1.一种基于改进VFNet算法的交通标志检测方法,其特征在于包含如下步骤:
步骤1:准备交通标志检测数据集,交通标志检测数据集包含训练集和测试集两个部分,并对交通标志检测数据集进行格式转换,转换为MS COCO格式;
步骤2:改进VFNet网络模型;
步骤2 .1:在VFNet的主干网ResNet50的最后一层后面加入设计的上下文信息增强模块,用于从多种不同大小的感受野中获取上下文信息;
步骤2 .2:在VFNet的检测头的分类分支加入一个跳跃连接,绕过3个3×3卷积、GroupNormalization层、ReLU激活函数,然后和3个3×3卷积、Group Normalization层、ReLU激活函数后的特征相加,相加后使用一个ReLU激活函数增强网络的非线性能力;
步骤3:将训练集输入经步骤2改进后的VFNet网络进行训练,并保存最优的模型;
步骤4:将测试集输入训练保存的最优模型中进行测试,验证改进后的模型的检测效果;
所述步骤2.1中:在VFNet的主干网ResNet50的最后一层后面加入设计的上下文信息增强模块,上下文信息增强模块首先进行空间信息的混合,然后进行通道信息的混合,空间信息的混合部分首先使用SPPF模块产生多种不同大小的感受野,然后在经过sigmoid激活函数后和输入特征相乘,使C5层获取多种不同大小的感受野,从多种不同大小的感受野中获取上下文信息,有助于检测图片中各种不同大小的交通标志,之后使用一个可随梯度更新的参数a,为每个通道提供一个可随梯度更新的参数;通道信息的混合使用一个两层的MLP结构,这个两层的MLP结构由一个Group Normalization层、两层1×1卷积、一个GeLU激活函数、一个可随梯度更新的参数b以及一个残差边组成,这个两层的MLP结构首先使用一个Group Normalization层,然后使用一个1×1卷积将通道数变为原来的4倍,这个1×1卷积后有一个GeLU激活函数用于增加网络模型的非线性,GeLU激活函数后使用一个1×1卷积将通道数还原为输入到MLP的特征图的通道数,最后使用一个可随梯度更新的参数b,为每个通道提供一个可随梯度更新的参数,从输入引入一个跳跃连接绕过Group Normalization层、两层1×1卷积、一个GeLU激活函数、一个可随梯度更新的参数b,和可随梯度更新的参数b后的特征图相加得到输出结果;
上下文信息增强模块的计算过程表示为:Attention=σs(SPPF(I))
上式中,SPPF表示SPPF模块,σs表示sigmoid激活函数,I为输入张量,表示对应位置元素相乘操作,GN表示Group Normalization操作,Conv1×1表示1×1卷积操作,a、b表示可随梯度更新的参数,为每个通道提供一个可随梯度更新的参数;
改进后的分类分支表示为:y=σ(x+h(x))
其中x表示输入,h(x)表示经过连续的3个3×3卷积、Group Normalization层、ReLU激活函数后的特征图,σ表示ReLU激活函数;
根据链式法则,反向回传的梯度表示为:
从对分类分支输入的梯度计算公式看出,相比原来的不使用残差边使输入信息直接传递到连续的3个3×3卷积、Group Normalization层、ReLU激活函数后面。
2.根据权利要求1所述的一种基于改进VFNet算法的交通标志检测方法,其特征在于:所述步骤1中交通标志检测数据集使用TT100K数据集和DFG数据集,每个数据集都包括训练集和测试集,TT100K数据集图片的分辨率为2048×2048像素,包括221个类别,其中45个类别包括至少100个实例,DFG数据集包含200个类别,每个类别包含至少20个交通标志实例,数据集中交通标志实例的边界框大小至少为30像素。
3.根据权利要求1所述的一种基于改进VFNet算法的交通标志检测方法,其特征在于:所述步骤3中实验使用Ubuntu 20.04操作系统,Python语言,PyTorch深度学习框架,目标检测工具箱mmdetection,在TT100K数据集和DFG数据集的预处理中,将TT100K数据集的输入图片的大小调整为1280×1280,将DFG数据集的输入图片的大小调整为1333×800。
4.根据权利要求3所述的一种基于改进VFNet算法的交通标志检测方法,其特征在于:在交通标志检测网络的训练过程中,数据增强使用随机水平翻转,batch size设置为2,使用SGD优化器,动量设置为0.9,权重衰减设置为0.0001,训练epoch数设置为20epoch,前500次迭代是预热阶段,使用线性预热方法,初始学习率设置为0.00125,学习率在第15个epoch后变为原来的十分之一,在第18个epoch后再变为原来的十分之一,保存最优的网络模型用于测试。
5.根据权利要求1所述的一种基于改进VFNet算法的交通标志检测方法,其特征在于:所述步骤4中用于定量评估的实验评价指标,使用平均准确率mAP来评估提出的基于改进VFNet算法的交通标志检测方法。
6.根据权利要求5所述的一种基于改进VFNet算法的交通标志检测方法,其特征在于:mAP是一个数据集中所有类别的平均准确率AP的平均值,反映了在从0.5到0.95的交并比下检测结果是否准确,交并比变化的步长为0.05,mAP的计算过程如下所示:其中P代表准确率,R代表召回率,AP代表平均准确率,N是数据集包含的类别数,APi代表在某一特定类别中计算的AP,mAP是所有类别的AP的平均值。