An Efficient Forest Smoke Detection Approach Using Convolutional Neural Networks and Attention Mechanisms

卷积神经网络 计算机科学 烟雾 失败 核(代数) 深度学习 卷积(计算机科学) 光学(聚焦) 人工智能 模式识别(心理学) 人工神经网络 数学 并行计算 气象学 组合数学 光学 物理
作者
Quy-Quyen Hoang,Quy Lam Hoang,Hoon Oh
出处
期刊:Journal of Imaging [Multidisciplinary Digital Publishing Institute]
卷期号:11 (2): 67-67
标识
DOI:10.3390/jimaging11020067
摘要

This study explores a method of detecting smoke plumes effectively as the early sign of a forest fire. Convolutional neural networks (CNNs) have been widely used for forest fire detection; however, they have not been customized or optimized for smoke characteristics. This paper proposes a CNN-based forest smoke detection model featuring novel backbone architecture that can increase detection accuracy and reduce computational load. Since the proposed backbone detects the plume of smoke through different views using kernels of varying sizes, it can better detect smoke plumes of different sizes. By decomposing the traditional square kernel convolution into a depth-wise convolution of the coordinate kernel, it can not only better extract the features of the smoke plume spreading along the vertical dimension but also reduce the computational load. An attention mechanism was applied to allow the model to focus on important information while suppressing less relevant information. The experimental results show that our model outperforms other popular ones by achieving detection accuracy of up to 52.9 average precision (AP) and significantly reduces the number of parameters and giga floating-point operations (GFLOPs) compared to the popular models.

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