基于改进YOLOv5的雾霾环境下船舶红外图像检测算法

作者：马浩为; 张笛; 李玉立; 范亮^*

来源：交通信息与安全, 2023, 41(01): 95-104.

• 交通安全
• 红外图像
• 船舶目标检测
• YOLOv5
• Swin Transformer
• 坐标注意力

从监控图像中准确检测船舶对于港区水域船舶交通智能监管具有重要意义。为解决雾霾条件下传统YOLOv5目标检测算法对船舶红外图像检测准确率低、小目标特征提取能力弱等问题，提出了基于Swin Transformer的改进YOLOv5船舶红外图像检测算法。为扩大原始数据集的多样性，综合考虑船舶红外图像轮廓特征模糊、对比度低、抗云雾干扰能力强等特点，改进算法提出基于大气散射模型的数据集增强方法；为增强特征提取过程中全局特征的关注能力，改进算法的主干网络采用Swin Transformer提取船舶红外图像特征，并通过滑动窗口多头自注意力机制扩大窗口视野范围；为增强网络对密集小目标空间特征提取能力，通过改进多尺度特征融合网络（PANet），引入底层特征采样模块和坐标注意力机制（CA），在注意力中捕捉小目标船舶的位置、方向和跨通道信息，实现小目标的精确定位；为降低漏检率和误检率，采用完全交并比损失函数（CIoU）计算原始边界框的坐标预测损失，结合非极大抑制算法（NMS）判断并筛选候选框多次循环结构，提高目标检测结果的可靠性。实验结果表明：在一定浓度的雾霾环境下，改进算法的平均识别精度为93.73%，平均召回率为98.10%，平均检测速率为每秒38.6帧；与RetinaNet、Faster R-CNN、YOLOv3 SPP、YOLOv4、YOLOv5和YOLOv6-N算法相比，其平均识别精度分别提升了13.90%、11.53%、8.41%、7.21%、6.20%和3.44%，平均召回率分别提升了11.81%、9.67%、6.29%、5.53%、4.87%和2.39%。综上，所提的Swin-YOLOv5s改进算法对不同大小的船舶目标识别均具备较强的泛化能力，并具有较高的检测精度，有助于提升港区水域船舶的监管能力。

• 出版日期2023
• 单位武汉理工大学