1、D O I:1 0.1 6 1 3 6/j.j o e l.2 0 2 3.0 2.0 1 7 8一种轻量化的水下目标检测算法S G-D e t周华平*,宋明龙,孙克雷(安徽理工大学 计算机科学与工程学院,安徽 淮南2 3 2 0 0 0)摘要:基于深度学习的目标检测算法在水下进行检 测 主 要 存 在 两 个 困 难:水 下 设 备 的 存 储 和 计 算能力有限;水下图像模糊且小生物聚集。这种局限性要求水下目标检测算法要做到轻 量 且 高 效,因此现有的目标 检 测 算 法 不 能 完 全 满 足 水 下 目 标 检 测 的 需 求。为 此 本 文 在S S D(s i n g l es
2、h o tMu l t i B o xd e t e c t o r)的网络框架 上 进 行 改 进,设 计 了 一 种 轻 量 化 的 一 阶 段 检 测 模 型S G-D e t。一 方面,借鉴G h o s t N e t的思想,对S h u f f l e N e t V 2网络进行了重 构,提 出 一 种 新 的 轻 量 化 特 征 提 取 网 络S G n e t。此网络进一步减少了模型 参 数 量,使 模 型 大 小 更 适 合 部 署 在 水 下 设 备。另 一 方 面,网 络主要是利用6个不同尺度的特征 图 检 测 不 同 大 小 的 生 物,为 此 设 计 了 一 种 引
3、入 双 分 支 注 意 力 机制的跨尺度特征融合模 块(c r o s s-s c a l ef e a t u r ef u s i o nm o d u l e,A F F)。模 块 首 先 引 入 注 意 力 机 制 对输入的特征在全局通道和局部通道两方面进行加 权,突 出 有 用 信 息,从 而 减 少 背 景 等 无 关 信 息 的干扰。然后选取非线性化程度更高的第4层分别增强前3层的语义信息,以较小的代价使前3层在识别小物体方面有更好的表现。模型在中国水 下 机 器 人 大 赛 提 供 的 水 下 数 据 集UP R C进 行 试验,平均检测精度(mAP)和速度分别达到了7 1.7
4、 5%和6 9F P S,且模型参数量仅有4.9 1M。结果表明,所提出的方法在精度、速度和参数量之间取得了很好的平衡。关键词:神经网络;水下目标检测;轻量化;跨尺度特征增强中图分类号:T P 3 9 1.4 1 文献标识码:A 文章编号:1 0 0 5-0 0 8 6(2 0 2 3)0 2-0 1 5 6-1 0S G-D e t:Al i g h t w e i g h t u n d e r w a t e r i m a g e t a r g e t d e t e c t i o nm e t h o dZ H O UH u a p i n g*,S O N GM i n g l
5、 o n g,S U NK e l e i(C o l l e g e lo fC o m p u t e rS c i e n c ea n dE n g i n e e r i n g,A n h u iU n i v e r s i t yo fS c i e n c ea n dT e c h n o l o g y,H u a i n a n,A n h u i2 3 2 0 0 1,C h i n a)A b s t r a c t:D e e p l e a r n-b a s e do b j e c t d e t e c t i o na l g o r i t h mh
6、a s t w om a i nd i f f i c u l t i e s i nu n d e r w a t e r t a r g e td e-t e c t i o n,w h i c ha r e l i m i t e ds t o r a g ea n dc o m p u t i n gc a p a b i l i t i e so fu n d e r w a t e re q u i p m e n t a n d f u z z yu n d e r-w a t e r i m a g e s a n d s m a l l o r g a n i s m s g
7、 a t h e r i n g.T h i s l i m i t a t i o n r e q u i r e s t h eu n d e r w a t e r t a r g e t d e t e c t i o n a l-g o r i t h mt ob e l i g h t w e i g h t a n de f f i c i e n t,s o t h e e x i s t i n g t a r g e t d e t e c t i o na l g o r i t h mc a nn o t f u l l ym e e t t h en e e d so
8、 f u n d e r w a t e r t a r g e t d e t e c t i o n.I nt h i sp a p e r,a l i g h t w e i g h to n e-s t a g ed e t e c t i o nm o d e lS G-D E Ti sd e s i g n e d t o i m p r o v e t h en e t w o r k f r a m e w o r ko f s i n g l e s h o tM u l t i B o xd e t e c t o r(S S D).O n t h eo n eh a n
9、d,u s i n g t h e i d e ao fG h o s t N e t f o r r e f e r e n c e,S h u f f l e N e t V 2n e t w o r k i s r e c o n s t r u c t e d,a n dan e wl i g h t w e i g h tf e a t u r e e x t r a c t i o nn e t w o r kS G n e t i s p r o p o s e d,w h i c h f u r t h e r r e d u c e t h e n u m b e r o f
10、m o d e l p a r a m e t e r s a n dm a d e t h em o d e l s i z em o r e s u i t a b l e f o r d e p l o y m e n t i nu n d e r w a t e r e q u i p m e n t.O n t h e o t h e r h a n d,t h en e t-w o r km a i n l yu s e s s i x f e a t u r em a p s o f d i f f e r e n t s c a l e s t od e t e c t o r
11、 g a n i s m s o f d i f f e r e n t s i z e s.F o r t h i s p u r-p o s e,a c r o s s-s c a l e f e a t u r e f u s i o nm o d u l e(A F F)u s i n g t w o-b r a n c ha t t e n t i o nm e c h a n i s mi s d e s i g n e d.T h eA F Fm o d u l e f i r s t l y i n t r o d u c e s t h e a t t e n t i o n
12、m e c h a n i s mt ow e i g h t t h e i n p u t f e a t u r e s i nb o t hg l o b a l c h a n-n e l a n d l o c a l c h a n n e l,s o a s t oh i g h l i g h t u s e f u l i n f o r m a t i o n.T oi m p r o v e t h ep r o b l e mo f l o wd e t e c t i o na c-c u r a c yc a u s e db ys m a l l a n d f
13、 u z z y o b j e c t s,t h e f o u r t h l a y e rw i t h ah i g h e r d e g r e e o f n o n l i n e a r i t y i s s e l e c t e dt oe n h a n c e t h e s e m a n t i c i n f o r m a t i o no f t h e f i r s t t h r e e l a y e r s,s o t h a t t h e f i r s t t h r e e l a y e r sh a v eab e t t e r
14、光 电 子 激 光第3 4卷 第2期 2 0 2 3年2月 J o u r n a l o fO p t o e l e c t r o n i c sL a s e r V o l.3 4N o.2 F e b r u a r y2 0 2 3*E-m a i l:m l s o n g 9 7 1 6 3.c o m收稿日期:2 0 2 2-0 4-1 9 修订日期:2 0 2 2-0 5-0 2基金项目:安徽省重点研发计划、国际科技合作专项、矿用防爆纯电动运输车辆关键技术的研究与开发(2 0 2 0 0 4 b 1 1 0 1 0 0 2 9)资助项目p e r f o r m a n
15、c e i n i d e n t i f y i n gs m a l l o b j e c t sw i t has m a l l c o s t.T h em o d e l i s t e s t e do nt h eu n d e r w a t e rd a t as e tU P R Cp r o v i d e db yC h i n aU n d e r w a t e rR o b o tC o m p e t i t i o n,a n dt h em A Pa n ds p e e dr e a c h7 1.7 5%a n d6 9F P Sr e s p e
16、c t i v e l y,w h i l e t h en u m b e r o fm o d e l p a r a m e t e r s i so n l y4.9 1M.T h e r e s u l t ss h o wt h a tt h ep r o p o s e dm e t h o da c h i e v e s ag o o db a l a n c eb e t w e e np r e c i s i o n,s p e e da n dn u m b e r o f p a r a m e t e r s.K e yw o r d s:n e u r a ln e t w o r k s;u n d e r w a t e ro b j e c td e t e c t i o n;l i g h t w e i g h tn e t w o r k s;f e a t u r ee n h a n c e m e n tb yc r o s s-s c a l e0 引 言 水下生物是水下生态环境的重要组成 部分,水下生态保护组织通常通过人工潜水的方
