Object Detection in 20 Years: A Survey

Object detection, as of one the most fundamental and challenging problems in computer vision, has received great attention in recent years. Its development in the past two decades can be regarded as an epitome of computer vision history. If we think of today's object detection as a technical aesthetics under the power of deep learning, then turning back the clock 20 years we would witness the wisdom of cold weapon era. This paper extensively reviews 400+ papers of object detection in the light of its technical evolution, spanning over a quarter-century's time (from the 1990s to 2019). A number of topics have been covered in this paper, including the milestone detectors in history, detection datasets, metrics, fundamental building blocks of the detection system, speed up techniques, and the recent state of the art detection methods. This paper also reviews some important detection applications, such as pedestrian detection, face detection, text detection, etc, and makes an in-deep analysis of their challenges as well as technical improvements in recent years.Comment: This work has been submitted to the IEEE TPAMI for possible publicatio

Deep Learning based Vehicle Detection in Aerial Imagery

Der Einsatz von luftgestützten Plattformen, die mit bildgebender Sensorik ausgestattet sind, ist ein wesentlicher Bestandteil von vielen Anwendungen im Bereich der zivilen Sicherheit. Bekannte Anwendungsgebiete umfassen unter anderem die Entdeckung verbotener oder krimineller Aktivitäten, Verkehrsüberwachung, Suche und Rettung, Katastrophenhilfe und Umweltüberwachung. Aufgrund der großen Menge zu verarbeitender Daten und der daraus resultierenden kognitiven Überbelastung ist jedoch eine Analyse der Luftbilddaten ausschließlich durch menschliche Auswerter in der Praxis nicht anwendbar. Zur Unterstützung der menschlichen Auswerter kommen daher in der Regel automatische Bild- und Videoverarbeitungsalgorithmen zum Einsatz. Eine zentrale Aufgabe bildet dabei eine zuverlässige Detektion relevanter Objekte im Sichtfeld der Kamera, bevor eine Interpretation der gegebenen Szene stattfinden kann. Die geringe Bodenauflösung aufgrund der großen Distanz zwischen Kamera und Erde macht die Objektdetektion in Luftbilddaten zu einer herausfordernden Aufgabe, welche durch Bewegungsunschärfe, Verdeckungen und Schattenwurf zusätzlich erschwert wird. Obwohl in der Literatur eine Vielzahl konventioneller Ansätze zur Detektion von Objekten in Luftbilddaten existiert, ist die Detektionsgenauigkeit durch die Repräsentationsfähigkeit der verwendeten manuell entworfenen Merkmale beschränkt. Im Rahmen dieser Arbeit wird ein neuer Deep-Learning basierter Ansatz zur Detektion von Objekten in Luftbilddaten präsentiert. Der Fokus der Arbeit liegt dabei auf der Detektion von Fahrzeugen in Luftbilddaten, die senkrecht von oben aufgenommen wurden. Grundlage des entwickelten Ansatzes bildet der Faster R-CNN Detektor, der im Vergleich zu anderen Deep-Learning basierten Detektionsverfahren eine höhere Detektionsgenauigkeit besitzt. Da Faster R-CNN wie auch die anderen Deep-Learning basierten Detektionsverfahren auf Benchmark Datensätzen optimiert wurden, werden in einem ersten Schritt notwendige Anpassungen an die Eigenschaften der Luftbilddaten, wie die geringen Abmessungen der zu detektierenden Fahrzeuge, systematisch untersucht und daraus resultierende Probleme identifiziert. Im Hinblick auf reale Anwendungen sind hier vor allem die hohe Anzahl fehlerhafter Detektionen durch fahrzeugähnliche Strukturen und die deutlich erhöhte Laufzeit problematisch. Zur Reduktion der fehlerhaften Detektionen werden zwei neue Ansätze vorgeschlagen. Beide Ansätze verfolgen dabei das Ziel, die verwendete Merkmalsrepräsentation durch zusätzliche Kontextinformationen zu verbessern. Der erste Ansatz verfeinert die räumlichen Kontextinformationen durch eine Kombination der Merkmale von frühen und tiefen Schichten der zugrundeliegenden CNN Architektur, so dass feine und grobe Strukturen besser repräsentiert werden. Der zweite Ansatz macht Gebrauch von semantischer Segmentierung um den semantischen Informationsgehalt zu erhöhen. Hierzu werden zwei verschiedene Varianten zur Integration der semantischen Segmentierung in das Detektionsverfahren realisiert: zum einen die Verwendung der semantischen Segmentierungsergebnisse zur Filterung von unwahrscheinlichen Detektionen und zum anderen explizit durch Verschmelzung der CNN Architekturen zur Detektion und Segmentierung. Sowohl durch die Verfeinerung der räumlichen Kontextinformationen als auch durch die Integration der semantischen Kontextinformationen wird die Anzahl der fehlerhaften Detektionen deutlich reduziert und somit die Detektionsgenauigkeit erhöht. Insbesondere der starke Rückgang von fehlerhaften Detektionen in unwahrscheinlichen Bildregionen, wie zum Beispiel auf Gebäuden, zeigt die erhöhte Robustheit der gelernten Merkmalsrepräsentationen. Zur Reduktion der Laufzeit werden im Rahmen der Arbeit zwei alternative Strategien verfolgt. Die erste Strategie ist das Ersetzen der zur Merkmalsextraktion standardmäßig verwendeten CNN Architektur mit einer laufzeitoptimierten CNN Architektur unter Berücksichtigung der Eigenschaften der Luftbilddaten, während die zweite Strategie ein neues Modul zur Reduktion des Suchraumes umfasst. Mit Hilfe der vorgeschlagenen Strategien wird die Gesamtlaufzeit sowie die Laufzeit für jede Komponente des Detektionsverfahrens deutlich reduziert. Durch Kombination der vorgeschlagenen Ansätze kann sowohl die Detektionsgenauigkeit als auch die Laufzeit im Vergleich zur Faster R-CNN Baseline signifikant verbessert werden. Repräsentative Ansätze zur Fahrzeugdetektion in Luftbilddaten aus der Literatur werden quantitativ und qualitativ auf verschiedenen Datensätzen übertroffen. Des Weiteren wird die Generalisierbarkeit des entworfenen Ansatzes auf ungesehenen Bildern von weiteren Luftbilddatensätzen mit abweichenden Eigenschaften demonstriert

Guided Hybrid Quantization for Object detection in Multimodal Remote Sensing Imagery via One-to-one Self-teaching

Considering the computation complexity, we propose a Guided Hybrid Quantization with One-to-one Self-Teaching (GHOST}) framework. More concretely, we first design a structure called guided quantization self-distillation (GQSD), which is an innovative idea for realizing lightweight through the synergy of quantization and distillation. The training process of the quantization model is guided by its full-precision model, which is time-saving and cost-saving without preparing a huge pre-trained model in advance. Second, we put forward a hybrid quantization (HQ) module to obtain the optimal bit width automatically under a constrained condition where a threshold for distribution distance between the center and samples is applied in the weight value search space. Third, in order to improve information transformation, we propose a one-to-one self-teaching (OST) module to give the student network a ability of self-judgment. A switch control machine (SCM) builds a bridge between the student network and teacher network in the same location to help the teacher to reduce wrong guidance and impart vital knowledge to the student. This distillation method allows a model to learn from itself and gain substantial improvement without any additional supervision. Extensive experiments on a multimodal dataset (VEDAI) and single-modality datasets (DOTA, NWPU, and DIOR) show that object detection based on GHOST outperforms the existing detectors. The tiny parameters (<9.7 MB) and Bit-Operations (BOPs) (<2158 G) compared with any remote sensing-based, lightweight or distillation-based algorithms demonstrate the superiority in the lightweight design domain. Our code and model will be released at https://github.com/icey-zhang/GHOST.Comment: This article has been delivered to TRGS and is under revie

RingMo-lite: A Remote Sensing Multi-task Lightweight Network with CNN-Transformer Hybrid Framework

In recent years, remote sensing (RS) vision foundation models such as RingMo have emerged and achieved excellent performance in various downstream tasks. However, the high demand for computing resources limits the application of these models on edge devices. It is necessary to design a more lightweight foundation model to support on-orbit RS image interpretation. Existing methods face challenges in achieving lightweight solutions while retaining generalization in RS image interpretation. This is due to the complex high and low-frequency spectral components in RS images, which make traditional single CNN or Vision Transformer methods unsuitable for the task. Therefore, this paper proposes RingMo-lite, an RS multi-task lightweight network with a CNN-Transformer hybrid framework, which effectively exploits the frequency-domain properties of RS to optimize the interpretation process. It is combined by the Transformer module as a low-pass filter to extract global features of RS images through a dual-branch structure, and the CNN module as a stacked high-pass filter to extract fine-grained details effectively. Furthermore, in the pretraining stage, the designed frequency-domain masked image modeling (FD-MIM) combines each image patch's high-frequency and low-frequency characteristics, effectively capturing the latent feature representation in RS data. As shown in Fig. 1, compared with RingMo, the proposed RingMo-lite reduces the parameters over 60% in various RS image interpretation tasks, the average accuracy drops by less than 2% in most of the scenes and achieves SOTA performance compared to models of the similar size. In addition, our work will be integrated into the MindSpore computing platform in the near future

UDP-YOLO: High Efficiency and Real-Time Performance of Autonomous Driving Technology

In recent years, autonomous driving technology has gradually appeared in our field of vision. It senses the surrounding environment by using radar, laser, ultrasound, GPS, computer vision and other technologies, and then identifies obstacles and various signboards, and plans a suitable path to control the driving of vehicles. However, some problems occur when this technology is applied in foggy environment, such as the low probability of recognizing objects, or the fact that some objects cannot be recognized because the fog's fuzzy degree makes the planned path wrong. In view of this defect, and considering that automatic driving technology needs to respond quickly to objects when driving, this paper extends the prior defogging algorithm of dark channel, and proposes UDP-YOLO network to apply it to automatic driving technology. This paper is mainly divided into two parts: 1. Image processing: firstly, the data set is discriminated whether there is fog or not, then the fogged data set is defogged by defogging algorithm, and finally, the defogged data set is subjected to adaptive brightness enhancement; 2. Target detection: UDP-YOLO network proposed in this paper is used to detect the defogged data set. Through the observation results, it is found that the performance of the model proposed in this paper has been greatly improved while balancing the speed