《电子技术应用》
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基于YOLOv11改进的海上小目标多光谱特征检测方法
电子技术应用
孙扩,杨航,方思茁,张翔宇
海军航空大学 青岛校区
摘要: 针对海上环境复杂多变,雾霾、强光反射、夜间低照度条件以及海上小目标成像特征信息非常有限等问题,提出一种基于YOLOv11改进的海上多光谱特征小目标检测方法。通过双分支YOLOv11模型的设计处理跨模态数据特征融合,并引入全局注意力机制模块训练,使改进的多光谱图像小目标检测模型可以充分利用多光谱特征,实现了对多光谱图像中的小目标物体正确检测和定位,尤其在无人机航空拍摄视角下表现优异,这种跨模态融合的方法可显著提升海上小目标检测的鲁棒性和准确性。实验表明,改进模型在VTSaR 数据集上mAP@50指标能够达到 96.5%,较 YOLOv11n 提升 0.4%,可为海上航空无人搜救小目标检测提供新的解决思路。
中图分类号:TP391 文献标志码:A DOI: 10.16157/j.issn.0258-7998.257150
中文引用格式: 孙扩,杨航,方思茁,等. 基于YOLOv11改进的海上小目标多光谱特征检测方法[J]. 电子技术应用,2025,51(12):20-26.
英文引用格式: Sun Kuo,Yang Hang,Fang Sizhuo,et al. Research on a multi-spectral feature-based small target detection method for the sea based on improved YOLOv11[J]. Application of Electronic Technique,2025,51(12):20-26.
Research on a multi-spectral feature-based small target detection method for the sea based on improved YOLOv11
Sun Kuo,Yang Hang,Fang Sizhuo,Zhang Xiangyu
The Naval Aviation University Qingdao Campus
Abstract: In response to the complex and changeable marine environment, such as fog, strong light reflection, low illumination at night, and the limited characteristic information of small targets at sea, a small target detection method based on YOLOv11 for marine multispectral features is proposed. By designing a dual-branch YOLOv11 model to handle the fusion of cross-modal data features and introducing a global attention mechanism module for training, the improved multispectral image small target detection model can fully utilize the multispectral features, achieving accurate detection and positioning of small target objects in multispectral images, especially performing well from the perspective of unmanned aerial vehicle (UAV) aerial photography. This cross-modal fusion method can significantly enhance the robustness and accuracy of small target detection at sea. Experiments show that the improved model can achieve an mAP@50 of 96.5% on the VTSaR dataset, an increase of 0.4% compared to YOLOv11n, providing a new solution for the detection of small targets in marine aerial unmanned search and rescue.
Key words : YOLOv11;object detection;multispectral characteristics;deep learning

引言

无人机具备机动性强、部署快速、成本低等优点,在海上救援领域,特别是在搜索与定位小目标(如遇险船只、落水人员等)方面,展现出巨大的潜力[1-2]。传统的基于可见光成像的目标检测方法在海上小目标检测等实际应用中面临诸多挑战,包括海洋环境复杂多变,雾霾、强光反射、夜间低照度等条件严重影响成像质量,同时小型目标在远距离成像时往往仅占数个像素,特征信息非常有限。这些因素使得传统的检测方法的准确率和鲁棒性难以满足实际需求。

而多光谱成像技术为解决上述问题提供了新的思路,有望显著提升海上小目标检测的鲁棒性和准确性[3]。

多光谱成像技术已在遥感、农业、军事等领域广泛应用,但在海上小目标检测中的研究相对较少[4]。美国海军研究实验室开发的MSI-Net[5]证明了军事应用中多光谱特征在复杂背景目标识别中的独特优势。欧洲海事安全局主导的MultiSpect项目[6]系统评估了多光谱成像在海上监视中的应用潜力,其研究结果显示,结合可见光和红外波段可将小型漂浮物的检测距离延长30%。国内也已经有研究开始探讨如何通过数据融合技术整合多种传感器数据,提升目标检测的准确性与可靠性[7]。但多光谱数据的综合利用仍存在优化空间。哈尔滨工程大学团队提出的双流特征融合网络[8],在多光谱船舶检测任务中取得了突破性进展,但其模型参数量较大。

YOLO(You Only Look Once:统一实时目标检测)算法系列是由Joseph Redmon、Ali Farhadi等人于2015年提出的单阶段目标检测网络[3,9]。YOLOv11算法[10]更具轻量化特性,适用于硬件条件受限的应用场景,未来可移植至嵌入式平台并搭载于无人机等移动平台,为实现海上实时检测和搜救创造有利条件[11]。

针对以上有关海上小目标检测的问题及现状,本研究提出一种基于YOLOv11模型改进的海上多光谱特征小目标检测模型,一是设计双分支YOLOv11主干网络解决多光谱特征跨模态数据模型训练的问题,二是在模型中引入全局注意力机制模块,提升训练模型检测小目标的主要性能指标。


本文详细内容请下载:

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作者信息:

孙扩,杨航,方思茁,张翔宇

(海军航空大学 青岛校区,山东 青岛 266041)


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