Детектирование объектов на изображениях с использованием машинного обучения

Введение 4
Цель и задачи работы 8
Обзор литературы 9
Глава 1. Набора данных 10
1.1. Набор данных для задачи детектирования 10
1.2. Набор данных для задачи классификации 11
Глава 2. Модели 14
2.1. Двухуровневые детекторы 14
2.2. YOLO 14
2.2.1 Архитектура YOLOv5 18
2.2.2 Функция потерь YOLO 19
2.3. Оценка качества модели 21
2.4. Метрика LIoU и ее производные 25
2.5. Классификатор MobileNetV2 28
2.5.1 Эффективные сверточные блоки 28
2.5.2 Архитектура 30
2.6. Аугментация 31
2.7. Перенос обучения 32
Глава 3. Эксперименты и результаты 33
3.1. Параметры обучения 33
3.2. Решение на базе YOLOv5 33
3.2.1 Результаты и валидация 33
3.2.2 Параметры аугментации 34
3.2.3 Модификации функции потерь 36
3.2.4 Анализ результатов YOLOv5 37
3.3. Классификатор 39
3.3.1 Обучение MobileNetV2 41
3.4. Объединение YOLO и MobileNetV2 41
3.4.1 Принцип работы 43
3.4.2 Выводы 44
Заключение 46
Список литературы 47
Купить

Курение — социальная проблема: важной задачей общества сегодня является не допустить того, чтобы число курильщиков росло, особенно сре­ди детей и подростков. Согласно исследованиям ученых из Калифорнийско­го университета в Сан-Франциско (UCSF) [23], несмотря на существующие ограничения, количество сцен с курящими людьми в кино постепенно увели­чивается, что действует как пропаганда курения и провоцирует рост числа курящих среди молодой аудитории. По соображениям учёных, чем чаще под­ростки видят курящих персонажей на экране, тем выше вероятность того, что они сами начнут курить.
Одной из мер по борьбе с ростом числа курильщиков, в том числе сре­ди несовершеннолетних, является цензурирование визуального контента в интернете и на ТВ: фильмы со сценами курения как в России, так и в мире имеют более высокие возрастные ограничения, содержат специальные тексто­вые предупреждения о демонстрации курения и о его вреде. Некоторые про­катчики пошли дальше: они используют инструменты для закрашивания той небольшой части кадра, которая содержит сигарету или другое устройство для потребления никотина. Поиск и закрашивание таких областей обычно выполняется вручную покадрово, что сильно усложняет задачу ввиду потен­циально большого объема работы.
Другим местом, где несовершеннолетние могут столкнуться с демон­страцией курения, являются социальные сети. В таких соцсетях, как Facebook, уже существует механизм автоматического распознавания потенциально непри­емлемого контента — сцен насилия, жестокого обращения с животными и так далее. Изображения, содержащие сигареты или другие курительные предме­ты, также могут быть отнесены к категории потенциально неприемлемого контента.
Данная работа посвящена автоматизации поиска сигарет на изображе­ниях (или кадрах). Детектирование объектов — задача, в рамках которой необходимо найти и выделить все объекты на изображении из множества заранее известных классов посредством нахождения координат их ограни­чивающих рамок и классификации контента внутри них. Детектирование — второй по популярности тип задач компьютерного зрения после классифи­кации. Его отличает относительная простота, так как обучение проходит с учителем, а самые современные модели позволяют достигнуть высокой точ­ности даже в системах реального времени.
Научных работ, связанных с детектированием на изображениях имен­но сигарет, в ходе работы обнаружено не было, однако существуют работы, посвященные более широкой области — курению. Некоторые подходы пыта­ются найти дым и определить цвет его источника. В рамках другого подхода для детектирования курения используется дополнительная нейронная сеть для поиска на изображении областей интереса — лиц и кистей рук, — после чего стоит задача обнаружить сигарету или нечто подобное внутри каждой области. Такой подход ведет к уменьшению ошибок первого рода (то есть по­могает не пропускать сигареты на изображениях), но при работе с сигаретами могут возникнуть две основные сложности:
1. наличие предметов, похожих на сигарету — ручек, трубочек, белых полосок и пр., которые может быть трудно отличить даже человеку;
2. хотя сигареты, как правило, одной формы, может использоваться не только белая, но и цветная бумага.
В рамках работы для решения задачи детектирования сигарет исполь­зуются общие подходы решения такого класса задач — обучение модели (YOLOv5), которая будет предсказывать ограничивающие рамки. А для того, чтобы сигареты и посторонние предметы внутри предсказанных рамок были правильно классифицированы, предлагается использование дополнительной модели для классификации контента внутри предсказанных ограничиваю­щих рамок. Классификатор не помогает найти другие объекты на изображе­нии, однако способствует отсеиванию заведомо неверно классифицирован­ных объектов — ручек, трубочек, белых полосок и пр. Таким образом, модель уменьшает количество ошибок второго рода, что может быть актуально при затратных операциях по закрашиванию обнаруженных областей. Предложен­ный подход имеет ряд преимуществ:
• дополнительные данные проще собрать;
• сигареты на дополнительных данных более разнообразны;
• изображения не требуют выделения объектов на них, для них необхо­дима лишь метка класса;
• при обучении бинарного классификатора используются также данные класса «не сигарета», в который входят ручки, белые полоски и прочие объекты, похожие на сигареты.....
Купить