兵工学报 ›› 2024, Vol. 45 ›› Issue (12): 4350-4363.doi: 10.12382/bgxb.2023.1091
收稿日期:
2023-11-07
上线日期:
2024-03-22
通讯作者:
DING Xiwen1, CHENG Hongchang1,2, YUAN Yuan1,2, SU Yue1,*()
Received:
2023-11-07
Online:
2024-03-22
摘要:
紫外像增强器视场瑕疵是影响器件成像效果的重要因素之一。针对视场瑕疵样本数量少和视场图像显示差异大的问题,采取相应的数据增强策略,并在单发多框检测(Single Shot multibox Detector,SSD)算法的基础上,添加特征金字塔网络(Feature Pyramid Network,FPN),以解决多尺度特征难以有效识别与融合的问题。同时引入卷积注意力模块(Convolutional Block Attention Module,CBAM)去进一步加强网络对小瑕疵目标信息的关注,并抑制噪声干扰。试验结果表明:在自建的数据集上,添加了FPN和CBAM的SSD(Feature Pyramid Network-Convolutional Block Attention Module-Single Shot Multibox Detector,FPN-CBAM-SSD)算法在视场瑕疵实际检测效果方面更优于SSD算法。对于亮点、暗斑、条纹状、亮斑和暗点这5类瑕疵,其平均精准度分别提高了19.76%、22.84%、29.56%、34.55%和38.14%。FPN-CBAM-SSD算法能够满足实际应用需求,适应更加复杂的视场情况,可视为一种有效的紫外像增强器视场瑕疵检测新型方法。
中图分类号:
丁习文, 程宏昌, 袁渊, 苏悦. 基于改进SSD算法的紫外像增强器视场瑕疵检测方法[J]. 兵工学报, 2024, 45(12): 4350-4363.
DING Xiwen, CHENG Hongchang, YUAN Yuan, SU Yue. Detection Method for Field-of-view Defect of Ultraviolet Image Intensifier Based on Improved SSD Algorithm[J]. Acta Armamentarii, 2024, 45(12): 4350-4363.
实验硬件配置 | 型号 | 生产厂家 | |
---|---|---|---|
光源 | BM-Ⅰ No.1608 | 上海灯泡三厂 | |
外接电源 | GWLNSTEK GPP-4323 | 固纬电子(苏州)有限公司 | |
数码相机 | Canon DS126151 400D | 佳能(中国)有限公司 | |
计算机 | 处理器 | Intel(R) Core(TM) i5-12400 4.40GHz | 英特尔(中国)有限公司 |
显卡 | Nvidia GTX 3060 12GB | 技嘉科技股份有限公司 |
表1 实验平台硬件环境配置情况
Table 1 Configuration of hardware environment of the experimental platform
实验硬件配置 | 型号 | 生产厂家 | |
---|---|---|---|
光源 | BM-Ⅰ No.1608 | 上海灯泡三厂 | |
外接电源 | GWLNSTEK GPP-4323 | 固纬电子(苏州)有限公司 | |
数码相机 | Canon DS126151 400D | 佳能(中国)有限公司 | |
计算机 | 处理器 | Intel(R) Core(TM) i5-12400 4.40GHz | 英特尔(中国)有限公司 |
显卡 | Nvidia GTX 3060 12GB | 技嘉科技股份有限公司 |
实验软件环境 | 具体版本号 |
---|---|
Python | 3.6 |
CUDA | 11.3 |
CuDnn | 8.4.1 |
表2 实验平台软件环境配置情况
Table 2 Configuration of software environment of the experimental platform
实验软件环境 | 具体版本号 |
---|---|
Python | 3.6 |
CUDA | 11.3 |
CuDnn | 8.4.1 |
算法 | 准确率/ % | 召回率/ % | F1分数/ % | mAP/% | mAP/ % | FPS/ (帧·s-1) | ||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
暗点 | 亮点 | 暗斑 | 亮斑 | 条纹状 | ||||||
SSD算法 | 90.0 | 14.3 | 23.2 | 22.97 | 43.05 | 48.57 | 42.12 | 27.07 | 36.76 | 70.90 |
CBAM-SSD算法 | 87.6 | 26.4 | 40.5 | 32.80 | 46.12 | 60.58 | 53.42 | 36.89 | 45.96 | 63.53 |
FPN-SSD算法 | 74.7 | 32.9 | 43.4 | 44.82 | 40.13 | 66.29 | 57.56 | 38.49 | 49.46 | 51.47 |
FPN-CBAM-SSD算法 | 81.9 | 51.9 | 63.2 | 61.11 | 62.81 | 71.41 | 76.67 | 56.63 | 65.73 | 15.57 |
表3 消融试验性能指标对比
Table 3 Comparison of ablation test performance indexes
算法 | 准确率/ % | 召回率/ % | F1分数/ % | mAP/% | mAP/ % | FPS/ (帧·s-1) | ||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
暗点 | 亮点 | 暗斑 | 亮斑 | 条纹状 | ||||||
SSD算法 | 90.0 | 14.3 | 23.2 | 22.97 | 43.05 | 48.57 | 42.12 | 27.07 | 36.76 | 70.90 |
CBAM-SSD算法 | 87.6 | 26.4 | 40.5 | 32.80 | 46.12 | 60.58 | 53.42 | 36.89 | 45.96 | 63.53 |
FPN-SSD算法 | 74.7 | 32.9 | 43.4 | 44.82 | 40.13 | 66.29 | 57.56 | 38.49 | 49.46 | 51.47 |
FPN-CBAM-SSD算法 | 81.9 | 51.9 | 63.2 | 61.11 | 62.81 | 71.41 | 76.67 | 56.63 | 65.73 | 15.57 |
算法 | 平均精准度/% | mAP/ % | 参数量/ 106 | GFLOPS/ G | FPS/ (帧·s-1) | ||||
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暗点 | 亮点 | 暗斑 | 亮斑 | 条纹状 | |||||
SSD算法 | 22.97 | 43.05 | 48.57 | 42.12 | 27.07 | 36.76 | 24.15 | 61.14 | 70.90 |
FPN-CBAM-SSD算法 | 61.11 | 62.81 | 71.41 | 76.67 | 56.63 | 65.73 | 30.83 | 66.13 | 15.57 |
Faster-RCNN算法 | 18.54 | 23.53 | 72.85 | 61.16 | 42.84 | 43.78 | 136.77 | 369.82 | 11.92 |
YOLOv5算法 | 31.41 | 23.40 | 32.04 | 32.79 | 25.46 | 29.02 | 7.07 | 16.51 | 102.19 |
YOLOv8算法 | 31.84 | 25.25 | 36.72 | 34.62 | 27.79 | 31.25 | 11.14 | 28.66 | 96.11 |
表4 不同检测算法在自建紫外像增强器视场数据集上的性能对比
Table 4 Performance comparison of different detection algorithms on the self-built UV imageintensifier field of view dataset
算法 | 平均精准度/% | mAP/ % | 参数量/ 106 | GFLOPS/ G | FPS/ (帧·s-1) | ||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
暗点 | 亮点 | 暗斑 | 亮斑 | 条纹状 | |||||
SSD算法 | 22.97 | 43.05 | 48.57 | 42.12 | 27.07 | 36.76 | 24.15 | 61.14 | 70.90 |
FPN-CBAM-SSD算法 | 61.11 | 62.81 | 71.41 | 76.67 | 56.63 | 65.73 | 30.83 | 66.13 | 15.57 |
Faster-RCNN算法 | 18.54 | 23.53 | 72.85 | 61.16 | 42.84 | 43.78 | 136.77 | 369.82 | 11.92 |
YOLOv5算法 | 31.41 | 23.40 | 32.04 | 32.79 | 25.46 | 29.02 | 7.07 | 16.51 | 102.19 |
YOLOv8算法 | 31.84 | 25.25 | 36.72 | 34.62 | 27.79 | 31.25 | 11.14 | 28.66 | 96.11 |
算法 | mAP/ % | 参数量/ 106 | GFLOPS/ 109 | FPS/ (帧·s-1) |
---|---|---|---|---|
SSD算法 | 79.24 | 26.15 | 62.65 | 46.38 |
FPN-CBAM-SSD算法 | 83.63 | 31.77 | 66.83 | 13.96 |
Faster-RCNN算法 | 78.46 | 137.08 | 370.19 | 7.19 |
YOLOv5算法 | 77.12 | 7.12 | 16.64 | 101.41 |
YOLOv8算法 | 81.61 | 11.14 | 28.69 | 93.94 |
表5 不同检测算法在VOC 07+12数据集上的 性能对比
Table 5 Performance comparison of different detection a lgorithms on VOC 07+12 dataset
算法 | mAP/ % | 参数量/ 106 | GFLOPS/ 109 | FPS/ (帧·s-1) |
---|---|---|---|---|
SSD算法 | 79.24 | 26.15 | 62.65 | 46.38 |
FPN-CBAM-SSD算法 | 83.63 | 31.77 | 66.83 | 13.96 |
Faster-RCNN算法 | 78.46 | 137.08 | 370.19 | 7.19 |
YOLOv5算法 | 77.12 | 7.12 | 16.64 | 101.41 |
YOLOv8算法 | 81.61 | 11.14 | 28.69 | 93.94 |
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