I nte rna t io na l J o urna l o f   E lect rica l a nd   Co m pu t er   E ng ineering   ( I J E CE )   Vo l.   1 6 ,   No .   4 A u g u s t   20 2 6 ,   p p .   2 2 3 0 ~ 2 2 4 6   I SS N:  2088 - 8 7 0 8 ,   DOI : 1 0 . 1 1 5 9 1 /ijece. v 1 6 i 4 . pp 2 2 3 0 - 2 2 4 6           2230       J o ur na l ho m ep a g e h ttp : //ij ec e. ia esco r e. co m   Enha ncement  of  YO L O v 8  f o o bje ct  de tect io n  in  a d v erse  wea ther  co nditio ns usi ng   g enerati v e adv ersa ria l net wo rk       T a lifha ni Ca lv in T s hi po t a ,   Chun l ing   T u,  M uk a t s hu ng   Cla ud Na wej ,   Sem pe  T ho m   L eho lo   D e p a r t me n t   o f   C o mp u t e r   S y st e E n g i n e e r i n g ,   F a c u l t y   o f   I C T,   Ts h w a n e   U n i v e r si t y   o f   T e c h n o l o g y ,   P r e t o r i a ,   S o u t h   A f r i c a         Art icle  I nfo     AB S T RAC T   A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   Dec   4 ,   2 0 2 5   R ev is ed   Ma y   1 8 ,   2 0 2 6   Acc ep ted   J u l 2 2 ,   2 0 2 6       De tec ti n g   o b jec ts  in   b a d   we a th e li k e   ra in ,   f o g ,   sn o w,  o l o li g h is  stil l   d iffi c u lt   b e c a u se   v isib il it y   d ro p s,  n o ise   i n c re a se s,  a n d   c o n tras t   g e ts   wo rse ,   a ll   o wh ic h   h u rt  d e tec ti o n   a c c u ra c y .   M o st  c u rre n t   m e th o d e it h e imp ro v e   d e tec to d e sig n o u se   ima g e   p re p ro c e ss in g   o n   t h e ir  o wn .   Th e y   u su a ll y   fo c u o n   j u st  o n e   t y p e   o we a th e r   a n d   d o   n o u se   a   c o m m o n   wa y   t o   e v a lu a te   re su lt s.  T h is  p a p e r   in tr o d u c e a   YO LOv 8   fra m e wo rk   imp ro v e d   wit h   a   g e n e ra ti v e   a d v e rsa rial  n e two rk   (G AN fo ima g e   e n h a n c e m e n b e fo re   d e tec t io n .   I n ste a d   o j u st  m a k i n g   ima g e lo o k   b e tt e r,   t h e   G AN   is  train e d   t o   h e lp   t h e   o b jec d e tec to w o rk   b e tt e in   t o u g h   c o n d it io n s,  s o   it   c a n   e x trac t   fe a tu re m o re   e ffe c ti v e ly   wh e n   i m a g e a re   d e g ra d e d .   Th e   m o d e wa tes ted   o n   d a tas e ts  with   d iffere n we a th e c o n d i ti o n u si n g   sta n d a rd   m e tri c li k e   P re c isio n ,   Re c a ll ,   F 1 - sc o re ,   a n d   m e a n   a v e ra g e   p re c isio n   (m AP).   Re su lt s   sh o th a t h is  m e th o d   c o n siste n tl y   imp ro v e p e rfo rm a n c e ,   with   u p   to   a   6 . 5 %   in c re a se   in   m AP@0 . 5   o v e Y OLOv 8 - S T a n d   9 . 2 %   o v e I A - YO LO,   e sp e c ially   in   f o g g y   a n d   l o w - li g h t   situ a ti o n s.   T h e se   re su lt s h o w   th a a d d i n g   G A N - b a se d   p re p ro c e ss in g   to   YO LOv 8   m a k e d e tec ti o n   m o re   r e li a b le  a n d   stil k e e p t h e   p ro c e ss   fa st.   Th is  fra m e wo rk   o ffe rs  a   p ra c ti c a a n d   sc a lab l e   so lu ti o n   f o re a l - wo rl d   u se li k e   se lf - d riv i n g   c a rs,  sm a rt  tran sp o rt a ti o n ,   a n d   su rv e il lan c e .   K ey w o r d s :   Ad v er s wea th er   co n d itio n s     Au to n o m o u s   v eh icles   Gen er ativ ad v e r s ar ial  n etwo r k s     Ob ject  d etec tio n     YOL Ov 8   T h is i a n   o p e n   a c c e ss   a rticle   u n d e r th e   CC B Y - SA   li c e n se .     C o r r e s p o nd ing   A uth o r :   T alif h an i Calv in   T s h ip o ta   Dep ar tm en t o f   C o m p u ter   E n g i n ee r in g ,   Facu lty   o f   I C T ,   T s h wan Un iv er s ity   o f   T ec h n o lo g y     B lo ck   K,   2   Au b r e y   Ma tlak ala  St,  So s h an g u v -   K,   Pre to r ia,   0 1 5 2 ,   So u th   Af r ica   E m ail: tsh ip o ta6 @ g m ail. co m       1.   I NT RO D UCT I O N   I n   co m p u ter   v is io n ,   o b ject  d etec tio n   h as  e m er g ed   as  a   f u n d am en tal  jo b   th at   is   ess en tial  f o r   ap p licatio n s   in   in tellig en tr an s p o r tatio n   s y s tem s ,   au to n o m o u s   d r iv in g ,   a n d   s u r v e illan ce .   R ea l - tim p er f o r m an ce   is   n o p o s s ib le  th an k s   to   r ec en d ev elo p m en t s   in   s in g le - s tag d etec to r s ,   p ar ticu lar ly   th Yo u   o n ly   lo o k   o n ce   ( YOL O)   s er i es,  wh ich   h a v p r o d u ce d   e n co u r ag in g   s p ee d   an d   ac cu r ac y   r esu lts   [ 1 ] ,   [ 2 ] YOL Ov 8   is   p o p u lar   o p tio n   f o r   s m ar en v ir o n m en d e p lo y m en ts   d u t o   its   r o b u s tr ad e - o f f   b etwe en   d etec tio n   p r ec is io n   a n d   in f er e n ce   tim [ 3 ] .   E v en   with   th ese  a d v an ce m en t s ,   in clem en wea th er - s u c h   as  r ain ,   f o g ,   s n o w,   an d   p o o r   lig h t - co n tin u es  to   p o s s ig n if ica n ch allen g e s   to   ac cu r ate  d etec tio n .   T h r o u g h   d ec r ea s ed   v is ib ilit y ,   b lu r ,   n o is e,   an d   p o o r   co n tr ast,  th ese  f ac to r s   d eter io r ate  im ag q u ality ,   wh ich   h as  an   ad v er s ef f ec o n   d etec tio n   m ea s u r es  s u ch   as   m ea n   av er a g e   p r e cisi o n   ( m AP ) ,   r ec all,   an d   p r ec is io n .   Fo r   ex am p le,   m o d els   tr ain ed   in   clea r   wea th er   f r eq u en tly   p er f o r m   p o o r ly   i n   f o g   o r   wet  c o n d itio n s ,   lead in g   to   s ig n if ica n t d ec lin es in   d etec tio n   p er f o r m an ce   [ 4 ] [ 6 ] .   R ec en s tu d ies  h av lo o k ed   in   two   p r im ar y   ap p r o ac h es  to   r eso lv th ese  is s u es.   I m p r o v in g   d etec tio n   m o d el  d esig n s   is   th in itial  s t ep .   T o   in cr ea s r o b u s tn ess   in   th f ac o f   u n f av o r ab le  wea t h er ,   YOL Ov 8 - STE ,   f o r   in s tan ce ,   co m b in es  s p atial - tem p o r al  f ea tu r e x tr ac t io n   m o d u le,   an   ef f ec tiv m u lti - s ca le  atten tio n   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:   2088 - 8 7 0 8         E n h a n ce men t o f YOLOv8   fo r   o b ject  d etec tio n   in   a d ve r s w ea th er c o n d itio n s   ( Ta lifh a n C a lvin   Ts h ip o ta )   2231   m ec h an is m ,   an d   s o f t - NM S   [ 7 ] .   Sp ec ialized   atten tio n   m o d u les  ar in t r o d u ce d   b y   o th e r   wo r k s   lik Sn o wYOL an d   W ea th er Net  to   co m b at  f o g   a n d   s n o o cc lu s io n   [ 8 ] [ 9 ] .   Pre p r o ce s s in g   o r   d ata  au g m e n tatio n /en h an ce m en tech n iq u es  ar u s ed   in   th e   s ec o n d   s tr ateg y .   Fo r   in s tan ce ,   Ob ject  d etec tio n   in   ad v er s wea th er   f o r   au to n o m o u s   d r iv in g   th r o u g h   d ata  m er g in g   an d   YOL Ov 8   s h o ws  th at  YOL Ov 8   p er f o r m s   s ig n if ican tly   b etter   in   wea t h er - v ar y in g   co n d itio n s   th an   b ase  weig h ts   wh en   tr ain in g   o n   m er g ed   d atasets   ( f o r   i n s tan ce ,   co m b in in g   A C DC   an d   DAW N)   o r   u s in g   au g m en tatio n   [ 1 ] .   Similar ly ,   to   im p r o v im ag es  b ef o r o r   d u r in g   d etec tio n ,   im ag e - ad ap tiv YOL ( I A - Y OL O)   in co r p o r ates   d if f er en tiab le   im ag e   p r o ce s s in g   m o d u les,   p ar ticu lar ly   in   lo w - lig h an d   f o g g y   s itu atio n s   [ 4 ] .   Gen er ati v ad v er s ar ial  n etwo r k s   ( GANs)   ar u s ed   in   o th er   r esear ch   to   r esto r im ag es  b ef o r d etec tio n ,   wh ich   g r ea tly   en h an ce s   p er f o r m a n ce   in   h az e   an d   r ain   [ 1 0 ] ,   [ 1 1 ] .   T h er ar e   s till   n u m b e r   o f   g a p s ,   th o u g h m o s s tu d ies  o n ly   co n s id er   o n ty p o f   wea th er   o r   test   o n   s m all  d ataset s co m b in ed   en h an ce m e n d etec tio n   p ip elin es  ar f r eq u en tly   lack in g   ( p ar ticu lar ly   f o r   YOL Ov 8 )   ac r o s s   v ar iety   o f   u n f a v o r a b le  wea th er   c o n d itio n s an d   s o m e   en h a n ce m en te ch n iq u es  p r io r itize   p er ce p tu al  im a g q u ality   o v e r   ac tu al  d o wn s tr ea m   d etec tio n   ac cu r ac y .   T h p r o p o s ed   a p p r o ac h   in tr o d u ce s   u n if ied   GAN YOL Ov 8   f r a m ewo r k   th at  is   ev alu ated   ac r o s s   m u ltip le  ad v er s wea th er   s ce n ar io s   u s in g   co n s is ten ex p er im en tal  p r o to co l,   in   co n tr ast  to   p r ev io u s   G AN YOL p ip elin es  th at  m ai n ly   f o cu s   o n   s in g le   wea th er   co n d itio n s   o r   ea r lier   YOL v er s io n s   ( e. g . ,   YOL O v 5   o r   YOL Ov 7 ) .   U n lik p e r ce p tu al - q u ality - d r iv en   en h an ce m e n t te ch n iq u es,  o u r   GAN  is   s p ec if ically   tu n ed   f o r   d o wn s tr ea m   d etec tio n   p er f o r m an ce   in s tead   o f   ju s t   v is u al  m etr ics.  Ad d itio n ally ,   th in teg r atio n   is   m ad to   b l ig h tweig h an d   m o d el - ag n o s tic,   m ain tain in g   th e   r ea l - tim f ea tu r es  o f   YOL Ov 8 .   T o   th b est  o f   o u r   k n o wled g e,   th is   wo r k   o f f er s   th f ir s th o r o u g h   ass ess m en o f   GAN - b ased   p r ep r o ce s s in g   th at  is   ex p licitly   in teg r ated   with   YOL Ov 8   an d   v alid ated   u s in g   in f er e n ce - tim e   an aly s is ,   ab latio n   s tu d ies,  a n d   m u lti - r u n   s tatis tical  co n s is ten cy   u n d e r   lo w - lig h t,  r ai n ,   f o g ,   an d   s n o w   co n d itio n s .   T h is   wo r k   p r o p o s es  a   n o v el  GAN - en h an ce d   YOL Ov 8   f r a m ewo r k   th at  in c o r p o r ates  a   g en er ativ e   ad v er s ar ial   n etwo r k   ( GAN)   a s   p r ep r o ce s s in g   m o d u le  to   i m p r o v e   im ag q u ality   b e f o r e   o b ject  r ec o g n itio n ,   th er eb y   o v er co m i n g   th ese  is s u es.  T h s u g g ested   m eth o d   p r o v id es a   h y b r id   e n h an ce m e n t d etec tio n   p ip elin in   wh ich   th GAN  is   tailo r ed   t o   im p r o v d o wn s tr ea m   d etec ti o n   p e r f o r m an ce   r ath er   th a n   p er ce p tu al  q u ality ,   in   co n tr ast  to   tr ad itio n al  ap p r o ac h es  th at  f o cu s   eith er   o n   d etec to r   ar c h itectu r o r   in d ep en d en im ag e   en h an ce m e n t.  T h e   m ain   n o v e lty   is   th clo s in teg r atio n   o f   YOL Ov 8   an d   GAN - b ased   r e s to r atio n ,   en a b lin g   b etter   f ea tu r ex tr ac tio n   u n d e r   p o o r   v is ib ilit y   co n d itio n s   wh ile  m ain tain in g   r ea l - tim in f er e n ce .   T h is   ap p r o ac h   im p r o v es  r o b u s tn ess   in   v ar ie ty   o f   u n f av o r ab le  wea th er   c o n d itio n s   b y   o f f er in g   lig h tweig h t,  m o d el - a g n o s tic  s o lu tio n .   T h is   p ap er   in tr o d u ce s   GAN - en h an ce d   YOL Ov 8   d etec tio n   f r am ewo r k   to   s o lv th d if f i cu lties   o f   v eh icle  r ec o g n itio n   in   b ad   wea th er .   T h m ain   co n tr ib u tio n s   o f   th is   s tu d y   ar s u m m a r ized   as   f o llo ws:   a.   H y b r i d   GAN YO L O v 8   F r a m e w o r k :   T h i s   s t u d y   i n t r o d u c e s   a   n o v e l   h y b r i d   s y s t e m   t h a t   in t e g r a t e s   GA N - b ased   im ag en h a n ce m en w ith   YOL Ov 8   to   im p r o v o b j ec d etec tio n   p er f o r m an ce   u n d er   ch allen g in g   wea th er   co n d itio n s .   b.   Dete ctio n - o r ien ted   im ag en h an ce m en t:  u n lik co n v en tio n a GAN - b ased   ap p r o ac h es  th at  f o cu s   o n   v is u al  q u ality   m etr ics  s u ch   as  PS NR   an d   SS I M,   th p r o p o s ed   m et h o d   e n h an ce s   im ag es  s p ec if ic ally   to   im p r o v e   d o wn s tr ea m   o b ject  d etec tio n   p er f o r m a n ce .   c.   Mu lti - wea th er   r o b u s tn ess t h p r o p o s ed   f r am ewo r k   is   ev alu ated   u n d er   m u ltip le  ad v er s wea th er   co n d itio n s ,   i n clu d in g   r ai n ,   f o g ,   s n o w,   an d   lo w - lig h en v ir o n m en ts ,   ad d r ess in g   th e   lim itatio n   o f   ex is tin g   m eth o d s   th at  ar t y p ically   d esi g n ed   f o r   s in g le  wea th e r   s ce n ar io .   d.   C o m p r eh en s iv ex p er im en ta v alid atio n ex ten s iv ex p er im en ts ,   in clu d in g   ab latio n   s tu d ies  an d   co m p ar is o n s   with   s tate - of - th e - ar m eth o d s ,   d em o n s tr ate  c o n s is ten im p r o v em e n ts   in   d et ec tio n   ac cu r ac y   an d   r o b u s tn ess .   e.   R ea l - tim d ep lo y m en f ea s ib ilit y d esp ite  th in clu s io n   o f   GAN - b ased   p r ep r o ce s s in g ,   th f r am ewo r k   m ain tain s   n ea r   r ea l - tim e   p e r f o r m a n ce ,   m ak in g   it  s u itab le  f o r   p r ac tical  d ep l o y m en t   in   i n tellig en t   tr an s p o r tatio n   a n d   s u r v eillan ce   s y s tem s .   Pap er   s tr u ctu r e:  T h r em ain d er   o f   th is   p ap er   is   o r g an ized   as  f o llo ws.  R e lated   wo r k   is   r ev iewe d   in   s ec tio n   2 .   Ou r   m eth o d o lo g y   ( d atasets ,   GAN  d esig n ,   Y OL Ov 8   in teg r atio n )   is   ex p lain ed   in   s ec tio n   3 .   C o m p ar ativ an aly s is   an d   ex p er im en tal  r esu lts   ar p r esen ted   in   s ec tio n   4 .   Dis cu s s io n   a n d   p er s p ec tiv es  ar e   p r o v id e d   in   s ec tio n   5 .   Sectio n   6   wr ap s   u p   a n d   o f f er s   id ea s   f o r   f u r th e r   r esear ch .       2.   RE L AT E D   W O R K   In   r ec en y ea r s ,   a   lo t   o f   r es ea r ch   h as  b ee n   d o n e   on   r eli ab le  o b ject   r ec o g n itio n   in   a   v ar iety   of   en v ir o n m en tal   cir c u m s tan ce s ,   with   p ar ticu lar   e m p h asis   o n   en h an cin g   r esil ien ce   i n   a p p licatio n s   s u ch   as   s u r v eillan ce   an d   au to n o m o u s   d r iv in g .   T h e   YOL f am ily   h as  g ain ed   p o p u lar ity   b ec au s it  ca n   ac co m p lis h   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8   I n t J E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.   1 6 ,   No .   4 Au g u s t   20 2 6 :   2 2 3 0 - 2246   2232   r ea l - tim in f er e n ce   wh ile   k ee p in g   c o m p etitiv e   ac c u r ac y ,   ev en   wh en   cu r r en t   d etec to r s   lik e   Fas ter   R - C NN   an d   SSD   o f f er   g r ea p er f o r m an ce   [ 1 2 ] ,   [ 1 3 ] .   Alth o u g h   th e   m o s t   r ec en t   v er s io n ,   YOL Ov 8 ,   h a s   s h o wn   im p r o v ed   s p ee d   an d   ac cu r ac y ,   it   s till   h as   tr o u b le   in   s itu atio n s   with   u n f a v o r ab le   wea th er ,   s u ch   as   r ai n ,   f o g ,   s n o w,   an d   lo w   lig h t   lev els   [ 1 4 ] ,   [ 1 5 ] .   T h ese   d r awb ac k s   r esu lt   f r o m   p r e v io u s   m o d els’   lim ited   ca p ac ity   to   g en er alize   to   v is u ally   im p air ed   s ettin g s   d u to   th eir   p r ep o n d er a n ce   o f   t r ain in g   o n   c lear - wea th er   d atasets .   Nu m er o u s   i n v esti g atio n s   h a v e   en d ea v o r e d   to   en h an ce   YOL O - b ased   m o d els  f o r   u n f av o r ab le  wea th er   co n d itio n s .   Fo r   e x am p le   [ 1 4 ]   s h o wn   th at  in cr ea s in g   th e   d iv er s ity   o f   tr ai n in g   d ata  c an   g r ea tly   im p r o v e   YOL Ov 8   p er f o r m an ce   b y   p r o p o s in g   d ata - m er g in g   tech n i q u em p lo y in g   th AC DC   an d   DAWN  d atase ts .   Similar   to   th is ,   C h en   [ 1 5 ]   as s ess ed   YOL m o d els  u s in g   t h Fo g g y C ity s ca p es  d ataset  a n d   f o u n d   th at  th e y   p er f o r m ed   n o ticea b l y   wo r s in   f o g ,   esp ec ially   wh en   it  ca m to   id en tify in g   s m all  o r   p ar tially   o b s cu r ed   v eh icles.  I n   r esp o n s e   [ 1 5 ]   p r esen ted   YOL Ov 8 - STE ,   an   im p r o v e d   v er s io n   th at  in co r p o r ates  m u lti - s ca le  atten tio n   p r o ce s s es,  s o f n o n - m ax im u m   s u p p r ess io n   ( s o f t - NM S),   an d   s p ati al - tem p o r al  f ea t u r ex tr ac tio n . YOL Ov 8 - STE   r e g u lar ly   b ea b aselin YOL Ov 8   b y   [ 6 ] [ 8 ]   p er ce n in   m AP@ 0 . 5   in   f o g   a n d   s n o w   co n d itio n s ,   ac co r d in g   to   th eir   r esu lts   o n   th R T T an d   DA W d atasets .   I was  al s o   s u g g ested   to   u s I m ag e - Ad ap tiv YOL ( I A - YOL O) ,   wh ich   in teg r ates  d if f er e n tiab le  im ag p r o ce s s in g   lay e r s   in to   th d etec tio n   p ip elin [ 1 6 ] .   B y   d y n am ically   b o o s tin g   v is u al  q u alities   b ased   o n   th ty p o f   d eg r a d atio n ,   t h is   u p d ate  allo wed   th n etwo r k   to   o p er ate  b etter   in   b o th   lo w - lig h an d   f o g g y   c o n d itio n s .   T h ese  r esu lts   h ig h li g h th im p o r ta n ce   o f   ad ap tin g   d etec tio n   m eth o d s   to   th u n iq u c h allen g es p o s e d   b y   wea th e r - d e g r ad ed   en v ir o n m en ts .   R esear ch er s   ar in cr ea s in g ly   u s in g   g en er ativ a d v er s ar ia n etwo r k s   ( GANs)   f o r   p r e p r o ce s s in g     an d   p ictu r r esto r atio n   in   ch allen g in g   s ce n a r io s ,   in   a d d itio n   to   d etec to r - f o cu s ed   ad v an ce m e n ts .   Fo r     im ag e - to - im ag e   tr an s latio n   p r o b lem s ,   GAN - b ased   m o d els  lik Pix 2 Pix   [ 1 2 ]   an d   C y cleG AN  [ 1 7 ]   h av e   g ain e d   p o p u lar ity   d u to   th eir   a b ilit y   to   tr an s f o r m   d eter io r ated   im ag es  in to   clea r   o n es  with o u th n ee d   f o r     p air ed   d atasets .   B u ild in g   o n   th ese  p illar s ,   it  h as   b ee n   s u g g ested   th at  Deh az eGA [ 1 8 ]   an d   its   v ar iatio n s     ca n   p r ec is ely   r esto r v is io n   in   b lu r r y   im ag es,  wh ich   will  r esu lt  in   s ig n if ican ad v a n ce m en ts   in   o b ject  d etec tio n   jo b s   d o wn   th r o ad .   Similar ly ,   it  h as  b ee n   s h o wn   th at  GAN - b ased   lo w - lig h im p r o v e m en f r am ewo r k s   im p r o v th c o n t r ast  an d   clar ity   o f   f ea t u r es,  e n ab lin g   d etec to r s   lik Fas ter   R - C NN  an d   YOL O     to   p er f o r m   b etter   in   lo w - lig h co n d itio n s   [ 1 9 ] .   R ec en r esear ch   h as   also   d e m o n s tr ated   t h b en ef its   o f   p ip elin e   in teg r atio n ,   w h ich   in v o lv es  a   d ir ec r elatio n s h ip   b etwe en   o b ject  d etec to r s   an d   GAN  p r e p r o ce s s in g .   Sev er al   s tu d ies  em p lo y   C y cleG AN  to   p r o d u ce   clea r e r   im ag es  f r o m   r ain y   o r   s n o wy   co n d itio n s   b ef o r tr an s f er r in g   th em   in to   YOL Ov 5 /YOL Ov 8 ,   wh ich   en h an ce s   p r ec is io n   a n d   r ec all,   as  o p p o s ed   to   u s in g   th d etec to r   alo n e   [ 2 0 ] [ 1 3 ] .   Desp ite  th ese  ad v an ce m en ts ,   th er ar s till   n u m b er   o f   r e s ea r ch   g ap s   th at  n ee d   to   b ad d r ess ed .   First,  m o s s tu d ies  co n ce n tr ate  o n   o n wea th er   co n d itio n ,   s u ch   as  f o g   o r   lo lig h t,  an d   r ar ely   ev alu ate  in   m an y   ad v e r s wea th er   co n d itio n s .   Seco n d ,   b ec au s m an y   GAN - b ased   tech n iq u es  ar d esig n ed   f o r   p er ce p tu a l   q u ality   m etr ics  lik SS I an d   PS NR   r ath er   th an   o b ject  d etec tio n   an d   id en tific atio n   m etr ics  lik m AP   o r   r ec all,   th eir   ap p licab ilit y   in   r ea l - wo r ld   d etec tio n   p ip elin es  i s   lim ited .   L ast  b u n o leas t,  t h co m b in atio n   o f   YOL Ov 8   with   GAN - b ased   p r e - p r o ce s s in g   h as  n o b ee n   f u lly   lo o k ed   in to   in   co h esiv f r a m ewo r k   in   a   v ar iety   o f   s ce n ar i o s ,   in clu d in g   lo lig h t,   f o g ,   r ain ,   an d   s n o w .   T o   ad d r ess   th ese  is s u es,  we  d ev elo p   an d   ass ess   GAN - en h an ce d   YOL Ov 8   p i p elin th at  in cr ea s es  th r o b u s tn ess   o f   o b ject  d etec tio n   an d   id en tific atio n   in   a   r an g o f   u n f av o r ab le  wea th er   co n d itio n s .       3.   M E T H O DO L O G Y   T h is   s tu d y   u s es   a   s y s tem atic   s t r ateg y   to   ass ess   an d   im p r o v e   t h e   ca p ac ity   to   d etec t   an d   id en t if y   o b jects  in   in clem en t   wea th er   c o n d it io n .   YOL Ov 8   o b ject   id en tif icatio n   an d   r ec o g n itio n ,   a   GAN - b ased   im ag e   en h an ce m e n t   m o d u le ,   d ata  p r ep ar atio n ,   an d   s tan d ar d ize d   ass ess m en m eth o d s   ar all  co m b in ed   in to   s in g le   p ip elin e.   T o   en s u r e   th o r o u g h   b en ch m ar k in g ,   th e   p r o ce s s   s tar ts   b y   b u ild in g   a   m u lti - w ea th er   d ataset  th at   in clu d es  clea r ,   r ain ,   f o g ,   s n o w,   an d   lo lig h lev els.  GAN YOL Ov 8   f r am ewo r k .   Prio r   to   b ein g   s en in to   th YOL Ov 8   d etec tio n   f r am ewo r k ,   d am ag e d   im ag es   ar e   p r ep r o ce s s ed   u s in g   a   Gen er ativ e   A d v er s ar ial   Netwo r k   ( GAN)   to   im p r o v in p u t   q u a lity .   W h ile   o p tim ized   h y p er p ar am eter   an d   tr an s f er   lea r n in g   ar e   u tili ze d   f o r   tr ain in g ,   m etr ics  lik as  p r ec is io n ,   r ec all,   F1 - s co r e,   m AP@ 0 . 5 ,   an d   m AP@ 0 . 5 0 . 9 5   a r e   u s ed   f o r   ev al u atio n .   T h e   ar ch itectu r e,   tr ain in g   s etu p ,   ass ess m en p r o ce s s ,   an d   d ataset  p r ep ar atio n   o f   t h s y s tem   ar co v e r ed   in   d etail  in   th en s u in g   s u b s ec tio n s .     3 . 1 .     Da t a s et   p r e p a r a t i o n   I n   o r d er   to   ass ess   th r esil ien ce   o f   o b ject   d etec tio n   an d   id en tific atio n   m o d els  u n d e r   d if f e r en t   en v ir o n m en tal   c o n d itio n ,   th is   s tu d y   u s ed   wea th e r - d e g r ad e d   d atasets .   T h f o llo win g   f i v co n d itio n s   wer e   tak en   in to   c o n s id er atio n lo w   lig h t,   f o g ,   s n o w,   r ain ,   a n d   clea r .   T o   m ak e   s u r e   th at   a   r ea li s tic   d is tr ib u tio n   of   o b ject   class es,  in clu d in g   au to m o b ile,   b u s ,   tr u ck ,   m o to r cy cle,   b icy cle,   an d   p e r s o n ,   each   d ataset   was   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:   2088 - 8 7 0 8         E n h a n ce men t o f YOLOv8   fo r   o b ject  d etec tio n   in   a d ve r s w ea th er c o n d itio n s   ( Ta lifh a n C a lvin   Ts h ip o ta )   2233   m eticu lo u s ly   s elec ted .   T h s ig n if ican ce   o f   th ese  class es  in   s u r v eillan ce   an d   s m ar d r iv in g   s y s tem s   led   to   th eir   s elec tio n   [ 2 1 ] [ 2 2 ] .   T o   en s u r co m p atib ilit y   with   YOL Ov 8   tr ain in g ,   d ata  a n n o t atio n   was  d o n u s in g   th C OC f o r m at.   T h e   in clu s io n   of   u n f av o r ab le   wea th er   d atasets   was   m o tiv ated   by   ea r lier   r esear ch   s u ch   as   AC D C   [ 2 3 ] ,   DAWN   [ 2 3 ] ,   an d   Fo g g y C ity s ca p es   [ 2 2 ] ,   wh ich   h ig h lig h te d   th e   im p o r tan ce   of   d iv er s if y in g   tr ain in g   s am p les   to   en h an ce   g en er aliza tio n   in   ch allen g in g   s itu atio n s .   T ab le  1   s u m m ar izes  th d ataset  d is tr ib u tio n   ac co r d in g   to   w ea th er   co n d itio n s ,   wh ile  T ab le  2   p r esen ts   th d is tr ib u tio n   o f   o b ject  in s tan ce s   f o r   ea ch   tar g et  class .   Fig u r 1   as  well  p r o v id es  r ep r ese n tativ im ag es  th at   h ig h lig h th e   im p ac o f   ea ch   c o n d itio n   on   v is ib ilit y .   Fo r   in s tan ce ,   s n o w   p r o d u ce s   o p ac ity   f r o m   f lak es,   but   f o g   in tr o d u ce s   b lu r r in g   a n d   p o o r   co n tr ast.  T h ese   d eter io r atio n s   ar e   e x am p les   of   r ea l - wo r ld   p r o b lem s   th at   o b ject   d etec to r s   f r eq u e n tly   can no t so lv [ 2 3 ] [ 2 4 ] .       T ab le   1.   Dis tr ib u tio n   of   an n o ta ted   im ag es   p er   wea th e r   co n d iti o n   in   th e   d a t a s e t   W e a t h e r   c o n d i t i o n   T r a i n   V a l i d a t i o n   T e s t   T o t a l   Clear   2706   7 6 2   3 4 3   3811   Rain   2281   6 4 2   2 8 9   3212   F o g   2067   5 8 2   2 6 2   2911   S n o w   2209   6 2 2   2 8 0   3111   Lo w   l i g h t   1855   5 2 2   2 3 5   2612   T o t a l   1 1 1 1 8   3130   1409   1 5 6 5 7       T ab le  2 .   Ob ject  class   d is tr ib u tio n   in   th e   d ataset   O b j e c t   c l a ss   N u mb e r   o f   i n st a n c e s   Car   5 1 5 5   P e r so n   2 6 2 6   B u s   2 6 2 5   Tr u c k   2 6 2 5   M o t o r c y c l e   2 6 2 5   B i c y c l e   2 6 2 5   To t a l   1 5 6 5 7           Fig u r 1 .   I m ag es r ep r esen tin g   d if f er en t w ea th e r   co n d itio n s : c lear ,   r ain ,   f o g ,   s n o w,   an d   lo l ig h t       3 . 2 .     G AN YO L O v 8   f ra m ew o rk   T h p r o p o s ed   m eth o d   u s es  a   h y b r id   GAN YOL Ov 8   ar ch itectu r to   m ak o b ject  d etec tio n   m o r e   r eliab le  in   b ad   wea th e r .   T h f r am ewo r k   h as  two   clo s ely   co n n ec ted   p a r ts i)   GAN - b ased   i m ag en h an ce m e n m o d u le,   a n d   ii)  YOL Ov 8   o b ject  d etec tio n   m o d u le.   Un lik tr ad itio n al  m eth o d s   th at  h an d le  p r ep r o ce s s in g   an d   d etec tio n   s ep ar ately ,   th is   ap p r o ac h   co m b in es  th em   in t o   o n p r o ce s s .   T h GAN  is   tr ain ed   to   h ig h lig h f ea tu r es  im p o r tan f o r   d etec tio n ,   n o ju s t o   im p r o v e   h o th e   im ag e   lo o k s .   As  r esu lt,   th e   en h a n ce d   im ag es  h elp   th s y s tem   d etec o b jects  m o r ac cu r ately   in   to u g h   c o n d itio n s   lik f o g ,   r ain ,   s n o w,   an d   lo l ig h t.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8   I n t J E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.   1 6 ,   No .   4 Au g u s t   20 2 6 :   2 2 3 0 - 2246   2234   T h r ee   ess en tial  elem en ts   m ak u p   th YOL Ov 8   m o d el,   wh ich   ad h er es  to   th co n v e n tio n al  s in g le - s h o d etec tio n   p ar a d ig m i )   d etec tio n   h ea d   f o r   class if icatio n   an d   l o ca lizatio n ii)  PANet  n ec k   f o r   m u lti - s ca le  f ea tu r f u s io n an d   iii)  C SP Dar k Net  b ac k b o n f o r   f ea tu r ex tr ac tio n   [ 2 5 ] .   Ou r   m eth o d o lo g y   c r ea tes  an   in teg r ated   en h a n ce m en t d ete ctio n   p ip elin b y   in s er tin g   t h GAN  as  p r ep r o ce s s in g   b lo ck   p r i o r   to   th e   b ac k b o n e.   Fig u r e   2   s h o ws an   i llu s tr atio n   o f   th wo r k f lo w.           Fig u r e   2.   W o r k f lo w   of   th e   GA N YOL Ov 8   d etec tio n   p i p e l i n e       T h e   p r o p o s ed   f r am ewo r k   s tan d s   out   f o r   th r e e   m ain   r e a s o n s :   a.   Dete ctio n - d r iv en   GAN  o p tim izatio n T h GAN  is   tr ain ed   to   en h an ce   im ag es  an d   also   to   b o o s o b ject  d etec tio n   p er f o r m a n ce .   b.   Un if ied   m u lti - wea th er   f r a m e wo r k T h m o d el  is   test ed   i n   s ev er al  ty p es  o f   b ad   wea t h er ,   wh ile  m o s ex is tin g   m eth o d s   o n ly   h a n d le  o n s ce n ar io .   c.   L ig h tweig h in teg r atio n   with   YOL Ov 8 T h GAN  m o d u le  i m p r o v es  i n p u q u ality   b u d o e s   n o ad d   m u c h   co m p u tatio n al  l o ad ,   s o   it k ee p s   alm o s t r ea l - tim p er f o r m an c e.   Fin d in g s   in   [ 2 4 ] [ 2 6 ] ,   w h er p r ep r o ce s s in g   en h a n ce d   lo w - q u ality   in p u t   im ag es,  an d   d etec to r - ce n tr ic   d ev elo p m e n ts   lik e   YOL Ov 8 - STE   [ 2 3 ] ,   wh ich   illu s tr ated   t h e   ad v an tag es   of   ar ch itectu r al   ch an g es,   s er v ed   as   th im p etu s   f o r   th is   h y b r id   m eth o d .   B y   c o m b in i n g   th r o b u s b aselin p er f o r m an ce   o f   YOL Ov 8   with   GAN  p r ep r o ce s s in g ,   o u r   ap p r o ac h   i n co r p o r ates th b en e f its   o f   b o th   ap p r o ac h es.   B y   co m b in in g   GAN  with   YOL Ov 8 ,   f ea tu r e   d ef in itio n   is   im p r o v e d   an d   wea th er   d is to r ti o n - in d u ce d   im ag d eg r ad atio n   is   less en ed .   Prio r   to   p ass in g   th e   d ata  i n to   YOL Ov 8   f o r   d etec tio n ,   t h GAN  co m p o n en t   en h an ce s   th e   q u ality   of   t h e   im ag es.   T h e   GAN’ s   p r im ar y   tr ai n in g   g o al   is   ex p r ess ed   as   a   m i n im ax   o p tim izatio n   p r o b lem   i n v o lv i n g   th d is cr im in ato r   an d   g en e r ato r   G:            ( , ) =  ( ) [    ( ) ]   +      ( ) [  ( 1     ( ( ) ) ) ]   ( 1 )     w h e r e :     r ep r esen ts   r ea l   im ag e   s am p les   f r o m   th e   d ataset   ( e. g . ,   f o g g y   or   r ain y   f r a m e s ) .     is   a   n o is e   v ec to r   s am p led   f r o m   a   p r io r   d is tr ib u tio n   ( ) .   ( )   g en er ates   s y n th etic   wea th e r - e n h an ce d   i m a g e s .   ( )   o u tp u ts   th e   p r o b a b ilit y   th at   th e   in p u t   is   r ea l   r ath er   th a n   g e n e r a t e d .   W h ile  s ee k s   to   m ax im ize  th is   v alu b y   ac cu r ately   d if f er en tiatin g   b etwe en   g en er ated   a n d   g e n u in e   im a g e s ,   s e e k s   to   lo w er   it   by   cr e at in g   r e al i s ti c   i m ag e s   t h at   ca n   f oo l   D .   T h e   vi s u al l y   i m pr o v e d   f r a m e s   p r o d u ce d   by   th e   ad v er s ar ial   o p tim izatio n   in cr ea s e   Y OL Ov 8 s   d etec tio n   ac cu r ac y ,   p ar ticu lar l y   in   lo w   lig h t,   f o g ,   a nd   r ai n s et t in g s .   W h en   co m b in e d ,   th e   YOL Ov 8   d etec tio n   p ip elin e   r ec eiv e s   th e   GAN - en h an ce d   f r am es   as   in p u t,   ef f ec tiv ely   f o r m in g   h y b r id   GAN YOL Ov 8   ar ch itectu r c ap ab le  o f   r o b u s d etec tio n   ac r o s s   d iv er s ad v er s en v i r o n m e n t s .     3 . 2 . 1 .   G AN  a rc hite ct ure  a nd   t ra ini ng   T h GAN  m o d u le  u s es  Pix 2 Pix - in s p ir ed   en c o d er d e co d er   g en er ato r   ar c h itectu r e   with   s k ip   co n n ec tio n s .   E f f ec tiv s p atia d etail  r esto r atio n   is   m a d p o s s ib le  b y   th e   g en e r ato r s   f o u r   c o n v o lu tio n al   d o wn s am p lin g   b lo ck s   ( C o n v B atch No r m R eL U)   an d   f o u r   u p s am p lin g   b lo c k s   ( T r an s p o s ed   C o n v B atch No r m R eL U ) .   T o   p r o - m o te  h ig h - f r e q u en c y   r ea lis m ,   th d is cr im in ato r   u s es  Patch GAN  s tr u ctu r to   class if y   lo ca l im ag p atch es.   T h g en e r ato r   is   o p tim ized   u s in g   weig h te d   co m b in atio n   o f   ad v er s ar ial  lo s s ,   L 1   r ec o n s tr u c tio n   lo s s ,   an d   p er ce p tu al  lo s s   in   ad d itio n   to   th co n v en tio n al  ad v er s ar ia l lo s s :       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:   2088 - 8 7 0 8         E n h a n ce men t o f YOLOv8   fo r   o b ject  d etec tio n   in   a d ve r s w ea th er c o n d itio n s   ( Ta lifh a n C a lvin   Ts h ip o ta )   2235   =  +   1 1 +   2   ( 2 )     wh er e   p er ce p tu al   lo s s   is   ca lcu l ated   u s in g   f ea tu r e   m ap s   tak en   f r o m   a   p r etr ain ed   VGG - 16   n et wo r k ,   an d   L 1   lo s s   en f o r ce s   s tr u ctu r al   co n s is ten cy .   To   g u a r an tee   s tab le   c o n v er g en ce ,   t h e   GAN   is   f r o ze n   d u r in g   YOL Ov 8   tr ain in g   af ter   b ein g   p r etr ain e d   in d ep en d en tly   o n   wea th er - d eg r ad ed   d atasets .     3 . 3 .     T ra ini ng   co nfig ura t io n   T h e   YOL Ov 8   im p lem en tatio n   f r o m   Ultr aly tics   an d   Py T o r ch   wer e   u s ed   f o r   m o d el   tr ain in g .   B ased   on  em p ir ical  tu n in g   an d   r ec o m m en d atio n s   f r o m   p r ev io u s   r esear ch ,   h y p er p ar am eter s   wer c h o s en   [ 2 7 ] [ 2 8 ] .   T o   s tr ik e   a   b alan ce   b etwe en   s p ee d   an d   p r ec is io n ,   a   b atc h   s ize   of   16,   a   lear n in g   r ate   of   0 . 0 1   an d   an   in p u t   r eso lu tio n   of   6 4 0 ×6 4 0   we r e   u s ed .   E ac h   m o d el   was   tr ain e d   u s in g   s to ch asti c   g r ad ien t   d escen t   with   m o m en tu m   ac r o s s   1 0 0   e p o c h s .   T h e   YOL Ov 8   tr ain in g   l o s s     c o m b in es   box   r eg r ess io n ,   o b je ctn ess ,   an d   class if icatio n   t e r m s :     =     +     +          w h e r e :   =   1      ( ,  )     =   (     ˆ ) 2      =  = 1   lo g ( ˆ )     Sin ce   tr an s f er   lear n in g   h as  b e en   d em o n s tr ated   to   in cr ea s r o b u s tn ess   in   d o m ain - s h if s ce n ar io s ,   p r e - tr ain ed   weig h ts   o n   th e   C OC O   d ataset  wer em p lo y ed   f o r   in itializatio n   in   o r d e r   to   s p ee d   u p   co n v er g e n ce   an d   av o id   o v er f itti n g   [ 2 2 ] .   I n   ac c o r d an ce   with   tactics  d escr ib ed   i n   [ 2 1 ] [ 2 4 ] ,   d ata  au g m en tatio n   ap p r o ac h es  wer e   u s ed   to   f u r th er   im p r o v e   m o d el   g en er aliza tio n .   T h ese  tech n iq u es  in clu d ed   r an d o m   f lip s ,   s ca lin g ,   an d   wea th er - s p ec if ic  ch an g es  ( b lu r ,   b r ig h tn ess   r ed u ctio n ,   a n d   n o is e   in jectio n ) .   T a b le   3   co n tain   th e   en tire   tr ain in g   a r r a n g e m e n t .       T ab le   3.   T r ain i n g   h y p er p ar am eter s   f o r   YOL Ov 8   an d   GAN YOL Ov 8   m o d e l s   H y p e r p a r a m e t e r   Y O L O v 8   GAN Y O L O v 8   Le a r n i n g   Rate   0 . 0 0 1   0 . 0 0 0 5   B a t c h   S i z e   16   16   O p t i m i z e r   S G D   A d a m   M o m e n t u m   0 . 9 3 7     W e i g h t   D e c a y   0 . 0 0 0 5   0 . 0 0 0 1   E p o c h s   1 0 0   1 2 0   I n p u t   I mag e   S i z e   6 4 0   ×   640   6 4 0   ×   640   D a t a   A u g m e n t a t i o n   M o s a i c ,   F l i p ,   H S V   M o s a i c ,   F l i p ,   H S V ,   GAN - b a s e d   e n h a n c e m e n t   Lo ss   F u n c t i o n   C I o U   +   B C E   C I o U   +   B C E   +   GAN   L o s s   P r e t r a i n e d   W e i g h t s   C O C O   C O C O   +   GAN - p r e t r a i n e d   w e i g h t s       3 . 4 .     E x perim ent a l   s e t u p   E x p er im en ts   u tili ze d   a   wo r k s t atio n   f ea tu r in g   an   NVI DI R T X - s er ies  GPU,   I n tel  C o r i 7   p r o ce s s o r ,   an d   3 2   GB   R AM .   T h e   GAN YOL Ov 8   f r am ew o r k   was  im p lem en ted   in   Py t h o n   with   th Py T o r ch   d ee p   lear n in g   lib r a r y   an d   tr ain e d   u s in g   th Ultr aly tics   YOL Ov 8   f r am ewo r k .   T h GAN  m o d u le  s er v e d   as  p r ep r o ce s s in g   s tag to   en h an ce   im ag es  d eg r ad e d   b y   ad v er s wea th er   co n d itio n s   p r io r   to   o b ject  d e tectio n   with   YOL Ov 8 .   E x p er im en tal  ev alu atio n   em p l o y ed   p u b licly   av ailab l e   d atasets ,   in clu d in g   AC DC ,   DAWN,  an d   Fo g g y C ity s ca p es,  wh ich   en co m p ass   wea th er   co n d itio n s   s u ch   as  r ain ,   f o g ,   s n o w,   an d   l o w - lig h t e n v ir o n m en ts .   T r ain in g   an d   test in g   wer co n d u cted   u n d er   id e n tical  ex p er i m en tal  s ettin g s   to   en s u r f air   co m p ar is o n   with   b aselin m eth o d s .   T h Ad am   o p tim izer   was  em p lo y ed   with   an   in itial  lear n in g   r ate  o f   0 . 0 0 1 ,   b atch   s ize  o f   1 6 ,   an d   im a g r eso lu tio n   o f   6 4 0 × 6 4 0   p ix els.  Per f o r m an ce   was  ev alu ated   u s in g   p r ec is io n r ec all ,   F1 - s co r e,   an d   m ea n   av er ag e   p r ec is io n   ( m AP@ 0 . 5 ).   Fig u r 3   p r esen ts   th f u ll  e x p er im en tal  wo r k f lo w   o f   th e   p r o p o s ed   f r am ewo r k .   Ad v er s wea th er   im ag es  f r o m   d atasets   s u ch   as  AC DC ,   DAWN,  an d   Fo g g y C ity s ca p es  ar in itially   p r o ce s s ed   b y   th e   GAN - b ased   en h an ce m en t   m o d u le  t o   im p r o v v is ib ilit y   an d   f ea t u r q u ality .   T h r esu ltin g   en h an ce d   im a g es  ar s u b s eq u en tly   in p u i n to   th e   YOL Ov 8   d etec to r   f o r   o b ject  d etec tio n   an d   class if icatio n .   Dete ctio n   r esu lts   ar th en   ev alu ated   u s in g   s tan d ar d   p er f o r m an ce   m etr ics,  in cl u d in g   Pre cisi o n ,   R ec all,   F1 - s co r e,   an d   m AP@ 0 . 5 .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8   I n t J E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.   1 6 ,   No .   4 Au g u s t   20 2 6 :   2 2 3 0 - 2246   2236       Fig u r e   3 .   E x p e r im en tal   s etu p   a n d   wo r k f lo w   of   th e   p r o p o s ed   GAN YOL Ov 8   f r am ewo r k   f o r   o b ject   d etec tio n   u n d er   a d v er s wea th er   co n d itio n s       3. 5 .   E v a lua t i o pro t o co l   W i d e l y   u s e d   o b j e c t   d et e c t io n   m e t r i c s ,   i n c l u d i n g   p r e c is i o n ,   r e c a l l ,   F 1 - s c o r e ,   m AP@ 0 . 5 ,   a n d   m A P@ 0 . 5 0 . 9 5 ,   wer u s ed   to   ass es s   th m o d el’ s   p er f o r m a n ce .   B o th   d etec tio n   ac c u r ac y   a n d   r o b u s tn ess   u n d er   d if f er en lo ca lizatio n   c r iter ia   ar e   ca p tu r ed   by   th ese   m etr ic s   [ 2 2 ] ,   [ 2 3 ] .   B est   p r ac tices   d ev elo p ed   in   ea r lier   b en ch m ar k in g   s tu d ies  of   Y O L O   v a r i a ti o n s   u n d e r   u n f a v o r a b le   w e at h e r   c i r c u m s t a n c es   [ 2 1 ] [ 2 3 ] ,   a n d   [ 2 4 ]   w e r e   a d h e r e d   to   by   t h e   e v al u a tio n   p r o ce s s .   Un d er   th e   s am e   co n d itio n s ,   th e   b aselin e   YOL Ov 8   an d   th e   s u g g ested   GAN YOL Ov 8   f r am ewo r k   w er co m p ar e d .   Per f o r m an ce   b en ef its   co u ld   b d ir ec tly   lin k e d   to   th s u g g ested   d esig n   th an k s   to   ad d itio n al  b en ch m ar k i n g   ag ai n s t   p u b lis h ed   f in d in g s   of   YOL Ov 8 - STE   [ 2 3 ] ,   im a g e - ad a p tiv e   YOL O   (IA - YOL O)   [ 2 4 ] ,   an d   GAN - p r ep r o ce s s ed   p ip elin es  [ 2 6 ] [ 2 9 ] .   T h e   f o llo win g   f o r m u la   was   u s ed   to   d eter m in e   th e   F1 - s co r e,   p r ec is io n   ( P),   an d   r ec all   ( R ) :   We   ca lcu lated   th e   m ea n   Av e r a g e   Pre cisi o n   ( m AP)   f o r   I o U   th r esh o ld s   b etwe en   0 . 5   an d   0 . 9 5 :     =   +  =   +  1 = 2 × × +   ( 3 )     W ca lcu lated   th m ea n   av e r a g p r ec is io n   ( m AP)   f o r   I o th r esh o ld s   b etwe en   0 . 5   an d   0 . 9 5 :     m AP = 1 = 1 ,   = ( ) 1 0    ( 4 )     T h is   s tatis tic  m ea s u r es  th m o d el’ s   d etec tio n   q u ality   a n d   s h o ws  th ar ea   u n d er   t h p r ec is io n r ec all  cu r v e. C o n f i d en ce   lo s s   co n v er g en ce ,   b o x   lo s s ,   an d   class if ica tio n   lo s s   wer u s ed   to   tr ac k   th tr ain in g   s tab ilit y .   A d d i t i o n a l l y ,   to   e v al u a t e   t h e   GA N Y O L O v 8   f r a m e w o r k s   v ia b i l i t y   in   r e al - t i m e ,   i n f e r e n c e   t im e   a n d   FP S   ( f r a m es  p er   s ec o n d )   wer ass ess ed .     3 . 6 .     H a rdwa re   a nd   s o f t wa re   e n v i r o n men t   E v e r y   e x p e r i m e n t   i n   t h is   s t u d y   w a s   c o n d u c t e d   o n   a   h i g h - p e r f o r m a n c e   w o r k s t a ti o n   t h a t   h as   a n   I n t e l®  X e o n ®   S il v e r   4 2 1 0 R   C P U   r u n n i n g   a t   2 . 4 0   G H z   a n d   a n   N V I D I A   T e s l a   T 4   G PU   ( 1 6   G B   VR A M ) ,   i n   a d d it i o n   t o   6 4   G B   o f   R A M .   W i t h   C UD A   1 2 . 1   a n d   c u D N N   8 . 9   i n s t a ll e d   o n   t h e   6 4 - b i t   U b u n t u   2 0 . 0 4   L T S   c o m p u t e r   s y s t e m ,   d e e p   l e a r n i n g   a p p l i c at i o n s   w er e   e f f e c t i v e l y   ac c e l e r a t e d   b y   t h e   G PU .   T h r o u g h o u t   t h e   m o d e l s   t r a i n i n g   a n d   a s s e s s m e n t   p h a s e s ,   t h i s   c o n f i g u r a t i o n   g u a r a n t e e d   p e a k   p e r f o r m a n c e   a n d   c o n s i s t e n t   p r o c es s i n g .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:   2088 - 8 7 0 8         E n h a n ce men t o f YOLOv8   fo r   o b ject  d etec tio n   in   a d ve r s w ea th er c o n d itio n s   ( Ta lifh a n C a lvin   Ts h ip o ta )   2237   T h e   s o f t w a r e   e n v i r o n m e n t   wa s   b u i l t   wi t h   P y t h o n   3 . 1 0 ,   a n d   P y T o r c h   2 . 1 . 0   a n d   t h e   U l t r al y t i cs   Y O L O v 8   f r a m e w o r k   ( v e r s i o n   8 . 1 . 0 )   w e r e   u t i li z e d   t o   d e v el o p   t h e   m o d el .   T h e   m a j o r it y   o f   t h e   r es e a r c h   w a s   c o n d u c t e d   i n   t h e   G o o g l e   C o l a b   P r o +   e n v i r o n m e n t ,   w h i c h   o f f e r s   r e li a b l e   GP U   a cc e s s   a n d   m a k e s   i t   p o s s i b l e   t o   r e p e at   r es u l ts   a c r o s s   m u l t i p l e   r u n s .   M a t p l o tl i b   ( v 3 . 7 )   w as   u s e d   f o r   d a t v i s u a li z a ti o n   a n d   c h a r ti n g ,   N u m P y   ( v 1 . 2 5 )   f o r   n u m e r i c a l   c o m p u t a t i o n s ,   a n d   Op e n C V   ( v 4 . 8 )   f o r   i m a g e   p r o c e s s i n g   i n   o r d e r   t o   i n c r e as e   w o r k f lo w   e f f i c i e n c y .   T h i s   c o m b i n e d   h a r d wa r e - s o f tw a r e   a r c h it e c t u r e   a l l o ws   f o r   q u i c k   t r a i n i n g   o f   b o t h   Y O L O v 8   a n d   G A N - Y O L O v 8   m o d e ls   i n   a   r a n g e   o f   w e a t h e r - d e g r a d e d   c o n d i ti o n s   b y   o f f e r i n g   a   b a l a n c e d   c o m b i n a t i o n   o f   p r o c e s s i n g   p o w e r   a n d   s c a l a b il i t y .   A d d i ti o n a l l y ,   c o n s i s t e n c y ,   r e p r o d u c i b il i t y ,   a n d   a l i g n m e n w it h   s t at e - of - t h e - a r t   c o m p u t e r   v i s i o n   r e s e a r c h   p r o c e d u r e s   we r e   g u a r a n t e e d   b y   t h e   u s e   o f   s t a n d a r d i z e d   f r a m e w o r k s   a n d   G P U - a c c e le r a t e d   l i b r a r i es .       4.   E XP E R I M E N T A L   RE SU L T S   AND   DI SC US SI O N   T h e   p r o p o s e d   m o d e l   is   a   G AN - e n h a n c e d   Y O L O v 8   o b j e c t   r e c o g n i t i o n   a n d   i d e n ti f i c a ti o n   f r a m e w o r k ,   a n d   i t   w a s   r i g o r o u s l y   t e s t e d   o n   a   v a r i e t y   o f   m u l t i - w e a t h e r   d a t a s et s ,   i n cl u d i n g   l o w - l i g h t ,   d a m p ,   f o g g y ,   s n o w y ,   a n d   c l e a r   we a t h e r   c o n d i ti o n .   T h e s e   s c e n a r i o s   w e r s p e ci f i c al ly   s e l e ct e d   b e c a u s e   t h e y   s h o ws   s o m e   o f   t h m o s i m p o r t a n t   is s u es   i n   i n t el l i g e n t   s u r v e il l a n c e ,   a u t o n o m o u s   d r i v i n g ,   a n d   s m a r t r a n s p o r t a t io n   s y s t e m s ,   w h e r u n p r e d i c t a b l e   i ll u m i n a t i o n   a n d   w e a t h e r   f r e q u e n t l y   i m p a i r   th e   a c c u r a c y   o f   o b j e c t   d e t e ct i o n   a n d   i d e n t i f i c a ti o n   [ 1 4 ] [ 1 5 ] .   U n l i k e   s t a n d a r d   e v a l u a t i o n   m e t h o d s   t h a t   m o s t l y   f o c u s   o n   c l e a r - we a t h e r   m e t r i c s ,   o u r   s t u d y   s p e c i f i ca l l y   a d d r es s es   a d v e r s e   s c e n a r i o s   t o   p r o v i d e   a   m o r e   a cc u r a t e   m e a s u r e   o f   r es i li e n c e   a n d   a d a p t a t i o n .   B y   c o m b i n i n g   q u a n ti t a ti v e   a n d   q u a l i t a ti v e   v i ew p o i n t s ,   t h e   ev a l u a t i o n   m e t h o d   w a s   c r e a te d   t o   o f f e r   c o m p r e h e n s i v e   e v a l u at i o n   o f   d e t e c t i o n   p e r f o r m a n c e .   T o   ass e s s   d e t e ct i o n   a c c u r a c y   u n d e r   d e f e r e n t   e n v i r o n m e n t al  w e a t h e r   c o n d it i o n s ,   s ta n d a r d   m e t r i c s   s u c h   a s   p r e c is i o n r e ca l l ,   F 1 - s c o r e ,   a n d   m e a n   a v e r ag e   p r e c i s i o n   ( m AP )   w e r e   c a l c u l at e d .   B e ca u s e   t h ey   r e f l e c t   t r a d e - o f f s   b e t w e e n   f a l s e   p o s it i v es   a n d   f a l s e   n e g a ti v e s   i n   a   v a r i e t y   o f   c o n d i t i o n s ,   t h es e   c r i te r i a   h a v e   b e c o m e   s t a n d a r d   i n   e v a l u a ti n g   c o n t e m p o r a r y   d e e p - l e a r n i n g   d e t e c t o r s   [ 1 ] ,   [ 3 ] .   W c o n d u c t e d   a   c o m p a r a t i v e   a n a l y s is   w it h   s t at e - of - t h e - a r t   m o d e ls   ( e . g . ,   Y O L O v 5 ,   Y O L O v 7 ,   F ast e r   R - C NN )   i n   o r d e r   t o   f u r t h e r   c o n t e x t u a l i z e   o u r   f i n d i n g s   w i t h i n   t h e   b r o a d e r   r e s e a r c h   f r a m e w o r k .   W h i l e m p h a s i z i n g   t h e   a d v a n t a g es   o f   t h e   p r o p o s e d   p a r a d i g m   i n   m a n a g i n g   d i v e r s e   w e a t h e r   c o n d i tio n s ,   t h i s   e v a l u at i o n   r e c o g n i z e d   t h e   d r a w b a c k s   o f   s p e c i a l i ze d   a p p r o a c h e s   [ 3 0 ] ,   [ 3 1 ] .   I n   a d d i t i o n   t o   n u m e r i c al   d a t a ,   tr a i n i n g   d i a g n o s t ic s   w e r e   a n al y z e d   t o   c h a r a c te r i z e   t h e   m o d e l s   b e h a v i o r   d u r i n g   o p t i m i z a t i o n .   C o n v e r g e n c e   s t a b il i t y ,   p e r - cl a s s   p er f o r m a n c e   v a r i a b i l i t y ,   a n d   co n f i d e n c e - t h r e s h o l d   s e n s i t i v it y   w e r e   g i v e n   s p e c i al   c o n s i d e r a t i o n .   B e c a u s e   t h e y   d e m o n s t r a t e   w h e t h e r   i m p r o v e m e n t s   a r e   at t r i b u t a b le   t o   g e n e r a l   r e s i li e n c e   o r   o v e r f i t ti n g   t o   s p e c i f i c   c o n d i t i o n s ,   t h e s e   d i a g n o s t i c   i n s i g h t s   a r e   i m p o r t a n t   [ 2 7 ] [ 1 7 ] .   T h e   m o d e l s   a b i l it y   t o   h a n d l e   r e a l - w o r l d   p r o b l e m s   i n c l u d i n g   m o t io n   b l u r ,   l i m i t e d   e y e s i g h t ,   s e n s o r   n o i s e ,   a n d   p a r t i a o c c l u s i o n   w as   f i n a ll y   s h o w e r e d   b y   t h e   v i s u a l   d e t e c ti o n   r e s u l t s   o f   a   q u a l i t at i v e   t es t .   T h es e   v i s u al   e v a l u a ti o n   p r o v i d e   h e l p f u l   c o n f i r m a t i o n   o f   t h e   q u a n t i t a t i v e   m e as u r e s   an d   b o l s t e r   t h e   p r o p o s e d   m o d e l s   a p p l i c a b il i t y   i n   r a n g e   o f   o p e r a t i o n a l   c o n t e x t s   [ 9 ] [ 1 9 ] .   E v e r y   e x p e r i m e n t   w a s   c o n d u c te d   t h r e e   t i m e s   wi t h   a   d i f f e r e n t   s e t   o f   r a n d o m   s e e d s .   T h e   r e p o r t e d   r e s u l ts   m a t c h   t h e   m e a n   p e r f o r m a n c e ,   a n d   a l l   m e t r i c s   s h o w   s ta b l e   a n d   c o n s i s t e n t   c o n v e r g e n c e ,   w i t h   s t a n d a r d   d e v i at i o n s   s t a y i n g   b e l o w   ± 1 . 2 % .     4 . 1 .     Q u a n t i t a t i v e   p e r f o r ma nc e   un d e r   we a t h e r   c o n di t i o ns   T h p r o p o s ed   GAN - en h a n ce d   YOL Ov 8   d etec tio n   s y s tem s   r o b u s tn ess   an d   g en e r aliza tio n   ca p ac ity   wer e   r ig o r o u s ly   ev alu ated   in   f i v e   d if f er en t   en v ir o n m e n tal   co n d itio n s :   clea r ,   r ain y ,   f o g g y ,   s n o wy ,   an d   lo w - lig h t.   C o m m o n   o b ject  d etec tio n   an d   id en tific atio n   m etr ics  u s ed   in   th ass ess m en wer p r ec is io n ,   r ec all,   F1 - s co r e,   m ea n   av er a g e   p r ec is io n   at   I o U   t h r e s h o l d   0 . 5   ( m AP@ 0 . 5 ),   a n d   m ea n   Av er ag e   Pre cisi o n   ac r o s s   I o U   th r esh o l d s   f r o m   0 . 5   to   0 . 9 5   ( m AP@ 0 . 5 :0 . 9 5 ) .   T h ese   m etr ics   wer e   c h o s en   b ec au s e   th e y   ca p tu r e   b o th   class if icatio n   r eliab ilit y   an d   lo ca lizatio n   a cc u r ac y   ( I o U - b ased   p e r f o r m a n ce ) ,   o f f er in g   f air   ev alu ati o n   o f   th m o d el’ s   p er f o r m an ce   u n d er   d if f icu lt w ea th er   co n d itio n s   [ 3 2 ] [ 2 7 ] .   T ab le  4   s h o ws  th m o d el’ s   p ea k   p e r f o r m an ce   with   an   F1 - s co r o f   0 . 8 9   an d   m AP@ 0 . 5 =0 . 9 2 ,   s h o win g   th ar ch itectu r e s   ef f ec tiv en ess   u n d er   id ea co n d itio n .   C lear   wea th er   co n d itio n   s er v ed   as  b aselin e.   As  ex p ec ted ,   p er f o r m an ce   d e clin ed   u n d er   a d v er s co n d itio n s ,   with   th lar g est  d ec lin o cc u r r in g   at  lo lig h t   lev els  co n d itio n s   ( m AP@ 0 . 5 = 0 . 8 1 ,   m AP@ 0 . 5 :0 . 9 5 = 0 . 5 4 ) .   T h is   ex em p lifie s   th well - k n o wn   v u ln er a b ilit y   o f   o b ject  d etec tio n   an d   id en tific atio n   to   in ad eq u ate  illu m in ati o n ,   wh ich   r e d u ce s   th d e p en d ab ilit y   o f   f ea tu r ex tr ac tio n   an d   h in d er s   p r ec is o b ject  b o r d er   r ec o g n itio n   [ 6 ] .   Nev er th eless ,   th m o d el  d id   r ath er   well  in   r ain y   en v i r o n m en ( m AP@ 0 . 5 =0 . 8 8 ) ,   d e s p ite  s lig h t   p r ec is io n r ec all  tr ad e - o f f s   ca u s ed   b y   m o tio n   b l u r ,   wate r   d r o p lets ,   an d   r ef lectio n s .   C lo u d y   co n d itio n s   also   d ec r ea s ed   co n tr ast  an d   ey esig h t,  wh ich   led   to   a   r ec all  o f   0 . 7 8 .   Similar   d if f icu lties   wer e   o b s er v ed   in   s n o wy   en v ir o n m en ts ,   wh er t h ac cu r ac y   o f   b o u n d i n g   b o x   l o ca lizatio n   was  d ec r ea s ed   b y   p ar tial  o cc lu s io n   an d   d en s e   s n o wf all.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8   I n t J E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.   1 6 ,   No .   4 Au g u s t   20 2 6 :   2 2 3 0 - 2246   2238   T ab le   4.   YOL Ov 8   p er f o r m an c e   ac r o s s   wea th er   c o n d i t i o n s   W e a t h e r   C o n d i t i o n   P r e c i s i o n   R e c a l l   F1   S c o r e   mA P @ 0 . 5   mA P @ 0 . 5 : 0 . 9 5   N o t e s   C l e a r   0 . 9 0   0 . 8 8   0 . 8 9   0 . 9 2   0 . 6 5   B a se l i n e   o r   o p t i ma l   s c e n a r i o .   R a i n   0 . 8 5   0 . 8 2   0 . 8 3   0 . 8 8   0 . 6 0   S l i g h t   p e r f o r m a n c e   d r o p   d u e   t o   m o t i o n   b l u r   a n d   r e f l e c t i o n s.   F o g   0 . 8 1   0 . 7 8   0 . 7 9   0 . 8 4   0 . 5 8   R e d u c e d   v i s i b i l i t y   d e c r e a s e d e t e c t i o n   a c c u r a c y .   S n o w   0 . 8 2   0 . 7 6   0 . 7 9   0 . 8 3   0 . 5 6   S n o w f l a k e i n t r o d u c e   n o i se  a n d   p a r t i a l   o b j e c t   o c c l u si o n .   Lo w   L i g h t   0 . 8 0   0 . 7 4   0 . 7 7   0 . 8 1   0 . 5 4   P o o r   i l l u mi n a t i o n   n e g a t i v e l y   a f f e c t d e t e c t i o n   p e r f o r ma n c e .       Desp ite  th ese  d ip s ,   it   is   im p o r tan t   th at  p r ec is io n   v alu es  co n s is ten tly   r e m ain   o v er   0 . 8 0   in   all   s ce n ar io s ,   d em o n s tr atin g   th e   m o d el’ s   r esil ien ce   to   o cc lu s io n ,   n o is e,   b lu r ,   an d   lo v is ib il ity .   E v en   wh ile  th m o d el  m a y   s o m etim es  m is s   d etec tio n s   ( lo wer   r ec all) ,   th is   c o n s is ten cy   s h o ws  th at  it   m ain t ain s   r elativ ely   lo w   f alse - p o s itiv r ate,   g u a r an teei n g   r eliab le  p e r f o r m an ce   u n d er   r an g o f   s ce n ar i o s   ( 1 ) .   T h ese  f in d in g s   s h o ws  th at,   in   d if f e r en ce   to   c o n v e n tio n al   YOL O - b ased   m o d els,  th e   in clu s io n   o f   GAN - b ased   p r e - p r o ce s s in g   e n h an ce s   th d etec tio n   p i p elin e’ s   r esil ien ce ,   p ar ticu lar ly   u n d er   u n c er tain   an d   n o is y   en v ir o n m en t   [ 3 3 ] [ 3 4 ] .   Ov er all,   th m ath em atica a n aly s is   s h o ws  th at  th p r o p o s ed   m o d el  b alan ce s   r o b u s tn ess   an d   ad ap tab ilit y ,   m ak in g   it  p er f ec t   f o r   r ea l - w o r ld   ap p licatio n s   in   a u to n o m o u s   d r iv i n g ,   tr a f f ic  m o n ito r in g ,   an d   s m ar t su r v eill an ce   s y s tem s .   T h ab latio n   r esu lts   in   T ab l 5   s h o th at  tr ad itio n al  d a ta  au g m en tatio n   b y   its elf   o f f er s   litt l e   r esil ien ce   in   b ad   wea th er .   G AN - b ased   p r e p r o ce s s in g ,   on   th e   o th e r   h a n d ,   r esu lts   in   s ig n if ican t   p er f o r m a n ce   g ain s ,   in d icatin g   th at   th im p r o v em e n ts   ar m ain l y   d u t o   im p r o v ed   in p u t   q u ality   r at h er   th an   ju s m o r e   d iv er s d ata.       T ab le   5.   Ab latio n   s tu d y   on   GA N   p r e p r o c e s s i n g   M o d e l   V a r i a n t   mA P @ 0 . 5   F1 - S c o r e   Y O LO v 8   ( B a s e l i n e )   0 . 8 4   0 . 8 1   Y O LO v 8   +   D a t a   A u g me n t a t i o n   0 . 8 7   0 . 8 3   Y O LO v 8   +   G A N   ( P r o p o se d )   0 . 9 0   0 . 8 6       T h e   s u g g ested   f r a m ewo r k   m ain tain s   n ea r   r ea l - tim e   p e r f o r m a n ce   ( 3 0   FP S),   wh ich   m ak es   it   ap p r o p r iate  f o r   p r ac tical  d ep l o y m en in   in tellig en tr a n s p o r ta tio n   an d   s u r v eillan ce   s y s tem s   ev en   th o u g h   GAN  p r e - p r o ce s s in g   ad d s   ex tr a   c o m p u tatio n al   o v er h ea d .   T h e   p r o p o s ed   s tr u ctu r e   m ain tai n s   n ea r   r ea l - tim e   p er f o r m an ce   ( 3 0   FP S)  d esp ite  th ex tr GAN  p r ep r o ce s s in g   s tep ,   s u g g esti n g   th at  it  is   s u itab le  f o r   p r ac tical  im p lem en tatio n   in   au t o n o m o u s   d r iv in g   an d   s u r v eillan ce   s y s tem s .   T h in f er en ce - tim p er f o r m an ce   is   s h o wn   in   T ab le  6 .       T ab le   6.   I n f e r en ce - tim e   p e r f o r m a n c e   M o d e l   FPS   I n f e r e n c e   Ti me  ( ms)   Y O LO v 8   ( B a s e l i n e )   52   1 9 . 2   Y O LO v 8   +   G A N   ( P r o p o se d )   38   2 6 . 0       4 . 2 .     C o mp a r a t i v e   e v a l u a t i o n   o f   y o l o v 8   b a s e d   wi t h   r el a t e d   w o r ks   I n   o r d er   f o r   u s   to   d eter m in th ef f ec tiv en ess   o f   th p r o p o s e d   YOL Ov 8 - b ased   m o d el  im p r o v ed   with   GAN   p r e - p r o ce s s in g ,   we   m ea s u r ed   its   p er f o r m a n ce   to   d ef er e n t   co n tem p o r ar y   d etec tio n   alg o r ith m s   d esig n ed   o r   ad ju s ted   f o r   a d v er s wea th er   c o n d itio n s .   T a b le  7   h i g h lig h t th s u m m ar y   o f   th is   co m p ar ativ s tu d y .       T ab le   7 .   C o m p ar ativ e   an aly s is   with   r elate d   s t u d i e s   S t u d y   M e t h o d   W e a t h e r   F o c u s   m AP @ 0 . 5   N o t e s   F an g   et   a l .   [ 2 7 ]   F a st e r   R - C N N   F o g ,   R a i n   0 . 8 9   (f o g ),   0 . 8 2   ( r a i n )   S t ron g   p erforman ce   i n   fog ,   weak er  i n   rai n   Z h an g   e t   a l .   [ 2 6 ]   Y O L O v 5   S n o w   0 . 8 7   Opt i mi ze d   for  sn o w - sp ec i fi v i s i b i l i t y   i s s u e s   L ee   e t   a l .   [ 2 9 ]   Y O L O v 7   L o w   L i g h t   0 . 8 3   S p ec i al i ze d   for  n i g h t   an d   i l l u mi n ati o n   ch al l e n g e s   P r o p o s e d   M o d e l   ( 2 0 2 5 )   Y O L O v 8   G A N   M u l t i - w e a t h e r   0 . 9 2   (cl e a r ),   0 . 8 8   (ra i n ),     0 . 8 4   ( f o g ) ,   0 . 8 3   (sn o w),     0 . 8 1   (l o w   l i g h t )   B a l a n c e d   p e r fo r m a n c e   a c r o ss  a l l   c o n d i t i o n s     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:   2088 - 8 7 0 8         E n h a n ce men t o f YOLOv8   fo r   o b ject  d etec tio n   in   a d ve r s w ea th er c o n d itio n s   ( Ta lifh a n C a lvin   Ts h ip o ta )   2239   T h co m p ar is o n   d em o n s tr ate s   h o well - s u ited   m o d els  p e r f o r m e d   in   t h eir   r esp ec tiv e   f ield s .   Fo r   ex am p le,   F a n g   et   al .   [ 2 7 ]   s h o wed   th at  Fas ter   R - C NN  p er f o r m ed   b etter   th a n   m a n y   m o d els  in   f o g   ( m AP@ 0 . 5 = 0 . 8 9 ) ,   wh ile  it  p er f o r m e d   wo r s in   r ain   ( 0 . 8 2 ) .   Similar ly ,   L e e   et   al .   [ 2 9 ]   d em o n s tr ated   th at  YOL Ov 7   ad ap ted   ef f ec tiv el y   to   lo w - lig h cir cu m s tan ce s   with   m AP@ 0 . 5 = 0 . 8 3 ,   wh ile  Z ha ng   et   al .   [ 2 6 ]   s tated   th at  th eir   YOL Ov 5 - b ased   s n o w - o p tim ized   d etec to r   r ea ch e d   m AP@ 0 . 5 = 0 . 8 7 .   T h ese  s p ec ialized   m o d els,  h o wev er ,   f r e q u en tly   f o r g o   g en er aliza tio n   in   f av o r   o f   s p ec ializ atio n th ey   p er f o r m   well  in   th eir   i n ten d ed   s u r r o u n d in g s   b u s u f f er   g r ea tly   o u ts id o f   th em .   O n   t h o th er   h an d ,   th e   m AP@ 0 . 5   o f   o u r   s u g g ested   Y OL Ov 8   GAN  m o d el  r an g ed   f r o m   0 . 8 1   ( lo lig h t)   to   0 . 9 2   ( clea r   co n d itio n s ) ,   d em o n s tr atin g   c o n s is ten f lex ib ilit y   ac r o s s   v ar iety   o f   wea th er   s itu atio n s .   Fo r   r ea l - wo r ld   im p lem en tatio n   i n   au to n o m o u s   d r iv in g   s y s tem s ,   in tellig en tr af f ic  m o n ito r in g ,   an d   s u r v eillan ce   n etwo r k s wh er u n p r ed ictab le   wea th er   n ec ess itates  d etec to r s   th at  p er f o r m   co n s is ten tly   ac r o s s   s ce n ar io s   r ath er   th an   e x ce llin g   in   ju s o n e th is   b alan ce   is   esp ec ially   cr u cial  [ 3 5 ] [ 2 9 ] .   T h p er f o r m an ce   o f   YOL co m p ar is o n s   in   d if f er en wea th er   s itu atio n s   is   d is p lay ed   in     Fig u r es  3   a n d   4 .   Fig u r 4   s h o ws  s id e - by - s id b a r   ch a r o v er   clim atic  cir cu m s tan ce s ,   wh ile  Fig u r 3   co m p ar es  th s u g g ested   m o d e l   m ea n   av e r ag p r ec is io n   ( m A P@ 0 . 5 )   to   ea r lier   a p p r o ac h es.  B o th   f ig u r es  s h o w   th at  ev en   if   s p ec ialized   d etec to r s   m ay   p er f o r m   b etter   th an   o u r   m o d el  in   s o m s itu atio n s ,   th p r o p o s ed   ap p r o ac h   o f f er s   o v er all  r o b u s tn ess   an d   b alan ce d   ac cu r ac y   in   v ar iety   o f   co n d itio n .   T h is   im p r o v e d   ad a p tab ilit y   i s   ex p lain ed   b y   th e   ad d itio n   o f   GAN - b ased   p r e - p r o ce s s in g ,   wh ich   im p r o v es  im a g q u ality   an d   lo wer s   n o is b ef o r e   d etec ti o n ,   allo win g   th e   YOL Ov 8   b ac k b o n e   to   e x tr ac f ea tu r es  m o r s u cc ess f u lly   ev en   in   m o r d if f ic u lt  co n d itio n   [ 2 5 ] [ 3 6 ] .   B ec au s th p r o p o s ed   m o d el  co m b i n es   r esil ien ce   p o wer ed   b y   GANs  with   s tr o n g   b aselin d etec ti o n   ca p ab ilit y ,   it  is   well - p o s iti o n ed   f o r   u s in   n ex t - g en er atio n   s m ar t t r an s p o r tatio n   s y s tem s   an d   s m ar t c ity   in f r a s tr u ctu r e.           Fig u r e   4.   C o m p ar is o n   of   YOL O v8   p er f o r m an c e   u n d er   d if f er en t   wea th er   c o n d i t i o n       4 . 3 .     T r a i ni n g   di a g n o s t i c s   u nd e r   r a in y   c o nd i t i o ns   Usi n g   d i f f er en t   ty p e   o f   d i ag n o s tic  g r a p h s   th at   d is p lay   d if f er en t   asp ec ts   o f   tr ain in g   d y n am ics,   co n v er g en ce   s tab ilit y ,   an d   d et ec tio n   r eliab ilit y ,   we   ass ess ed   our   YOL Ov 8   m o d el   with   GA N   p r e - p r o ce s s in g   in   r ain y   co n d itio n s .   T h ese   p lo ts   d em o n s tr ate   how   well   th e   m o d el   b alan ce s   co n f id en ce   lev els ,   f alse   p o s itiv es,   an d   f alse  n eg ativ es   u n d er   wea th er - in d u ce d   d is to r tio n s   s u ch   as   m o tio n   b lu r ,   r ain f all,   an d   r ef lectio n s .   T h ese   ex am p les   h elp   u s   c o m p r e h en d   h o th m o d el  wo r k s   an d   wh e th er   it is   ap p r o p r iate  f o r   p r ac ti ca l a p p licatio n s .     4 . 3 . 1 .   F1 c o n f i d e n c e   c u r v e   T h e   lin k   b etwe en   th e   c o n f id e n ce   th r esh o ld   a n d   th e   F1 - s co r e,   wh ich   is   th e   h ar m o n ic   m ea n   of   p r ec is io n   an d   r ec all,   is   d ep icted   b y   th F1 co n f id e n ce   cu r v ( Fig u r e   5 ) .   T h id ea tr a d e - o f f   f o r   c lass if icatio n   in   wet  co n d itio n s   is   in d icate d   b y   t h e   cu r v e’ s   p ea k ,   wh ich   was  at  0 . 7 7   with   co n f id en ce   t h r esh o ld   o f   0 . 4 3 .   T h is   r esu lt  d em o n s tr ates  th at  wh ile   ex ce s s iv ely   s ev er lim its   d r a s tically   lo wer   r ec all,   to o   lo th r esh o ld s   r esu lt  in   an   o v er wh elm in g   n u m b e r   o f   f alse  p o s itiv es.   I n   p r ac tical  a p p licatio n s   lik e   au to n o m o u s   d r iv in g ,   wh er e   h i g h   p r ec is io n   is   f r eq u en tly   s o u g h t,   th is   tr ad e - o f f   is   cr itical  s in ce   f alse  n eg ativ es  ( m is s ed   d etec t io n s   o f   p ed estrian s   o r   au to m o b iles )   m ay   b m o r ex p en s iv th an   f alse p o s itiv es  [ 2 7 ] .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.