南京郵電大學顧子杰獲國家專利權
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龍圖騰網獲悉南京郵電大學申請的專利基于粒子群和改進YOLOv6的復雜環境下魚群識別與分類方法獲國家發明授權專利權,本發明授權專利權由國家知識產權局授予,授權公告號為:CN119274202B 。
龍圖騰網通過國家知識產權局官網在2025-08-29發布的發明授權授權公告中獲悉:該發明授權的專利申請號/專利號為:202411192526.4,技術領域涉及:G06V40/10;該發明授權基于粒子群和改進YOLOv6的復雜環境下魚群識別與分類方法是由顧子杰;陳冠宇;吳偉;胡晗;史曉冰;房佳明設計研發完成,并于2024-08-28向國家知識產權局提交的專利申請。
本基于粒子群和改進YOLOv6的復雜環境下魚群識別與分類方法在說明書摘要公布了:本發明公開了基于粒子群和改進YOLOv6的復雜環境下魚群識別與分類方法,該方法首先在圖像獲取層面運用多尺度的Retinex算法對獲取的模糊光圖像進行圖像增強處理;接著在圖像識別層面運用改進的BC?YOLOv6算法,將YOLOv6的Backbone與雙向結構的Transformer層的BiFormer相結合,同時在其架構中引入坐標注意力機制模塊,提高對小目標的識別率,改進非極大值抑制,設計相關函數;最后在圖像分類層面運通過定義了特征矩陣并改進了粒子群算法,獲取選擇后的特征矩陣實現了對圖像的分類。仿真結果顯示,本發明可以有效地減少人力和算力成本,顯著的提高對圖像的增強處理,進一步提高遮擋條件下的水底魚群圖像識別分類的監測率與正確率、特征表達能力與圖像分類性能。
本發明授權基于粒子群和改進YOLOv6的復雜環境下魚群識別與分類方法在權利要求書中公布了:1.一種基于粒子群和改進YOLOv6的復雜環境下魚群識別與分類方法,其特征在于,所述方法包括如下步驟: 步驟1:圖像獲取模塊對無人船收集養殖塘內各種魚類圖像數據; 借助多尺度Retinex算法,對獲取的模糊光圖像進行圖像增強處理,提高圖像的像素清晰度,為數據庫提供經過圖像增強處理后的魚群圖像; 步驟2:圖像識別模塊識別無人船拍下的魚群圖像; 采用改進的BC-YOLOv6算法進行圖像識別與粒子群算法分類圖像的方法,BC-YOLOv6算法,將YOLOv6的Backbone與雙向結構的Transformer層的BiFormer相結合,同時在其架構中引入坐標注意力機制模塊CA,圖像識別模塊,借助改進的BC-YOLOv6算法,提高了遮擋圖像訓練的深度模型準確度,包括如下步驟: 將輸入的二維特征圖片劃分成S×S個包含H×W×S2個特征向量的像素點,對像素點進行線性映射后,根據Q和K計算粗粒度區塊的相關性,公式如下: Q=XrWq,K=XrWk,V=XrWv 其中,δ為查詢向量;K為鍵向量;V為值向量; 在粗粒度區域塊上計算注意力權重,計算公式如下: Ar=QrkrT Tr=topklndexAr 其中,Qr和Kr為Q、K每個區域的平均值;Ar為區域間特征值相關性的鄰接矩陣;Tr為索引矩陣; 將每個Token最相關的Topk粗粒度區域作為鍵和值參與運算; 定義了一個函數使用該函數為被抑制的檢測框提供較小分值,使得部分檢測框在一定概率下被保留使得: 其中,Si為預測框最終得分;GIOU為預測框與M之間的交互比;Nt為預定義閾值, 從而利用改進的NMS來提高了遮擋目標的召回率; 步驟3:圖像分類模塊對識別后的魚群圖像進行分類; 通過對特征矩陣的定義以及粒子群算法PSO的改進,獲取選擇后的特征矩陣,完成對圖像的分類,從而獲取識別與分類魚群圖像; 圖像分類模塊,借助對特征矩陣的定義以及粒子群算法PSO的改進,獲取選擇后的特征矩陣以實現對圖像的分類,包括如下步驟: 設定評價函數為FS,其公式如下: FS=α·DiscriminativeS-β·RedundancyS 其中,FS是特征選擇向S的適應度值;α和β是權衡判別性和冗余性的參數;DiscriminativeS是選擇的特征在圖像分類中的判別性;RedundancyS是選擇的特征之間的冗余性; 在粒子群算法的優化過程中,引入粒子群的位置向量為Xi,速度向量為Vi,每個粒子表示一個特征選擇解,位置向量中的元素Xij表示第i個粒子中第j個特征是否被選擇,粒子群的適應度值為FXi,粒子的位置更新和速度更新分別如下: 其中,w是慣性權重;c1和c2是加速因子;r1和r2是隨機數;Pbesti是粒子i歷史上適應度最好的位置;Gbest是整個粒子群歷史上適應度最好的位置;Sigmoid函數用于將速度映射到[0,1]范圍,以確保二進制特征向量的合法性; 定義一個特征矩陣X,其中X[i,j]表示第i個樣本的第j個特征; 利用粒子群優化算法獲得的特征選擇向量S,其中S[j]=1表示選擇第j個特征,S[j]=0表示不選擇第j個特征,借助特征選擇向量S,可以得到經過優化的特征矩陣Xopt,其計算方式如下:Xopt[i,j]=X[i,j]·S[j]; 使用選擇后的特征矩陣Xopt進行圖像分類,采用支持向量機SupportVectorMachine,SVM作為分類器,其目標是找到一個決策函數f,使得對于給定的圖像樣本X[i,;],預測輸出Y[i]與實際標簽T[i]盡可能接近,其公式如下: 其中,L為損失函數。
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