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专利号: 2022113427071
申请人: 成都信息工程大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2025-12-30
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.基于深度学习的夜间交通标志图像检测模型建立方法,其特征在于,包括:采集包含夜间交通标志的图像作为训练集;

聚类先验框;

在YOLOv3特征提取网络中引入注意力机制,得到改进的YOLOv3网络;所述注意力机制通过浅层特征图实现空间注意力,通过深层特征图实现通道注意力;

确定边框损失函数;

将所述训练集输入改进的YOLOv3网络进行训练,得到夜间交通标志图像检测模型。

2.根据权利要求1所述的基于深度学习的夜间交通标志图像检测模型建立方法,其特征在于,所述注意力机制通过如下方法输出:在YOLOv3网络残差结构生成的特征图中,确定来自网络深层的深层特征图、来自网络浅层的浅层特征图;其中,浅层特征图是深层特征图的两倍大的分支;

以深层特征图作为注意力机制的第一个输入,得到具有通道重要性差异的全新特征图作为第一特征图;

以浅层特征图作为注意力机制的第二个输入,得到附带空间像素权重关系的全新特征图作为第二特征图;

对所述第一特征图和第二特征图作连接操作,得到注意力机制的输出。

3.根据权利要求2所述的基于深度学习的夜间交通标志图像检测模型建立方法,其特征在于,得到所述第一特征图的方法包括:对所述深层特征图执行最大池化和平均池化轮询操作,得到每个通道最大值和平均值;

执行全局平均池化和全局最大池化操作,得到平均池化、最大池化两个维度的通道特征量;

对两个维度的通道特征量共享全连接层,共享过程中保持特征量维度不变,对共享后的两个结果进行相加,得到全局通道特征量;使用Sigmoid函数对全局通道特征量进行非线性激活,得到C1×1×1维度的通道权重系数;其中,C1为输入深层特征图的通道数;

对所述深层特征图做微步卷积,得到第三特征图;

将所述第三特征图与所述通道权重系数相乘,得到所述第一特征图。

4.根据权利要求3所述的基于深度学习的夜间交通标志图像检测模型建立方法,其特征在于,对所述深层特征图做微步卷积的方法包括:对所述深层特征图做内部填充:在特征图的X坐标方向和Y坐标方向每两个特征点之间填充它们的平均值,并在X坐标方向和Y坐标方向的末尾复制最后一个特征点;其中,当某特征点在X坐标方向或Y坐标方向无对应参照点时,取四个斜对角的均值进行填充;

做卷积核大小为3×3的卷积。

5.根据权利要求2所述的基于深度学习的夜间交通标志图像检测模型建立方法,其特征在于,得到所述第二特征图的方法包括:在C2个通道上对浅层特征图的特征点做局部最大编码、局部平均编码,分别得到编码结果Fpmax,Fpavg;

分别在Fpmax,Fpavg空间沿着通道方向特征点,生成数量为H2×W2的特征向量;其中,H2为输入浅层特征图的高,W2为输入浅层特征图的宽;

使用C2×1的向量卷积对H2×W2个向量进行卷积处理,得到两张经过编码和卷积的权重图;

将两张权重图的映射转发到卷积层,产生只有一个通道的权重图,使用Sigmoid函数激活,得到空间注意力权重矩阵;

将所述浅层特征图与空间注意力权重矩阵相乘,得到所述第二特征图。

6.根据权利要求5所述的基于深度学习的夜间交通标志图像检测模型建立方法,其特征在于,所述浅层特征图的特征张量为 其中F2为输入的浅层特征图。

7.根据权利要求5所述的基于深度学习的夜间交通标志图像检测模型建立方法,其特征在于,在做局部最大编码、局部平均编码的过程中,所采用的过滤器宽为D、高为D、步长为

1;其中, r为比率。

8.根据权利要求1所述的基于深度学习的夜间交通标志图像检测模型建立方法,其特征在于,所述聚类先验框采用K‑Means++算法实现,所采用的K‑Means++算法的质心计算公式为:Δx=|Ci‑1‑x|

式中:Ci为聚类中心,x为样本点,|Ci|为该类样本个数,Ci‑1为上一次迭代的聚类中心,Δx为样本点与Ci‑1的曼哈顿距离,ΔxM为中位数M与Ci‑1的曼哈顿距离。

9.根据权利要求1所述的基于深度学习的夜间交通标志图像检测模型建立方法,其特征在于,所确定的边框损失函数包括置信度误差、定位误差和分类误差;

其中,置信度误差和分类误差采用交叉熵误差计算;

定位误差采用如下方法计算:

计算预测框与真实框的交并比IOU;

计算目标定位损失Lloc:

gt gt

式中:b、b 分别为真实框、预测框的中心点,ρ(·)表示欧氏距离,c为b、b 最小外接矩gt形的对角线距离,h、h 分别为预测框、真实框的对角线,α、v均为影响因子,β为预测框和真实框的对角线夹角。

10.根据权利要求1所述的基于深度学习的夜间交通标志图像检测模型建立方法,其特征在于,还包括对所述训练集中的图像采用如下方法预处理:计算图像亮度,若亮度低于130,则引入自适应Gamma校正做图像亮度增强;在所引入的自适应Gamma校正中,伽马值γ通过下式计算: 其中X为图像平均亮度;

使用Shi‑Tomasi角点检测算法获取图像的角点特征;

对样本数量少于设定阈值的夜间交通标志图像做数据增强。