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低可见度环境下基于改进YOLOv3的井下人员定位方法

路晓亚 李海芳

路晓亚,李海芳. 低可见度环境下基于改进YOLOv3的井下人员定位方法[J]. 工矿自动化,xxxx,x(x): x-xx.  doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2024070085
引用本文: 路晓亚,李海芳. 低可见度环境下基于改进YOLOv3的井下人员定位方法[J]. 工矿自动化,xxxx,x(x): x-xx.  doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2024070085
LU Xiaoya, LI Haifang. Personnel localization method for low-visibility environments based on improved YOLOv3[J]. Journal of Mine Automation,xxxx,x(x): x-xx.  doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2024070085
Citation: LU Xiaoya, LI Haifang. Personnel localization method for low-visibility environments based on improved YOLOv3[J]. Journal of Mine Automation,xxxx,x(x): x-xx.  doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2024070085

低可见度环境下基于改进YOLOv3的井下人员定位方法

doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2024070085
基金项目: 河南省科技攻关项目(242102210111)。
详细信息
    作者简介:

    路晓亚(1983—),女,河南商丘人,副教授,硕士,研究方向为计算机技术,E-mail:lxy36214@163.com

  • 中图分类号: TD655.3

Personnel localization method for low-visibility environments based on improved YOLOv3

  • 摘要: 煤矿井下光照不足、粉尘遮挡,井下视频监控系统采集的人员目标在二维图像中表现为小目标或低可见度目标时,原始YOLOv3网络的Darknet53特征金字塔结构无法充分提取和保留目标的细节信息,导致定位结果不准确。针对上述问题,提出一种低可见度环境下基于改进YOLOv3的井下人员定位方法。首先,结合β函数映射和帧间信息增强技术,提升低可见度环境下煤矿井下监控视频的清晰度。然后,采用更轻量级的Darknet-19替代YOLOv3中的Darknet53,并引入CIoU作为YOLOv3的损失函数,利用改进YOLOv3识别增强后视频中的井下人员目标。最后,基于映射模型将识别到的目标从二维空间投影至三维空间,结合三维定位结果完成井下人员定位。选用某煤矿一段低可见度环境下井下监控视频进行实验,结果表明:① 经过基于改进YOLOv3的井下人员定位方法处理后的视频帧亮度、可见度和各项评价指标(平均灰度、平均对比度、信息熵与灰度谱带宽)较原始视频均有明显提升,整体光照条件得到显著改善,且处理后的视频帧对比度得到增强,目标和背景之间更易区分,说明采用的图像增强技术的有效性。② 改进YOLOv3模型准确地识别出视频帧中的井下工作人员,不存在漏识别问题。③ 采用已知位置的标定物或人工标注的的真实三维位置作为基准,计算投影结果与真实位置之间的偏差(偏差计算涵盖XYZ方向上的距离偏差),其中X方向和Y方向上的偏差均低于0.2 m,Z方向上的偏差低于0.002 m,表明构建的映射模型的映射效果和定位精度较高。

     

  • 图  1  改进YOLOv3结构和具体参数

    Figure  1.  Improved YOLOv3 structure and specific parameters

    图  2  实验对象

    Figure  2.  Experimental subjects

    图  3  原始图像

    Figure  3.  Original Image

    图  4  本文方法处理后图像

    Figure  4.  Improved YOLOv3 method for processing images

    图  5  YOLOv3模型识别结果

    Figure  5.  YOLOv3 model recognition results

    图  6  改进YOLOv3模型识别结果

    Figure  6.  Improved YOLOv3 model recognition results

    图  7  不同方法定位偏差对比

    Figure  7.  Comparison of positioning deviations using different methods

    表  1  不同方法客观评价结果

    Table  1.   Different methods to objectively evaluate the results

    评价指标原始图像本文方法
    平均灰度8.1976.45
    平均对比度1.5812.11
    信息熵/bit4.347.09
    灰度谱带宽0.561.00
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出版历程
  • 收稿日期:  2024-07-24
  • 修回日期:  2024-09-25
  • 网络出版日期:  2024-08-22

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