軟間隔最大化在露天礦爆破區(qū)域人員疏散自動(dòng)巡查中的應(yīng)用研究

梁永春，陳 楠，朱洪根，田立勤

(華北科技學(xué)院 計(jì)算機(jī)學(xué)院，北京 東燕郊 065201)

0 引言

在露天煤礦開(kāi)采過(guò)程中，拋擲爆破[1]是常用的將巖石或礦石拋離原地的方法。由于此項(xiàng)操作會(huì)在極短時(shí)間內(nèi)釋放大量高溫高壓氣體，具有較高的危險(xiǎn)性。因此，安全生產(chǎn)流程要求實(shí)施爆破區(qū)域人員必須撤離到安全區(qū)域。一般采用的手段是運(yùn)用常用喊話(huà)的方式通知撤離，可是由于礦區(qū)噪音大，干擾因素較多等原因，有可能影響到員工及時(shí)收到撤離通知。為了保證生產(chǎn)安全，在拋擲爆破前對(duì)危險(xiǎn)區(qū)域進(jìn)行人員撤出后的巡檢是防范安全生產(chǎn)事故必要的過(guò)程。可是，傳統(tǒng)人工巡查的方式效率低，而且巡查人員自身安全也存在危險(xiǎn)，因此由機(jī)器巡檢代替人工巡檢是未來(lái)發(fā)展方向。隨著航拍和圖像判讀[2]技術(shù)的發(fā)展，目前利用無(wú)人機(jī)(Unmanned Aerial Vehicle，UAV)航拍圖像并運(yùn)用計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)[3]分析圖像，進(jìn)行危險(xiǎn)區(qū)域巡查，已經(jīng)成為學(xué)術(shù)研究的熱點(diǎn)。相比人工巡查，基于航拍圖像巡查，具有高效和安全的特點(diǎn)。

目前，很多目標(biāo)檢測(cè)算法的識(shí)別速度在每秒15幀以上[4]，中目標(biāo)和大目標(biāo)正確識(shí)別率在80%左右，但對(duì)小目標(biāo)的正確識(shí)別率在30%左右[5]。由于無(wú)人機(jī)離地面較高，拍攝角度是從上向下，人的成像較小，直接通過(guò)單一的目標(biāo)檢測(cè)算法識(shí)別率較低。將小目標(biāo)轉(zhuǎn)換成中目標(biāo)，是提高目標(biāo)識(shí)別率的可行方案。航拍圖像中的小目標(biāo)轉(zhuǎn)換成中目標(biāo)，通常有3種方法：調(diào)整焦距、降低高度和對(duì)成像進(jìn)行超分辨率處理。調(diào)整焦距和降低高度是通過(guò)減小觀測(cè)區(qū)域，實(shí)現(xiàn)目標(biāo)體的成像變大。超分辨率是根據(jù)當(dāng)前圖片提取到的特征，加入部分像素點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)目標(biāo)體的成像變大。通過(guò)調(diào)整焦距實(shí)現(xiàn)目標(biāo)體成像變大，圖像的質(zhì)量容易受到震動(dòng)干擾，因?yàn)闊o(wú)人機(jī)巡檢過(guò)程中由于電機(jī)工作的需要和風(fēng)的影響，震動(dòng)很難避免。降低飛行高度，碰到障礙物的可能性大幅增加，無(wú)人機(jī)的操作難度增加，同時(shí)頻繁的躲避障礙物對(duì)航拍圖像也有較大影響。目前，廣泛采用的方法是基于對(duì)抗生成網(wǎng)絡(luò)的圖像超分辨率方法[6]。但此方法，計(jì)算量較大，引入到圖像的預(yù)處理會(huì)帶來(lái)較大延遲。通過(guò)預(yù)判斷，減小需要超分辨率區(qū)域，可以有效減小延遲。本文提出通過(guò)目標(biāo)檢測(cè)、輪廓判別和圖像超分辨率三種技術(shù)進(jìn)行組合，在損失一定實(shí)時(shí)性的前提下，實(shí)現(xiàn)航拍巡檢圖像目標(biāo)正確識(shí)別率的提升。

1 目標(biāo)識(shí)別流程

巡檢任務(wù)的關(guān)鍵技術(shù)是特定目標(biāo)識(shí)別?；谟?jì)算機(jī)視覺(jué)的目標(biāo)檢測(cè)常由兩個(gè)步驟決定識(shí)別對(duì)象和準(zhǔn)確率——目標(biāo)圖庫(kù)建立與標(biāo)注、選擇特征提取模型進(jìn)行模型訓(xùn)練。訓(xùn)練圖庫(kù)的創(chuàng)建是識(shí)別的基礎(chǔ)，為識(shí)別模型提供特定目標(biāo)的特征。通常為了增強(qiáng)圖庫(kù)的覆蓋，還會(huì)通過(guò)旋轉(zhuǎn)、鏡像轉(zhuǎn)換、曝光強(qiáng)度變化等方式進(jìn)行圖庫(kù)數(shù)據(jù)擴(kuò)充。目前常見(jiàn)通過(guò)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和深度學(xué)習(xí)實(shí)現(xiàn)目標(biāo)檢測(cè)的算法包括faster[7]、YOLO[8]、SSD[9]等。這些算法在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、圖像特征提取、損失函數(shù)的設(shè)計(jì)等方面的差異，表現(xiàn)出不同的目標(biāo)識(shí)別速度和準(zhǔn)確度。通常除了識(shí)別算法對(duì)目標(biāo)識(shí)別準(zhǔn)確度有較大影響外，需要識(shí)別的物體成像大小也與目標(biāo)識(shí)別準(zhǔn)確率直接相關(guān)，通常小圖(小于23×23像素)正確識(shí)別率遠(yuǎn)低于大圖。因此，需要綜合考慮識(shí)別速度和識(shí)別正確率及小目標(biāo)對(duì)正確率的影響，選擇合適的目標(biāo)檢測(cè)算法。為了進(jìn)一步提高算法識(shí)別的正確率，需要對(duì)模型訓(xùn)練和識(shí)別過(guò)程中學(xué)習(xí)率和迭代次數(shù)等參數(shù)進(jìn)行配置和優(yōu)化。航拍圖像中，由于拍攝距離較遠(yuǎn)，目標(biāo)成像較小。高密度殘差神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)圖像細(xì)節(jié)更好的獲取和有效防止梯度消失，更適合小目標(biāo)檢測(cè)[10]。對(duì)于識(shí)別率與識(shí)別效率矛盾問(wèn)題，堅(jiān)持安全生產(chǎn)比生產(chǎn)效率更重要的原則。礦區(qū)的具體情況中，目標(biāo)檢測(cè)正確率的干擾因素是必須要考慮并進(jìn)行針對(duì)性防范的因素。由于需要識(shí)別的目標(biāo)是人，具有主觀意識(shí)，他的穿著和姿勢(shì)對(duì)正確識(shí)別也會(huì)產(chǎn)生影響。

2 改進(jìn)目標(biāo)識(shí)別方案

礦區(qū)大量的工作是由人操作工程車(chē)輛進(jìn)行工作的。因此可以在此類(lèi)情況下，通過(guò)對(duì)車(chē)進(jìn)行整體識(shí)別，提高識(shí)別率。此類(lèi)識(shí)別方案是關(guān)聯(lián)識(shí)別法，需要對(duì)區(qū)域內(nèi)各類(lèi)工程車(chē)輛進(jìn)行航拍圖像收集、標(biāo)注制作成訓(xùn)練集，并選擇適當(dāng)?shù)哪繕?biāo)檢測(cè)模型進(jìn)行訓(xùn)練和識(shí)別，圖1中的目標(biāo)檢測(cè)1實(shí)現(xiàn)此類(lèi)情形下的目標(biāo)檢測(cè)。進(jìn)一步提高此類(lèi)目標(biāo)檢測(cè)對(duì)特定目標(biāo)的檢出率，需要前期對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行收集和分析。前期的準(zhǔn)備工作要實(shí)現(xiàn)兩個(gè)目標(biāo)——關(guān)聯(lián)性目標(biāo)確定和目標(biāo)特征收集。露天煤礦各區(qū)域、各階段進(jìn)行的工程操作具有很高的重復(fù)性，可以較容易實(shí)現(xiàn)根據(jù)由航拍圖像中特定目標(biāo)或特定目標(biāo)的組合檢測(cè)實(shí)現(xiàn)對(duì)此區(qū)域是否有人在操控工程機(jī)械的判斷。目標(biāo)特征收集是指在選定特征目標(biāo)后，對(duì)選定目標(biāo)在不同影響因素下不同工作內(nèi)容的航拍數(shù)據(jù)進(jìn)行收集。這里的不同影響因素，是指對(duì)航拍圖像的影響，例如：太陽(yáng)光照、天氣因素和工作區(qū)域灰塵等因素。

通過(guò)對(duì)特定目標(biāo)的識(shí)別和此目標(biāo)與人的相互關(guān)系，進(jìn)行相關(guān)推理識(shí)別方案并不能滿(mǎn)足所有情況，因此直接對(duì)目標(biāo)進(jìn)行識(shí)別也是需要考慮的情況。小目標(biāo)識(shí)別率較低，但通過(guò)圖像的超分辨率可以實(shí)現(xiàn)目標(biāo)成像的面積擴(kuò)大從而提升目標(biāo)檢測(cè)的識(shí)別率。圖像超分辨率計(jì)算量比較大，消耗的時(shí)間也較長(zhǎng)，在圖像中只有少量識(shí)別目標(biāo)時(shí)，全圖進(jìn)行超分辨率處理性?xún)r(jià)比較低。當(dāng)無(wú)人機(jī)高度一定時(shí)，人像的大小在確定的范圍內(nèi)，因此，可以通過(guò)這個(gè)范圍排除大部分輪廓的周長(zhǎng)和面積不在此范圍的目標(biāo)。在數(shù)字圖像中，目標(biāo)由像素點(diǎn)構(gòu)成，目標(biāo)的部分特點(diǎn)可以通過(guò)輪廓特征表現(xiàn)出來(lái)。根據(jù)數(shù)字圖像的特點(diǎn)，輪廓是與周?chē)袼氐闹挡顒e較大的像素點(diǎn)集合[11]。根據(jù)這些集合數(shù)據(jù)，可以獲得此物體成像的周長(zhǎng)、面積等信息。通過(guò)對(duì)這些信息的分析，本文通過(guò)支持向量機(jī)和軟間隔最大化實(shí)現(xiàn)大部分目標(biāo)與非目標(biāo)的區(qū)分，具體算法討論見(jiàn)下節(jié)。對(duì)于剩下的小目標(biāo)進(jìn)行集中后通過(guò)生成對(duì)抗網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行超分辨率[12]。超分辨率實(shí)現(xiàn)小目標(biāo)向中目標(biāo)的轉(zhuǎn)換，目標(biāo)檢測(cè)識(shí)別率可以到達(dá)80%，見(jiàn)圖1中目標(biāo)檢測(cè)2。為了提高檢出率，此目標(biāo)檢測(cè)模型需要進(jìn)行單獨(dú)訓(xùn)練。訓(xùn)練樣本不僅要包括需要識(shí)別的目標(biāo)，而且對(duì)經(jīng)過(guò)輪廓篩選，具有干擾性的目標(biāo)也進(jìn)行單獨(dú)分類(lèi)訓(xùn)練。假設(shè)圖1中目標(biāo)檢測(cè)2的檢出率是80%，檢出目標(biāo)包括識(shí)別目標(biāo)和干擾目標(biāo)。如果在一次檢出中，所有經(jīng)過(guò)輪廓篩選出的目標(biāo)都進(jìn)行識(shí)別，則此情況下優(yōu)化組合后的識(shí)別可信率能夠達(dá)到90%以上，滿(mǎn)足大部分實(shí)際場(chǎng)景巡檢準(zhǔn)確性的需要。

圖1 人員自動(dòng)識(shí)別算法流程圖

3 輪廓數(shù)據(jù)分析

輪廓是物體的客觀特征之一，數(shù)字圖像中輪廓特指目標(biāo)與背景區(qū)分邊緣像素點(diǎn)集合。輪廓分析就是通過(guò)這些像素點(diǎn)的集合，判斷這些像素點(diǎn)集合是否屬于某類(lèi)目標(biāo)的最大可能性。在本論文中，輪廓篩選可以抽象成為二分類(lèi)問(wèn)題，并通過(guò)軟間隔最大化的方法進(jìn)行分類(lèi)區(qū)分。

通過(guò)輪廓?dú)v史數(shù)據(jù)獲取訓(xùn)練樣本，在本場(chǎng)景中訓(xùn)練數(shù)據(jù)被分為兩類(lèi)：人成像的目標(biāo)輪廓與其它物體成像的非目標(biāo)輪廓.設(shè)圖像中所有輪廓數(shù)據(jù)組成的集合為R，其中xi為R集合中的一個(gè)輪廓數(shù)據(jù)，y為輪廓的歸類(lèi)，并且每個(gè)xi都有唯一對(duì)映的yi即，xi∈Rn，yi={+1，-1}為分類(lèi)標(biāo)記。待求解分類(lèi)面方程(判別函數(shù))為g(x)=(ω,x)+b,使得兩類(lèi)樣本滿(mǎn)足約束條件yi[(ω,xi)+b] ≥ 1.支持向量機(jī)特點(diǎn)是2/‖ω‖代表的兩類(lèi)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的距離越大，對(duì)位于未知點(diǎn)的判斷越準(zhǔn)確，同時(shí)這也是泛化能力的體現(xiàn)。為了滿(mǎn)足梯度下降的條件[13]，在計(jì)算中通常將求最大轉(zhuǎn)換成‖w‖2/2趨近于0實(shí)現(xiàn)。

(1)

本文中基于目標(biāo)輪廓數(shù)據(jù)進(jìn)行檢測(cè)目標(biāo)的預(yù)判斷，是一種選取少量數(shù)據(jù)的預(yù)判斷，存在部分?jǐn)?shù)據(jù)不能通過(guò)線(xiàn)性方程進(jìn)行準(zhǔn)確分類(lèi)。因此需要對(duì)式(1)進(jìn)行修改，求解軟間隔最大化，即對(duì)盡可能多的數(shù)據(jù)進(jìn)行正確分類(lèi)，同時(shí)也允許存在少量分類(lèi)錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)。

(2)

式中，ξi為松弛變量，通過(guò)它實(shí)現(xiàn)對(duì)約束條件的軟化；c為大于0的懲罰系數(shù)，其值代表對(duì)錯(cuò)誤分類(lèi)的懲罰程度，通過(guò)它實(shí)現(xiàn)對(duì)分類(lèi)失效數(shù)據(jù)占比的接受程度調(diào)節(jié)。式(2)可以通過(guò)拉格朗日(Lagrange)有約束條件求最值法進(jìn)行求解。為了簡(jiǎn)化計(jì)算，可以將式(2)轉(zhuǎn)換成對(duì)偶形式[14]。

0≤αi≤c，i=1,...,l

(3)

式中，αi為拉格朗日乘子，求解過(guò)程中分量αi大于零對(duì)應(yīng)的樣本即為支持向量xi，利用軟間隔支持向量機(jī)的KKT條件：

(4)

通常的軟間隔最大化會(huì)得到多個(gè)結(jié)果，即允許少量的非人的成像歸類(lèi)到人的成像；同時(shí)，也允許少量人的成像按非人成像進(jìn)行過(guò)濾。顯然，后一種情況是我們不希望發(fā)生的。根據(jù)集合的概念，圖像數(shù)據(jù)中所有輪廓中特定像素點(diǎn)間的關(guān)系可以組成集合，記為R。為了便于計(jì)算機(jī)對(duì)此集合數(shù)據(jù)的處理，先進(jìn)行離散化，U表示對(duì)離散化后數(shù)據(jù)的一次劃分。A=(U，R)表示離散后的集合是原集合的近似空間，且被分割成互不相交的子集。如果兩個(gè)輪廓的兩個(gè)特殊點(diǎn)對(duì)應(yīng)的相互關(guān)系數(shù)字化描述在相同的等價(jià)類(lèi)，則這兩個(gè)輪廓?dú)w為一類(lèi)(允許此次分類(lèi)與真實(shí)情況不符合，將通過(guò)目標(biāo)檢測(cè)方法進(jìn)一步判斷)。對(duì)于一種特定的輪廓像素點(diǎn)的選擇和此像素點(diǎn)間關(guān)系X?U，此集合不具有精確區(qū)分輪廓對(duì)應(yīng)物體的能力，可表示為：

aprX=R(X)=U{[x]R|[x]R∩X≠φ}={x|x∈U,[x]RX≠φ}

(5)

式(5)中，R(X)為需要得到的特定選點(diǎn)規(guī)則和類(lèi)別區(qū)分方法下，目標(biāo)物體與非目標(biāo)物體的離散后范圍界定。在一個(gè)劃分區(qū)域U，如果包含有目標(biāo)物體x，則此劃分區(qū)域U必須在目標(biāo)物體范圍內(nèi)，并且由這樣的劃分區(qū)域U組成的區(qū)域邊界為目標(biāo)物體和非目標(biāo)物體的區(qū)分邊界。

假設(shè)人的輪廓樣本在超平面上，間隔區(qū)樣本(包含人的輪廓和其它物體輪廓)在超平面上方，其它樣本在超平面下方。求解方法：

① 求解式(3)得到ω；

② 計(jì)算人輪廓樣本(y=1)使得+b1≥0成立，且在+b1=0的條件下求b1；

③ 計(jì)算非目標(biāo)輪廓樣本(y=-1)使得+b2≤0成立，且在+b2=0的條件下求b2；

④ 軟間隔SVM分類(lèi)

不滿(mǎn)足+b2≤0的x代表的輪廓都有可能是人的輪廓。滿(mǎn)足+b1≥0的x代表的輪廓都是人的輪廓。

4 實(shí)驗(yàn)流程和結(jié)果

計(jì)算機(jī)視覺(jué)對(duì)計(jì)算機(jī)硬件要求比較高，本實(shí)驗(yàn)使用的計(jì)算機(jī)硬件配置為CPU:i7 顯卡：T4 8G顯存。實(shí)驗(yàn)的軟件系統(tǒng)是在Ubuntu 16.04 的軟件系統(tǒng)中配置darknet 框架yolo V3 目標(biāo)檢測(cè)算法，和OpenCV 圖像處理工具包。在內(nèi)蒙古某露天煤礦進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)勘察和視頻數(shù)據(jù)的采集。數(shù)據(jù)采集的方式是在不同時(shí)段和不同高度，對(duì)礦區(qū)拋擲爆破區(qū)域進(jìn)行無(wú)人機(jī)航拍。航拍過(guò)程得到礦區(qū)工作人員的幫助，并提供很多重要信息包括拋擲爆破區(qū)域和根據(jù)礦區(qū)爆破安全生產(chǎn)技術(shù)規(guī)范，爆破前需要進(jìn)行人員疏散的區(qū)域。參考目標(biāo)成像大小與識(shí)別率的相互關(guān)系，綜合考慮無(wú)人機(jī)飛行安全，巡檢效率和識(shí)別準(zhǔn)確度。經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)，無(wú)人機(jī)在離地面9米時(shí)人的站姿從前方45度角拍攝，成像大小約為23×23像素，綜合考慮此高度適合無(wú)人機(jī)巡檢。過(guò)高目標(biāo)的成像太小，影響識(shí)別；過(guò)低影響巡檢效率的同時(shí)，巡檢時(shí)遇到的障礙物更多，影響飛行安全。

實(shí)驗(yàn)總體過(guò)程由兩部分組成，訓(xùn)練和檢測(cè)。訓(xùn)練過(guò)程包括航拍圖像數(shù)據(jù)的收集和對(duì)其中目標(biāo)的標(biāo)注。礦區(qū)工作人員都配備統(tǒng)一的工作服，模型的訓(xùn)練的重點(diǎn)是在各種環(huán)境下對(duì)工作服有效識(shí)別。存在的干擾因素來(lái)自目標(biāo)自身和傳播路徑兩方面。目標(biāo)自身包括，員工從事不同工作的不同時(shí)間段身姿特征差異明顯，同時(shí)工作服在工作中被污染等情況都會(huì)影響識(shí)別效果。傳播路徑方面的影響主要來(lái)自環(huán)境方面的影響——由天氣情況、光照情況和工作區(qū)粉塵影響下工作區(qū)能見(jiàn)度。

對(duì)于目標(biāo)自身的各種姿態(tài)和外觀的變化，可以通過(guò)增加樣本集的數(shù)量實(shí)現(xiàn)識(shí)別率的提升。工作區(qū)域能見(jiàn)度對(duì)識(shí)別效果的影響，通過(guò)訓(xùn)練數(shù)據(jù)擴(kuò)充和基于大氣散射模型去霧的方式消除模糊。數(shù)據(jù)擴(kuò)充，是對(duì)訓(xùn)練數(shù)據(jù)中引入由于工作區(qū)域能見(jiàn)度低時(shí)拍攝的目標(biāo)圖像放入訓(xùn)練集中，此時(shí)，需要識(shí)別的目標(biāo)成像時(shí)變模糊。根據(jù)大氣散射模型觀測(cè)到的圖像是目標(biāo)實(shí)際在全球大氣光與介質(zhì)透射共同影響下的結(jié)果。其中，介質(zhì)透射的數(shù)值與大氣散射系數(shù)和物體到相機(jī)的距離有關(guān)。應(yīng)用大氣散射模型去除霧形成的圖像模糊和對(duì)比度低，已經(jīng)有相關(guān)研究成果能夠用于解決本文提到的問(wèn)題，例如通過(guò)透射率去霧、暗通道來(lái)去霧和生成對(duì)抗網(wǎng)去霧[15-18]。

物體的輪廓是物體的特征屬性，本實(shí)驗(yàn)中識(shí)別目標(biāo)是人，因此目標(biāo)的輪廓的周長(zhǎng)和面積會(huì)在確定的區(qū)間內(nèi)。圖2(a)是通過(guò)航拍器獲得的原始圖像，圖2(b)中標(biāo)示區(qū)域是滿(mǎn)足周長(zhǎng)和面積都大于0的區(qū)域，圖2(c)是根據(jù)在一定高度目標(biāo)成像的周長(zhǎng)和面積統(tǒng)計(jì)得到的區(qū)間值進(jìn)行過(guò)濾，得到目標(biāo)可能存在的區(qū)域。為了進(jìn)一步縮小目標(biāo)可能存在的區(qū)域范圍，在輪廓中選取左上點(diǎn)(輪廓中x、y坐標(biāo)值最小點(diǎn))和右下點(diǎn)(輪廓中x、y坐標(biāo)值最大點(diǎn))對(duì)可能是人的成像輪廓進(jìn)行再次過(guò)濾。具體方法是定義x1,y1左上像素點(diǎn)坐標(biāo)，x2,y2右下像素點(diǎn)坐標(biāo)，w代表圖像的寬 h代表圖像的高，為了消除不同相機(jī)成像的誤差，對(duì)X，Y 進(jìn)行無(wú)綱處理，見(jiàn)式(6)。

X= (x2-x1)/wY= (y2-y1)/h

(6)

為了最大可能區(qū)分人的成像的輪廓和其它輪廓，對(duì)前期統(tǒng)計(jì)的數(shù)據(jù)中輪廓左上和右下點(diǎn)的坐標(biāo)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成X、Y的值應(yīng)用軟間隔支持向量機(jī)進(jìn)行分類(lèi)。根據(jù)得到的結(jié)果對(duì)圖C中的結(jié)果輪廓數(shù)據(jù)進(jìn)行再次過(guò)濾，結(jié)果見(jiàn)圖2(d)，圖中只有兩個(gè)區(qū)域可能有人。對(duì)此區(qū)域應(yīng)用SRGAN[19]生成對(duì)抗網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行超分辨率處理，再通過(guò)YOLO V3目標(biāo)檢測(cè)算法進(jìn)行識(shí)別，見(jiàn)圖2(f)。由于實(shí)驗(yàn)中經(jīng)過(guò)輪廓過(guò)濾后的兩個(gè)候選輪廓距離較近，可以在同一區(qū)域進(jìn)行超分辨率，如果過(guò)濾后候選區(qū)域比較分散可以進(jìn)行集中化處理——根據(jù)輪廓位置，復(fù)制區(qū)域像素?cái)?shù)據(jù)到某區(qū)域內(nèi)。

為了提高巡檢結(jié)果的準(zhǔn)確性和可信度，對(duì)經(jīng)過(guò)目標(biāo)過(guò)濾后保留的非目標(biāo)物體單獨(dú)分類(lèi)進(jìn)行訓(xùn)練。對(duì)航拍圖像可以進(jìn)行正向針對(duì)人的成像和反向經(jīng)過(guò)輪廓過(guò)濾與人的成像存在共同點(diǎn)的非人圖像都進(jìn)行識(shí)別，提高航拍巡檢的可信度。同時(shí)，對(duì)于有爭(zhēng)議的物體，同時(shí)識(shí)別成兩類(lèi)目標(biāo)的物體，和未識(shí)別物體，沒(méi)有識(shí)別為人的成像也沒(méi)有識(shí)別為非人的成像的輪廓區(qū)域，可以通過(guò)下降航拍器高度進(jìn)行人工確認(rèn)的方式進(jìn)行處理。得到確認(rèn)后應(yīng)該將這里目標(biāo)單獨(dú)收集放入對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)集中進(jìn)行模型訓(xùn)練集的擴(kuò)充。

通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)試，當(dāng)無(wú)人機(jī)拍攝的圖像經(jīng)過(guò)輪廓篩選，沒(méi)有和人的輪廓特點(diǎn)相符的目標(biāo)物體時(shí)，檢測(cè)效率每秒10幀。如果圖像中有輪廓特征近似區(qū)域，對(duì)此幀圖片進(jìn)行保存，同時(shí)對(duì)可疑區(qū)域進(jìn)行超分辨率處理，再通過(guò)YOLO算法進(jìn)行目標(biāo)識(shí)別。如果識(shí)別結(jié)果顯示是人的成像，對(duì)圖像進(jìn)行標(biāo)注。這種情況的檢測(cè)效率每秒2幀。

5 結(jié)論

本文將無(wú)人機(jī)航拍圖像與計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)結(jié)合，應(yīng)用在露天礦拋擲爆破前特定危險(xiǎn)區(qū)域的人員疏散后的巡檢。通過(guò)下列三個(gè)主要方式，提高無(wú)人機(jī)巡檢結(jié)果可信度與檢測(cè)效率的均衡。

(1) 通過(guò)輪廓數(shù)據(jù)進(jìn)行候選目標(biāo)的過(guò)濾。目標(biāo)的輪廓反應(yīng)被識(shí)別物體的客觀屬性，本文在輪廓的周長(zhǎng)和面積篩選的基礎(chǔ)上，選擇輪廓中的左上和右下點(diǎn)通過(guò)支持向量機(jī)算法結(jié)合軟間隔最大化進(jìn)行目標(biāo)篩選，進(jìn)一步縮小需要識(shí)別的目標(biāo)可能出現(xiàn)的范圍。

(2) 只對(duì)圖像中部分區(qū)域進(jìn)行超分辨率處理，減小計(jì)算量提高目標(biāo)檢測(cè)效率。在實(shí)際應(yīng)用中，航拍圖像獲取的圖像中大部分區(qū)域沒(méi)有需要識(shí)別的目標(biāo)，進(jìn)行全圖超分辨率是耗時(shí)和低效率地。對(duì)圖像先通過(guò)輪廓數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選，有效避免圖像部分區(qū)域不必要的超清化處理。

圖2 目標(biāo)區(qū)域確定與識(shí)別

(3) 建立干擾樣本庫(kù)，提高識(shí)別準(zhǔn)確度。 對(duì)經(jīng)過(guò)篩選，得到的非人成像目標(biāo)是影響目標(biāo)識(shí)別準(zhǔn)確度的主要因素。礦區(qū)生產(chǎn)環(huán)境相對(duì)固定，干擾成像目標(biāo)重復(fù)性較高。對(duì)其單獨(dú)識(shí)別，有助于提高巡檢結(jié)果的可信度。