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基于注意力机制的舰船尾迹分割网络

罗禹时 周志峰 任朴林

罗禹时, 周志峰, 任朴林. 基于注意力机制的舰船尾迹分割网络[J]. 上海工程技术大学学报, 2026, 40(2): 135-142. doi: 10.12299/jsues.24-0167
引用本文: 罗禹时, 周志峰, 任朴林. 基于注意力机制的舰船尾迹分割网络[J]. 上海工程技术大学学报, 2026, 40(2): 135-142. doi: 10.12299/jsues.24-0167
LUO Yushi, ZHOU Zhifeng, REN Pulin. Ship wake segmentation network based on attention mechanism[J]. Journal of Shanghai University of Engineering Science, 2026, 40(2): 135-142. doi: 10.12299/jsues.24-0167
Citation: LUO Yushi, ZHOU Zhifeng, REN Pulin. Ship wake segmentation network based on attention mechanism[J]. Journal of Shanghai University of Engineering Science, 2026, 40(2): 135-142. doi: 10.12299/jsues.24-0167

基于注意力机制的舰船尾迹分割网络

doi: 10.12299/jsues.24-0167
详细信息
    作者简介:

    罗禹时(1999 − ),男,硕士生,研究方向为遥感图像的深度学习研究。E-mail:lys15048003428@163.com

    通讯作者:

    周志峰(1976 − ),男,教授,博士,研究方向为图像检测和测量控制。E-mail:zhousjtu@126.com

  • 中图分类号: P234

Ship wake segmentation network based on attention mechanism

  • 摘要: 针对传统深度学习语义分割网络难以高精度分割舰船尾迹的问题,提出一种基于通道先验卷积注意力(channel prior convolutional attention, CPCA)机制的VGG-UNet语义分割网络模型。首先,通过资料调查和目视解译构建光学遥感图像舰船尾迹数据集,通过数据增强技术扩充数据集;其次,改进U-Net网络架构,在编码器部分使用视觉几何组(visual geometry group, VGG)主干特征提取网络,将CPCA机制引入VGG-UNet网络模型中的跳跃连接部分,并采用迁移学习策略提升特征获取能力;最后,对改进的CPCA VGG-UNet网络模型进行训练,并进行对比实验和消融实验。结果表明,改进后网络模型的平均交并比Im、平均召回率Rm和平均像素级准确率Pm评价指标分别为87.68%、92.67%和91.58%,均优于U-Net、VGG-UNet和Res-UNet网络模型。本研究所提网络模型具有更高的分割精确度,为更加完整地分割舰船尾迹提供了新思路。
  • 图  1  通道先验卷积注意力机制

    Figure  1.  Channel prior convolutional attention mechanism

    图  2  CPCA VGG-UNet网络模型结构图

    Figure  2.  Structure diagram of CPCA VGG-UNet network model

    图  3  损失函数曲线

    Figure  3.  Loss function curves

    表  1  数据增强效果示意图

    Table  1.   Illustration of data augmentation effects

    图像 原始图像 旋转90° 旋转180° 旋转270° 垂直翻转 水平翻转
    原始图像
    标签图像
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    表  2  网络训练参数

    Table  2.   Network training parameters

    参数数值/类别
    训练轮次120
    批次大小2
    初始学习率0.0001
    学习率衰减优化器ADAM
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    表  3  混淆矩阵

    Table  3.   Confusion matrix

    预测结果 真实情况
    舰船尾迹 背景
    舰船尾迹 TP FP
    背景 FN TN
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    表  4  对比实验数据

    Table  4.   Comparative experimental data

    网络模型 Im/% Rm/% Pm/%
    U-Net 81.32 88.37 88.14
    VGG-UNet 84.51 91.18 89.73
    Res-UNet 83.90 90.27 88.51
    CPCA VGG-UNet 87.68 92.67 91.58
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    表  5  可视化结果

    Table  5.   Visualized results

    图像序号 原始图像 标签图像 U-Net VGG-UNet Res-UNet CPCA VGG-UNet
    1
    2
    3
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    表  6  消融实验数据

    Table  6.   Ablation experiment data

    编号 CPCA 预训练权重 Im/% Rm/% Pm/%
    1 83.14 89.55 88.27
    2 84.51 91.18 89.73
    3 86.39 91.64 90.04
    4 87.68 92.67 91.58
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出版历程
  • 收稿日期:  2024-06-11
  • 网络出版日期:  2026-08-19
  • 刊出日期:  2026-06-30

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