改进YOLOv8的道路损伤检测
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国家自然科学基金(62371242); 南京信息工程大学引入人才启动基金(2023r061)


Road Damage Detection with Improved YOLOv8
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    摘要:

    针对道路损伤检测面临的多尺度目标、复杂的目标结构、样本分布不均及难易样本对边界框回归的影响等问题, 本研究提出了一种基于改进YOLOv8的道路损伤检测算法. 该方法通过引入动态蛇形卷积 (dynamic snake convolution, DSConv) 替代原有C2f (faster implementation of CSP bottleneck with 2 convolutions) 模块中的部分Conv, 以自适应聚焦于细小而曲折的局部特征, 增强对几何结构的感知. 在每个检测头前引入高效多尺度注意力 (efficient multi-scale attention, EMA) 模块, 实现跨维度交互, 捕获像素级别关系, 提升对复杂全局特征的泛化能力. 同时, 增设小目标检测层以提高小目标检测精度. 最后, 提出Flex-PIoUv2策略, 通过线性区间映射和尺寸适应性惩罚因子, 有效缓解样本分布不均和锚框膨胀问题. 实验结果表明, 该改进模型在RDD2022数据集上的F1分数、平均精度均值 (mAP50、mAP50-95) 分别提高了1.5个百分点、2.1个百分点和1.2个百分点. 此外, 在GRDDC2020和China road damage数据集上的验证结果显示, 该算法具有良好的泛化性.

    Abstract:

    This study proposes an algorithm for road damage detection based on an improved YOLOv8 to address challenges in road damage detection, including multi-scale targets, complex target structures, uneven sample distribution, and the impact of hard and easy samples on bounding box regression. The algorithm introduces dynamic snake convolution (DSConv) to replace some of the Conv modules in the original faster implementation of CSP bottleneck with 2 convolutions (C2f) module, aiming to adaptively focus on small and intricate local features, thereby enhancing the perception of geometric structures. By incorporating an efficient multi-scale attention (EMA) module before each detection head, the algorithm achieves cross-dimensional interaction and captures pixel-level relationships, improving its generalization capability for complex global features. Additionally, an extra small object detection layer is added to enhance the precision of small object detection. Finally, a strategy termed Flex-PIoUv2 is proposed, which alleviates sample distribution imbalance and anchor box inflation through linear interval mapping and size-adaptive penalty factors. Experimental results demonstrate that the improved model increases the F1 score, mAP50, and mAP50-95 on the RDD2022 dataset by 1.5%, 2.1%, and 1.2%, respectively. Additionally, results on the GRDDC2020 and China road damage datasets validate the strong generalization of the proposed algorithm.

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引用本文

王瀚毅,李春彪,宋衡.改进YOLOv8的道路损伤检测.计算机系统应用,,():1-11

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  • 收稿日期:2024-06-12
  • 最后修改日期:2024-07-18
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  • 在线发布日期: 2024-11-15
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