Optimization of YOLOv8 architecture for UAV object capture tasks: analysis of the trade-off between accuracy, speed and computational resources

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

This paper presents a comprehensive approach to optimizing the YOLOv8n model for object detection tasks using unmanned aerial vehicles (UAVs) under constrained computational resources. The focus is on quantization (INT8/INT4) and pruning (50%/75%) techniques aimed at reducing the model's computational complexity while maintaining acceptable accuracy. As a result of optimization, the YOLOv8n-Optimized-Drone model was developed, demonstrating a 4-fold increase in processing speed on the Raspberry Pi 5 platform compared to the basic version. The model size was reduced by 3.8 times, which is critical for embedded UAV systems.

A specialized dataset with bounding box markup was created for training and validating the model, taking into account the UAV shooting conditions. Field tests confirmed the effectiveness of the proposed method, which provides a balance between performance, power consumption, and accuracy. Additionally, the influence of different quantization and pruning levels on final metrics was investigated, enabling the determination of the optimal configuration for deployment on low-power devices. The obtained results open prospects for further adaptation of the model to dynamic flight conditions and integration with multi-sensor UAV systems.

About the authors

A. V. Satsuk

Donetsk Institute of Railway Transport (DonIRT), Chair "Automation, Telemechanics, Communication and Computer Engineering"

Author for correspondence.
Email: alexandrsatsuk@gmail.com
Candidate of Engineering Sciences, Associate Professor

References

  1. Улучшенный алгоритм на основе YOLOv5 для обнаружения амброзии полыннолистной на изображениях, полученных с помощью БПЛА / С. Сяомин, С. Тяньцзэн, М. Хаомин [и др.] // Front. Plant Sci. – 2021. – Т. 15. – С. 1360419. – doi: 10.3389/fpls.2024.1360419.
  2. Real-time Object Detection for UAV Aerial Images Based on Improved YOLOv7 / Y. Zhang, X. Chen, H. Li, Y. Wang // Journal of Electronic Imaging. – 2015. – Vol. 32, No. 6. – P. 063002. – doi: 10.3390/electronics12234886.
  3. Сацюк А. В., Белый Р. В., Ищенко А. Е. Оценка эффективности алгоритмов YOLO для обнаружения объектов в реальном времени во встраиваемых системах беспилотных транспортных средств // Сборник научных трудов Донецкого института железнодорожного транспорта. – 2024. – № 4 (75). – С. 73–82. – ISSN 1993-5579.
  4. Redmon J. A., Farhadi A. YOLO9000: Better, Faster, Stronger // Conference on Computer Vision and Pattern Recognition (CVPR). – 2017. – arXiv:1612.08242v1.
  5. Сацюк А. В., Воевода Е. Г. Анализ трекеров алгоритмов компьютерного зрения в вопросах отслеживания подвижных объектов в видеопотоке // Сборник научных трудов Донецкого института железнодорожного транспорта. – 2023. – № 71. – С. 54–65. – ISSN 1993-5579.
  6. Библиотека программиста. JavaScript для глубокого обучения / Ф. Шолле, Э. Нильсон, С. Бэйлесчи [и др.]. – Санкт-Петербург: Питер, 2021. – 576 с. – ISBN 978-5-4461-1697-3.
  7. YOLOv8. Ultralytics. Официальный репозиторий YOLOv8 / G. Jocher, A. Stoken, A. Chaly [и др.]. – 2023. – URL: https://github.com/ultralytics/ultralytics
  8. (дата обращения: 07.02.2025).
  9. Zheng Z., Wang P., Ren D. [et al.]. Enhancing Geometric Factors in Model Learning and Inference for Object Detection and Instance Segmentation // Transactions on Cybernetics. – doi: 10.1109/TCYB.2021.3095305.
  10. An Efficient UAV-Based Aerial Image Object Detection Method via Improved YOLOv4 / B. Liu, X. Li, G. Wang [et al.] // Remote Sensing. – 2023. – Vol. 12, No. 21. – P. 3599. – doi: 10.1109/SIU53274.2021.9478027.
  11. Сацюк А. В., Воробьев А. А. Особенности разработки беспилотных летательных аппаратов для отрасли железнодорожного транспорта // Сборник научных трудов Донецкого института железнодорожного транспорта. – 2023. – № 68. – С. 13–21. – ISSN 1993-5579.
  12. Сацюк А. В., Швалов Д. В. Автономное наведение БПЛА с использованием компьютерного зрения: проблема точного управления рулями // Автоматика на транспорте. – 2024. – Т. 10, № 4. – С. 372–381. – doi: 10.20295/2412-9186-2024-10-04-372-381.
  13. Lalak M., Wierzbicki D. Automated Detection of Atypical Aviation Obstacles from UAV Images Using a YOLO Algorithm // Sensors (Basel). – 2022. – Vol. 22, No. 17. – P. 6611. – doi: 10.3390/s22176611.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML

Copyright (c) 2025 Satsuk A.V.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».