基于深度对抗网络和强化学习的遥感视频多目标检测与跟踪研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    61871306
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    63.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    F0113.信息获取与处理
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2018
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2019-01-01 至2022-12-31

项目摘要

It is difficult to identify the small-sized objects due to complex and varied scenes, and track the lost objects due to inter-frame geometry and radiation difference, and object occlusion in the satellite remote sensing videos. In order to solve these difficulties, fully convolutional-based generative adversarial network model is constructed. It improves the performance of semantic segmentation for remote sensing videos by adversarial learning between the generative and discriminative networks, which provides semantic priori for subsequent object detection and tracking. The position-sensitive strategies are designed for classification and location. The region-based fully convolutional network model is constructed with the embedded semantic priori. Meanwhile, the complementary information of temporal context in the remote sensing videos is used. These methods improve the detection accuracy of small-sized objects and implement end-to-end multi-object detection. Combining with powerful representation ability of deep learning and efficient decision-making mechanism of reinforcement learning, a new multi-object tracking method based on deep reinforcement learning is devised. It tracks of occluded objects again and obtains the complete moving trajectories of objects by using the data correlation of existing object trajectories and detection results. Finally, the project plans to achieve accurate, efficient and robust multi-object detection and tracking of remote sensing videos. The Skysat and Jilin-1 satellite remote video datasets in the complex background are used to validate the effectiveness and superiority of the new model and algorithm. These studies are expected to accelerate the development of theory and technology in remote sensing video interpretation, and promote the application of remote sensing videos.
卫星遥感视频存在场景复杂多样、目标所占像素少引起的目标难以辨别及目标帧间几何辐射差异大、目标遮挡引起的目标丢失难以跟踪的难题。针对这些难题,本课题拟建立全卷积生成对抗网络模型,通过生成网络和判别网络的对抗学习提升其遥感视频语义分割性能,为后续目标检测与跟踪提供语义信息;设计位置敏感的分类和定位策略,构建语义嵌入的区域全卷积网络,同时利用遥感视频的时序上下文互补信息,提高对小目标的检测精度,实现端对端的视频多目标检测;结合深度学习强大的表征能力和强化学习高效的决策机制,设计深度强化学习多目标跟踪方法,利用目标已有轨迹与检测结果的数据关联,实现被遮挡目标的再次跟踪,获取目标的完整运动轨迹,最终达到准确、高效、鲁棒的遥感视频多目标检测与跟踪目的。通过复杂背景下Skysat和吉林一号卫星视频数据验证新模型和算法的有效性和先进性。这些研究有望推动遥感视频解译理论和技术的发展,促进遥感视频应用的深入。

结项摘要

针对遥感视频因目标所占像素少、几何和纹理特征匮乏引起的目标难以辨别及帧间目标几何、辐射差异大、目标遮挡引起的目标丢失难以跟踪的问题,本课题面向卫星遥感视频多目标检测与跟踪任务,围绕遥感视频语义分割、感兴趣目标检测、多目标跟踪,开展了以下工作:1)建立基于全卷积的生成式对抗网络模型,设计两个生成器来生成分别包含空间信息和光谱信息的样本,利用判别器来提取遥感图像的空谱特征同时输出分类置信度,实现高效精准的语义分割,为后续的目标检测与跟踪任务提供了辅助;2)构建基于帧间信息融合与错误匹配抑制的遥感视频运动目标检测网络模型,提出一种基于融合帧间信息的关键点目标检测网络,主要解决遥感视频中小尺寸和模糊目标的误检与漏检问题;3)提出了一种融合运动信息的自适应锚点R-CNN遥感视频目标检测方法。通过均值差分方法从遥感视频中提取目标运动信息,并将其与表观信息相融合,获得具有辨别力的目标特征;对于小尺寸目标,通过定义平滑因子来改进损失函数,使得目标尺寸的回归性能更加稳定;4)设计基于双LSTM分支的遥感视频多目标跟踪方法,其中一个LSTM分支,用于提取同一帧内相邻目标之间的空间信息,有利于稳定地跟踪缺乏表观信息的密集车辆;另一个LSTM分支根据连续帧的运动速度建立车辆的运动模型。基于时空信息的多目标跟踪网络通过结合运动信息和空间信息来判断假设轨迹是否为真,同时为丢失或遮挡目标回归一个虚拟位置。即使一些车辆在几帧中丢失或被遮挡,当这些车辆再次出现时,跟踪可以有效地将这些车辆与原始轨迹相关联。在项目资助下,项目组发表学术论文34篇,其中SCI检索期刊论文25篇;申请国家发明专利12项,其中授权3项。项目组培养已毕业硕士生6名。项目负责人依托该项目,荣获中国自动化学会自然科学二等奖,入选“中国科协青年托举工程计划”和“陕西省科技新星”。

项目成果

期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
Feature selection via Non-convex constraint and latent representation learning with Laplacian embedding
通过非凸约束和拉普拉斯嵌入的潜在表示学习进行特征选择
  • DOI:
    10.1016/j.eswa.2022.118179
  • 发表时间:
    2022-07
  • 期刊:
    EXPERT SYSTEMS WITH APPLICATIONS
  • 影响因子:
    8.5
  • 作者:
    Shang Ronghua;Kong Jiarui;Feng Jie;Jiao Licheng
  • 通讯作者:
    Jiao Licheng
Multiobjective Guided Divide-and-Conquer Network for Hyperspectral Pansharpening
用于高光谱全色锐化的多目标引导分治网络
  • DOI:
    10.1109/tgrs.2022.3159999
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing
  • 影响因子:
    8.2
  • 作者:
    Xi;e Wu;Jie Feng;Ronghua Shang;Xiangrong Zhang;Licheng Jiao
  • 通讯作者:
    Licheng Jiao
SAR Image Segmentation Based on Constrained Smoothing and Hierarchical Label Correction
基于约束平滑和分层标签校正的SAR图像分割
  • DOI:
    10.1109/tgrs.2021.3076446
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing
  • 影响因子:
    8.2
  • 作者:
    Ronghua Shang;Mengmeng Liu;Junkai Lin;Jie Feng;Yangyang Li;Rustam Stolkin;Licheng Jiao
  • 通讯作者:
    Licheng Jiao
Deep Reinforcement Learning for Semisupervised Hyperspectral Band Selection
用于半监督高光谱波段选择的深度强化学习
  • DOI:
    10.1109/tgrs.2021.3049372
  • 发表时间:
    2021-02
  • 期刊:
    IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing
  • 影响因子:
    8.2
  • 作者:
    Jie Feng;Di Li;Jing Gu;Xianghai Cao;Ronghua Shang;Xiangrong Zhang;Licheng Jiao
  • 通讯作者:
    Licheng Jiao
Generative Adversarial Networks Based on Collaborative Learning and Attention Mechanism for Hyperspectral Image Classification
基于协作学习和注意力机制的生成对抗网络用于高光谱图像分类
  • DOI:
    10.3390/rs12071149
  • 发表时间:
    2020-04-01
  • 期刊:
    REMOTE SENSING
  • 影响因子:
    5
  • 作者:
    Feng, Jie;Feng, Xueliang;Yu, Tao
  • 通讯作者:
    Yu, Tao

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其他文献

改良CT三维重建女性骨盆测量方法及其应用
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  • 发表时间:
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  • 作者:
    刘萍;郭传家;唐怡欣;王黎;毛东瑞;陈春林;余艳红;陈斌;冯婕;欧阳振波;徐玉静;段慧
  • 通讯作者:
    段慧
基于免疫克隆高斯过程隐变量模型的SAR目标特征提取与识别
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2013
  • 期刊:
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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    缑丽敏;李阳阳;冯婕;焦李成
  • 通讯作者:
    焦李成
0.18 μm CMOS有源像素图像传感器质子辐照效应
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    --
  • 发表时间:
    2020
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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    蔡毓龙;李豫东;文林;冯婕;郭旗
  • 通讯作者:
    郭旗
强不可伪造的双向代理重签名方案
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    计算机工程
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    冯婕;蓝才会;郏伯荣;杨小东
  • 通讯作者:
    杨小东
基于身份的强不可伪造代理重签名方案
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
    计算机应用
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    冯婕;蓝才会;郏伯荣
  • 通讯作者:
    郏伯荣

其他文献

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冯婕的其他基金

基于动态超图学习的遥感视频场景语义理解研究
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2022
  • 资助金额:
    54 万元
  • 项目类别:
    面上项目
基于多元互信息和快速稀疏多核学习的高光谱遥感影像地物分类
  • 批准号:
    61501353
  • 批准年份:
    2015
  • 资助金额:
    21.0 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目

相似国自然基金

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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