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2020年水下目标检测算法赛:声学图像赛项介绍


来源:凤凰网广东综合

为了解决水下恶劣危险的环境,海洋产业在发展中面临着迫切的产业智能化升级需求的问题,将光学技术、声学技术和AI算法更好的融入到海洋产业中,近期,一场由国家自然科学基金委员会、鹏城实验室和湛江市人民政府主办“水下目标检测算法赛”拉开了帷幕。

一、赛事背景

当下,由于水下恶劣危险的环境,海洋产业在发展中面临着迫切的产业智能化升级需求。为了解决该类问题,将光学技术、声学技术和AI算法更好的融入到海洋产业中,近期,一场“水下目标检测算法赛”拉开了帷幕。

“水下目标检测算法赛”属于2020年全国水下机器人(湛江)大赛的线上赛,本次算法赛由国家自然科学基金委员会、鹏城实验室和湛江市人民政府主办,将面向国内及海外各院校和科研机构、科技企业招募优秀选手,深化和拓宽水下机器人和水下目标检测领域的相关研究,推进算法技术向实际产业应用进行赋能。

“水下目标检测算法赛”是2020年初的一个全新算法比赛,该赛事紧扣水下目标检测算法领域,通过提供真实环境下的水下光学图像和声学图像,让选手在线上提交创新的目标检测算法和运算结果,采用线上测评和线上打分的方法来实施比赛,着重考察选手的实际算法和研究能力。

二、详细介绍

声学图像在水下目标检测中探程远、实用性强,针对「声学图像目标检测」赛项,鹏城实验室专门开设了2期在线直播课程,先后请到上海达华测绘有限公司专家李太春老师和河海大学、水下信息感知技术研究中心副主任霍冠英老师,为参赛者和算法爱好人士提供深入浅出的专业讲座。

课程内容涵盖面广、知识干货丰富,其中重点讲解了声纳图像组成与目标检测、声纳图像的智能检测及算法推荐等技术,并解读了海洋产业的发展与前景,具体内容整理如下:

声纳图像组成与目标检测

声纳图像主要由7部分组成,包括:声波发射源、水面反射波、水体杂波、海底反射波、水柱、目标物、阴影。具体解析如下图所示:

声纳图像基本组成

除此之外,结合一些基本的声纳图像知识,也可以有助于准确识别目标物。其中包括:

硬质、粗糙、凸起的水底回波较强,软质、平滑、凹陷的水底回波较弱。

被遮挡的水底不产生回波;距离越远回波越弱。

天然地形产生的声学表现通常是不规则形状的图像变化,图像边缘过度相对平缓,人工目标物通常表现为相对规则的图像变化,图像边缘过度相对明显。

合理运用声纳图像的几何关系,判断目标物的大小、高度等特征。

结合声呐设备的位置、姿态、航向等信息,可以对图像声呐反映出来的特征进行量测和计算。

目标物识别示例

声纳图像的智能检测及算法推荐

目前,声呐的工作性能除了受自身技术参数的限制之外,还受环境因素影响很大,如:声速-深度分布、波浪、海底底质、水深、海流等。这将导致声波的折射、扩散、吸收、噪声等问题。

这也导致在对声纳图像左准确智能检测时,将面临噪声干扰、灰度畸变、几何畸变、形态多样、样本稀缺、混叠失真等问题。

图为同一架飞机的声纳图像,具有形态多样的特性

针对其中一些关于图像去噪、图像增强、目标分割、目标分类等问题,课程提供了相应的算法思路,可帮助实现改善目标检测结果的精度:

非局部均值声纳图像去噪

图像去噪声在OCR、机器人视觉与机器视觉领域应用开发中是重要的图像预处理手段之一,对图像二值化与二值分析很有帮助。

但通常进行局部去噪时,往往我们会忽视边缘处的去噪效果,而近年提出的一种新型去噪技术可以很好的解决该问题。非局部均值去噪可以采用:NL-means、BM3D、SAR-BM3D等方法。

其中,非局部均值(NL-means)方法的基本思想是:当前像素的估计值由图像中与它具有相似邻域结构的像素加权平均得到,在去噪的同时,可以最大程度地保持图像的细节特征。

非局部均值声纳图像去噪示意图

仿人眼视觉声纳图像增强

通常,图像增强的方法包括了:线性拉伸、Gamma校正、直方图据恒华、Retinex处理、小波变换域增强等,但此类方法除了可能放大噪声之外,还有一个局限在于参数选取部分,要求开发者有较成熟的经验。

因此,基于这一问题,可以使用人眼视觉方法进行处理,包括:多分辨率、多方向性、局部化、稀疏表示、对数调节等。

而恰好Curvelet变换能够很好的处理多尺度、多方向、局部化等问题,因此在图像增强部分的处理思路可以采取:

Curvelet变换à人眼视觉的多通道结构

自适应非线性映射à人眼对数调节

Curvelet重构

图像增强处理,从左到右分布为直方图均衡化、Retinex处理及仿人眼视觉图像增强结果三、算法赛日程

报名阶段:2020-2-25 (12:00:00 中午) 至2020-4-10 (12:00:00 中午)

初赛阶段:2020-2-28 (12:00:00 中午) 至2020-4-11 (20:00:00 晚)

综合评审:2020-4-13 (12:00:00 中午) 至2020-4-17 (12:00:00 中午)

线上答辩:2020-4-21 (10:00:00 上午) 至2020-4-23 (17:00:00 下午)

三、算法赛组织

算法赛设置了技术委员会,主席由中国工程院封锡盛院士担任,副主席由大连理工大学卢湖川教授和西北工业大学王惠刚教授担任。技术委员会由该领域具有较高的理论水平和较丰富的实践经验专家组成。技术委员会主要职责如下:

(一)研究拟订算法赛各个赛项的技术评审规则。

(二)负责评审算法赛各个赛项的命题、数据集和评估方法。

(三)针对算法赛的比赛结果进行人工复核和综合评审。

(四)针对算法赛的决赛阶段,推选出相应的专家进行决赛的答辩评审工作。

(五)对算法赛中各阶段突发的技术问题进行应急处置,统筹协调算法赛各阶段技术相关工作,从技术角度保障算法赛的正常进行。

(六)组委会交办的其他事项。

“水下机器人大赛”报道组:陈文富 梁春燕 冯耀丹 李秋怡 钟钰洁 庞杨娇 黎平星 翟欧玲 陈建英 冯诗敏

通讯员:黄诗淇

[责任编辑:陈文富]

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