1.一种结合高效采样增强的火焰烟雾检测方法,其特征在于,包括以下步骤:S1:收集火焰及烟雾图像,人工标注得到包含边界框的烟雾火焰数据集;
S2:将S1得到的烟雾火焰数据集中的图像进行预处理及数据增强;
S3:设计高效采样增强模块;步骤S3的具体操作为:
在神经网络中,输入图像经过中间网络层的运算后,得到中间的特征图输出,对于得到的特征图,可变形卷积通过学习得到卷积核每个位置的偏移量后,再进行加权求和操作,用公式可表示为:其中,p0为特征图上的某一位置,Ω为像素的八邻域位移偏移量集合,x(.)为特征图某位置的像素向量,y(.)为对输入特征图中某位置做卷积后的输出,w(.)为卷积核某位置的权值向量,Δp为相对卷积核中原来位置新的采样点的偏移量;
将前一层网络输出的特征图首先经过1x1卷积操作得到新的特征图FMi1,此时通道数量减少为原来的一半,然后将FMi1使用3×3的可变形卷积操作得到特征图FMi2,再将FMi1与FMi2在通道方向上进行连接得到第i层网络的输出FMi,将上述操作步骤集合在一个模块内,得到高效采样增强模块S4:搭建包含高效采样增强模块的网络模型;网络模型的主干网络采用CSPNet结构,在CSPNet的最后一层以及倒数第二层后增加S3设计的高效采样增强模块;网络模型的特征组合层采用PAN结构,融合网络不同层的上下文信息,加强整体特征的提取;网络模型的检测头采用yolo的检测头,用来输出预测的类别信息以及目标框的位置信息;
S5:训练S4搭建的网络模型并输出检测结果。
2.根据权利要求1所述的一种结合高效采样增强的火焰烟雾检测方法,其特征在于:所述步骤S1的具体操作为:采用网络爬虫工具收集搜索引擎图库中火焰和烟雾场景的图像,并截取部分火焰场景的视频图像,对不合格的图像数据进行清洗,然后合并为一个总的火焰烟雾图像集,使用图像标注工具标注出图像中烟雾及火焰的边界框,得到烟雾火焰数据集。
3.根据权利要求1所述的一种结合高效采样增强的火焰烟雾检测方法,其特征在于:所述步骤S2的具体操作为:加载S1得到的烟雾火焰数据集中的图像及其标签数据后,将图像缩放到一定尺寸的像素大小,以一定的概率将图像的色调、饱和度及明度在一个范围内动态改变,并以一定的概率进行水平翻转,再使用马赛克数据增强方法进行增强。
4.根据权利要求1所述的一种结合高效采样增强的火焰烟雾检测方法,其特征在于:所述步骤S5基于Pytorch框架训练网络模型,训练过程所使用的损失函数包括分类损失cls_loss、置信度损失obj_loss和定位损失box_loss;
所述分类损失cls_loss的表达式为:
其中,c表示类别数量,li表示i类别是否为真实目标类别,真实值为1,否则为0,Pcli表示对于该类的预测值;
所述置信度损失obj_loss的表达式为:
2
obj_loss=(Tconf‑Pconf)
其中,Tconf为真值,当含有目标时为1,反之为0,Pconf为网络预测的置信度;
所述定位损失box_loss的表达式为:
box_loss=(1‑CIoU)
其中,CIoU表示增强版的预测框与真值框的交并比;
网络模型训练所使用的轮次为300轮;采用的初始学习率为0.01;学习率衰减策略使用余弦退火策略;网络动量设置为0.937;使用预热身策略,热身轮次为3;训练所使用的批次大小为8;
对于网络模型的输出需经过后处理,即非极大值抑制才能得到最终的预测输出。