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Enregistrement W4220890517 · doi:10.1109/tgrs.2022.3161499

Algorithm/Hardware Codesign for Real-Time On-Satellite CNN-Based Ship Detection in SAR Imagery

2022· article· en· W4220890517 sur OpenAlexaff
Geng Yang, Jie Lei, Weiying Xie, Zhenman Fang, Yunsong Li, Jiaxuan Wang, Xin Zhang

Notice bibliographique

RevueIEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing · 2022
Typearticle
Langueen
DomaineEngineering
ThématiqueAdvanced SAR Imaging Techniques
Établissements canadiensSimon Fraser University
Organismes subventionnairesNatural Science Basic Research Program of Shaanxi ProvinceFundamental Research Funds for the Central UniversitiesHigher Education Discipline Innovation ProjectChina Postdoctoral Science FoundationNational Natural Science Foundation of China
Mots-clésComputer scienceConvolutional neural networkSynthetic aperture radarField-programmable gate arraySatellite imageryArtificial intelligenceSatelliteDeep learningLeverage (statistics)Object detectionFeature (linguistics)Computer visionReal-time computingComputer hardwareRemote sensingPattern recognition (psychology)

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

Recently, the convolutional neural network (CNN)-based approach for on-satellite ship detection in synthetic aperture radar (SAR) images has received increasing attention since it does not rely on predefined imagery features and distributions that are required in conventional detection methods. To achieve high detection accuracy, most of the existing CNN-based methods leverage complex off-the-shelf CNN models for optical imagery. Unfortunately, this usually leads to expensive computational cost, which is hard to process in real time using resource-constrained devices deployed in the harsh satellite environment. In this article, we propose OSCAR-RT, the first end-to-end algorithm/hardware codesign framework for real-time on-satellite CNN-based SAR ship detection, which can simultaneously produce an accurate and hardware-friendly CNN model and an ultraefficient field-programmable gate array (FPGA)-based hardware accelerator that can be deployed on satellites. With the real-time on-satellite processing speed in mind, we start from a state-of-the-art compact CNN model for optical imagery. To eliminate the sharp decrease in the detection accuracy for SAR imagery, we analyze the discrepancy between the SAR domain and optical domain and propose to adapt the model by adjusting the output feature size to better detect relatively smaller objects in SAR imagery. To improve the detection speed, we propose to develop a fully pipelined interlayer streaming accelerator architecture, where all the layers of the CNN model can be concurrently processed using on-chip FPGA resources. To achieve this architecture, we first propose a hardware-guided, progressive, and structural pruning strategy, which is guided by our modeled hardware metrics and applies state-of-the-art coarse-grained and fine-grained filter pruning as well as mixed-precision quantization techniques. Moreover, to improve the reusability and portability of the hardware accelerator design, we develop a library of highly optimized CNN components in high-level synthesis, together with their performance and resource models. Finally, we map the pruned CNN model onto these hardware library components in a fully pipelined interlayer streaming fashion, by adjusting their parallelism factors to balance the execution of each layer and fit into the resource constraint. Experimental results using the adapted MobileNetV1, MobileNetV2, and SqueezeNet models on the widely used SAR ship detection dataset (SSDD) demonstrate the effectiveness of OSCAR-RT; for the MobileNetV1 model, it achieves an average precision of 94%, a detection speed of 652 frames/s on the Xilinx VC709 FPGA evaluation board while consuming about 5.8-W power.

Récupéré en direct depuis OpenAlex et désinversé. Les résumés ne sont pas conservés dans cette base de données : les index inversés représentent 8,6 Go des 9,3 Go de texte de la base, et le serveur dispose de 13 Go libres.

Comment cette classification a été obtenuedéplier

Prédiction machine sur la base complète

Imitation des enseignants

Ni prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.

score de la tête « metaresearch » (Codex)0,000
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,001
Version: metacan-v3-hybrid-931329e0061cStatut de validation: machine_predicted_unvalidated
Catégories candidatesaucune
Catégories consensuellesaucune
DomaineSignal candidat: aucune · Signal consensuel: aucune
Devis d'étudeSignal candidat: Simulation ou modélisation · Signal consensuel: aucune
GenreSignal candidat: Empirique · Signal consensuel: aucune
Score de désaccord entre enseignants0,005
Score d'incertitude au seuil0,017

Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0000,001
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0010,000
Méta-épidémiologie (sens large)0,0000,000
Bibliométrie0,0000,000
Études des sciences et des technologies0,0000,000
Communication savante0,0000,001
Science ouverte0,0010,001
Intégrité de la recherche0,0000,001
Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger)0,0050,001

Scores machine (provisoires)

Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.

Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.

Tête enseignante Opus0,014
Tête enseignante GPT0,242
Écart entre enseignants0,228 · la distance entre les deux têtes enseignantes sur ce seul travail
Statut de validationscore_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découle

Classification

machine, non validée

Prédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.

Les modèles n’ont appliqué aucune catégorie : rien dans la taxonomie ne correspondait à ce travail.
Devis d'étudeSimulation ou modélisation
Domainenon disponible
GenreEmpirique

Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».

En bref

Citations36
Publié2022
Routes d'admission1
Résumé présentoui

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