【技术实现步骤摘要】
用于水下声呐自主探测的脉冲神经网络转换方法和装置
[0001]本专利技术属于图像目标检测应用领域,尤其涉及一种用于水下声呐自主探测的脉冲神经网络转换方法和装置。
技术介绍
[0002]无人艇作为一种无人操作的水面舰艇,具有体积小、航速快、机动性强、模块化等特点,可用于执行危险以及不适于有人船执行的任务。随着大数据、人工智能、计算机视觉等新技术的发展,无人艇搭载声呐设备对水下目标可以进行自主探测与识别,目前已广泛应用于民用及军事领域。如今基于深度神经网络(Deep Neural Network,DNN)的目标检测算法在各种复杂的无人应用场景中都表现出了卓越的性能,但美中不足的是这些模型必须依赖高性能显卡才能实施部署,而高性能显卡的使用功率远超于普通计算设备。很多的计算机或者嵌入式芯片计算能力有限,不能如显卡一般满足DNN的高精度浮点运算需求;而无人艇以及小型设备的能量资源是有限的,搭载高性能显卡后难以执行全天时的水下自主探测。
[0003]最近几年受到生物大脑启发的脉冲神经网络(Spiking Neural Network,SNN)相关技术得到人们广泛关注,因为它能够在神经形态芯片上实现极低功耗的运行,可以用来解决在资源受限系统中应用DNN的难题。SNN由于仿生性高、功耗低等优点被誉为第三代神经网络,它以离散的二值“0
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1”信号脉冲序列在神经元之间传递信息,因此在同样的模型复杂度下,SNN的精度要低于DNN。SNN中的脉冲神经元在累积输入后,当且仅当其膜电压超过了一定阈值才会输出一个脉冲信号
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种用于水下声呐自主探测的脉冲神经网络转换方法,其特征在于,包括:步骤S1:修改基于深度神经网络模型(DNN)的YOLOv3
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tiny模型,得到经过修改的YOLOv3
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tiny模型;步骤S2:加载水下声呐图像数据集,训练所述经过修改的YOLOv3
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tiny模型;步骤S3:为进行水下目标检测,将训练好的YOLOv3
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tiny模型转换为基于脉冲神经网络(SNN)的YOLOv3
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SNN模型,所述YOLOv3
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SNN模型包括输入层、隐藏层和输出层,其中,输入层采用实数编码,隐藏层采用活跃状态,静息状态的两状态的脉冲神经编码,输出层使用膜电压解码;步骤S4:通过两状态编码方案,利用生成的所述基于脉冲神经网络(SNN)的YOLOv3
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SNN模型,直接用于水下声呐小目标检测任务。2.如权利要求1所述的用于水下声呐自主探测的脉冲神经网络转换方法,其特征在于,所述步骤S1中修改基于深度神经网络模型(DNN)的YOLOv3
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tiny模型具体包括:将所述YOLOv3
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tiny模型中的最大池化层被替换为等步长的3
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3大小卷积层,以模拟最大池化的功能;将输出负值的激活函数替换为ReLU函数,采用反卷积层替换上采样层的操作;将批量归一化层(BN)的参数合并到卷积层中。3.如权利要求1所述的用于水下声呐自主探测的脉冲神经网络转换方法,其特征在于,所述步骤S2中,在训练过程中,对每一次迭代执行多尺度训练,将输入图像的短边长度缩放为320至640范围中的随机值,测试图像时将图像分辨率统一缩放为416
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416大小。4.如权利要求1所述的用于水下声呐自主探测的脉冲神经网络转换方法,其特征在于,所述步骤S3中,所述YOLOv3
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SNN模型中,脉冲神经元使用积分点火模型,其中脉冲神经元在发射脉冲后,还保留一部分膜电压,在下一时刻也很可能再次发射脉冲;计算公式如下所示:式中第l层的脉冲神经元i在t时刻将它的输入累加到其膜电压上;表示是否输出脉冲,值为1或0。输入的计算方式和的产生方式如下所示:的产生方式如下所示:其中w
l
和b
l
是第l层的参数,V
th
(t)为电压阈值,U(
·
)表示单位阶跃函数,用来判定膜电压是否超过阈值,如下式所示:5.如权利要求4所述的用于水下声呐自主探测的脉冲神经网络转换方法,其特征在于,所述步骤S3中,在输入层编码方法中,所述YOLOv3
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SNN模型直接越过输入层而采用实数值编码方案,在每一个...
【专利技术属性】
技术研发人员:罗逸豪,李莉,张钰竹,廖鹏,杜友,孙创,张吟,
申请(专利权)人:宜昌测试技术研究所,
类型:发明
国别省市:
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