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专利号: 2017113413843
申请人: 西南交通大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 计算;推算;计数
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于深度学习的接触网关键部件识别方法,其特征在于:包括以下几个步骤:(1)目标图像采集:采集目标图像,形成原始图像样本集;

(2)图像数据增强:对原始图像样本集进行测试和探索,根据测试结果,选择合适的灰度变换、剪切、旋转、镜像、加噪声图像处理方法进行数据处理,形成图像处理图片集,并将图像处理图片集与原始图像样本集进行整合,组成训练集,从训练集中抽取一部分作为验证集与测试集;

(3)图像分层识别:利用训练集进行图像区域识别和关键部件识别的网络模型训练,得到针对不同目标区域的网络模型;

(4)关键部件及部件特征识别:识别零部件以及零部件各个部位。

2.如权利要求1所述的一种基于深度学习的接触网关键部件识别方法,其特征在于:所述步骤(3)具体步骤如下:(3a)将训练集图像尺寸缩小,得到训练集一;

(3b)图像区域识别:利用训练集一进行Faster R-CNN网络模型训练,形成网络模型一,利用网络模型一对训练集一图像识别并提取多个目标区域,得到目标区域的坐标;

(3c)将目标区域坐标映射到训练集一图像上,得到训练集一图像上的目标区域坐标,并将目标区域从训练集一图像剪裁下来,分别对剪裁下的不同目标区域尺寸进行变化,形成训练集二;

(3d)训练集二数据增强:利用图像识别模块对训练集二进行测试和探索,根据测试结果,运用灰度变换以及旋转、镜像、加噪声图像处理方法进行数据处理,形成训练集三,并将训练集三与训练集二进行整合,组成训练集四,从中随机抽取部分图片作为验证集二、测试集二;

(3e)关键部件识别网络模型训练:利用训练集四不同区域图像分别进行Faster R-CNN网络训练,得到针对不同目标区域的网络模型,统称为网络模型二。

3.如权利要求2所述的一种基于深度学习的接触网关键部件识别方法,其特征在于:所述步骤(3b)中所述图像区域识别的具体步骤如下:(3.1)利用训练集一对Faster R-CNN模型训练,产生用于识别目标区域的初级网络模型一;

(3.2)利用初级网络模型一对测试集和验证集进行测试,根据训练集、测试集、验证集识别率关系调整模型参数,并利用模型对未标注过的图片进行测试,根据识别出区域数量,挑选出没有识别到的图片的未识别区域,标注时仅标注未识别图片的未识别区域,并将其他区域以黑色覆盖,形成错误集,并将错误集添加入训练集;

(3.3)统计目标区域识别率是否达到标准,若达到则流程继续,否则,根据测试集、训练集、验证集识别率调整参数并利用加入错误集后的训练集进行微调,微调时在原代价函数基础上增加惩罚项 代价函数变为:其中w为用于微调的网络模型的权重,w'为每次更新得到的权重,β为该惩罚项的影响因子,得到新的初级网络模型一,并用该网络模型对未标注图片进行测试,得到错误集,并重复步骤(3.3),直到目标区域识别率达标,建立最终图像目标区域识别Faster R-CNN网络模型,即网络模型一;

(3.4)利用网络模型一进行目标区域识别并提取。

4.如权利要求2所述的一种基于深度学习的接触网关键部件识别方法,其特征在于:步骤(3e)中所述关键部件识别网络模型训练的具体步骤如下:(4.1)利用训练集四不同区域图片分别进行关键部件识别的网络训练,得到针对不同区域的初级网络模型二;

(4.2)利用初级网络模型二对测试集二和验证集二进行测试,根据训练集四、测试集二、验证集二识别率关系调整模型参数。并利用模型对未标注过的图片进行测试,根据识别出区域数量,挑选出没有识别到的图片的未识别区域,标注时仅标注未识别图片的未识别区域,并将其他区域以黑色覆盖,形成错误集,并将错误集添加入训练集四;

(4.3)分别统计不同区域关键部件在测试集下的识别率是否达到标准,若达到则流程继续,否则,根据测试集二、训练集四、验证集二识别率调整参数并利用加入错误集后的训练集四进行微调,得到新的初级网络模型二,并用该网络模型对未标注图片进行测试,得到错误集,并重复步骤(4.3),直到关键部件识别率达标,得到最终关键部件识别网络模型,即网络模型二。

5.如权利要求1-2所述的一种基于深度学习的接触网关键部件识别方法,其特征在于:步骤(2)和(3d)中所述灰度变换方法具体为:

(1)灰度线性变换

灰度线性变化是将直方图以类似“平移”的方式移动,其变化函数如下所示:g(x,y)=k·f(x,y)+d

其中,f(x,y)是原始图像灰度值,g(x,y)为变换后的灰度图像灰度值;

(2)对数变换

对数变化的特点是对低像素值进行拉伸,对高像素值进行抑制,其函数如下所示:y=c·logv+1(1+v·x)

通过将c恒定设置为1,改变v的值,是v越大,对低灰度级的增强作用越强,对高灰度级的压制作用越大;

(3)幂次变换

对于灰度幂次变换,其基本表达式为:

y=cxr+b

其中c和r均为正数;

(4)灰度拉伸

灰度拉伸的基本原理利用分段函数来对原图像进行变换,通过观察发现需要主要突出的像素值主要集中在4-60之间,这样,便将整个灰度曲线分为3个部分,假设像素值在0-4,

5-60,61-255之间的斜率分别为a1,a2,a3,由此可以计算出3个部分的折线表达式分别为:其中,a1,a2,a3为斜率。

6.如权利要求1-2所述的一种基于深度学习的接触网关键部件识别方法,其特征在于:步骤(2)和(3d)中所述旋转、镜像、加噪声方法具体为:(1)增加噪声

通过具体分析不同线路图片在不同环境下拍摄所可能遇到的噪声,对训练集图片增加噪声;

(2)镜像与旋转

镜像操作时,对于图像的每个像素点位置(x,y),其中(1≤x≤图像宽度W,1≤y≤图像宽度H),镜像操作后该点位置为(W-x+1,y)。旋转操作时,对于图像的每个像素点位置(x,y),若旋转角度为θ,则旋转后的坐标(xr,yr)为:

7.如权利要求2-4所述的一种基于深度学习的接触网关键部件识别方法,其特征在于:所述的图像区域识别和关键部件识别的Faster R-CNN网络模型其特征提取网络采用ZF网络,但分别进行参数配置。

8.如权利要求3-4所述的一种基于深度学习的接触网关键部件识别方法,其特征在于:步骤(3.2)和(4.2)所述的测试集由原始图像样本集中的图像组成。

9.如权利要求3-4所述的一种基于深度学习的接触网关键部件识别方法,其特征在于:步骤(3.2)、(3.3)、(4.2)和(4.3)所述的错误集并非特指某个特定的图像样本集,而是泛指单次或多次测试后产生的未识别图像的集合。

10.如权利要求2所述的一种基于深度学习的接触网关键部件识别方法,其特征在于:步骤(3b)中所述多个目标区域具体包括:平腕臂绝缘子左、平腕臂绝缘子、平腕臂绝缘子右、平腕臂支撑、斜腕臂支撑、承力索底座、斜腕臂绝缘子左、腕臂绝缘子、斜腕臂绝缘子右、斜腕臂支撑、定位器沟环、防风拉线、定位器线夹等。