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大连海洋大学学报  2020, Vol. 35 Issue (4): 612-619    DOI: 10.16535/j.cnki.dlhyxb.2019-146
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基于Faster R-CNN和图像增强的水下鱼类目标检测方法
袁红春,张硕*
上海海洋大学 信息学院,上海 201306
Detection of underwater fish based on Faster R-CNN and image enhancement
YUAN Hongchun, ZHANG Shuo*
College of Information Technology, Shanghai Ocean University,Shanghai 201306, China
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摘要 为了克服水下鱼类图像样本量不足及实现对水下低清晰度图像中鱼类的快速检测,提出了一种基于Faster R-CNN二次迁移学习和带色彩恢复的多尺度视网膜增强算法(MSRCR)的方法,首先通过ImageNet预训练模型对Open Images高清鱼类数据集进行一次迁移学习初步训练网络,然后固定检测模型低3层的卷积网络参数,再用水下拍摄的小规模鱼类数据集进行二次迁移学习微调网络,最后通过MSRCR算法对水下拍摄图像进行处理以增强其与高清鱼类图像的相似性,解决水下图像降质问题,让二次迁移学习高效进行。结果表明,该方法利用小规模水下拍摄鱼类数据集训练出的网络查准率可达到98.12%,网络检测能力及后续提升能力优于传统机器学习方法,并能够实现鱼类目标的快速检测,本研究结果可为深海探测作业与海底鱼类等生物资源的监测、保护和可持续开发等工程应用提供一定的参考。
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袁红春
张硕
关键词:  深度学习  鱼类检测  Faster R-CNN算法  MSRCR算法  迁移学习    
Abstract: An image enhancement method was constructed based on Faster R-CNN secondary transfer learning and Multi-Scale Retinex with Color Restoration(MSRCR) in order to overcome the insufficient sample size of underwater fish images for rapid detection of fish in underwater images. In the method, the Open Images high-definition fish data set was transferred to learn the initial training network via pre-training model, and then the convolutional network parameters of the lower three layers of the model were fixed and detected. The small-scale fish data set photographed under water was transferred to the fine-tune network for the second time, and MSRCR with color restoration was used to process underwater images to enhance their similarity with high division fish images, dealing with the problem of image degradation, and to enable the secondary transfer learning to be carried out efficiently. The tests showed that the method had 98.12% of network accuracy using only small-scale underwater shooting fish dataset training, with better detection ability and subsequent improvement ability than traditional machine learning methods, achieving rapid detection of fish targets in images at low underwater resolution. The finding provides certain reference value with deep sea exploration operations and engineering applications such as monitoring, protection and sustainable development of biological resources including demersal fish.
Key words:  deep learning    fish detection    Faster R-CNN algorithm    MSRCR algorithm    transfer learning
               出版日期:  2020-10-09      发布日期:  2020-10-09      期的出版日期:  2020-10-09
中图分类号:  TP391.4  
基金资助: 国家自然科学基金(41776142);上海市科学技术委员会支撑项目(1439190400)
引用本文:    
袁红春, 张硕. 基于Faster R-CNN和图像增强的水下鱼类目标检测方法[J]. 大连海洋大学学报, 2020, 35(4): 612-619.
YUAN Hongchun, ZHANG Shuo. Detection of underwater fish based on Faster R-CNN and image enhancement. Journal of Dalian Ocean University, 2020, 35(4): 612-619.
链接本文:  
https://xuebao.dlou.edu.cn/CN/10.16535/j.cnki.dlhyxb.2019-146  或          https://xuebao.dlou.edu.cn/CN/Y2020/V35/I4/612
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