基于卷积神经网络的高原鼠兔图像检测与分割方法研究

发布时间：2021-01-30 07:59

　　高原鼠兔是青藏高原特有物种之一。高原鼠兔在维护高原草地生态平衡的同时又容易泛滥成灾形成鼠害。准确的预测高原鼠兔的种群数量并采取相应的防治措施对减少鼠害的发生、维护高原草地生态平衡都具有重要意义。随着机器视觉技术的快速发展,通过智能监控设备获取高原鼠兔种群数量成为可能。高原鼠兔目标检测与分割是获取高原鼠兔种群数量的基础,而自然场景下的高原鼠兔图像,目标尺寸小、背景复杂、目标特征不显著,加大了目标检测与分割的难度。本文以Faster-RCNN模型为基础的目标检测模型,针对Faster-RCNN模型中锚点框引入的重复采样以及背景噪声导致的目标检测精度低的问题,提出了基于语义分割的感兴趣区域生成方法。该方法把感兴趣区域的搜索问题转化为前景与背景的二值语义分割问题;然后将语义分割所得的分割掩码通过中值滤波以及连通域分析,直接得到感兴趣区域的位置以及大小,避免了采用锚点框来生成感兴趣区域,降低了背景噪声对目标检测的影响。该方法简化了目标检测模型的同时降低了计算复杂度。对自然场景下的高原鼠兔图像目标检测的实验结果表明:本文提出的基于语义分割的感兴趣区域生成方法与Faster-RCNN模型的RPN网络... 

【文章来源】：兰州理工大学甘肃省

【文章页数】：67 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

语义分割示意图

硕士学位论文第2章数据采集及本文基本理论2.1数据采集工作为了模拟算法的落地场景，本文实验所用的数据全部来自于青藏高原高寒草甸生态环境中。本节就数据采集环境、数据特点和数据格式进行介绍。2.1.1数据采集环境甘南州碌曲县位于青藏高原东北部（东经""3635101～""1558102，北纬""215833～""484834），是典型的高寒草甸生态系统。畜牧业是该地区的支柱产业，碌曲县草场丰富，但该区域鼠害频发，草场出现大量的“黑土滩”，高原鼠兔大量繁殖，对当地的畜牧业造成一定的损失。为了获取实验数据，课题组在甘南州碌曲县尕海湖所在自然保护区，采用固定架设的佳能EOS70D单反相机拍摄了不同场景、不同时段、不同天气情况下的高原鼠兔图像。2.1.2高原鼠兔图像特点本文采用春季与冬季的高原鼠兔图像作为目标检测与语义分割的研究对象。如图2.1所示，图(a)为春季所采集的高原鼠兔图像；图(b)为冬季阴天所采集的高原鼠兔图像；图(c)为冬季晴天所采集的高原鼠兔图像。图2.1不同季节下的高原鼠兔图像从图像可以看出高原鼠兔毛色呈保护色，与草地颜色相近，且随着季节的变化，毛色也发生变化；在春季环境中，高寒草甸存在由高原鼠兔掘洞造成的“黑土滩”[75]，高原鼠兔常有站立其上，两者颜色基本接近，更加难以进行检测；高原鼠兔体型较小，一般体长在7cm到10cm左右，目标在整个图像中占比较小；当春、夏季草场草木茂盛，鼠兔目标常会出现被遮挡的情况；从图(b)和图(c)可以看出，同一季节不同天气情况下，环境光照变化也比较大。草场区域内牛羊粪便、11

硕士学位论文脉冲频率升高；当没有神经冲动产生时，脉冲频率较低。图2.2生物神经元结构示意图图2.3生物神经冲动编码模式示意图在生物神经系统中，除了基础的神经元结构对人工神经网络的发展有深远意义之外，生物的视觉系统组成对卷积神经网络也有着重要影响。感受野是生物视觉系统中的重要结构，通常一定数量的感受器通过视觉神经纤维联系到一起，而在中继神经集合中，通常一个中继神经节接收来自类似于同心圆结构的具有拮抗作用的感受器的信号。这种同心圆结构的组织构成如图2.4所示，通常有给光感受野和撤光感受野两种类型的感受野存在，两种感受野都是同心圆结构，且圆环内外是相互拮抗作用。图2.4生物系统感受野示意图图2.4中(a)图为撤光感受野、(b)图为给光感受野；当给(a)的中心以遮光处理，周围给与光照，则与之相连的中继神经的神经冲动达到最强；反之则神经冲动最13


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