[发明专利]一种基于YOLO V5算法的船舶多目标追踪方法

权利要求书

1.一种基于YOLO V5算法的船舶多目标追踪方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1，采集船舶图像数据，对采集到的所述船舶图像数据进行图像预处理，基于预处理完毕的图像构建数据集，将所述数据集划分为训练集、验证集和测试集；

S2，基于所述训练集和所述验证集，对YOLO V5网络进行训练，获得YOLO V5检测模型，基于所述测试集对所述YOLO V5检测模型进行测试，获得测试结果，基于所述测试结果对YOLO V5检测模型进行评价，评价合格后则结束测试；

所述YOLO V5网络包括backbone部分、neck部分和prediction部分，在所述S2中，获得所述YOLO V5检测模型的方法具体为：

S2.1，将训练集中的图像进行标准化预处理，并将预处理后的图像输入所述backbone部分，获得不同尺度的特征图；

S2.2，将所述不同尺度的特征图输入所述neck部分，进行上采样和特征融合后获得不同尺度的张量数据；

S2.3，将所述不同尺度的张量数据输入所述prediction部分，基于损失函数及反向传播对梯度进行计算，实时进行梯度更新并利用所述验证集进行验证，获得所述YOLO V5检测模型；

S3，对所述YOLO V5检测模型进行处理，生成YOLO V5船舶追踪模型，基于所述YOLO V5船舶追踪模型对船舶进行追踪并进行实时性验证；

所述S3中对所述YOLO V5检测模型进行处理的方法具体为：采用DeepSort算法进行处理；所述S3中的方法：

S3.1，对所有待追踪目标进行检测，完成检测后构建DeepSort跟踪器，对所述YOLO V5船舶追踪模型输入带有船舶的视频帧并进行处理；

S3.2，处理完毕且第一帧视频图像输入所述YOLO V5船舶追踪模型后，将检测到的目标初始化并创建新的所述DeepSort跟踪器，标注ID；

S3.3，第一帧后的任一帧输入所述YOLO V5船舶追踪模型时，基于所述DeepSort算法，获得所有目标的状态预测和当前帧的所述检测框的交并比，并获得所述交并比的最大唯一匹配，作为目标检测框；

S3.4，基于置信度对所述检测框进行过滤，删除置信度不够高的检测框及特征，基于所述当前帧匹配到的所述目标检测框更新所述DeepSort跟踪器，计算状态更新，获得更新值并输出，将所述更新值作为所述当前帧的追踪框；

若所述当前帧中没有匹配到的目标，则重新初始化所述DeepSort跟踪器：DeepSort将检测器输出的预测框作为输入，获取检测框的特征并进行特征的提取，根据实际需求以及当前计算资源设定合适的检测窗口大小；

预测当前状态和不确定性，使用卡尔曼滤波创建目标的观测模型对每条轨迹进行状态预测；对每一个轨迹，计算当前帧距离上次匹配成功帧的差值，基于上一时刻的状态对当前时刻的状态和不确定性进行预测；更新轨迹的计数器，每预测一次，该计数器加1，如果后续该轨迹成功匹配了检测结果，该计数器清零、同时对计数器设定一个上限，当超过上限值时，当前轨迹删除，认定跟踪目标离开画面；计数器表示这条轨迹连续多少次未和检测结果匹配，用于判断此条轨迹是否离开了画面；如果检测结果没有和现有的轨迹匹配上，将这个检测结果初始化成一个新的轨迹，设定为不确定性，若连续几帧匹配成功，状态更新为确定性状态；若未匹配上检测结果，变为删除状态，轨迹集合中删除；

更新匹配结果，追踪器保存所有的轨迹，每一次的检测目标与生成的轨迹通过匹配进行关联，通过求解的代价矩阵进行关联匹配，完成检测结果的分配问题；通过计算特征距离，接着计算马氏距离以及进行门控阈值控制，得到最终的代距离得到的代价矩阵，通过特征匹配以及门控矩阵，对丢失时间较短的目标优先进行匹配；使用协方差距离或者余弦距离计算检测目标与轨迹的相似度，通过距离度量轨迹的表观特征与检测结果的表观特征，来更加准确预测ID，在余弦距离小于阈值的时候认为匹配成功；使用匈牙利算法进行目标匹配，并将当前所有轨迹根据匹配结果进行删除、匹配、暂定三个状态的分类；

输出结果，状态为confirmed的轨迹的location及其轨迹id；在DeepSort中的轨迹即不同的目标对象，不区分类别；输出confirmed的轨迹，轨迹转换为confirmed条件是需要连续帧使用IOU匹配策略匹配检测结果。