改進(jìn)YOLOv8的遙感圖像檢測(cè)算法

摘 要：針對(duì)目前遙感圖像目標(biāo)檢測(cè)算法中存在的誤檢、漏檢和檢測(cè)精度低等問題，提出了一種改進(jìn)ＹＯＬＯｖ８ 的遙感圖像檢測(cè)算法。在主干網(wǎng)絡(luò)中引入注意力機(jī)制ＥＭＡ 到Ｃ２ｆ 模塊，以提高模型對(duì)多尺度目標(biāo)的特征提取能力；在頸部網(wǎng)絡(luò)中提出Ｓｌｉｍ-ＰＡＮ 結(jié)構(gòu)，以減少模型計(jì)算量；使用ＷＩＯＵ 損失函數(shù)代替ＣＩＯＵ 損失函數(shù)，以提升模型的檢測(cè)精度。通過在ＤＩＯＲ 和ＲＳＯＤ 遙感數(shù)據(jù)集上的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，改進(jìn)后的算法與原ＹＯＬＯｖ８ 算法相比，ｍＡＰ 分別提升了１． ５％ 和２． ３％ ，計(jì)算量降低了０． ３ ＧＦＬＯＰｓ，改進(jìn)算法在不增加計(jì)算量的同時(shí)能提高檢測(cè)精度，證明了改進(jìn)算法的有效性和先進(jìn)性。

關(guān)鍵詞：遙感圖像；目標(biāo)檢測(cè)；ＹＯＬＯｖ８；注意力機(jī)制

中圖分類號(hào)：ＴＰ３９１． ９ 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：Ａ 開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（ＯＳＩＤ）：

文章編號(hào)：１００３－３１０６（２０２４）０５－１１５５－０７

０ 引言

遙感圖像是指通過衛(wèi)星、飛機(jī)或其他傳感器從遙遠(yuǎn)地面獲取的圖像數(shù)據(jù)。伴隨著科技的不斷進(jìn)步和應(yīng)用需求的不斷增加，遙感圖像在精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)、地質(zhì)災(zāi)害檢測(cè)、城市規(guī)劃和軍事國(guó)防等多個(gè)領(lǐng)域都起到了重要作用［１］。對(duì)于遙感圖像而言，這些圖像中的目標(biāo)通常分布密集、尺度差異顯著，而且還會(huì)受光照、天氣和其他建筑的影響，檢測(cè)背景十分復(fù)雜，從而給檢測(cè)過程帶來一定的影響［２］。因此，降低誤檢率和漏檢率是此領(lǐng)域亟需解決的問題［３］。

目前，基于深度學(xué)習(xí)的目標(biāo)檢測(cè)算法根據(jù)有無(wú)候選區(qū)域分為２ 類：一類是以Ｒ-ＣＮＮ 系列（Ｒ-ＣＮＮ［４］、Ｆａｓｔｅｒ Ｒ-ＣＮＮ［５］和Ｃａｓｃａｄｅ Ｒ-ＣＮＮ［６］）為代表的雙階段目標(biāo)檢測(cè)算法；另一類是以ＹＯＬＯ［７］系列（ＹＯＬＯｖ３［８］、ＹＯＬＯｖ５ 和ＹＯＬＯｖ６［９］）、ＳＳＤ［１０］、Ｃａｓｃａｄｅ ｒｅｔｉｎａｎｅｔ［１１］和ＣｅｎｔｅｒＮｅｔ［１２］等為代表的單階段目標(biāo)檢測(cè)算法。單階段目標(biāo)檢測(cè)算法得到了更廣泛的應(yīng)用是由于它具有更快的識(shí)別速度。國(guó)內(nèi)外已有很多學(xué)者使用單階段目標(biāo)檢測(cè)算法在遙感圖像檢測(cè)領(lǐng)域取得了顯著的成績(jī)，Ｈｏｕ 等［１３］將ＭＳ Ｔｒａｎｓ-ｆｏｒｍｅｒ 模塊與ＣＢＡＭ 注意力機(jī)制引入ＹＯＬＯｖ５ 中，形成新的Ｒ-ＹＯＬＯ 網(wǎng)絡(luò)，提高了對(duì)遙感目標(biāo)的檢測(cè)精度。張上等［１４］設(shè)計(jì)了一種能重構(gòu)特征提取與特征融合的ＬＵＳＳ-ＹＯＬＯ 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，使其能夠提高檢測(cè)精度。Ｗａｎ 等［１５］將多層特征金字塔、多檢測(cè)頭策略和混合注意力模塊放入到ＹＯＬＯｖ５ 中，形成新的ＹＯＬＯＨＲ 網(wǎng)絡(luò)，提高了對(duì)光學(xué)遙感目標(biāo)的檢測(cè)精度。

雖然上述研究已經(jīng)找到了有效的方法來提高遙感圖像檢測(cè)的準(zhǔn)確性，但由于遙感圖像中目標(biāo)尺度變化范圍大且分布密集，容易出現(xiàn)漏檢、誤檢等情況，并且對(duì)于目標(biāo)的特征提取能力不足，導(dǎo)致檢測(cè)精度不高［１６］。針對(duì)上述問題，本文以ＹＯＬＯｖ８ｎ 作為基線網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)行了一系列改進(jìn)和優(yōu)化。首先，在主干特征提取網(wǎng)絡(luò)中將注意力機(jī)制ＥＭＡ［１７］引入到Ｃ２ｆ模塊中，構(gòu)成Ｃ２ｆ＿ＥＭＡ 模塊，以提升網(wǎng)絡(luò)對(duì)遙感目標(biāo)的注意力；其次，在特征融合網(wǎng)絡(luò)中提出了ＳｌｉｍＰＡＮ 結(jié)構(gòu)，在保證準(zhǔn)確性的前提下，降低了計(jì)算量；使用ＷＩＯＵ［１８］損失函數(shù)替換原網(wǎng)絡(luò)中的ＣＩＯＵ［１９］損失函數(shù)，以提高檢測(cè)框的定位能力；最后，在ＤＩＯＲ［２０］和ＲＳＯＤ［２１］公開數(shù)據(jù)集上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明改進(jìn)后的算法對(duì)分布密集且尺寸差異明顯的遙感目標(biāo)具有良好的檢測(cè)效果。

１ ＹＯＬＯｖ８ 算法

ＹＯＬＯｖ８ 模型是由Ｕｌｔｒａｌｙｔｉｃｓ 團(tuán)隊(duì)在２０２３ 年１ 月提出，本文選擇以ＹＯＬＯｖ８ｎ 網(wǎng)絡(luò)模型為基本框架，其模型結(jié)構(gòu)如圖１ 所示，主要包括輸入端、主干網(wǎng)絡(luò)、頸部網(wǎng)絡(luò)和頭部模塊。

輸入端：通過Ｍｏｓａｉｃ 數(shù)據(jù)增強(qiáng)對(duì)圖片進(jìn)行隨機(jī)選擇、拼接和旋轉(zhuǎn)等操作，使模型能夠更好地適應(yīng)真實(shí)世界的復(fù)雜場(chǎng)景，具有更好的魯棒性和泛化能力，進(jìn)而提高模型在復(fù)雜背景下對(duì)目標(biāo)的檢測(cè)能力。

主干網(wǎng)絡(luò)：主要由Ｃｏｎｖ 模塊、Ｃ２ｆ 模塊、ＳＰＰＦ模塊組成。通過Ｃｏｎｖ 模塊可以改變圖像的分辨率和通道數(shù)，實(shí)現(xiàn)更好的特征提??；Ｃ２ｆ 模塊的核心思想是通過結(jié)合全局語(yǔ)義信息和局部目標(biāo)信息來更好地理解圖像，并使目標(biāo)檢測(cè)器更關(guān)注有意義的區(qū)域；ＳＰＰＦ 模塊能在同尺度上對(duì)特征進(jìn)行池化，以允許網(wǎng)絡(luò)在不同大小的輸入圖像上執(zhí)行目標(biāo)檢測(cè)，從而提高模型的感受野和魯棒性。

頸部網(wǎng)絡(luò)：用于將來自不同層次或不同尺度的特征圖進(jìn)行融合，以提高模型在多尺度場(chǎng)景下的性能，這種融合機(jī)制可以提高模型的感受野，使得模型更適應(yīng)于處理多尺度的輸入圖像，從而增強(qiáng)了模型的魯棒性和泛化能力。

頭部模塊：采用解耦頭結(jié)構(gòu)，將分類和檢測(cè)頭分離，同時(shí)將錨框換成了無(wú)錨框，減少了設(shè)計(jì)復(fù)雜性，提高了位置精度和模型的泛化能力，使其變得更加靈活。

２ 改進(jìn)ＹＯＬＯｖ８ｎ 算法

本文以ＹＯＬＯｖ８ｎ 為基線模型，使用Ｃ２ｆ＿ＥＭＡ模塊替換原始主干網(wǎng)絡(luò)中的部分Ｃ２ｆ 模塊，提出Ｓｌｉｍ-ＰＡＮ 結(jié)構(gòu)替換原始頸部網(wǎng)絡(luò)中的ＰＡＮ 結(jié)構(gòu)，最后采用ＷＩＯＵ 作為邊界框損失函數(shù)。改進(jìn)后的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖２ 所示。

２． １ ＥＭＡ 模塊

ＥＭＡ 模塊是一種新的跨空間學(xué)習(xí)的高效多尺度注意力模塊，它能夠在保留每個(gè)通道上信息的同時(shí)將注意力放在感興趣的位置，其結(jié)構(gòu)如圖３ 所示。

具體流程如下：首先，對(duì)于任何給定的輸入特征映射Ｘ，將跨通道維度方向Ｘ 劃分為Ｇ 個(gè)子特征，接下來利用２ 條１×１ 分支和一條３ ×３ 分支來提取分組特征圖的注意力權(quán)重描述符。在１×１ 分支中，通過２ 個(gè)一維全局平均池化操作對(duì)通道進(jìn)行編碼，再連接２ 個(gè)編碼特征之后采用１×１ 卷積生成２ 個(gè)并行的一維特征編碼向量并分別送入Ｓｉｇｍｏｉｄ 函數(shù)中。然后通過簡(jiǎn)單的乘法將每個(gè)組內(nèi)的通道注意力圖合并，以實(shí)現(xiàn)不同通道之間的交互特征。在３×３ 分支中，采用３×３ 的卷積操作旨在捕獲局部不同通道的互動(dòng)特征，從而擴(kuò)大特征空間。其次，引入了２ 個(gè)張量。在１×１ 分支中，用二維全局平均池化進(jìn)行全局空間信息編碼，注意在通道特征聯(lián)合激活機(jī)制前，將最小支路的輸出直接轉(zhuǎn)化為對(duì)應(yīng)的維度形狀。隨后用自然非線性函數(shù)Ｓｏｆｔｍａｘ 來擬合以上的線性變換。通過將并行處理后的輸出與矩陣點(diǎn)積相乘，來獲得一個(gè)空間注意力圖。在３×３ 分支中，原理與１×１ 分支相同。最后，將每組內(nèi)的輸出特征映射相加，從而生成２ 個(gè)空間注意力權(quán)重值的集合，隨后使用Ｓｉｇｍｏｉｄ 函數(shù)和簡(jiǎn)單的乘法操作，使得ＥＭＡ 的最終輸出與Ｘ 的大小相同。

通過將ＥＭＡ 模塊引入到Ｃ２ｆ 中，使模型更加關(guān)注于目標(biāo)區(qū)域位置信息，以提高對(duì)目標(biāo)區(qū)域的檢測(cè)精度，其結(jié)構(gòu)如圖４ 所示。Ｓｉｇｍｏｉｄ 函數(shù)和簡(jiǎn)單的乘法操作，使得ＥＭＡ 的最終輸出與Ｘ 的大小相同。

通過將ＥＭＡ 模塊引入到Ｃ２ｆ 中，使模型更加關(guān)注于目標(biāo)區(qū)域位置信息，以提高對(duì)目標(biāo)區(qū)域的檢測(cè)精度，其結(jié)構(gòu)如圖４ 所示。

２． ２ ＳｌｉｍＰＡＮ 結(jié)構(gòu)

遙感圖像通常從無(wú)人機(jī)、飛機(jī)等輕量化設(shè)備中獲取，參數(shù)量和計(jì)算量較大的網(wǎng)絡(luò)模型在這些邊緣設(shè)備中難以應(yīng)用，因此本文提出了一種由ＧＳＣｏｎｖ［２２］和ＶｏＶＧＳＣＳＰ［２２］構(gòu)成的輕量化ＳｌｉｍＰＡＮ結(jié)構(gòu)。

為了使深度可分離卷積的結(jié)果盡可能地近似標(biāo)準(zhǔn)卷積，標(biāo)準(zhǔn)卷積和深度可分離卷積可以聯(lián)合使用，將普通卷積、深度可分離卷積混合起來，得到ＧＳＣｏｎｖ，其結(jié)構(gòu)如圖５ 所示。

具體操作如下：首先，將輸入的圖片進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)卷積操作，得到通道數(shù)為ｃ２ ／ ２ 的特征圖Ａ，接著對(duì)特征圖Ａ 進(jìn)行深度可分離卷積操作，得到通道數(shù)為ｃ２ ／ ２ 的特征圖Ｂ。然后將特征圖Ａ、Ｂ 進(jìn)行連接，形成特征圖Ｃ。最后，將特征圖Ｃ 進(jìn)行混洗操作，得到最后的輸出特征圖。從圖５ 可以看出，ＧＳＣｏｎｖ 的計(jì)算成本約為Ｃｏｎｖ 的一半，但對(duì)模型的貢獻(xiàn)與標(biāo)準(zhǔn)卷積相當(dāng)?；冢牵樱茫铮睿?設(shè)計(jì)了ＧＳｂｏｔｔｌｅｎｅｃｋ 模塊，并在此基礎(chǔ)上使用單階段聚合方法設(shè)計(jì)了跨階段局部網(wǎng)絡(luò)模塊ＶｏＶＧＳＣＳＰ，在降低了計(jì)算量和復(fù)雜度的同時(shí)保持了足夠的精度。其中，ＧＳ ｂｏｔｔｌｅｎｅｃｋ 的結(jié)構(gòu)如圖６ 所示，ＶｏＶＧＳＣＳＰ 的結(jié)構(gòu)如圖７ 所示。

２． ３ 損失函數(shù)

在原ＹＯＬＯｖ８ｎ 網(wǎng)絡(luò)中，計(jì)算預(yù)測(cè)框的坐標(biāo)損失所采用的是ＣＩＯＵ 損失函數(shù)，其計(jì)算公式如下：

式中：ｗｇｔ、ｈｇｔ 表示真實(shí)框的寬和高，ｗ、ｈ 表示預(yù)測(cè)框的寬和高，ρ２（ｂ，ｂｇｔ ）表示預(yù)測(cè)框與真實(shí)框中心點(diǎn)之間的歐式距離，ＩｏＵ 表示真實(shí)框與預(yù)測(cè)框交并比，Ｃ表示預(yù)測(cè)框與真值框的最小外接矩陣的對(duì)角線長(zhǎng)度，α 表示權(quán)重，ｖ 表示衡量長(zhǎng)寬比一致性的參數(shù)。

雖然ＣＩＯＵ 在ＤＩＯＵ 的懲罰項(xiàng)基礎(chǔ)上添加了一個(gè)影響因子αν，但是，當(dāng)影響因子中的ｖ ＝ ０ 時(shí)，此時(shí)長(zhǎng)寬比的懲罰項(xiàng)為０，于是提出單調(diào)靜態(tài)聚焦機(jī)制，引入ＷＩＯＵ 損失函數(shù)。其計(jì)算公式如下：

式中：Ｗｇ、Ｈｇ 表示最小包圍框的寬和高，ｒ 表示梯度增益。

３ 實(shí)驗(yàn)

３． １ 實(shí)驗(yàn)環(huán)境及參數(shù)設(shè)置

實(shí)驗(yàn)環(huán)境為６４ 位Ｗｉｎｄｏｗｓ １１ 操作系統(tǒng)下搭建的Ｐｙｔｏｒｃｈ ２． ０． １ 深度學(xué)習(xí)框架，Ｐｙｔｈｏｎ３． ８ 以及ＣＵ-ＤＡ １１． ７ 編程軟件。計(jì)算機(jī)ＣＰＵ 為ＡＭＤ Ｒｙｚｅｎ ９７９４５ＨＸ，ＧＰＵ 為ＮＶＩＤＩＡ ＧｅＦｏｒｃｅ ＲＴＸ ４０６０，顯存為８ ＧＢ，內(nèi)存為１６ ＧＢ，訓(xùn)練選用的ｂａｔｃｈ-ｓｉｚｅ 為８，ｅｐｏｃｈｓ 為２００。

３． ２ 數(shù)據(jù)集

為驗(yàn)證算法的可行性，本文在ＤＩＯＲ 遙感數(shù)據(jù)集和ＲＳＯＤ 遙感數(shù)據(jù)集進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。其中，ＤＩＯＲ 數(shù)據(jù)集是一個(gè)用于光學(xué)遙感圖像目標(biāo)檢測(cè)的大規(guī)?；鶞?zhǔn)數(shù)據(jù)集。該數(shù)據(jù)集包含２３ ４６３ 張圖像和１９２ ４７２ 個(gè)實(shí)例，涵蓋２０ 個(gè)對(duì)象類。ＲＳＯＤ 數(shù)據(jù)集是一個(gè)開放的、用于遙感圖像目標(biāo)檢測(cè)的公開數(shù)據(jù)集，該數(shù)據(jù)集包含９４６ 張圖像和６ ９５０ 個(gè)實(shí)例，包括４ 個(gè)對(duì)象類。這４ 個(gè)對(duì)象類是飛機(jī)、操場(chǎng)、立交橋和油箱，其中由于操場(chǎng)圖像中包含４０ 張無(wú)標(biāo)注圖像，本文只使用１４９ 張標(biāo)注過的操場(chǎng)圖像。在實(shí)驗(yàn)中，按照７ ∶ ２ ∶ １的比例隨機(jī)的將數(shù)據(jù)分成訓(xùn)練集、驗(yàn)證集和測(cè)試集，以進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

３． ３ 性能評(píng)價(jià)指標(biāo)

實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)指標(biāo)采用精密度（Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ，Ｐ）、回收率（Ｒｅｃａｌｌ，Ｒ）、平均測(cè)量精度（ｍＡＰ）、浮點(diǎn)運(yùn)算次數(shù)（Ｇｉｇａ Ｆｌｏａｔｉｎｇ-ｐｏｉｎｔ Ｏｐｅｒａｔｉｏｎｓ Ｐｅｒ Ｓｅｃｏｎｄ，ＧＦＬＯＰｓ）對(duì)改進(jìn)后的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行評(píng)估。Ｐ、Ｒ、ｍＡＰ 計(jì)算如下：

式中：ＴＰ 表示模型預(yù)測(cè)為正向的正樣本，ＦＰ 表示模型預(yù)測(cè)為正向的負(fù)樣本，ＦＮ 表示模型預(yù)測(cè)為負(fù)向的正樣本，即漏檢數(shù)；ＡＰｉ 表示對(duì)數(shù)據(jù)集中的某一種類別求平均精度，ｋ 表示數(shù)據(jù)集中所有類別的數(shù)目。

３． ４ 消融實(shí)驗(yàn)

為了分析每個(gè)模塊對(duì)原網(wǎng)絡(luò)的作用和有效性，通過設(shè)計(jì)４ 組消融實(shí)驗(yàn)來分別評(píng)估使用Ｃ２ｆ＿ＥＭＡ模塊、Ｓｌｉｍ-ＰＡＮ 結(jié)構(gòu)、ＷＩＯＵ 損失函數(shù)對(duì)ＹＯＬＯｖ８ｎ的改進(jìn)效果，結(jié)果如表１ 所示。分析表１ 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，原ＹＯＬＯｖ８ｎ 的Ｐ、Ｒ、ｍＡＰ、ＧＦＬＯＰｓ 分別為８９％ 、７９． ３％ 、８５． ５％ 、８． ９。加入Ｃ２ｆ＿ＥＭＡ 模塊后，Ｒ 和ｍＡＰ 均有不同程度的提升，說明Ｃ２ｆ＿ＥＭＡ 模塊有助于更好地聚焦于網(wǎng)絡(luò)關(guān)注的地方，從而克制對(duì)無(wú)關(guān)的背景信息的關(guān)注。用ＳｌｉｍＰＡＮ 結(jié)構(gòu)改進(jìn)ＰＡＮ結(jié)構(gòu)，減少了計(jì)算量的同時(shí)使得Ｐ 提高了０． ２％ ，Ｒ 提高了０． ８％ ，ｍＡＰ 提高了０． ８％ ，說明ＳｌｉｍＰＡＮ 結(jié)構(gòu)能在實(shí)現(xiàn)輕量化的同時(shí)提高準(zhǔn)確率、召回率和平均精度均值；用ＷＩＯＵ 損失函數(shù)替換ＣＩＯＵ 損失函數(shù)，Ｐ 下降了０． ８％ ，Ｒ 提高了１． ７％ ，ｍＡＰ 提高了１． ２％ ，說明ＷＩＯＵ 損失函數(shù)以降低準(zhǔn)確率為代價(jià)大大提升了召回率和平均精度均值；同時(shí)添加Ｃ２ｆ＿ＥＭＡ 模塊、Ｓｌｉｍ-ＰＡＮ 結(jié)構(gòu)以及ＷＩＯＵ 損失函數(shù)后，Ｐ 提高了０． ５％ ，Ｒ 提高了１． ２％ ，ｍＡＰ 提高了１． ５％ ，ＧＦＬＯＰｓ減少了０． ３，取得了最優(yōu)改進(jìn)。

３． ５ 對(duì)比實(shí)驗(yàn)

為了證明所提模型的優(yōu)勢(shì)，在其余所有條件都不變的前提下，利用ＤＩＯＲ 公開遙感數(shù)據(jù)集在ＹＯＬＯｖ３、ＹＯＬＯｖ５、ＹＯＬＯｖ６、ＹＯＬＯｖ８ｎ 以及改進(jìn)的ＹＯＬＯｖ８ｎ 網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了對(duì)比試驗(yàn)，結(jié)果如表２ 所示。

從表２ 可以看出，ＹＯＬＯｖ８ｎ 網(wǎng)絡(luò)的Ｐ、Ｒ、ｍＡＰ指標(biāo)要明顯優(yōu)于其他經(jīng)典ＹＯＬＯ 模型，而改進(jìn)的ＹＯＬＯｖ８ｎ 網(wǎng)絡(luò)在計(jì)算量低于原ＹＯＬＯｖ８ｎ 網(wǎng)絡(luò)的前提下，其Ｐ、Ｒ、ｍＡＰ 均有不同程度的提升，既實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)的輕量化又提升了對(duì)遙感圖像中目標(biāo)的檢測(cè)精度，證明了本文改進(jìn)方法的有效性。

為了充分反映本文方法的適用性，設(shè)置相同的訓(xùn)練參數(shù)，將改進(jìn)后的ＹＯＬＯｖ８ｎ 網(wǎng)絡(luò)在ＲＳＯＤ 數(shù)據(jù)集上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，結(jié)果如表３ 所示。

分析表３ 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，改進(jìn)ＹＯＬＯｖ８ｎ 網(wǎng)絡(luò)的Ｐ 提高了０． ４％ ，Ｒ 提高了５． ３％ ，ｍＡＰ 提高了２． ３％ ，計(jì)算量ＧＦＬＯＰｓ 減少了０． ３，證明了本文改進(jìn)方法的適用性。

本文對(duì)ＤＩＯＲ 數(shù)據(jù)集中檢測(cè)效果具有代表性的幾類場(chǎng)景進(jìn)行改進(jìn)前后檢測(cè)效果的可視化效果進(jìn)行了展示，如圖８ 所示。其中，圖８ （ａ）１、圖８ （ａ）３、圖８（ｂ）１、圖８ （ｂ）３、圖８ （ｃ）１、圖８ （ｃ）３ 為原ＹＯＬＯｖ８ｎ 算法檢測(cè)效果圖，圖８ （ａ）２、圖８ （ａ）４、圖８（ｂ）２、圖８（ｂ）４、圖８（ｃ）２、圖８（ｃ）４ 為改進(jìn)后的ＹＯＬＯｖ８ｎ 算法檢測(cè)效果圖。由圖８（ａ）１、圖８（ａ）２ 的檢測(cè)效果可知，在待檢測(cè)目標(biāo)分布密集且尺度變化范圍大的情況下，改進(jìn)后的算法有效地解決了對(duì)于紅框處海港的漏檢問題并且提升了對(duì)海港這種大目標(biāo)的檢測(cè)精度。由圖８（ａ）３、圖８（ａ）４ 的檢測(cè)效果可知，在背景復(fù)雜且待檢測(cè)目標(biāo)尺度變化范圍大的情況下，改進(jìn)后的算法有效地解決了對(duì)于紅圈處車輛的漏檢。由圖８（ｂ）１、圖８（ｂ）２ 的檢測(cè)效果對(duì)比可知，在待檢測(cè)目標(biāo)分布密集的情況下，原始ＹＯＬＯｖ８ｎ 算法錯(cuò)誤地將房屋陰影處識(shí)別為車輛，而改進(jìn)后的ＹＯＬＯｖ８ｎ 算法有效地解決了誤檢問題。由圖８（ｂ）３、圖８（ｂ）４ 的檢測(cè)效果對(duì)比可知，在待檢測(cè)目標(biāo)分布密集且尺度變化范圍大的情況下，改進(jìn)后的算法完美地解決了對(duì)于天橋這種大目標(biāo)的誤檢。圖８（ｃ）１、圖８（ｃ）２、圖８（ｃ）３、圖８（ｃ）４ 的檢測(cè)結(jié)果表明，在背景復(fù)雜且目標(biāo)尺度變化范圍大的情況下，改進(jìn)后的算法相比原始ＹＯＬＯｖ８ｎ 算法檢測(cè)精度更高，檢測(cè)效果更好?？傮w上來說，改進(jìn)后的算法既解決了目標(biāo)被漏檢或誤檢的問題又提升了檢測(cè)精度，體現(xiàn)了該算法的有效性。

４ 結(jié)束語(yǔ)

針對(duì)復(fù)雜背景下遙感圖像目標(biāo)分布密集、尺度變化范圍較大的檢測(cè)難題，將注意力機(jī)制ＥＭＡ 引入到主干網(wǎng)絡(luò)部分Ｃ２ｆ 模塊中，從而加強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)在復(fù)雜背景下對(duì)目標(biāo)的注意力；提出了Ｓｌｉｍ-ＰＡＮ 的結(jié)構(gòu)，使不同尺度之間的特征相互融合，既實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)的輕量化又提升了對(duì)遙感目標(biāo)的檢測(cè)精度；使用ＷＩＯＵ 損失函數(shù)來替換原網(wǎng)絡(luò)中的ＣＩＯＵ 損失函數(shù)，解決了當(dāng)預(yù)測(cè)框與真實(shí)框重合時(shí)懲罰項(xiàng)失靈的問題，提高了定位框的準(zhǔn)確度。在ＤＩＯＲ 數(shù)據(jù)集和ＲＳＯＤ 數(shù)據(jù)集上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，改進(jìn)后的ＹＯＬＯｖ８ｎ 網(wǎng)絡(luò)比原ＹＯＬＯｖ８ｎ 網(wǎng)絡(luò)的準(zhǔn)確率、召回率、平均精度均值分別提高了０． ５％ 和０． ４％ 、１． ２％ 和５． ３％ 、１． ５％和２． ３％ ，且計(jì)算量ＧＦＬＯＰｓ 降低了０． ３，證明了改進(jìn)算法既具有適用性又具有有效性。鑒于ＤＩＯＲ 數(shù)據(jù)集和ＲＳＯＤ 數(shù)據(jù)集主要包含白天或晴天的遙感圖像，晚上、霧天和雨天等惡劣天氣環(huán)境下的圖像很少，因此未來將在惡劣天氣下收集相關(guān)遙感圖像并加入ＤＩＯＲ 和ＲＳＯＤ 數(shù)據(jù)集中，以增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)在惡劣環(huán)境下的魯棒性和泛化性。

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作者簡(jiǎn)介

程換新 男，（１９６６—），博士，教授，碩士生導(dǎo)師。主要研究方向：人工智能、先進(jìn)控制、機(jī)器視覺。

矯立浩 男，（１９９９—），碩士研究生。主要研究方向：人工智能、深度學(xué)習(xí)、目標(biāo)檢測(cè)。

（*通信作者）駱曉玲 女，（１９６６—），博士，教授，碩士生導(dǎo)師。主要研究方向：過程裝備自動(dòng)化的優(yōu)化設(shè)計(jì)。

于沙家 女，（１９８６—），碩士，講師。主要研究方向：人工智能、先進(jìn)控制技術(shù)。

基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金（６２２７３１９２）