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摘要
目的电线预警对于直升机和无人飞行器的低空飞行安全至关重要,利用可见光和红外图像识别电线是一个有效途径。传统识别方法需要人工设计的滤波器提取电线的局部特征,再使用Hough变换等方法找出直线,支持向量机和随机森林等机器学习方法仅给出图像中有无电线的识别结果。本文提出一种基于全卷积网络的电线识别方法,能在自动学习特征提取器的同时得到电线的具体位置等信息。方法首先利用复杂背景生成大量包含电线图像和像素标签的成对仿真数据;然后改进U-Net网络结构以适应电线识别任务,使用仿真数据进行网络训练。由于图像中电线所占的像素很少,因此采用聚焦损失函数以平衡大量负样本的影响。结果在一个同时包含红外图像和可见光图像各4 000幅的电力巡线数据集上,与VGG(visual geometry group) 16等多种特征的随机森林方法相比,本文方法的电线识别率达到了99%以上,而虚警率不到2%;同时,本文方法输出的像素分割结果中,电线基本都能被识别出来。结论本文提出的全卷积网络电线识别方法能够提取电线的光学图像特征,而且与传统机器学习方法相比能将电线从场景中精确提取出来,使得识别结果更加有判断的依据。
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单位中国航空工业集团公司雷华电子技术研究所; 上海交通大学; 航天学院
