【摘要】：水路航運(yùn)自古以來就是人類最重要的交通運(yùn)輸方式之一。在經(jīng)濟(jì)全球化的當(dāng)今時代,水路航運(yùn)承擔(dān)著全球三分之二以上的貿(mào)易貨物運(yùn)輸量。隨著船舶使用量的不斷增長,船舶碰撞、違法逃逸、海洋環(huán)境污染等一系列水路交通事故的發(fā)生頻率也越來越高。如何對船舶進(jìn)行準(zhǔn)確身份識別、加強(qiáng)水路交通監(jiān)管、提高水路運(yùn)輸安全性具有重要研究價值。圖像分析、深度學(xué)習(xí)等人工智能相關(guān)技術(shù)在車牌識別、自動駕駛等陸路智能交通系統(tǒng)中已經(jīng)取得了許多重要進(jìn)展。然而,相關(guān)技術(shù)在水路智能交通領(lǐng)域的應(yīng)用仍然比較缺乏。船舶是水路航運(yùn)最重要的載體。船名標(biāo)識是船舶最重要的身份識別信息之一。船名標(biāo)識字符的自動化識別可以為船舶身份識別和船舶交通行為監(jiān)控等任務(wù)提供有力的技術(shù)支持。本文對基于圖像分析和深度學(xué)習(xí)的船名標(biāo)識字符檢測與識別這一課題做了一定的探索,主要工作總結(jié)如下:(1)提出兩個船名標(biāo)識字符基準(zhǔn)數(shù)據(jù)集——ZJUSHIPS950和ZJUSHIPS60K,并提出了較為科學(xué)的船名標(biāo)識字符檢測與識別算法評價標(biāo)準(zhǔn),解決了船名標(biāo)識字符基準(zhǔn)數(shù)據(jù)集和算法評價標(biāo)準(zhǔn)缺失的問題。ZJUSHIPS60K船名標(biāo)識數(shù)據(jù)集包含67873張可用于船名標(biāo)識檢測算法測試和訓(xùn)練的船舶圖片,同時包含了 39053張可用于船名標(biāo)識識別算法測試和訓(xùn)練的船名標(biāo)識圖片。ZJUSHIPS60K包含的圖片由智能交通攝像機(jī)實景抓拍。ZJUSHIPS950是一個包含多種類船舶的船名標(biāo)識檢測數(shù)據(jù)集,其包含了 950張貨船、客輪、游艇、軍艦等船舶的圖片。以上船舶圖片在獲取時考慮了不同船舶類型、不同船名標(biāo)識風(fēng)格、不同圖片分辨率、不同背景、不同季節(jié)、不同時段、不同光照、不同角度等影響因素。所有船名標(biāo)識被人工進(jìn)行了標(biāo)注,以用于算法的訓(xùn)練和測試。統(tǒng)計和分析表明,以上兩個船名標(biāo)識數(shù)據(jù)集,特別是ZJUSHIPS60K,在數(shù)據(jù)分布上比較均衡、比較具有代表性。目前,ZJUSHIPS950和ZJUSHIPS60K數(shù)據(jù)集已經(jīng)開源。(2)提出了一個引入格式塔理論的多語種船名標(biāo)識字符檢測方法。格式塔理心理學(xué)是西方現(xiàn)代心理學(xué)的重要流派之一,其不僅揭示了人類對外界事物的感知方式,也反映了人類以符合格式塔完型規(guī)則的方式來設(shè)計和制造事物。船名標(biāo)識往往體現(xiàn)出較強(qiáng)的“格式塔”特征。不同船舶的不同語種船名標(biāo)識包含的字符在顏色、字體、大小、寬高比和數(shù)量等方面經(jīng)常表現(xiàn)出較大差異性,這種差異性給船名標(biāo)識的檢測任務(wù)帶來較大困難。通過對船名標(biāo)識字符更抽象的“格式塔”特征的分析和提取,我們提出一個在更高層次上對船名標(biāo)識進(jìn)行檢測的方法。具體地,我們首先對船名標(biāo)識字符的格式塔特征進(jìn)行了總結(jié)。然后,通過設(shè)計合理的度量算法,分別進(jìn)行了多語種文本粗檢測、船名標(biāo)識字符精定位、偽船名標(biāo)識字符去除和漏檢字符補(bǔ)全過程。最后,在ZJUSHIPS950數(shù)據(jù)集上的實驗測試結(jié)果驗證了該多語種船名標(biāo)識字符檢測算法的有效性。(3)提出了一個基于深度卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)遷移學(xué)習(xí)的船名標(biāo)識字符檢測方法。在進(jìn)行船名標(biāo)識檢測時,船名標(biāo)識的數(shù)據(jù)量不足、字符過小、尺度復(fù)雜和多行印刷特點也具有較大挑戰(zhàn)性。首先,針對數(shù)據(jù)量不足的問題,我們基于深度卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)遷移學(xué)習(xí)的船名標(biāo)識字符檢測思路,分別進(jìn)行了參數(shù)遷移學(xué)習(xí)和關(guān)系遷移學(xué)習(xí)。其次,針對符過小、尺度復(fù)雜問題,提出了模型金字塔船名標(biāo)識字符檢測機(jī)制,通過構(gòu)建一個模型金字塔來進(jìn)行小分辨率、多尺度船名標(biāo)識字符的檢測。最后,針對船名標(biāo)識字符多行印刷問題,進(jìn)行了船名標(biāo)識字符檢測結(jié)果后處理。實驗結(jié)果表明,遷移學(xué)習(xí)、模型金字塔和檢測結(jié)果后處理三者協(xié)調(diào)統(tǒng)一、相互補(bǔ)充,它們在整體上能取得較高檢測準(zhǔn)確率,同時還能保證較低的誤報率。(4)提出了一個包含不定長字符的多行印刷船名標(biāo)識布局歸一化與非分割式識別方法。在設(shè)計船名標(biāo)識字符識別算法時,船名標(biāo)識字符的多行印刷、長度不固定和難以分割問題是我們面臨的主要難點。針對以上難點,我們首先提出了一個船名標(biāo)識字符歸一化算法,通過算法將多行印刷的船名標(biāo)識字符歸一化到相對水平的同一行,提高船名標(biāo)識的可識別性。然后,基于聯(lián)結(jié)主義時序分類模型,提出一個基于深度卷積循環(huán)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的船名標(biāo)識字符識別模型,該模型由卷積層、空間變換層、循環(huán)層和轉(zhuǎn)錄層四個子模塊組成。最后,在ZJUSHIPS60K船名標(biāo)識字符識別數(shù)據(jù)集上的實驗表明,該模型在船名標(biāo)識字符識別任務(wù)上取得了較高的識別準(zhǔn)確率和較低的平均編輯距離,超越了相關(guān)方法。
【圖文】：

浙江大學(xué)博士學(xué)位論文邐第１章緒論逡逑［１２］等通過采用雙線性空間變換和弧度插值等方法對船名字符識別系統(tǒng)中的變形逡逑矯正方法進(jìn)行了研宄。Ｚｈｕ等［１３］提出了一個針對船名識別的定制化字符識別系統(tǒng)。逡逑綜上，，在本文中，我們以船舶的船名標(biāo)識字符為突破口，希望運(yùn)用先進(jìn)的圖逡逑像分析和深度學(xué)習(xí)等技術(shù)，通過對船名標(biāo)識字符的檢測和識別等任務(wù)的研宄，為逡逑水路智能交通中非常重要的船與船（船與岸）相互通信與數(shù)據(jù)交換、船舶身份識逡逑別以及船舶交通行為監(jiān)控等重要課題提供一些基于計算機(jī)視覺和人工智能相關(guān)逡逑技術(shù)的新思路和新方法。具體地，本文重點研究自然場景下船名標(biāo)識字符的檢測逡逑和識別任務(wù)。給定輸入圖片，船名標(biāo)識字符檢測任務(wù)是指通過計算機(jī)算法將圖片逡逑包含的船名標(biāo)識區(qū)域的具體坐標(biāo)位置找出來。在此基礎(chǔ)上，船名標(biāo)識字符識別任逡逑務(wù)是指通過設(shè)計和實現(xiàn)合理的算法將檢測到的船名標(biāo)識區(qū)域中包含的具體字符逡逑信息識別出來。以上內(nèi)容構(gòu)成了本文研究的主要出發(fā)點。逡逑

ＷｔＡ邐氃？�。椋。�！圓邋ｍｊｘｎｉ；：ｉｚｃ邋ＷＹＭＡＩＨｆ？逡逑（ｂ）逡逑圖１．邋１本文數(shù)據(jù)集中的部分船名標(biāo)識。（ａ）部分中國船舶的船名標(biāo)識（ｂ）不同國家的貨船、逡逑游艇、軍艦、客輪等的船名標(biāo)識逡逑１．邋２．邋２主要挑戰(zhàn)逡逑在進(jìn)行船名標(biāo)識字符檢測和識別時，主要的挑戰(zhàn)可以歸納為船名標(biāo)識本身的逡逑４逡逑
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TP391.41;U492

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前4條

1 雷海;;國家航運(yùn)戰(zhàn)略建立和政策支持[J];水運(yùn)管理;2013年12期

2 趙志剛;;英文船舶命名特點分析[J];武漢船舶職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報;2012年05期

3 李翠華;施華;戴平陽;陳婧;杜曉鳳;曲延云;謝怡;;引入格式塔理論的超分辨率圖像重建技術(shù)[J];廈門大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版);2011年02期

4 古輝;王益義;;船牌識別系統(tǒng)中的變形校正方法研究[J];現(xiàn)代電子技術(shù);2009年10期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前2條

1 宋光慧;基于遷移學(xué)習(xí)與深度卷積特征的圖像標(biāo)注方法研究[D];浙江大學(xué);2017年

2 劉暢;船舶自動識別系統(tǒng)（AIS）關(guān)鍵技術(shù)研究[D];大連海事大學(xué);2013年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前5條

1 王玉;基于格式塔理論的自然圖像分割方法研究[D];南昌航空大學(xué);2015年

2 林坤杰;基于機(jī)器視覺的船舶面積自動識別系統(tǒng)[D];南京航空航天大學(xué);2009年

3 郭云皓;船舶自動識別系統(tǒng)的研究和船舶自動避碰系統(tǒng)的實現(xiàn)[D];電子科技大學(xué);2008年

4 金雪丹（KHIN HNIN THANT）;計算機(jī)視覺在實時船舶識別方法的研究與應(yīng)用[D];上海海事大學(xué);2007年

5 張宇;通用船舶自動識別系統(tǒng)（AIS）及其關(guān)鍵技術(shù)研究[D];武漢理工大學(xué);2004年

本文編號：2603592