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大连海洋大学学报  2021, Vol. 36 Issue (5): 859-865    DOI: 10.16535/j.cnki.dlhyxb.2020-306
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基于注意力机制和Faster R-CNN深度学习的海洋目标识别模型
文莉莉,孙苗,邬满
1.广西壮族自治区药用植物园 信息产业办公室,广西 南宁 530023;2.自然资源部 海洋信息技术创新中心,天津 300171;3.国家海洋信息中心,天津 300171;4.广西壮族自治区海洋研究院,广西 南宁 530022;5.广西大学 电气工程学院,广西 南宁 530004;6.南宁师范大学 北部湾人工智能应技术研究院,广西 南宁 530001
Ocean target recognition model based on attention mechanism and Fast R-CNN deep learning
WEN Lili, SUN Miao, WU Man
1.Information Industry Office, Guangxi Zhuang Autonomous Region Botanical Garden of Medicinal Plants, Nanning 530023, China; 2.Technology Innovation Center of Marine Information, Ministry of Natural Resources, Tianjin 300171, China; 3.National Marine Data Information Center, Tianjin 300171, China; 4.Information Department, Guangxi Zhuang Autonomous Region Academy of Oceanography, Nanning 530022, China; 5.School of Electrical Engineering, Guangxi University, Nanning 530004, China; 6.Beibu Gulf Artificial Intelligence Technology Research Institute, Nanning Normal University, Nanning 530001, China
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摘要 为进一步提升对复杂海洋目标的检测能力,引入自适应尺度的注意力机制,提出一种适应多尺度复杂海洋目标的改进Faster R-CNN模型,该模型通过将卷积网络与SKNet网络相结合,增强模型的特征提取能力与特征有效性,并针对船舶、蚝排、红树林、海岸线4类典型海洋目标,利用91卫图助手与无人机高清影像建立了12 000张样本库,分别基于改进的Faster R-CNN模型与原模型进行对比测试试验。结果表明:改进的模型虽然略微增加了计算量,但其特征提取能力与目标检测能力明显强于原模型,整体识别准确率为87.1%;在4类典型海洋目标中,船舶的识别准确率最高,可达94.4%,而红树林由于其特征比较复杂,边界不明显,其整体识别准确率为75.1%。研究表明,引入SKNet网络的Faster R-CNN网络模型,不仅增强了模型对多尺度复杂目标的特征提取能力,更适用于对复杂海洋目标的检测与识别。
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文莉莉
孙苗
邬满
关键词:  注意力机制  SENet模型  SKNet模型  区域候选网络  Faster R-CNN模型  目标检测  深度学习    
Abstract: In order to improve the detection ability of Faster R-CNN model for complex ocean targets, an improved Faster R-CNN model for multi-scale complex ocean targets is proposed by application of attention mechanism of adaptive scale. The model combines convolution network with SKNet network to enhance the feature extraction ability and effectiveness of the model. A total of 12 000 sample databases were established to detect four typical marine targets including ship, oyster raft, mangrove and coastline and recognize by using 91 satellite image assistant and UAV high-definition image. The comparison of improved Faster R-CNN model with the original model showed that feature extraction ability and target detection ability were significantly better than the original model, with the overall recognition accuracy of 87.1%, and with the maximal ship recognition accuracy (94.4%) among the four types of typical marine targets, while the mangrove recognition accuracy was found to be 75.1% because of its complex features and unclear boundary, although the improved model slightly increases the amount of calculation. The finding shows that the Faster R-CNN model with SKNet not only enhances the feature extraction ability of multi-scale complex targets, but also is more suitable for the detection and recognition of complex marine targets.
Key words:  attention mechanism    squeeze-and-excitation network    selective kernel network    region proposal network    faster R-CNN    target detection    deep learning
               出版日期:  2021-10-25      发布日期:  2021-10-25      期的出版日期:  2021-10-25
中图分类号:  S 932.2  
  TP 399  
基金资助: 自然资源部海洋信息技术创新中心2019年度开放基金(多源时空数据海洋目标智能提取与行为分析预警);国家自然科学基金(61763007,61866007);广西科技重大专项(桂科AA18118025);科技先锋队“强农富民”“六个一”专项行动2021年度项目(桂农科盟202110)
引用本文:    
文莉莉, 孙苗, 邬满. 基于注意力机制和Faster R-CNN深度学习的海洋目标识别模型[J]. 大连海洋大学学报, 2021, 36(5): 859-865.
WEN Lili, SUN Miao, WU Man. Ocean target recognition model based on attention mechanism and Fast R-CNN deep learning. Journal of Dalian Ocean University, 2021, 36(5): 859-865.
链接本文:  
https://xuebao.dlou.edu.cn/CN/10.16535/j.cnki.dlhyxb.2020-306  或          https://xuebao.dlou.edu.cn/CN/Y2021/V36/I5/859
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