YOLO-StarLS: A Ship Detection Algorithm Based on Wavelet Transform and Multi-Scale Feature Extraction for Complex Environments

计算机科学 哈尔小波转换 算法 特征提取 小波 特征(语言学) 离散小波变换 人工智能 模式识别(心理学) 小波变换 语言学 哲学
作者
Yihan Wang,Shuang Zhang,Jianhao Xu,Zhenwen Cheng,Gang Du
出处
期刊:Symmetry [Multidisciplinary Digital Publishing Institute]
卷期号:17 (7): 1116-1116
标识
DOI:10.3390/sym17071116
摘要

Ship detection in complex environments presents challenges such as sea surface reflections, wave interference, variations in illumination, and a range of target scales. The interaction between symmetric ship structures and wave patterns challenges conventional algorithms, particularly in maritime wireless networks. This study presents YOLO-StarLS (You Only Look Once with Star-topology Lightweight Ship detection), a detection framework leveraging wavelet transforms and multi-scale feature extraction through three core modules. We developed a Wavelet Multi-scale Feature Extraction Network (WMFEN) utilizing adaptive Haar wavelet decomposition with star-topology extraction to preserve multi-frequency information while minimizing detail loss. We introduced a Cross-axis Spatial Attention Refinement module (CSAR), which integrates star structures with cross-axis attention mechanisms to enhance spatial perception. We constructed an Efficient Detail-Preserving Detection head (EDPD) combining differential and shared convolutions to enhance edge detection while reducing computational complexity. Evaluation on the SeaShips dataset demonstrated YOLO-StarLS achieved superior performance for both mAP50 and mAP50–95 metrics, improving by 2.21% and 2.42% over the baseline YOLO11. The approach achieved significant efficiency, with a 36% reduction in the number of parameters to 1.67 M, a 34% decrease in complexity to 4.3 GFLOPs, and an inference speed of 162.0 FPS. Comparative analysis against eight algorithms confirmed the superiority in symmetric target detection. This work enhances real-time ship detection and provides foundations for maritime wireless surveillance networks.
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