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专利号: 2021105436731
申请人: 青岛科技大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 计算;推算;计数
更新日期:2024-02-23
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于YOLO V5算法的船舶多目标追踪方法,其特征在于:包括以下步骤:

S1,采集船舶图像数据,对采集到的所述船舶图像数据进行图像预处理,基于预处理完毕的图像构建数据集,将所述数据集划分为训练集、验证集和测试集;

S2,基于所述训练集和所述验证集,对YOLO V5网络进行训练,获得YOLO V5检测模型,基于所述测试集对所述YOLO V5检测模型进行测试,获得测试结果,基于所述测试结果对YOLO V5检测模型进行评价,评价合格后则结束测试;

所述YOLO V5网络包括backbone部分、neck部分和prediction部分,在所述S2中,获得所述YOLO V5检测模型的方法具体为:S2.1,将训练集中的图像进行标准化预处理,并将预处理后的图像输入所述backbone部分,获得不同尺度的特征图;

S2.2,将所述不同尺度的特征图输入所述neck部分,进行上采样和特征融合后获得不同尺度的张量数据;

S2.3,将所述不同尺度的张量数据输入所述prediction部分,基于损失函数及反向传播对梯度进行计算,实时进行梯度更新并利用所述验证集进行验证,获得所述YOLO V5检测模型;

S3,对所述YOLO V5检测模型进行处理,生成YOLO V5船舶追踪模型,基于所述YOLO V5船舶追踪模型对船舶进行追踪并进行实时性验证;

所述S3中对所述YOLO V5检测模型进行处理的方法具体为:采用DeepSort算法进行处理;所述S3中的方法:S3.1,对所有待追踪目标进行检测,完成检测后构建DeepSort跟踪器,对所述YOLO V5船舶追踪模型输入带有船舶的视频帧并进行处理;

S3.2,处理完毕且第一帧视频图像输入所述YOLO V5船舶追踪模型后,将检测到的目标初始化并创建新的所述DeepSort跟踪器,标注ID;

S3.3,第一帧后的任一帧输入所述YOLO V5船舶追踪模型时,基于所述DeepSort算法,获得所有目标的状态预测和当前帧的所述检测框的交并比,并获得所述交并比的最大唯一匹配,作为目标检测框;

S3.4,基于置信度对所述检测框进行过滤,删除置信度不够高的检测框及特征,基于所述当前帧匹配到的所述目标检测框更新所述DeepSort跟踪器,计算状态更新,获得更新值并输出,将所述更新值作为所述当前帧的追踪框;

若所述当前帧中没有匹配到的目标,则重新初始化所述DeepSort跟踪器:DeepSort将检测器输出的预测框作为输入,获取检测框的特征并进行特征的提取,根据实际需求以及当前计算资源设定合适的检测窗口大小;

预测当前状态和不确定性,使用卡尔曼滤波创建目标的观测模型对每条轨迹进行状态预测;对每一个轨迹,计算当前帧距离上次匹配成功帧的差值,基于上一时刻的状态对当前时刻的状态和不确定性进行预测;更新轨迹的计数器,每预测一次,该计数器加1,如果后续该轨迹成功匹配了检测结果,该计数器清零、同时对计数器设定一个上限,当超过上限值时,当前轨迹删除,认定跟踪目标离开画面;计数器表示这条轨迹连续多少次未和检测结果匹配,用于判断此条轨迹是否离开了画面;如果检测结果没有和现有的轨迹匹配上,将这个检测结果初始化成一个新的轨迹,设定为不确定性,若连续几帧匹配成功,状态更新为确定性状态;若未匹配上检测结果,变为删除状态,轨迹集合中删除;

更新匹配结果,追踪器保存所有的轨迹,每一次的检测目标与生成的轨迹通过匹配进行关联,通过求解的代价矩阵进行关联匹配,完成检测结果的分配问题;通过计算特征距离,接着计算马氏距离以及进行门控阈值控制,得到最终的代距离得到的代价矩阵,通过特征匹配以及门控矩阵,对丢失时间较短的目标优先进行匹配;使用协方差距离或者余弦距离计算检测目标与轨迹的相似度,通过距离度量轨迹的表观特征与检测结果的表观特征,来更加准确预测ID,在余弦距离小于阈值的时候认为匹配成功;使用匈牙利算法进行目标匹配,并将当前所有轨迹根据匹配结果进行删除、匹配、暂定三个状态的分类;

输出结果,状态为confirmed的轨迹的location及其轨迹id;在DeepSort中的轨迹即不同的目标对象,不区分类别;输出confirmed的轨迹,轨迹转换为confirmed条件是需要连续帧使用IOU匹配策略匹配检测结果。

2.根据权利要求1所述的基于YOLO V5算法的船舶多目标追踪方法,其特征在于:所述S1中的船舶图像数据包括:从包括船舶相关图像数据的开源数据集;通过摄像头对船舶进行拍摄而获得的图像数据。

3.根据权利要求2所述的基于YOLO V5算法的船舶多目标追踪方法,其特征在于:所述开源数据集包括但不限于:COCO数据集、VOC数据集和SeaShip船舶数据集。

4.根据权利要求3所述的基于YOLO V5算法的船舶多目标追踪方法,其特征在于:所述S1中的图像预处理的具体方法为:从采集的所述船舶图像数据中筛选出COCO数据集和VOC数据集中含有船舶的图片,对筛选出的图片、SeaShip船舶数据集及通过摄像头获取的图片进行标注并合并。

5.根据权利要求1所述的基于YOLO V5算法的船舶多目标追踪方法,其特征在于:所述S2中测评价合格的要求为:所述YOLO V5检测模型的所述测试结果的平均精度均值大于等于设定值。

6.根据权利要求1所述的基于YOLO V5算法的船舶多目标追踪方法,其特征在于:所述S3.1中的处理方法为:初始化各个参数并去掉检测置信度小于0.7的检测框;通过非极大值抑制法去除检测中重叠的所述检测框并确认所述DeepSort追踪器的状态正常。