[發明專利]一種基于蒙特卡洛的室外環境條件下圖像識別可靠性評估方法

有效

• 申請號: 202110546526.X
• 申請日: 2021-05-19
• 公開（公告）號: CN113268870B
• 公開（公告）日: 2022-06-28
• 發明（設計）人: 任羿;易依;楊德真;馮強;孫博;錢誠;王自力
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06V10/98;G06F119/02
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1.一種基于蒙特卡洛的室外環境條件下圖像識別可靠性評估方法，其特征在于它包含以下步驟：

步驟一：建立圖像識別可靠性影響因素集與室外環境分布模型，它包含2個子步驟：

步驟1：分析室外環境下影響圖像識別可靠性的因素，構建影響因素集合{e₁，e₂，...，e_n}，其中e_i表示圖像識別可靠性的第i種影響因素，各影響因素彼此不相關聯，相互獨立；

步驟2：根據氣象局統計數據獲取不同室外環境狀態在可靠性評估范圍內持續的時間，以各狀態持續時間占評估時間范圍的比例表征該狀態可能出現的概率，以此確定影響因素e_i在評估時間范圍t_j上的分布，其中，j表示評估時間范圍所處的季節，j＝1，2，3，4，分別代表春、夏、秋、冬季；

步驟二：進行蒙特卡洛抽樣，分別生成室外環境狀態和流量狀態；

確定圖像識別可靠性評估的時間范圍，根據該范圍內室外環境狀態分布對環境狀態進行蒙特卡洛抽樣，然后依據各室外環境下流量的統計數據擬合生成分布模型，并據此對流量進行抽樣，具體步驟如下：

步驟1：對室外環境狀態進行蒙特卡洛抽樣，確定每一天的室外環境條件，其具體步驟為：

(1)記影響因素e_i的描述參數在評估時間范圍內的分布為F(e_i)，在[0，1]區間內生成服從均勻分布的隨機數v_i，根據F(e_i)＝v_i，得到服從分布函數F(e_i)的隨機變量的抽樣值e_i＝F^-1(v_i)；

(2)分別對影響因素集合中的每個影響因素進行抽樣，據此確定每日的室外環境狀態；

步驟2：對通過圖像識別系統的流量進行蒙特卡洛模擬，生成評估時間內每一天的流量狀態，其具體步驟如下：

(1)記影響因素集合中對流量產生影響最大的因素為e_o，對影響因素e_o進行分級，構建影響因素e_o的等級集合{e_o1，e_o2，...，e_on}，其中e_oi表示影響因素e_o的第l種級別；

(2)根據不同室外環境狀態下通過圖像識別系統的流量數據，以影響因素e_o處在同一等級時的流量均值作為期望生成泊松分布，以表征該等級下通過圖像識別系統的流量分布，用Y表示通過圖像識別系統的流量，則離散型隨機變量Y的概率為其中，m為當日所處環境狀態下流量的期望，k為流量的數值，k＝0，1，2，…，

(3)在[0，1]區間內生成服從均勻分布的隨機數q，如果尋找正整數n＝m₀+1，m₀+2，…，滿足則離散型隨機變量Y的抽樣值為Y＝n；如果尋找正整數n＝m₀，m₀-1，…，滿足則離散型隨機變量Y的抽樣值為Y＝n，表示當天通過圖像識別系統的流量為n，m₀的選取方法：令如果則取m₀＝m₀；如果則取m₀＝m₀+1；

步驟三：根據蒙特卡洛抽樣的結果，對圖像識別進行仿真測試；

建立圖像識別內嵌數據庫以及圖像識別測試集，將蒙特卡洛抽樣得到的室外環境狀態以及流量狀態輸入到圖像識別系統，模擬圖像識別在評估時間段內的正常使用，得到仿真后的圖像識別結果，具體步驟如下：

步驟1：建立圖像識別內嵌數據庫以及圖像識別原始測試集；

(1)為包含清晰圖像的照片賦予ID，同一圖像僅選擇其中一張賦予ID，將這些被賦予ID的圖像作為圖像識別內嵌數據庫，記該數據庫中包含a張圖像，其中，a為正整數；

(2)將內嵌數據庫中包含的a張照片以及數據庫中未賦予ID的b張其他圖像照片作為圖像識別原始測試集；

步驟2：根據蒙特卡洛抽樣結果，模擬圖像識別在評估時間段內的正常使用，它包含3個子步驟：

(1)抽取一天的室外環境狀態，將抽取的影響因素e_o的描述參數值對應到其影響因素等級中，根據該影響因素等級中流量的均值對流量進行基于泊松分布的抽樣，確定當日該室外環境狀態下的仿真次數；

(2)開始一天的圖像識別仿真，它包含4個子步驟：

①在圖像識別原始測試集內隨機抽取一張照片；

②根據抽取的室外環境狀態，對抽取的照片進行處理，使照片中各影響因素的描述參數等于抽取值；

③將處理后的照片輸入到圖像識別系統中進行圖像識別測試，記錄規定反應時間內的識別結果；

④不斷循環步驟①②③，直至達到抽取的仿真次數；

(3)不斷循環步驟(1)(2)，直至達到評估時間范圍規定的天數，統計所有的測試結果，得到測試數據；

步驟四：根據仿真測試結果，評估圖像識別可靠性；

圖像識別系統的工作原理是：記該圖像識別系統的特征向量相似度閾值為T，當被測樣本通過圖像識別系統時，系統遍歷內嵌數據庫中的圖像，輸出與被測樣本特征向量相似度高于閾值的圖像中相似度最高的圖像對應的ID，若內嵌數據庫中不存在與被測樣本特征向量相似度高于閾值的圖像，則輸出“unknow”；

據此，圖像識別結果包含以下6種情況：

①被測樣本圖像存在于內嵌數據庫，圖像識別系統在規定反應時間內輸出被測樣本圖像對應的ID；

②被測樣本圖像存在于內嵌數據庫，圖像識別系統在規定反應時間內輸出非被測樣本圖像對應的ID；

③被測樣本圖像存在于內嵌數據庫，圖像識別系統在規定反應時間內輸出“unknow”；

④被測樣本圖像不存在于內嵌數據庫，圖像識別系統在規定反應時間內輸出存在于內嵌數據庫的ID；

⑤被測樣本圖像不存在于內嵌數據庫，圖像識別系統在規定反應時間內輸出“unknow”；

⑥無論被測樣本圖像是否存在于內嵌數據庫，圖像識別系統在規定的反應時間內未響應；

統計測試結果中6種情況出現的次數，記情況①、②、③、④、⑤、⑥出現的次數分別為A、B、C、D、E、F，則圖像識別可靠性的評價指標包括圖像識別系統在規定的室外環境條件下，在評估時間段內，規定的反應時間里的可靠度、不可靠度和錯誤接受率，這些評價指標的符號、含義以及計算公式見表1：

表1圖像識別可靠性評價指標

綜上，根據仿真得到的評估時間范圍內圖像識別系統測試數據，選取以上可靠性評價指標，對室外環境條件下的圖像識別進行可靠性評估。