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基于轻量级卷积网络的地面目标识别算法研究

基于轻量级卷积网络的地面目标识别算法研究

作者：郁亚峰东南大学

学位级别：硕士

基于无人机或卫星航拍图像的地面目标检测识别,对于公共安全、地面侦察、交通疏导等方面都有重要意义。但是地面目标尺寸小、部分视角遮挡严重,导致目标可提取的特征少,而提升网络提取特征的能力,又会额外增加计算成本和运行时间,因此... 详细信息

基于无人机或卫星航拍图像的地面目标检测识别,对于公共安全、地面侦察、交通疏导等方面都有重要意义。但是地面目标尺寸小、部分视角遮挡严重,导致目标可提取的特征少,而提升网络提取特征的能力,又会额外增加计算成本和运行时间,因此如何在提升小目标识别能力的同时减少计算量成为目前的研究热点。针对该热点问题,本文主要完成了以下几个方面的工作:首先,分析了常用的目标检测识别框架,通过对比选择了精度较高且速度较快的Lighthead-RCNN作为基础算法框架,并根据地面目标识别的任务特性,对算法框架进行了改进。通过数据集聚类产生更合适的先验框,提升了小目标检测识别精度;引入空间注意模块,利用RPN(Region Proposal Network)学习到的前背景先验知识优化特征的空间分布;在ROI池化时使用PSRoiAlign替换PSRoi Pool,改善候选框池化时因为取整产生的失真和对偏问题,从而提高了小目标的感知能力和定位精度。算法框架改进前后的对比实验,验证了改进方法能在不改动骨干网络的前提下有效提升算法的精度。然后,提出了一种计算高效的轻量级特征提取骨干网络Dense Residual Shuffle Net(DRSNet)。在Res Net残差结构的基础上加入了Dense Net的密集连接,提出了特征复用的密集融合层,提高了计算效率;在FPN(Feature Pyramid Networks)结构的基础上提出了阶梯状多尺度融合结构,提升了特征融合效果;通过分析比较选择了Shuffle Net V2中的基础模块作为网络的轻量化卷积模块,进一步减少了网络的计算量和参数量。实验结果验证了,在改进的算法框架下,DRSNet相对其他骨干网络在精度、速度和计算复杂度上的优势。不同数据集上不同算法的实验,验证了本文算法的鲁棒性以及相对其他算法的优越性。最后,针对不平衡和遮挡问题进一步优化提升算法精度。使用难负例挖掘缓解前背景不平衡后,针对前景类别间不平衡的情况,在对RPN产生的候选框采样时引入了平衡采样,提高小数量类别目标的采样概率,从而提高小数量类别识别精度;针对遮挡下识别精度低的情况,引入了Soft-NMS取代NMS,通过高斯加权来调整候选框得分完成筛选,避免了遮挡下由于目标重叠过大造成的漏检。改进前后的精度对比实验,验证了不平衡问题和遮挡问题的优化对提升算法精度的有效性。

关键词：地面目标识别轻量级空间注意机制 PSRoiAlign 特征融合 Soft-NMS

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基于三维距离像局部特征的地面目标识别技术

基于三维距离像局部特征的地面目标识别技术

作者：武元昊西安工业大学

学位级别：硕士

三维成像激光雷达,因具有定位信息精确、数据维数多、抗干扰能力强等优势,广泛应用于精确制导、对地遥感、导航和反恐安检等军事和民用领域。基于局部特征的地面刚性目标识别,虽有效解决了遮挡下的目标识别问题,但由于三维成像激光雷达... 详细信息

三维成像激光雷达,因具有定位信息精确、数据维数多、抗干扰能力强等优势,广泛应用于精确制导、对地遥感、导航和反恐安检等军事和民用领域。基于局部特征的地面刚性目标识别,虽有效解决了遮挡下的目标识别问题,但由于三维成像激光雷达在获取地面场景信息时,容易受噪声干扰、数据分辨率变化等影响,导致地面目标识别精度下降。因此,本文针对基于局部特征的地面目标识别技术展开研究,主要内容如下:（1）深入探究了模型库建立、特征点提取、特征描述、特征匹配及假设生成与验证等三维地面目标识别中的关键技术,分析了各步骤中常用方法对识别性能的影响。使用激光雷达采集实际数据并制作地面目标数据库,弥补了模型库中地面刚性目标的不足;对现有典型局部特征描述子的构建方法进行了深入分析,明晰了局部参考框架、几何信息编码和空间划分方式等构建方法对描述子性能的影响,为后续构建局部特征描述子、提高识别精度提供了理论支撑。（2）为提高局部特征描述子在噪声干扰、遮挡及数据分辨率变化等情况下对目标特征的描述能力,本文在局部参考框架中充分编码局部表面空间和几何信息,结合特征点之间的信息,构建了一种基于偏差角统计（Deviation angle statistics of keypoints from local points,adjacent keypoints,DASKL）的局部特征描述子。通过预先计算多尺度局部参考轴,在匹配阶段根据尺度策略选取合适的局部参考轴,提高了对噪声和不同数据分辨率的鲁棒性;在细分空间中完全编码局部参考轴与法线偏差角,提高对局部表面的描述性;计算特征点与三个最近特征点局部参考框架之间的偏差角,增强了描述子对相似局部表面的区分能力。在B3R、UWAOR公共数据库及地面目标数据库中进行特征匹配实验,与FPFH、SHOT与ROPS描述子进行对比,结果表明,本文所提局部特征描述子具备更好的描述性和时效性,对噪声干扰、遮挡及点云分辨率变化的鲁棒性更强。（3）为提高在噪声干扰、遮挡及数据分辨率变化等情况下的地面目标识别精度,本文在识别算法中对地面场景采用布料模拟滤波进行地面分割,结合本文描述子,设计了后续特征匹配及假设生成与验证的方法。在三个数据库中,与基于FPFH、SHOT与ROPS三种描述子实现的识别算法进行对比测试,实验结果表明,本文的方法对于噪声干扰、遮挡及数据分辨率变化问题具有更好的识别效果。（4）为实现在真实场景中对地面目标识别技术的应用,本文设计并开发了地面目标识别软件原型系统,系统集成了本文识别方法的相关算法,并设计了能更改算法重要参数的交互界面,以及可视化算法结果的界面。在系统中,采集实际地面场景与低分辨目标数据,用本文基于偏差角统计的描述子的识别算法实时进行目标识别,并在同等条件下,与基于FPFH、SHOT、ROPS描述子实现的识别算法进行对比,实验结果表明了本文方法在实际应用场景中的准确性,及对低分辨目标的通用性。本文针对地面场景三维距离像在噪声干扰、数据分辨率变化导致识别精度下降的问题,提出了一种基于偏差角统计的局部特征描述子的地面目标识别方法,并基于此方法开发了地面目标识别软件原型系统。通过相关实验,验证了所提方法的鲁棒性及适用性,推动了地面目标识别系统的实际工程化应用。

关键词：三维距离像局部特征描述地面目标识别特征匹配

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烟幕干扰下的地面目标识别算法研究

烟幕干扰下的地面目标识别算法研究

作者：代敏华中科技大学

学位级别：硕士

自20世纪50年代开始,光电成像末制导武器由于其高效费比,大量应用于战场。为有效保护目标,烟幕干扰技术作为一种重要的光电对抗手段被广泛投入使用。烟幕干扰严重影响了红外图像目标识别算法的性能和红外末制导武器的打击效果。相较于... 详细信息

自20世纪50年代开始,光电成像末制导武器由于其高效费比,大量应用于战场。为有效保护目标,烟幕干扰技术作为一种重要的光电对抗手段被广泛投入使用。烟幕干扰严重影响了红外图像目标识别算法的性能和红外末制导武器的打击效果。相较于空中目标和海面目标,地面目标背景更为复杂,对抗烟幕干扰的难度也更大。如何在烟幕干扰条件下有效地提高地面目标识别算法的性能是亟待解决的问题。论文针对该问题,在红外烟幕干扰图像特性、烟幕识别与区域提取、抗干扰策略设计等方面进行了深入的研究,取得了较好的实验效果。论文主要工作如下:为定量分析烟幕干扰对目标识别算法的影响程度,分别以烟幕透过率和遮挡面积占比为变量进行了仿真实验。并在仿真结果的指导下,通过外场实验采集了多个波段的真实红外烟幕干扰图像序列。为得到可用于区分烟幕与其它地物的有效特征,对烟幕干扰图像进行了光谱特性、纹理特性、动态特性分析。根据烟幕动态特性分析结果研究了一种基于运动检测的烟幕检测方法,并进行了实验分析。针对运动检测方法产生漏检的问题,提出了一种基于超像素分割和融合纹理特征的烟幕检测方法,实验结果表明,烟幕区域的漏检情况得到了很大的改善。为了解决常规的烟幕检测算法无法有效区分薄烟和厚烟的问题,提出了一种基于烟幕透过率估计的烟幕检测方法。该方法通过3D建模软件生成自带透过率标注的烟幕图像,解决了实际图像难以标定烟幕薄厚信息的难点。参考深度学习语义分割网络U-Net的整体框架搭建透过率估计模型,实验结果表明,根据烟幕透过率估计结果,可以更加准确地得到有效的烟幕干扰区域。为利用烟幕干扰先验信息来对抗烟幕干扰,提出了一种基于烟幕干扰先验的目标识别抗干扰策略选择方法。首先根据烟幕区域面积计算烟幕面积占比,然后根据面积占比大小来选择抗干扰策略:烟幕干扰遮挡比例较小时采用分块策略和位置约束;烟幕干扰遮挡比例较大时采用模板扩展策略。另外将烟幕检测与目标检测并行连接,与前述的串行连接方案进行了对比,实验结果表明,基于烟幕干扰先验的抗干扰目标识别算法可有效提高烟幕干扰下的目标识别准确率。

关键词：红外成像制导地面目标识别图像匹配烟幕检测透过率估计

基于DSP的地面震动与磁目标识别关键技术研究

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基于DSP的地面震动与磁目标识别关键技术研究

作者：张英祥中北大学

学位级别：硕士

地面目标识别系统作为网络化识别系统的一个重要组成部分,它的任务是通过前端传感系统检测环境中的各类物理信号如,声、震动、磁、图像等,并对获得信号进行实时处理,以确定环境中地面目标对象的信息,如类别、数量、移动方向、速度等。... 详细信息

地面目标识别系统作为网络化识别系统的一个重要组成部分,它的任务是通过前端传感系统检测环境中的各类物理信号如,声、震动、磁、图像等,并对获得信号进行实时处理,以确定环境中地面目标对象的信息,如类别、数量、移动方向、速度等。根据网络化识别系统对地面目标识别系统实时性与准确性的要求,本课题对在DSP上实现地面震动与磁目标识别的关键技术进行了研究。本文分析了震动与磁信号的产生机理,研究了目标人员、车辆震动信号在时域和频域下的主要特征,以及车辆目标磁信号在时域下的主要特征,并选取较为典型的时域和频域特征组构成特征向量,用于对人员和车辆目标进行分类识别。本文设计了微弱震动与磁传感器信号采集调理电路和DSP中心模块硬件电路,并研究了DSP软件开发环境和震动与磁目标信号特征提取算法,设计目标识别系统软件,编写主要算法程序,并在CCS开发环境下对程序进行调试和优化。实验证实,该DSP地面目标识别系统能够对震动和磁目标进行分类识别。前端传感器模块能够对目标信号进行正确的采集调理,DSP中心处理模块能够对采集到的数据进行实时处理。该系统可配合声、图像识别系统提高网络化识别系统对目标识别的准确度,能够提高识别系统的智能化。

关键词：地面目标识别震动磁与信号特征分析 DSP

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基于参数可变遗传算法的地面活动目标识别

计算技术与自动化 2013年第3期32卷 73-76页

作者：潘伟沈阳炮兵学院电子侦察指挥系辽宁沈阳110867

特征维数压缩和神经网络隐含层结点数确定是雷达目标识别的关键问题,本文针对地面活动目标识别的特定问题构建了初始种群,然后提出一种即考虑进化代数对算法的影响,又考虑到每代不同个体适应度作用的可变交叉概率和变异概率,经过多次迭... 详细信息

特征维数压缩和神经网络隐含层结点数确定是雷达目标识别的关键问题,本文针对地面活动目标识别的特定问题构建了初始种群,然后提出一种即考虑进化代数对算法的影响,又考虑到每代不同个体适应度作用的可变交叉概率和变异概率,经过多次迭代进化最终收敛于问题的一个满意解。最后将该方法用于对三类地面活动目标的分类和识别,验证该方法用于目标分类和识别的可行性和有效性。

关键词：参数可变遗传算法地面目标识别一维距离像交叉概率变异概率

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智能传感器网络中地面目标磁敏信号识别研究

智能传感器网络中地面目标磁敏信号识别研究

作者：何斌上海交通大学

学位级别：硕士

进入新千年来,随着各学科技术转化为产业化应用及传统互联网相关技术应用的日趋完善和成熟,各项技术集大成者的无线传感网(WSN)顺利地走上了历史舞台,并成为国内外各界追逐和研究的又一热点。WSN(Wireless Sensor Networks)最早源于军... 详细信息

进入新千年来,随着各学科技术转化为产业化应用及传统互联网相关技术应用的日趋完善和成熟,各项技术集大成者的无线传感网(WSN)顺利地走上了历史舞台,并成为国内外各界追逐和研究的又一热点。WSN(Wireless Sensor Networks)最早源于军事领域的应用,最为典型的是可以对地面移动和低空飞行等目标进行探测和分类的无人地面传感器侦察网络。所以,传感节点对于目标信号的分类、跟踪、定位等处理能力一直是国际上广泛研究的热点课题之一。尽管如此,传感网对于目标的识别、分类和跟踪等的处理仍然是一项十分复杂的工作,因为在很大程度上地面传感网系统会受到外界环境的严重影响。地面传感器能在其覆盖范围之内尽最大可能地采集和反馈目标、环境等信息,并自主地完成相应的算法处理,将有助提高目标处理和识别的精准度与及时度,对后面的势态评估和任务决策有着重要的意义。与发达国家相比,我国的地面磁目标识别装备及系统相对比较落后,从九十年代初期开始,在自然基金的资助和申请研究课题的推动下,多项磁地面探测系统预研才能得到顺利开展,并取得相应的学术成果和技术的积累。这里明确了课题内容在系统框架拓扑结构中的位置,制定本课题研究的传感器的特性要求和实现的功能;深入调研了国内外现有目标识别磁信号传感器;比较国内现有各类应用在目标识别上的信号处理算法的优缺点。针对地面运动物体产生的磁异信号的特征信号提取和判决算法以及传感器设计进行了比较深入且系统的讨论。首先从地面运动物体会产生磁信号的本质入手,分析了地面各种类型目标产生的磁信号特征和原理;并建立地面目标沿传感器运动的模型,研究特征提取方法。随后主要在软件和硬件方面,设计一个针对地面目标磁信号识别的传感器,基于该传感器工作原理,设计一个用于目标磁异信号特征的目标检测和目标运动方向识别算法,并且通过实验和外场测试验证算法的可行性和系统的实际检测效果。本课题解决的关键问题是如何使检测算法对各类地面目标有较高的检测率和较低的误报率;比较于现有的算法和现有的地面目标传感器,该智能地面目标识别传感器明显地提升现有传感器技术性能,使其具有识别率高、稳定性高等优点,能更好地适合战场野外监控等需要大面积传感器应用的场合。

关键词：无线传感网磁传感器地面目标识别磁通门磁偶极子

光照不变量特征提取新方法及其在目标识别中的应用

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电子学报 2018年第4期46卷 895-902页

作者：李宝奇贺昱曜陈立柱西北工业大学航海学院陕西西安710072

针对LNSCT光照不变量提取方法因舍弃低频分量而丢失目标轮廓信息的问题,本文提出了一种新的光照不变量提取方法 MLNCST.新方法首先用NSCT将对数域的输入图像进行第一重多尺度分解,实现低频分量和高频分量的分离;其次对高频子带系数进行B... 详细信息

针对LNSCT光照不变量提取方法因舍弃低频分量而丢失目标轮廓信息的问题,本文提出了一种新的光照不变量提取方法 MLNCST.新方法首先用NSCT将对数域的输入图像进行第一重多尺度分解,实现低频分量和高频分量的分离;其次对高频子带系数进行Bayes Shrink阈值滤波,低频分量做逆NSCT得到其特征图像;然后对特征图像进行第二重NSCT分解,并对分解后的高频子带阈值滤波以及低频分量逆NSCT;经多重NSCT分解,最后由多次分解后的高频子带系数集提取光照不变量特征.经进一步研究光照不变量特征与原始图像之间的关系,设计了并行同步卷积神经网络-Dual Lenet,通过融合两者的高层特征来提高地面目标识别的准确率.实验结果显示,在Lenet模型下,MLNSCT比LNSCT具有更高的分类准确率,并且随着分解重数的增加分类准确率更高;同时融合了光照不变量特征的Dual lenet能进一步提高地面目标识别准确率.

关键词：光照不变量非下采样轮廓波变换(NSCT) 多重对数域非下采样轮廓波变换(MLNSCT) 并行同步卷积神经网络地面目标识别

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野外复杂环境下振动信号特征识别及其应用

野外复杂环境下振动信号特征识别及其应用

作者：唐异平武汉理工大学

学位级别：硕士

基于地面振动的地面入侵预警系统是近些年新出现的预警系统,主要通过振动传感器感应地面目标的活动,通过对采集的目标信号处理分析来确定的目标类型及位置,具有探测距离远、体积小、功耗小、抗干扰能力强,隐蔽性好等优点。但目前现有地... 详细信息

基于地面振动的地面入侵预警系统是近些年新出现的预警系统,主要通过振动传感器感应地面目标的活动,通过对采集的目标信号处理分析来确定的目标类型及位置,具有探测距离远、体积小、功耗小、抗干扰能力强,隐蔽性好等优点。但目前现有地面震动目标识别系统大多仅考虑单一地质,且设备未能兼顾大面积使用所需要的低成本、低功率的特性。因此研究设计了一款针对于野外复杂环境下的地面振动信号特征识别系统,在保证系统效能正常的情况下极大的压缩了功耗与成本,并通过多地质专家数据库的方式考虑了多种地质条件对信号的影响。论文主要工作内容如下:(1)分析系统要求及波形特点,确定研究波形及主要方法。深入了解了地面振动信号理论及现有的地面振动信号分析方法,根据系统的应用环境及地震波的特点,选定Rayleigh波为检测波形。通过对常用的非线性信号特征分析方法进行分析和实验比较,选择HHT方法,该方法更适合本系统环境要求下的地面振动信号特征提取,高清晰度且运算速度快。(2)完成野外复杂环境地面振动特征识别系统硬件及软件设计。硬件部分围绕着MCU模块完成了振动信号的采集、滤波、AD转换功能,并利用报警灯和语音播报芯片实现报警,各下位机终端模块利用zigbee模块完成组网,实现将信号数据传达至控制中心并接受预警信号。软件部分完成信号发送/接收、信号预警判断、发送预警信号等功能。(3)信号滤波处理、特征提取及系统专家数据库的建立。首先确定信号处理的详细方法,主要工作为先通过对小波阈值去噪分析及实验对比选定去噪方式,再通过实际实验验证能量-过零联合HHT方法的特征提取方法的有效性。随后进行大量的无干扰实验,计算每个信号的具体特征,并建立专家数据库。提出了一种专家数据库自适应变化方法,并通过实验验证了这种方法的有效性。并在此基础上利用HHT得到的特征边际谱最为特征向量,训练SVM多类别分类器,使用泛化能力更强的方式识别振动信号。(4)实验分析不同地质条件对地面振动信号的影响及系统验证实验。通过实地系统有效性验证实验证实了本系统的有效性,整个系统平均识别成功率达到95%,最低的类别识别率也有85%,SVM多类别分类器平均识别成功率达到了98.33%,最低的类别识别率也达到了90%。同时详细分析了不同地质、不同行为的振动波型的特征,得到了各个地质对振动波型的影响及不同行为振动波型的特点。

关键词：安全预警技术地面振动地面目标识别希尔伯特-黄变换专家数据库

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基于边缘特征的典型地面目标匹配技术研究

基于边缘特征的典型地面目标匹配技术研究

作者：戚堂家国防科学技术大学

学位级别：硕士

本文依托自动目标识别技术研究的课题背景，结合具体应用需求，主要研究了基于边缘特征的典型地面目标匹配识别中的若干关键技术，包括边缘提取技术、边缘连接和简化技术、基于边缘的异源图像匹配技术，这三项技术构成一个比较完整的自... 详细信息

本文依托自动目标识别技术研究的课题背景，结合具体应用需求，主要研究了基于边缘特征的典型地面目标匹配识别中的若干关键技术，包括边缘提取技术、边缘连接和简化技术、基于边缘的异源图像匹配技术，这三项技术构成一个比较完整的自动目标识别工程应用体系，论文的主要工作及研究成果如下：（1）开展了边缘提取方法研究，提出了一种基于周围抑制的边缘提取方法。首先，分析红外与可见光图像的特性，通过仿真实验证明了以边缘作为共性特征的可行性。其次，为减少纹理边缘，提出了一种基于周围抑制的边缘提取方法，实验结果表明其能有效抑制纹理边缘，使边缘提取结果更接近人眼对原图的感知。（2）开展了边缘连接和简化的研究，提出了一种基于改进D-P算法的简化方法。首先，介绍常用的边缘连接方法，通过实验选定“基于边缘形状的断点连接方法”为本文方法;其次，在分析D-P算法局限性的基础上，提出一种改进方法，通过先按边缘的形状找出采样点，然后从比较偏移量与阈值的关系和是否引起自相交两个方面，确定特征点，再按顺序连接特征点，得到简化连续的边缘，实验结果证明了该方法的有效性。（3）开展了异源图像的配准方法研究，提出了一种基于折线对的异源图像配准方法。首先，建立折线的描述向量，在异源图像中找出对应的折线构成折线对;然后，根据折线对所构成的多边形的面积，建立面积与变换参数之间的数学模型，求解使面积达到最小时的变换参数;最后，根据求得的变换参数对图像进行重采样，得到异源图像的配准结果。实验结果表明，本文方法是有效的，能够应用于实际工程中。

关键词：地面目标识别周围抑制 D-P算法折线描述异源图像匹配