目标检测论文解读复现【NO.22】多尺度下遥感小目标多头注意力检测

前言

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一、摘要

针对地理空间遥感图像中检测目标存在多尺度特性、形态多变以及小目标判别特征过少等造成检测识别精度不高的问题,提出了基于多尺度下遥感小目标多头注意力检测算法YOLO-StrVB。首先,对网络结构进行重构,搭建多尺度网络模型,增加目标检测层,提高特征提取网络下遥感小目标模型不同尺度下的检测能力;然后,加入双向特征金字塔网络(Bi-FPN)进行多尺度特征融合,提高双向跨尺度连接和加权特征融合;其次,在YOLOv5网络末端融合Swin Transformer多头注意力机制块,提升感受野适应目标识别任务的多尺度融合关系,优化主干网络;最后,使用Varifocal loss对网络进行训练,提升遥感密集检测小目标的存在置信度和定位精度,并选用CIoU作为边界框回归的损失函数,提高感知分类得分(IACS)的边框回归精度。通过在遥感目标数据集NWPU VHR-10上的实验验证,对比YOLOv5原模型的mAP提高了3.05%,能有效提高小目标的检测精度,达到了对地理空间遥感图像中小目标检测的鲁棒性。

二、网络模型及核心创新点

目标检测论文解读复现【NO.22】多尺度下遥感小目标多头注意力检测_第1张图片 1. SPPF网络

2. 增加检测层

3. 特征融合网络

4. 局部自注意力STR模块

5. 损失函数的改进  

三、应用数据集

本文实验所用数据集为西北工业大学发布的用于空间物体检测的10级地理遥感数据集NWPU VHR-10,其拥有650张包含目标的图像和150张背景图像,共计800张,共含10类目标。本文实验数据集按照4:1分配训练集和测试集,由于所用数据集原始数据较少,又通过裁剪、镜像、亮度调节等数据增强手段额外扩充1950张样本。目标检测论文解读复现【NO.22】多尺度下遥感小目标多头注意力检测_第2张图片

四、实验效果(部分展示)

1. 可视化结果对比可知,从各类别目标检测精度来看,本文算法相比YoLov5s原始算法,在提升遥感小目标精确度检测方面比具有较明显的优势。目标检测论文解读复现【NO.22】多尺度下遥感小目标多头注意力检测_第3张图片

目标检测论文解读复现【NO.22】多尺度下遥感小目标多头注意力检测_第4张图片 2. 从下图中对比(a)、(b)可知,本文算法在保持较大目标较高精确度的同时,对比YoLov5s模型,对复杂环境弱小目标检测有着较明显的优势。目标检测论文解读复现【NO.22】多尺度下遥感小目标多头注意力检测_第5张图片

五、实验结论

(1)通过构建多尺度STR模块,引入多头注意力,可以增强网络对遥感小目标局部的感知能力,使得对小目标检测更加敏感,从而能够更好的捕获到小目标类别,提升检测精度和识别率。

(2)通过增加检测层,融入Bi-FPN构建多尺度网络,可以增强对遥感小目标更多语义信息的获取,而能够减少背景信息对目标的影响,降低一定的误检率和漏检率。

(3)通过改进损失函数,优化因目标前景、背景类别不均衡导致真实框和预测框的差异,能够更好的预测遥感小目标候选框的得分,进一步提升边框回归精度,从而在提高识别率的同时进一步降低对小目标的误检和漏检。

六、投稿期刊介绍

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注:论文原文出自张朝阳,张上,王恒涛,冉秀康.多尺度下遥感小目标多头注意力检测[J/OL].计算机工程与应用.

https://kns.cnki.net/kcms/detail//11.2127.TP.20221215.1131.007.html

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