Underwater moving target detection using online robust principal component analysis and multimodal anomaly detection

混响 计算机科学 异常检测 主成分分析 人工智能 模式识别(心理学) 特征提取 稳健主成分分析 灵敏度(控制系统) 模态(人机交互) 计算机视觉 声学 工程类 物理 电子工程
作者
SC Zou,Xuyang Wang,Yuan Tao,Kaihui Zeng,Guolin Li,Xiang Xie
出处
期刊:Journal of the Acoustical Society of America [Acoustical Society of America]
卷期号:157 (1): 122-136
标识
DOI:10.1121/10.0034831
摘要

In shallow water, reverberation complicates the detection of low-intensity, variable-echo moving targets, such as divers. Traditional methods often fail to distinguish these targets from reverberation, and data-driven methods are constrained by the limited data on intruding targets. This paper introduces the online robust principal component analysis and multimodal anomaly detection (ORMAD) method to address these challenges. ORMAD efficiently performs online low-rank and sparse decomposition while utilizing unsupervised multimodal anomaly detection to enhance detection performance. The multimodal anomaly detection process involves two phases: modality extraction and anomaly detection. During modality extraction, echo data are separated into echo structure and spatial trajectory modalities, providing complementary information that improves the network representation of both reverberation and moving targets. The subsequent anomaly detection phase unsupervisedly learns the modalities of fluctuating reverberation, thereby achieving stable reconstruction while maintaining sensitivity to moving targets. This sensitivity allows effective identification of moving targets by detecting reconstruction loss. Experimental results demonstrate that ORMAD effectively improves detection performance in complex reverberation scenarios. In a real-world sonar dataset, ORMAD increased the average precision for detecting diver targets from 60% to 75% compared to the state-of-the-art method.

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