Застосування нейромережевих технологій для виявлення підводних боєприпасів

Автор(и)

DOI:

https://doi.org/10.20535/S0021347023030020

Ключові слова:

дистанційно керований підводний апарат, ДКПА, нейромережа, YOLO3, YOLO4, YOLO5, Object Detection, багатопрохідна обробка

Анотація

В статті обґрунтовані пропозиції щодо застосування нейронних мереж родини YOLO для виявлення підводних боєприпасів, що не спрацювали. При цьому використані попередньо навчені на датасеті MS COCO нейронні мережі YOLO3, YOLO4 та YOLO5. Донавчання нейромереж YOLO3 і YOLO4 здійснювалося на модифікованому датасеті підводного сміття Trash-ICRA19, кількість класів об’єктів у якому становила 13, з яких 2 були фіктивними. При цьому середньокласова точність детектування 13 класів об'єктів за допомогою YOLO4 у метриці mAP50 становила 75,2% або 88,9% з урахуванням фіктивних класів. Для тестування нейромереж використані зображення, отримані з відеозаписів процесу розмінування водойм за допомогою дистанційно керованих підводних апаратів (ДКПА). Запропоновано удосконалену схему нейронної мережі, що являє собою каскад з кількох послідовно з’єднаних YOLO-сегментів з багатопрохідною обробкою зображень, а також тензорно-матричний опис механізму уваги. Розроблені рекомендації щодо подальшого підвищення ефективності нейромережевого методу селекції підводних боєприпасів.

Біографія автора

Вадим Іванович Слюсар, Київ

He is included in the book "Who's Who in the World" Scopus author ID: 7004240035 iD ORCID: http://orcid.org/0000-0002-2912-3149

Посилання

Espresso.tv, “Піротехніки розміновують водойми на Київщині,” Youtube канал Espresso.tv, 2022. https://www.youtube.com/watch?v=TxL8MQhBWnU.

5-й Канал, “Атрибути ‘русского міра’: як сапери розміновують село Горенка під Києвом,” Youtube канал 5.tv, 2022. https://www.youtube.com/watch?v=Jd4nWc4apTQ.

V. Slyusar et al., “Improving the model of object detection on aerial photographs and video in unmanned aerial systems,” Eastern-European J. Enterp. Technol., vol. 1, no. 9(115), pp. 24–34, 2022, doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2022.252876.

M. S. Fulton, J. Hong, J. Sattar, “Trash-ICRA19: A Bounding Box Labeled Dataset of Underwater Trash,” 2020. doi: https://doi.org/10.13020/x0qn-y082.

M. Fulton, J. Hong, M. J. Islam, J. Sattar, “Robotic detection of marine litter using deep visual detection models,” in 2019 International Conference on Robotics and Automation (ICRA), 2019, pp. 5752–5758, doi: https://doi.org/10.1109/ICRA.2019.8793975.

C. H. Lampert, H. Nickisch, S. Harmeling, “Attribute-based classification for zero-shot visual object categorization,” IEEE Trans. Pattern Anal. Mach. Intell., vol. 36, no. 3, pp. 453–465, 2014, doi: https://doi.org/10.1109/TPAMI.2013.140.

K. Jang et al., “Simulation to scaled city: zero-shot policy transfer for traffic control via autonomous vehicles,” in Proceedings of the 10th ACM/IEEE International Conference on Cyber-Physical Systems, 2019, pp. 291–300, doi: https://doi.org/10.1145/3302509.3313784.

N. O. Salscheider, “FeatureNMS: Non-maximum suppression by learning feature embeddings,” in 2020 25th International Conference on Pattern Recognition (ICPR), 2021, pp. 7848–7854, doi: https://doi.org/10.1109/ICPR48806.2021.9412930.

D. Bahdanau, K. Cho, Y. Bengio, “Neural machine translation by jointly learning to align and translate,” 2015. doi: https://doi.org/10.48550/arXiv.1409.0473.

V. I. Slyusar, “A family of face products of matrices and its properties,” Cybern. Syst. Anal., vol. 35, no. 3, pp. 379–384, 1999, doi: https://doi.org/10.1007/BF02733426.

V. Slyusar et al., “Improving a neural network model for semantic segmentation of images of monitored objects in aerial photographs,” Eastern-European J. Enterp. Technol., vol. 6, no. 2 (114), pp. 86–95, 2021, doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2021.248390.

K. Liu, L. Peng, S. Tang, “Underwater object detection using TC-YOLO with attention mechanisms,” Sensors, vol. 23, no. 5, p. 2567, 2023, doi: https://doi.org/10.3390/s23052567.

В. І. Слюсар, “Архітектурно-математичні основи удосконалення нейронних мереж з класифікації зображень,” Штучний інтелект, vol. 27, no. 1, pp. 245–258, 2022, doi: https://doi.org/10.15407/jai2022.01.245.

V. Slyusar, “The role of Artificial Intelligence in cross-platform tailoring of AR data,” in VIII International Scientific and Practical Conference, 2020, doi: https://doi.org/10.13140/RG.2.2.22122.13760.

M. O. D. UK, “SAPIENT Interface Control Document. DSTL/PUB145591, 01-Feb-2023,” 2023. uri: https://assets.publishing.service.gov.uk/government/uploads/system/uploads/attachment_data/file/1144352/SAPIENT_Interface_Control_Document_v7_FINAL__fixed2_.pdf.

M. O. D. UK, “SAPIENT autonomous sensor system. Last updated 20 April 2023,” 2023. uri: https://www.gov.uk/guidance/sapient-autonomous-sensor-system.

N. Barman, N. Khan, M. G. Martini, “Analysis of spatial and temporal information variation for 10-bit and 8-bit video sequences,” in 2019 IEEE 24th International Workshop on Computer Aided Modeling and Design of Communication Links and Networks (CAMAD), 2019, pp. 1–6, doi: https://doi.org/10.1109/CAMAD.2019.8858486.

A. Mauri, R. Khemmar, B. Decoux, M. Haddad, R. Boutteau, “Real-time 3D multi-object detection and localization based on deep learning for road and railway smart mobility,” J. Imaging, vol. 7, no. 8, p. 145, 2021, doi: https://doi.org/10.3390/jimaging7080145.

В. И. Слюсар, “Концепция виртуализации поля боя 2050 года,” Озброєння та військова техніка, no. 3, pp. 111–112, 2021, doi: https://doi.org/10.34169/2414-0651.2021.3(31).111-112.

Розмір боксу при використанні трьох проходів

##submission.downloads##

Опубліковано

2023-11-18 — Оновлено 2022-12-26

Як цитувати

Слюсар, В. І. (2022). Застосування нейромережевих технологій для виявлення підводних боєприпасів. Вісті вищих учбових закладів. Радіоелектроніка, 65(12), 766–777. https://doi.org/10.20535/S0021347023030020

Номер

Том 65 № 12 (2022)

Розділ

Оригінальні статті

Ліцензія

Авторське право (c) 2022 Вісті вищих учбових закладів. Радіоелектроніка

Издатель журнала Известия высших учебных заведений. Радиоэлектроника (сокр. "Известия вузов. Радиоэлектроника"), Национальный технический университет Украины "Киевский политехнический институт", учитывает, что доступ автора к его статье является важным как для самого автора, так и для спонсоров его исследований. Мы представлены в базе издателей SHERPA/RoMEO как зеленый издатель (green publisher), что позволяет автору выполнять самоархивирование своей статьи. Однако важно, чтобы каждая из сторон четко понимала свои права. Просьба более детально ознакомиться с Политикой самоархивирования нашего журнала.

Политика оплаченного открытого доступа POA (paid open access), принятая в журнале, позволяет автору выполнить все необходимые требования по открытому доступу к своей статье, которые выдвигаются институтом, правительством или фондом при выделении финансирования. Просьба более детально ознакомиться с политикой оплаченного открытого доступа нашего журнала (см. отдельно).

Варианты доступа к статье:

1. Статья в открытом доступе POA (paid open access)

В этом случае права автора определяются лицензией CC BY (Creative Commons Attribution).

2. Статья с последующим доступом по подписке

В этом случае права автора определяются авторским договором, приведенным далее.

  • Автор (каждый соавтор) уступает Издателю журнала «Известия высших учебных заведений. Радиоэлектроника» НТУУ «КПИ» на срок действия авторского права эксклюзивные права на материалы статьи, в том числе право на публикацию данной статьи издательством Аллертон Пресс, США (Allerton Press) на английском языке в журнале «Radioelectronics and Communications Systems». Передача авторского права охватывает исключительное право на воспроизведение и распространение статьи, включая оттиски, переводы, фото воспроизведения, микроформы, электронные формы (он- и оффлайн), или любые иные подобные формы воспроизведения, а также право издателя на сублицензирование третьим лицам по своему усмотрению без дополнительных консультаций с автором. При этом журнал придерживается Политики конфиденциальности.
  • Передача прав включает право на обработку формы представления материалов с помощью компьютерных программам и систем (баз данных) для их использования и воспроизводства, публикации и распространения в электронном формате и внедрения в системы поиска (базы данных).
  • Воспроизведение, размещение, передача или иное распространение или использование материалов, содержащихся в статье должно сопровождаться ссылкой на Журнал и упоминанием Издателя, а именно: название статьи, имя автора (соавторов), название журнала, номер тома, номер выпуска, копирайт авторов и издателя "© Национальный технический университет Украины "Киевский политехнический институт"; © автор(ы)".
  • Автор (каждый соавтор) материалов сохраняет все права собственника материалов, включая патентные права на любые процессы, способы или методы и др., а также права на товарные знаки.
  • Издатель разрешает автору (каждому соавтору) материалов следующее:
  1. Право пользоваться печатными или электронными вариантами материалов статьи в форме и содержании, принятыми Издателем для публикации в Журнале. Подробнее см. политики Оплаченного открытого доступа, подписки и самоархивирования.
  2. Право бесплатно копировать или передавать коллегам копию напечатанной статьи целиком или частично для их личного или профессионального использования, для продвижения академических или научных исследований или для учебного процесса или других информационных целей, не связанных с коммерческими целями.
  3. Право использовать материалы из опубликованной статьи в написанной автором (соавторами) книге, монографии, учебнике, учебном пособии и других научных и научно-популярных изданиях.
  4. Право использовать отдельные рисунки или таблицы и отрывки текста из материалов в собственных целях обучения или для включения их в другую работу, которая печатается (в печатном или электронном формате) третьей стороной, или для представления в электронном формате во внутренние компьютерные сети или на внешние сайты автора (соавторов).
  • Автор (соавторы) соглашаются, что каждая копия материалов или любая ее часть, распространенная или размещенная ими в печатном или электронном формате, будет содержать указание на авторское право, предусмотренное в Журнале и полную ссылку на Журнал Издателя.
  • Автор (соавторы) гарантирует, что материалы являются оригинальной работой и представлены впервые на рассмотрение только в этом Журнале и ранее не публиковались. Если материалы написаны совместно с соавторами, автор гарантирует, что проинформировал их относительно условий публикации материалов и получил их подписи или письменное разрешение подписываться от их имени.
  • Если в материалы включаются отрывки из работ или имеются указания на работы, которые охраняются авторским правом и принадлежат третьей стороне, то автору необходимо получить разрешение владельца авторских прав на использование таких материалов в первом случае и сделать ссылку на первоисточник во втором.
  • Автор гарантирует, что материалы не содержат клеветнических высказываний и не посягают на права (включая без ограничений авторское право, права на патент или торговую марку) других лиц и не содержат материалы или инструкции, которые могут причинить вред или ущерб третьим лицам. Автор (каждый соавтор) гарантирует, что их публикация не приведет к разглашению секретных или конфиденциальных сведений (включая государственную тайну). Подтверждением этого является Экспертное заключение (см. перечень документов в Правила для авторов).
  • Издатель обязуется опубликовать материалы в случае получения статьей положительного решения редколлегии о публикации на основании внешнего рецензирования (см. Политика рецензирования).
  • В случае публикации статьи на английском языке в журнале «Radioelectronics and Communications Systems» (Издатель: Аллертон Пресс, США, распространитель Springer) автору (соавторам) выплачивается гонорар после выхода последнего номера журнала года, в котором опубликована данная статья.
  • Документ Согласие на публикацию, который подают русскоязычные авторы при подаче статьи в редакцию, является краткой формой данного договора, в котором изложены все ключевые моменты настоящего договора и наличие которого подтверждает согласие автора (соавторов) с ним. Аналогичным документом для англоязычных авторов является Copyright Transfer Agreement (CTA), предоставляемый издательством Allerton Press.
  • Настоящий Договор вступает в силу в момент принятия статьи к публикации. Если материалы не принимаются к публикации или до публикации в журнале автор (авторы) отозвал работу, настоящий Договор не приобретает (теряет) силу.