兵工学报 ›› 2025, Vol. 46 ›› Issue (5): 240918-.doi: 10.12382/bgxb.2024.0918
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桂凡, 石章松*(), 孙世岩, 应文健, 胡卫强, 徐慧慧, 吴中红, 胡清平, 张俊
收稿日期:
2024-10-05
上线日期:
2025-05-07
通讯作者:
基金资助:
GUI Fan, SHI Zhangsong*(), SUN Shiyan, YING Wenjian, HU Weiqiang, XU Huihui, WU Zhonghong, HU Qingping, ZHANG Jun
Received:
2024-10-05
Online:
2025-05-07
摘要:
利用可见光图像对海上弹着点水柱进行有效检测与跟踪,是实现海上自动检靶的核心。由于相机的运动、焦距的调节以及水柱的变化,现有的检测与跟踪算法依然存在较高的误报率和身份切换次数(Identity Switch Times,IDs)。为解决上述问题,提出一种基于动态特征的海上弹着点水柱检测跟踪算法。利用YOLOv8目标检测器对静态水柱进行检测,通过在浅层特征图上增加小目标检测头,增强模型对小水柱的检测能力;利用改进的ByteTrack跟踪器对水柱进行跟踪,将相机运动和卡尔曼滤波相结合,补偿由相机运动引起的跟踪偏移;结合水柱形成阶段的时空特征,采用支持向量机进行综合决策,实现对水柱的判断。实验结果表明,与传统的检测跟踪算法相比,新算法在多目标跟踪准确度、识别平均数比率和多目标跟踪精确度这3个关键性能指标上分别提升了7.8%、5.1%和0.9%;误报数减少了112次,IDs数和误检数均降至0,表明新算法不仅能够精确地检测和跟踪水柱,还能够有效地排除其他干扰因素,在整体性能上实现显著的增强。
中图分类号:
桂凡, 石章松, 孙世岩, 应文健, 胡卫强, 徐慧慧, 吴中红, 胡清平, 张俊. 基于动态特征的海上弹着点水柱检测跟踪算法[J]. 兵工学报, 2025, 46(5): 240918-.
GUI Fan, SHI Zhangsong, SUN Shiyan, YING Wenjian, HU Weiqiang, XU Huihui, WU Zhonghong, HU Qingping, ZHANG Jun. Detection and Tracking of Water Columns at Marine Impact Points Based on Dynamic Features[J]. Acta Armamentarii, 2025, 46(5): 240918-.
视频序号 | 视角 | 分辨率 | 帧率 | 时长 | 水柱个数 |
---|---|---|---|---|---|
001 | 水面 | 640×352 | 21 | 3min18s | 21 |
002 | 空中 | 1920×1080 | 30 | 2min25s | 10 |
003 | 空中 | 1920×1080 | 50 | 2min59s | 10 |
表1 测试集
Table 1 Test set
视频序号 | 视角 | 分辨率 | 帧率 | 时长 | 水柱个数 |
---|---|---|---|---|---|
001 | 水面 | 640×352 | 21 | 3min18s | 21 |
002 | 空中 | 1920×1080 | 30 | 2min25s | 10 |
003 | 空中 | 1920×1080 | 50 | 2min59s | 10 |
算法 | P/% | R/% | mAP50/% | mAP50-95/% |
---|---|---|---|---|
YOLOv8 | 0.939 | 0.887 | 0.948 | 0.799 |
YOLOv8-samll | 0.953 | 0.915 | 0.973 | 0.817 |
表2 模型算法性能
Table 2 Performance comparison of the algorithm
算法 | P/% | R/% | mAP50/% | mAP50-95/% |
---|---|---|---|---|
YOLOv8 | 0.939 | 0.887 | 0.948 | 0.799 |
YOLOv8-samll | 0.953 | 0.915 | 0.973 | 0.817 |
视频序号与均值 | IDF1/% | GT | MT | FP | FN | IDs | MOTA/% | MOTP/% | 检靶数 | 误检数 | 漏检数 |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
001 | 98.4 | 21 | 21 | 5 | 7 | 0 | 96.8 | 19.7 | 21 | 5 | 0 |
002 | 90.2 | 10 | 10 | 75 | 1 | 5 | 88.9 | 7.0 | 10 | 7 | 0 |
003 | 91.4 | 10 | 10 | 56 | 4 | 0 | 81.3 | 7.5 | 10 | 11 | 0 |
均值 | 93.3 | 89 | 11.4 |
表4 基于静态特征的水柱检测跟踪结果
Table 4 Detection and tracking results of water columns based on static features
视频序号与均值 | IDF1/% | GT | MT | FP | FN | IDs | MOTA/% | MOTP/% | 检靶数 | 误检数 | 漏检数 |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
001 | 98.4 | 21 | 21 | 5 | 7 | 0 | 96.8 | 19.7 | 21 | 5 | 0 |
002 | 90.2 | 10 | 10 | 75 | 1 | 5 | 88.9 | 7.0 | 10 | 7 | 0 |
003 | 91.4 | 10 | 10 | 56 | 4 | 0 | 81.3 | 7.5 | 10 | 11 | 0 |
均值 | 93.3 | 89 | 11.4 |
视频序号及均值 | IDF1/% | GT | MT | FP | FN | IDs | MOTA/% | MOTP/% | 检靶数 | 误检数 | 漏检数 |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
001 | 98.8 | 21 | 21 | 2 | 7 | 0 | 97.6 | 19.7 | 21 | 0 | 0 |
002 | 98.3 | 10 | 10 | 12 | 13 | 0 | 96.6 | 9.9 | 10 | 0 | 0 |
003 | 98.1 | 10 | 10 | 8 | 4 | 0 | 96.3 | 7.5 | 10 | 0 | 0 |
均值 | 98.4 | 96.8 | 12.3 |
表5 基于动态特征的水柱检测跟踪结果
Table 5 Detection and tracking results of water columns based on dynamic features
视频序号及均值 | IDF1/% | GT | MT | FP | FN | IDs | MOTA/% | MOTP/% | 检靶数 | 误检数 | 漏检数 |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
001 | 98.8 | 21 | 21 | 2 | 7 | 0 | 97.6 | 19.7 | 21 | 0 | 0 |
002 | 98.3 | 10 | 10 | 12 | 13 | 0 | 96.6 | 9.9 | 10 | 0 | 0 |
003 | 98.1 | 10 | 10 | 8 | 4 | 0 | 96.3 | 7.5 | 10 | 0 | 0 |
均值 | 98.4 | 96.8 | 12.3 |
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