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基于偏振图像的低照度场景多目标检测算法

寻华生 张晶晶 刘晓 李腾 年福东 张馨

寻华生, 张晶晶, 刘晓, 李腾, 年福东, 张馨. 基于偏振图像的低照度场景多目标检测算法[J]. 红外技术, 2022, 44(5): 483-491.
引用本文: 寻华生, 张晶晶, 刘晓, 李腾, 年福东, 张馨. 基于偏振图像的低照度场景多目标检测算法[J]. 红外技术, 2022, 44(5): 483-491.
XUN Huasheng, ZHANG Jingjing, LIU Xiao, LI Teng, NIAN Fudong, ZHANG Xin. Multi-Target Detection of Low-Illuminance Scene Based on Polarization Image[J]. Infrared Technology , 2022, 44(5): 483-491.
Citation: XUN Huasheng, ZHANG Jingjing, LIU Xiao, LI Teng, NIAN Fudong, ZHANG Xin. Multi-Target Detection of Low-Illuminance Scene Based on Polarization Image[J]. Infrared Technology , 2022, 44(5): 483-491.

基于偏振图像的低照度场景多目标检测算法

基金项目: 

国家自然科学基金青年科学基金项目 61902104

安徽省自然科学基金项目 2008085QF295

安徽高校自然科学研究项目 KJ2020A0651

安徽省自然科学基金项目 1808085MF

详细信息
    作者简介:

    寻华生(1996-),男,硕士研究生,主要研究方向为图像处理、深度学习。E-mail: Z19201027@stu.ahu.edu.cn

    通讯作者:

    张晶晶(1974-),女,副教授,博士,主要研究方向为图像处理、遥感信息处理和模式识别。E-mail: fannyzjj@ahu.edu.cn

  • 中图分类号: TP183

Multi-Target Detection of Low-Illuminance Scene Based on Polarization Image

  • 摘要: 偏振光反射信息可直接反演目标本征特性,且在传输过程中具备较强的抗干扰特性,因此偏振成像技术可适用于多种复杂环境中的智能监控、交通监察领域。近年来使用深度学习判读图像检测目标的方法迅速发展,已经广泛应用于图像处理的各个领域。本文提出了一种基于偏振图像与深度神经网络算法的行人、车辆多目标检测算法YOLOv5s-DOLP。首先,通过实时获取到偏振图像进行偏振信息解析,获取目标偏振度图像。其次,为增强偏振度图像中检测目标与背景存在高对比度的特性,在主干网络中引入通道注意力与空间注意力,提升网络特征进行自适应学习的能力。此外,使用K-means算法对目标位置信息进行聚类分析,加快网络在偏振度图像的学习速度,提升目标检测精度。实验结果显示,该算法结合了偏振成像和深度学习目标检测的优势,对于低照度复杂场景中的车辆、行人目标检测效果好、检测速度快,对于道路车辆的目标检测、识别与跟踪具有一定的应用价值。
  • 图  1  偏振图像采集与偏振参量解析流程

    Figure  1.  Polarization image acquisition and polarization parameter analysis process

    图  2  偏振参量解析示意图

    Figure  2.  Process of polarization parameter analysis

    图  3  算法流程图

    Figure  3.  Algorithm flowchart

    图  4  Focus操作示意图

    Figure  4.  Focus operation diagram

    图  5  拉普拉斯算子[15]检测结果

    Figure  5.  Detecting result of Laplace

    图  6  卷积块注意力模块

    Figure  6.  Convolutional block attention module

    图  7  通道注意力模块

    Figure  7.  Channel attention module

    图  8  空间注意力模块

    Figure  8.  Spatial attention module

    图  9  YOLO v5s-DOLP网络

    Figure  9.  YOLO v5s-DOLP network

    图  10  检测结果示例

    Figure  10.  Detect results of samples

    图  11  Precision-Recall曲线

    Figure  11.  Precision-Recall curves

    图  12  消融实验检测结果示例

    Figure  12.  Detect results of samples of ablation experiment

    表  1  分光型偏振成像设备

    Table  1.   Spectroscopic polarization imaging equipment

    Max resolution Frame Image sensor Pixel
    size/μm
    ADC
    2488×2048 65 Sony IMX250,CMOS,2/3 Global shutter 3.45 10 bit/12 bit
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    表  2  网络训练环境

    Table  2.   Network training environment

    Name Configure
    CPU Intel Xeon E5-2630
    GPU NVIDIA 1080Ti * 2
    Operating system Ubuntu 18.04
    Parallel computing library Cuda10 + Cudnn7.4
    Image processing Python3.6、Opencv3.4.0
    Deep learning framework Pytorch
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    表  3  目标检测算法检测结果

    Table  3.   Detect results of target detection algorithm

    Methods AP mAP Test time/s
    Person Car
    Faster R-CNN(Res 50) 91.6 97.5 94.6 0.103
    YOLOv4(Res 50) 91.6 97.3 94.5 0.029
    YOLOv5s-DOLP 94.8 98.9 96.9 0.039
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    表  4  消融实验结果

    Table  4.   Results of ablation experiment

    Methods AP mAP Test time/s
    Person Car
    YOLOv5s 87.2 98.3 92.8 0.027
    A 90.2 98.5 94.3 0.029
    B 92.0 98.8 95.4 0.034
    C 88.5 98.4 93.4 0.027
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出版历程
  • 收稿日期:  2021-06-15
  • 修回日期:  2021-08-03
  • 刊出日期:  2022-05-20

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