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作者：苗作华;李苗苗;徐厚友;王梦婷;严蔚涵;陈勇;
单位：武汉科技大学资源与环境工程学院;冶金矿产资源高效利用与造块湖北省重点实验室;中钢武汉安环院绿世纪安全管理顾问有限公司;
摘要：煤矿井下弥漫着粉尘和雾气且多数区域为狭长巷道,仅依赖矿灯照明会导致视频监控图像出现细节模糊、局部过曝及目标尺寸多变等问题。这些因素增加了井下安全帽目标检测的难度,现有目标检测算法直接应用于煤矿井下场景时,通常面临精度不足的挑战。针对这些问题,研究提出一种基于YOLOv8n(You Only Look Once version 8n)的煤矿井下安全帽检测算法。首先,采用空间到深度机制将YOLOv8n主干网络中的Conv模块重新构建为空间到深度卷积(Space-to-Depth Convolutional,SPDConv)模块,以便从特征图中充分提取浅层细节信息,提高模型对细节模糊图像中小目标安全帽的检测精度;其次,引入基于注意力机制的尺度内特征交互模块,减少局部过曝对安全帽特征提取的干扰,增强模型对目标区域的关注能力;最后,借鉴高层次筛选特征融合金字塔对YOLOv8n的颈部网络进行重设计,改善模型对不同尺寸安全帽的检测能力,进一步提升检测精度。试验结果显示,该算法在CUMT-Helme T数据集上的平均精度均值达91.7%,相较于YOLOv8n提升了3.2百分点,同时模型参数量减少了1.9×10~5。与单次多边框检测(Single Shot MultiBox Detector,SSD)、快速区域卷积神经网络(Region-based Convolutional Neural Networks,Faster RCNN)、YOLOv5s、YOLOv6n、YOLOv7及YOLOv7-tiny等当前主流目标检测算法相比,该算法的平均精度均值最高,且参数量和浮点运算量较低,在实现较高检测精度的同时还具备一定的轻量化特性。
关键词：安全工程;;煤矿井下;;安全帽检测;;YOLOv8n;;空间到深度机制;;尺度内特征交互;;多尺度特征融合
基金资助：国家自然科学基金项目(41971237,41071242);; 教育部产学合作协同育人项目(202102136008)
