基于深度学习的光学遥感图像舰船检测算法研究

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现代遥感技术能够快速、准确地提供对地观测数据,获得高分辨率的光学图像。舰船作为一种重要的军事和民用目标,研究光学遥感图像中的舰船检测是一项在军事和民用领域中具有巨大应用潜力的任务。然而,光学遥感图像中的舰船目标具有方向任意、背景复杂等特点,给如何对舰船进行精确定位带来了更大的挑战,此外,不同类别舰船之间数量、尺度不平衡的问题都严重影响了模型的检测精度。针对光学遥感图像中舰船检测任务的难点,本文主要研究内容如下:1.本文以Faster RCNN模型为基础设计了舰船检测模型SDFR。SDFR引入了旋转候选区域生成模块以及旋转候选区域特征提取模块来获取冗余背景信息较少的特征,同时使用基于多边形交并比的正负样本选择模块来定义训练实例的正负性。通过这些改进,SDFR能够精确地检测出带任意角度的舰船目标。2.本文针对细粒度舰船检测任务进一步提出了改进算法SDFR-AMF。在网络结构方面,SDFR-AMF改进了检测头部结构,将结构中的分类与回归分支进行解耦,同时使用了注意力机制进行特征增强,使得模型提高了检测精度。同时,针对训练过程中使用固定交并比阈值导致不同尺度实例的正负样本不平衡的问题,引入了自适应正负样本选择模块来动态调整交并比阈值。针对样本数量不平衡的问题,提出了基于舰船实例的数据增强方案,该方案通过对多边形舰船实例进行裁剪、粘贴等操作,极大程度上缓解了样本不平衡导致的精度低的问题。3.本文在公开数据集HRSC2016上进行了实验,结果显示,相较于基础模型Faster RCNN,SDFR和SDFR-AMF在检测指标mAP上分别提升了 10.97和16.22个百分点。此外,本文还进行了详细的消融实验和超参数敏感性实验,实验结果验证了所提算法的有效性和鲁棒性。
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