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刘文斌,耿艳兵*,廉永健,崔方舒
摘要: 易混淆数字对因结构相似性引发的问题是水表智能识别在复杂场景下提升识别鲁棒性与准确率的核心瓶颈。对抗训练作为增强对抗鲁棒性的一种有效方式,由于现有全局均匀扰动和局部扰动方法缺乏引导,难以生成针对特定易混淆数字对的定向扰动,且易导致检测框抖动,防御策略难以聚焦易混淆方向。针对这一问题,本文提出一种基于混淆感知的对抗训练方法。在攻击侧,针对易混淆数字对的混淆特征,基于投影梯度下降(PGD)提出融合分支解耦扰动与语义形态约束的PGD攻击方法(PGD-BS),该方法通过引入分支解耦对抗扰动(BDAP)与语义形态约束(SMC),实现分类误导与定位回归解耦的语义结构化扰动。在防御侧,基于替代损失最小化的权衡启发式对抗防御框架(TRADES),提出基于混淆感知的TRADES对抗训练(CA-TRADES)方法,该方法仅对正样本易混淆类对引入带非对称混淆权重的方向性Kullback-Leibler(KL)散度损失,并将它与YOLO损失耦合。实验结果表明,PGD-BS攻击成功率相较于传统PGD提升了9.66个百分点,定位偏移显著降低;在本文定向混淆攻击下,CA-TRADES相较于TRADES的鲁棒性精度提升了2.46个百分点;识别准确率相较于Baseline模型(标准训练的YOLOV11模型)提升了2.5个百分点。以上结果验证了该方法在水表读数识别工程中的有效性。
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