强后的图像获得了比单目增强方法更好的低光照图像增强效果和目标检测效果.

关键词：图像增强低光照双目数据集无参考图像增强特征融合

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基于Retinex的低光照车位图像增强

汽车工程 2023年第6期45卷 989-996页

作者：苗作华朱良建赵成诚刘代文李诒雯陈澳光武汉科技大学资源与环境工程学院武汉430081 冶金矿产资源高效利用与造块湖北省重点实验室武汉430081 武汉光庭信息技术股份有限公司武汉430000

针对自动泊车过程中车载鱼眼相机拍摄的车位图像因低光照环境导致图像整体偏暗、车位信息模糊而无法检测出车位的问题,本文中设计了一种融合限制对比度自适应直方图均衡化(CLAHE)和改进单尺度Retinex(SSR)的车位线图像增强算法。首先将... 详细信息

针对自动泊车过程中车载鱼眼相机拍摄的车位图像因低光照环境导致图像整体偏暗、车位信息模糊而无法检测出车位的问题,本文中设计了一种融合限制对比度自适应直方图均衡化(CLAHE)和改进单尺度Retinex(SSR)的车位线图像增强算法。首先将鱼眼相机图像畸变矫正后转换生成鸟瞰图;然后使用优化映射函数计算过程的CLAHE算法对鸟瞰图预处理;进而使用基于迭代方框滤波估计入射分量的单尺度Retinex算法增强图像;经过滤波和形态学处理,最后基于亮通道先验将图像灰度化,得到最终的增强结果。本文采集多组低光照场景下单侧鱼眼相机摄取的实际泊车过程视频,截取驶过停车位过程中的单帧图像作为数据输入,并使用一种基础车位检测算法对增强结果进行检测,试验结果表明,经过增强后可被检测出车位的视频帧数量超过90%,且单帧图像增强算法处理时间仅38 ms。

关键词：自动泊车低光照车位线增强车位检测

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低光照强噪声背景下图像多阈值分割方法研究

计算机仿真 2022年第3期39卷 170-173,178页

作者：王宁韩院彬河北工程大学河北邯郸056038

针对光照不均匀、突发噪声背景下,采用单一图像阈值分割方法兼顾所有像素,会造成图像分割效果较差、噪声平滑程度较低,导致降噪处理图像所丢失的细节较多的问题。提出低光照强噪声背景下图像多阈值分割方法。优化自适应灰度直方图多阈值... 详细信息

针对光照不均匀、突发噪声背景下,采用单一图像阈值分割方法兼顾所有像素,会造成图像分割效果较差、噪声平滑程度较低,导致降噪处理图像所丢失的细节较多的问题。提出低光照强噪声背景下图像多阈值分割方法。优化自适应灰度直方图多阈值,采用相应矩阵滤波处理低光照强噪声图像,根据直方图上点的界定,获取图中的背景与目标区域,根据区域对应的频率密度函数分布,得到相关概率公式与方差向量公式,依据不同灰度值的初始图像定义,构建直方图阈值等价判定准则函数,实现最优分割阈值的选取。实验结果表明,在对低光照强噪声的图像处理时,所提方法的图像分割效果较好,噪声平滑程度较高,降噪处理图像所丢失的细节较少。

关键词：低光照强噪声多阈值分割灰度等级交叉熵

Retinex-ADNet:一个低光照图像增强系统

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小型微型计算机系统 2022年第2期43卷 367-371页

作者：王萌萌彭敦陆上海理工大学光电信息与计算机工程学院上海200093

在光照条件不充足的情况下,拍摄的图像质量较差.对于低光照图像增强,基于Retinex的方法大多忽略了降噪.本文结合Retinex和卷积神经网络构建了一个有效的模型,包括3个子模块,分解模块、注意力降噪模块和亮度调整模块.分解模块用残差连接... 详细信息

在光照条件不充足的情况下,拍摄的图像质量较差.对于低光照图像增强,基于Retinex的方法大多忽略了降噪.本文结合Retinex和卷积神经网络构建了一个有效的模型,包括3个子模块,分解模块、注意力降噪模块和亮度调整模块.分解模块用残差连接方式和空洞卷积来构建,以减少在分解过程中细节信息的丢失,得到更准确的反射图和亮度图.降噪模块引入了注意力机制,对亮度图处理后得到注意力图用来指导反射图的降噪.亮度调整模块对亮度图进行亮度调整.在不同曝光条件下拍摄的成对图像上训练模型,本文提出的Retinex-ADNet模型取得了更好的效果.

关键词：低光照图像增强残差连接注意力机制 Retinex

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结合注意力的双分支残差低光照图像增强

计算机应用 2023年第4期43卷 1240-1247页

作者：祖佳贞周永霞陈乐中国计量大学信息工程学院杭州310018

在低光条件下拍摄的照片会因曝光不足而产生一系列的视觉问题,如亮度低、信息丢失、噪声和颜色失真等。为了解决上述问题,提出一个结合注意力的双分支残差低光照图像增强网络。首先,采用改进InceptionV2提取浅层特征;其次,使用残差特征... 详细信息

在低光条件下拍摄的照片会因曝光不足而产生一系列的视觉问题,如亮度低、信息丢失、噪声和颜色失真等。为了解决上述问题,提出一个结合注意力的双分支残差低光照图像增强网络。首先,采用改进InceptionV2提取浅层特征;其次,使用残差特征提取块(RFB)和稠密残差特征提取块(DRFB)提取深层特征;然后,融合浅层和深层特征,并将融合结果输入亮度调整块(BAM)调整亮度,最终得到增强图像。同时,结合注意力机制设计特征融合块(FFM)捕获重要的特征信息,以帮助恢复低光照图像的暗部区域。此外,引入一个联合损失函数从多方面衡量网络训练损失。实验结果表明,相较于鲁棒的视网膜大脑皮层模型(RRM)、Zero-DCE(Zero-Reference Deep Curve Estimation)和EnlightenGAN(Enlighten Generative Adversarial Network),在LOL(LOw-Light)数据集上,所提网络的峰值信噪比(PSNR)指标分别提高了49.9%、40.0%和18.5%;在LOL-V2数据集上,结构相似性(SSIM)指标分别提高了20.3%、50.0%和34.5%。所提网络在提高低光照图像亮度的同时降低了噪声,减少了颜色失真和伪影,得到的增强图像更加清晰自然。

关键词：低光照图像增强注意力机制双分支联合损失函数