【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)屬于圖像識(shí)別，涉及目標(biāo)檢測(cè)算法，具體涉及一種基于坐標(biāo)注意力機(jī)制的輕量化跨介質(zhì)高速小目標(biāo)檢測(cè)方法。
技術(shù)介紹
1、在圖像識(shí)別領(lǐng)域中，目標(biāo)檢測(cè)的主要目的是在圖像中快速精準(zhǔn)地識(shí)別定位出預(yù)定義類別的目標(biāo)。隨著深度學(xué)習(xí)技術(shù)的不斷發(fā)展，目標(biāo)檢測(cè)算法在中、大型目標(biāo)中取得了不錯(cuò)的成效，但是由于小目標(biāo)尺寸小、特征少、遮掩嚴(yán)重等問題，檢測(cè)性能仍需要進(jìn)一步提升。
2、在高速射彈測(cè)試領(lǐng)域，射彈的極高速度使探測(cè)技術(shù)面臨顯著挑戰(zhàn)，實(shí)時(shí)檢測(cè)與定位射彈的能力受限。且由于射彈實(shí)驗(yàn)布設(shè)復(fù)雜，成本高昂引起射彈可用數(shù)據(jù)集的稀缺。跨介質(zhì)射彈由于水花遮擋、空泡特征與射彈近似等問題，識(shí)別精度低，效果差。
3、射彈的極高速度使得傳統(tǒng)的檢測(cè)技術(shù)(如光幕法、雷達(dá)測(cè)量、機(jī)械測(cè)量等)難以實(shí)時(shí)準(zhǔn)確地捕捉和定位射彈的位置和速度。這是因?yàn)閭鹘y(tǒng)設(shè)備的響應(yīng)速度和處理能力無法跟上射彈的速度，導(dǎo)致檢測(cè)精度和可靠性不足。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本專利技術(shù)為了解決以上問題，提出了一種基于坐標(biāo)注意力機(jī)制的輕量化跨介質(zhì)高速小目標(biāo)檢測(cè)方法。
2、本專利技術(shù)的技術(shù)方案是：一種基于坐標(biāo)注意力機(jī)制的輕量化跨介質(zhì)高速小目標(biāo)檢測(cè)方法，包括以下步驟：
3、步驟1：搭建跨介質(zhì)射彈入水測(cè)試系統(tǒng)，使用高速相機(jī)捕捉射彈，獲取射彈圖像。
4、步驟2：對(duì)原始圖像進(jìn)行了一系列的數(shù)據(jù)增強(qiáng)操作，包括模糊、仿射變換和翻轉(zhuǎn)，擴(kuò)充射彈圖像數(shù)據(jù)集，并對(duì)擴(kuò)充后的數(shù)據(jù)集進(jìn)行對(duì)比度受限自適應(yīng)直方圖均衡化(contrastlimited?a
5、步驟3：構(gòu)建由輸入層、骨干網(wǎng)絡(luò)層和頭部層組成的目標(biāo)檢測(cè)模型；在頭部層添加坐標(biāo)注意力機(jī)制提高射彈入水瞬間的識(shí)別精度；替換網(wǎng)絡(luò)中的部分普通卷積為深度可分離卷積，輕量化網(wǎng)絡(luò)；將射彈入水過程的圖片作為目標(biāo)檢測(cè)模型的輸入，生成目標(biāo)檢測(cè)結(jié)果。
6、進(jìn)一步的，搭建跨介質(zhì)射彈入水測(cè)試系統(tǒng)，使用高速相機(jī)捕捉射彈，獲取射彈圖像，包括以下步驟：
7、步驟s11，在室內(nèi)波浪水槽中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，通過精細(xì)控制可視化抗沖激波水槽來調(diào)節(jié)水面的波長(zhǎng)和波陡，通過調(diào)整輕氣發(fā)射裝置的發(fā)射壓力來控制射彈出射速度；
8、步驟s12，使用高速相機(jī)捕捉每一種工況下射彈入水的動(dòng)態(tài)過程；
9、步驟s13，獲取射彈飛行的序列圖像。
10、進(jìn)一步的，搭建所述跨介質(zhì)射彈入水測(cè)試系統(tǒng)的方法為：
11、該測(cè)試系統(tǒng)的核心區(qū)域是可視化抗沖擊波浪水槽，用于模擬射彈入水的環(huán)境；水槽的兩端分別設(shè)有造波端和消波端；輕氣發(fā)射裝置安裝在水槽一側(cè)的上方，模擬射彈入水過程；實(shí)驗(yàn)使用了三臺(tái)高速攝像機(jī)，三臺(tái)攝像機(jī)平行安裝在水槽的前方，它們均配備nikonaf-s24-85mm?f/3.5-4.5g?ed?vr多用途鏡頭；這些攝像機(jī)通過pcc軟件進(jìn)行控制，可以設(shè)置拍攝幀率、畫幅大小、曝光時(shí)間參數(shù)，并通過ipv4網(wǎng)絡(luò)電纜與移動(dòng)pc連接；
12、在實(shí)驗(yàn)中，浪高儀被設(shè)置在水槽的中部區(qū)域，安裝在透明水槽的頂部邊緣位置，并與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)連接；實(shí)驗(yàn)還使用了配有nanlux?fl-35菲涅爾透鏡的nanlux?evoke?1200射燈和兩臺(tái)fs-300補(bǔ)光燈；射燈懸掛在實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景的頂部結(jié)構(gòu)上，為整個(gè)水槽區(qū)域提供充足的照明，補(bǔ)光燈則放置在水槽的兩側(cè)，與設(shè)置的2.4m×2.4m柔光板一同使用，柔光板放置在補(bǔ)光燈的前方，靠近水槽的側(cè)面。
13、進(jìn)一步的，對(duì)原始圖像進(jìn)行了一系列的數(shù)據(jù)增強(qiáng)操作，包括模糊、仿射變換和翻轉(zhuǎn)，擴(kuò)充射彈圖像數(shù)據(jù)集，并對(duì)擴(kuò)充后的數(shù)據(jù)集進(jìn)行對(duì)比度受限自適應(yīng)直方圖均衡化(contrast?limited?adaptive?histogram?equalization，clahe)，包括以下步驟：
14、步驟s21，對(duì)獲取到的有效射彈序列圖像，進(jìn)行模糊、仿射變換和翻轉(zhuǎn)；
15、步驟s22，使用labelimg標(biāo)注出數(shù)據(jù)集里射彈的位置，在標(biāo)記過程中，將子彈的三種不同狀態(tài)分別定義為“bullet_air”、“bullet_junction”和“bullet_water”。
16、步驟s23，在進(jìn)行射彈圖像識(shí)別之前，先要對(duì)原始圖像進(jìn)行預(yù)處理，包括降噪、增強(qiáng)和閾值分割等步驟。降噪的目的是消除環(huán)境中的干擾因素和系統(tǒng)本身的噪聲，以便更準(zhǔn)確地提取射彈形狀信息。由于水下環(huán)境光線昏暗，導(dǎo)致圖像整體亮度較低，射彈與背景融為一體。利用clahe技術(shù)對(duì)圖像進(jìn)行增強(qiáng)處理，以改善圖像質(zhì)量和提高射彈的可識(shí)別性。clahe能夠在局部區(qū)域內(nèi)進(jìn)行對(duì)比度增強(qiáng)，保留了圖像的局部細(xì)節(jié)和特征，并且能夠有效地防止過度增強(qiáng)和飽和的情況。
17、進(jìn)一步的，構(gòu)建由輸入層、骨干網(wǎng)絡(luò)層和頭部層組成的目標(biāo)檢測(cè)模型；在頭部層添加坐標(biāo)注意力機(jī)制提高射彈入水瞬間的識(shí)別精度；替換網(wǎng)絡(luò)中的部分普通卷積為深度可分離卷積，輕量化網(wǎng)絡(luò)；將射彈入水過程的圖片作為目標(biāo)檢測(cè)模型的輸入，生成目標(biāo)檢測(cè)結(jié)果，包括以下步驟：
18、步驟s31，構(gòu)建由輸入層、骨干網(wǎng)絡(luò)層和頭部層組成的目標(biāo)檢測(cè)模型。所述輸入層負(fù)責(zé)接收原始圖像數(shù)據(jù)，并對(duì)其進(jìn)行預(yù)處理轉(zhuǎn)化成網(wǎng)絡(luò)所需的張量形式，以滿足模型的輸入要求。骨干網(wǎng)絡(luò)層負(fù)責(zé)從輸入圖像中提取特征，以捕獲圖像中的關(guān)鍵信息和上下文。頭部層負(fù)責(zé)接收骨干網(wǎng)絡(luò)提取的特征并進(jìn)行目標(biāo)檢測(cè)，并生成目標(biāo)邊界框和類別概率分?jǐn)?shù)。
19、步驟s32，模型最后有三個(gè)輸出，在最終輸出之前的一個(gè)卷積層中對(duì)輸入特征張量進(jìn)行寬度和高度方向的全局平均池化，獲得兩個(gè)維度縮減的特征圖；然后使用池化核在水平和垂直方向?qū)γ總€(gè)通道進(jìn)行編碼，生成空間信息的特征圖，然后將這些注意力特征圖擴(kuò)展回原始的空間維度，與輸入特征圖進(jìn)行逐元素乘積操作，以此調(diào)整每個(gè)空間位置的特征表達(dá)能力，最終實(shí)現(xiàn)坐標(biāo)注意力機(jī)制的添加；
20、步驟s33,將yolov7網(wǎng)絡(luò)中的mp模塊和sppcspc模塊中的普通卷積層替換為深度可分離卷積。
21、本專利技術(shù)與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點(diǎn)在于：1)構(gòu)建了跨介質(zhì)射彈入水的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，并利用該系統(tǒng)捕獲了射彈的飛行圖像。為了擴(kuò)充現(xiàn)有的射彈飛行數(shù)據(jù)集，自主生成了一套新的射彈圖像數(shù)據(jù)集；2)使用深度可分離卷積進(jìn)行模型的輕量化，使用dsc替換傳統(tǒng)卷積，從而大幅減少模型的參數(shù)量和計(jì)算量，在檢測(cè)精度、速度和模型復(fù)雜度之間實(shí)現(xiàn)了良好的平衡；3)在目標(biāo)檢測(cè)模型的基礎(chǔ)上引入了坐標(biāo)注意力(ca)機(jī)制，通過將位置信息整合到通道注意力中，有效地保留了關(guān)鍵的空間信息。該方法在射彈入水瞬間的檢測(cè)精度提升了2.68％，召回率提升了7.31％。
本文檔來自技高網(wǎng)...【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.一種基于坐標(biāo)注意力機(jī)制的輕量化跨介質(zhì)高速小目標(biāo)檢測(cè)方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于坐標(biāo)注意力機(jī)制的輕量化跨介質(zhì)高速小目標(biāo)檢測(cè)方法，其特征在于，搭建跨介質(zhì)射彈入水測(cè)試系統(tǒng)，使用高速相機(jī)捕捉射彈，獲取射彈圖像；包括以下步驟：
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于坐標(biāo)注意力機(jī)制的輕量化跨介質(zhì)高速小目標(biāo)檢測(cè)方法，其特征在于，搭建所述跨介質(zhì)射彈入水測(cè)試系統(tǒng)的方法為：
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于坐標(biāo)注意力機(jī)制的輕量化跨介質(zhì)高速小目標(biāo)檢測(cè)方法，其特征在于，對(duì)原始圖像進(jìn)行了一系列的數(shù)據(jù)增強(qiáng)操作，包括模糊、仿射變換和翻轉(zhuǎn)，擴(kuò)充射彈圖像數(shù)據(jù)集，并對(duì)擴(kuò)充后的數(shù)據(jù)集進(jìn)行對(duì)比度受限自適應(yīng)直方圖均衡化，包括以下步驟：
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于坐標(biāo)注意力機(jī)制的輕量化跨介質(zhì)高速小目標(biāo)檢測(cè)方法，其特征在于，構(gòu)建由輸入層、骨干網(wǎng)絡(luò)層和頭部層組成的目標(biāo)檢測(cè)模型；在頭部層添加坐標(biāo)注意力機(jī)制提高射彈入水瞬間的識(shí)別精度；替換網(wǎng)絡(luò)中的部分普通卷積為深度可分離卷積，輕量化網(wǎng)絡(luò)；將射彈入水過程的圖片作為目標(biāo)檢測(cè)模型的輸入，生成目標(biāo)檢測(cè)結(jié)果，包括以下步
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種基于坐標(biāo)注意力機(jī)制的輕量化跨介質(zhì)高速小目標(biāo)檢測(cè)方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于坐標(biāo)注意力機(jī)制的輕量化跨介質(zhì)高速小目標(biāo)檢測(cè)方法，其特征在于，搭建跨介質(zhì)射彈入水測(cè)試系統(tǒng)，使用高速相機(jī)捕捉射彈，獲取射彈圖像；包括以下步驟：
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于坐標(biāo)注意力機(jī)制的輕量化跨介質(zhì)高速小目標(biāo)檢測(cè)方法，其特征在于，搭建所述跨介質(zhì)射彈入水測(cè)試系統(tǒng)的方法為：
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于坐標(biāo)注意力機(jī)制的輕量化跨介質(zhì)高速小目標(biāo)檢測(cè)方法，其...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：孔筱芳，董毅，羅紅娥，彎港，夏言，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：南京理工大學(xué)，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：
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