深度学习,小目标检测有办法!

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因为小目标的特征很容易被背景信息淹没或者在下一次采样中丢失。所以分享一些针对小目标检测的有效方法和技术

1. 改进网络结构

使用浅层特征(低层特征)
小目标的信息通常存在于网络的浅层特征中,可以通过多尺度特征融合的方法改进检测效果:

1.FPN(Feature Pyramid Network):利用金字塔结构融合不同层次的特征,对小目标表现尤为优异。

2.PANet(Path Aggregation Network):进一步优化了特征融合路径,加强了低层特征的传播。

3.BiFPN(EfficientDet中的模块):针对特征融合进行了优化,权重可学习,适合小目标。

2. 数据增强技术

高分辨率输入
对小目标,提高输入图像分辨率可以保留更多细节,确保小目标不会因下采样被丢失。

局部裁剪(Crop Augmentation)
对含有小目标的区域进行放大训练,增加模型对小目标的关注。

随机缩放(Random Scaling)
在数据增强时对小目标区域进行缩放,增加小目标的检测鲁棒性。

3. 使用检测器优化的小目标专用算法

YOLOv8/YOLOv11(改进版YOLO)

这些版本优化了特征提取和多尺度检测,对小目标有较好的检测能力。

RetinaNet
引入了Focal Loss,专门针对小目标和难样本进行了优化,缓解类别不平衡问题。

SSD(Single Shot MultiBox Detector)+ FPN
SSD本身支持多尺度检测,结合FPN后对小目标表现更好。

4. 注意力机制

SE模块(Squeeze-and-Excitation)
自适应地重新分配通道权重,增加小目标的特征表示能力。

CBAM(Convolutional Block Attention Module)
结合空间和通道注意力,引导模型更加关注小目标所在区域。

Transformer-based Models
使用视觉Transformer(如 DETR、Deformable DETR)来学习长距离依赖关系,对小目标区域的特征捕捉能力更强。

5. 增加小目标的权重

在训练时对小目标区域进行权重提升:

Anchor-Free方法:如FCOS(Fully Convolutional One-Stage Object Detection),通过对小目标区域加权,提高其检测优先级。

重新分配Anchor大小:在Anchor-based方法(如YOLO、Faster R-CNN)中,设计更小的Anchor框以适应小目标。

6. 使用更高分辨率的特征提取器

比如 Swin TransformerEfficientNet,这些模型在特征提取阶段对小目标表现较好。

7. 后处理优化

基于上下文信息
利用目标周围的上下文信息增强小目标检测。

多尺度推理
在测试阶段对图像进行多尺度输入,结合输出结果,提升小目标的检测性能。

推荐组合

如果任务中小目标占比较高,可以尝试以下配置:

  1. YOLOv11 + FPN + 数据增强(随机缩放、局部裁剪)。
  2. RetinaNet + Focal Loss + 高分辨率输入。
  3. EfficientDet + BiFPN + SE模块。
  4. Transformer-based方法(如Deformable DETR)。

这些方法可以根据实际需求进行调整,尤其是结合板栗识别的场景,可能需要在训练集中强调小目标样本的比例和质量。