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专利号: 2017114478366
申请人: 江南大学
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:2024-02-26
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种织物疵点检测方法,其特征在于,基于深度学习和支持向量数据描述实现;所述方法包含学习过程和检测过程;

所述学习过程包括:(1)获取多幅无疵点织物图像,对图像进行预处理得到特征向量集;(2)将步骤(1)得到的特征向量集作为深度神经网络的输入,经训练后得到降维后的特征向量集;(3)通过随机漂移粒子群优化算法优化确定支持向量数据描述的参数;

学习过程的步骤(1)具体为:(a)每幅图像与一组Gabor滤波器卷积变换得到多幅滤波图像;(b)计算得到每幅滤波图像的能量图像,按照一定规律将每幅能量图像分成互相重叠的多幅子图像;(c)由每幅子图像所对应的多幅Gabor滤波后的能量图像的所有像素灰度值,得到一个特征向量,由所有子图像得到特征向量集;

所述学习过程中步骤(2)是将步骤(1)得到的特征向量集作为深度神经网络层叠自编码器的输入,训练SAE后得到降维后的特征向量集;所述降维是:采用无监督学习方法,调整每一层的参数,使输出值等于输入值;当隐藏层的神经元个数小于输入层的神经元个数时,隐藏层即为输入层的低维表示,从而实现降维的目的;

所述检测过程包含:(1)对一幅待检测织物图像进行预处理得到特征向量集,具体实现过程同学习过程的步骤(1),区别在于子图像之间不互相重叠;(2)将每幅子图像对应的特征向量输入到深度神经网络中,得到降维后的特征向量;(3)将降维后的特征向量作为SVDD的输入,得到所对应的子图像中是否有疵点的判别结果。

2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述深度神经网络包括层叠自编码器。

3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述Gabor滤波器的二维空间域Gabor滤波函数表示为:其中

x′=xcosθ-ysinθ       (2)y′=xsinθ+ycosθ      (3)σx和σy分别为高斯窗口在时域x轴与y轴上的标准差;λ为波长,θ为旋转角度。

4.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述步骤(b)具体是:假设滤波后图像为r(x,y),其能量图像Er(x,y)由下式得到:其中rRe(x,y)和rIm(x,y)分别为图像r(x,y)的实部和虚部;

能量图像按照从左至右从上至下的方式分成互相重叠的多幅子图像。

5.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述训练SAE包括预训练过程和微调过程,具体实现如下:a)预训练过程:从第一层开始,利用自编码器的思想,只训练一层的参数,训练后固定该层的参数,以其输出作为下一层的输入,重复这样的过程得到每一层权重;

假设x是自编码器的输入向量,自编码器由下式表示:z=s(Wx+b)           (5)y=s(W′z+b′)         (6)其中z是隐藏层的输出,W是权重,b是偏置,y是自编码器的输出,s(·)是sigmoid函数;

自编码器的损失函数定义为:

L(x,y)=||x-y||2       (7)通过最小化该损失函数,得到隐藏层的参数W和b;

b)微调过程:将SAE最后一层隐藏层的输出作为特征输入到分类器进行分类,通过反向传播算法调整所有层的参数以改善结果;

假设现有n个训练样本为{(x(1),y(1)),…,(x(n),y(n))},通过反向传播算法最小化如下的目标函数:(i) (i)

其中hw,b(x )为第i个输入样本x 的网络实际输出;

使用梯度下降法更新参数W和b,如下式所示:

其中 为第l层第q个神经元与第(l+1)层第p个神经元间的权重, 是第(l+1)层第p个神经元的偏置,α为学习速率。

6.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,在学习过程中所述步骤(3)具体包括:最小化如下目标函数:

约束条件为:

||x(i)-a||2≤R2+ξi,ξi≥0        (12)其中x(i)为第i个训练样本,即由学习过程中的步骤(1)和步骤(2)求得的降维后的特征向量,超球体半径为R,球心为a,ξi为松驰变量,C为惩罚参数;

当训练样本非线性可分时,将训练数据用非线性映射投影到高维特征空间,使得这些数据在高维空间中能够线性可分,这样就需引入核函数φ的方法;引入核函数后,式(12)改写为:||φ(x(i))-a||2≤R2+ξi,ξi≥0      (13)通过求解凸二次优化问题确定超球体的球心a和半径R,然后对一个待测试样本t,若样本包含在SVDD超球体范围内,则为无疵点样本;若不满足式(14),则该样本在SVDD超球体范围外,即为疵点样本:

2 2

||φ(t)-a||≤R          (14)其中,t指待测试样本;σ为高斯核函数φ的参数;

所述参数C的值和核函数φ的参数σ通过使用RDPSO算法优化SVDD的参数获得;

用下式作为目标函数f:

其中wA和wR分别为对应分类准确率acc和超球半径R的权值;分类准确率acc为分类准确的样本与总的样本的比值;

使用RDPSO算法优化SVDD的参数的具体过程描述如下:a)初始化粒子群,包括确定最大迭代次数、搜索空间粒子的维数、粒子的个数、随机初始化粒子的位置;粒子的位置即为SVDD的参数C和σ;

b)求得每个粒子对应的适应度函数值;

c)如果当前为第一次迭代,每个粒子的个体最好位置即为该粒子的初始位置;否则更新每个粒子的个体最好位置和整个粒子群的全局最好位置;

d)如果终止条件满足,则训练结束,整个粒子群的全局最好位置即为最优的一组SVDD的参数C和σ;否则,转到步骤b)。

7.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述检测过程包括:(1)对一幅待检测织物图像进行预处理得到特征向量集,具体实现过程同学习过程步骤(1),只是子图像之间不互相重叠;

(2)将每幅子图像对应的特征向量输入到层叠自编码器SAE中,得到降维后的特征向量;

(3)将降维后的特征向量作为支持向量数据描述SVDD的输入,得到所对应的子图像中是否有疵点的判别结果;

对于输入样本,若该样本包含在SVDD超球体范围内,则为无疵点样本;若该样本在SVDD超球体范围外,则为疵点样本。

8.权利要求1~6任一所述方法在纺织领域质量控制方面的应用。