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专利号: 2020102670198
申请人: 西北工业大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2025-08-29
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于非局部特征增强的SAR图像舰船目标检测方法,其特征在于,包括以下步骤:步骤一、输入舰船SAR图像数据集,并将数据集转换成PASCAL VOC格式:步骤101、采用开源软件labelImg对舰船SAR图像数据集进行标注;

步骤102、将标注文件和图像文件分别放入不同的文件夹,制作成标准的Pascal VOC数据集格式;

步骤103、将制作好的舰船SAR图像数据集按照7:2:1的比例分成训练集、测试集和验证集,输入到本发明的SAR图像舰船目标检测模型;

步骤二、构建卷积神经网络ResNet,利用制作好的舰船SAR图像数据集对ResNet网络进行训练:步骤201、构建ResNet-50网络为基础网络,包括5个卷积模块,分别为Conv1、Conv2_x、Conv3_x、Conv4_x、Conv5_x;

步骤202、采用ResNet-50网络对SAR图像进行特征提取,并输出后4个卷积模块的特征图,分别为C2、C3、C4、C5;

步骤三、利用特征金字塔网络对ResNet输出的特征图进行融合,获得融合的特征图:步骤301、对步骤202输出的特征图C2、C3、C4、C5分别采用个数为特征图通道数一半且尺寸为1×1的卷积核进行卷积操作,实现特征降维,得到降维的特征图C2′、C′3、C′4、P′5;

步骤302、利用双线性插值将P′5尺寸扩展到与C′4尺寸相同,然后与C′4逐元素相加得到P4′,P4′经双线性插值扩展到与C′3尺寸相同,然后与C′3逐像素相加得到P′3,P′3经双线性插值扩展到与C2′尺寸相同,然后与C2′逐像素相加得到P2′;

步骤303、分别采用3×3的卷积核对P2′、P3′、P4′、P5′进行卷积运算,消除双线性插值造成的混叠效应,得到融合的特征图P2、P3、P4、P5;

步骤四、将融合的特征图进行分组缩放平均,获得平均特征图:步骤401、将融合的特征图P5进行双线性插值扩展到与P4尺寸相同,得到P5″,将P2进行空间金字塔池化缩小到与P3尺寸相同,得到P2″;

步骤402、将重新缩放尺寸的两组特征图进行平均,获得平均特征图:其中,Pa、Pb分别表示两组特征图平均后的特征图;

步骤五、利用非局部特征增强模型对平均特征图进行特征增强:步骤501、对平均特征图Pa分别采用个数为平均特征图通道数一半且尺寸为1×1的卷积核进行三组卷积运算,实现特征降维,并分别将其维度进行展开,得到三个特征矩阵:θ(pi)=Wθpi

φ(pj)=Wφpj

g(pj)=Wgpj

其中,pi和pj分别表示平均特征图上第i个和第j个位置的信息,Wθ、Wφ和Wg分别表示对应卷积核的权重矩阵;

步骤502、计算特征矩阵θ(pi)和φ(pj)的相似度,得到相似度矩阵f(pi,pj)为:步骤503、将相似度矩阵f(pi,pj)和特征矩阵g(pj)进行矩阵乘法,得到增强的特征矩阵yi为:步骤504、利用个数为平均特征图通道数且尺寸为1×1的卷积核对增强的特征矩阵yi进行卷积运算,实现特征升维,再与平均特征图Pa逐元素相加以增强原始特征,得到增强特征图D3;

步骤505、按照步骤501到504对平均特征图Pb处理,得到增强特征图D4;

步骤六、对增强特征图进行尺度变换:

步骤601、增强特征图D3经双线性插值后尺寸扩展得到D2;

步骤602、增强特征图D4经空间金字塔池化后尺寸缩小得到D5;

步骤603、尺度变换的增强特征图D2、D3、D4、D5分别替换步骤303的特征图P2、P3、P4、P5;

步骤604、对增强特征图D5进行空间金字塔池化后尺寸缩小,得到增强特征图D6;

步骤七、利用全卷积网络对增强特征图进行回归预测,获得最终的检测结果:步骤701、将增强特征图D2、D3、D4、D5、D6分别输入到边框回归子网络和分类子网络,边框回归子网络训练的损失函数Lreg公式如下:其中,d表示预测边界框向量和真实标注框向量之差;分类子网络训练的损失函数Lcls公式如下:Lcls=-αt(1-qt)γlog(qt)

其中,qt表示类别预测的概率值,αt和γ为调节难易样本平衡的超参量;

这样,整个网络训练的损失函数Loss公式如下:

其中,Npos表示正样本的数量,μ和λ分别表示分类损失和边框回归损失的平衡因子;

步骤702、增强特征图D2、D3、D4、D5、D6分别通过边框回归子网络和分类子网络后,利用非极大值抑制算法得到最后的预测框,输出舰船SAR图像目标检测结果。