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专利号: 2021104241844
申请人: 河南大学
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:2024-08-07
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于卷积神经网络多尺度特征的管道缺陷检测方法,其特征在于,包括以下步骤:

S1:构建网络的输入端部分,构建网络的输入端部分包括以下步骤:

S101:在训练阶段使用Mosaic数据增强,随机选取数据集中的4张图片进行随机缩放、随机裁剪、随机排布的方式进行拼接,使用拼接后的图片进行训练;

S102:在训练阶段加入自适应锚框计算方法,将锚框的计算部分整合进网络之中;

S103:在测试阶段使用自适应图片缩放,指的是抛弃以往图片原本的尺寸和比例,全部转换为相同的尺寸大小的图片,并使用黑色像素块填充缺失区域,使用计算缩放比例的方式、自适应的调整图片大小;

S2:构建网络的主干网络部分,所述主干网络主要由CSP  DarkNet53网络与denseNet网络融合构成;

构建网络的主干网络部分包括以下步骤:S201:图像进入网络后首先进入focus结构,将输入的图片进行切片操作;

S202:构建卷积块模块,卷积块由卷积、BN正则化、激活三种操作组成的;

S203:构建主干网络的主体部分,主干网络的主体部分由4个CSP结构与2个密集连接块构成,经过focus结构后,304*304*64的图片经过4个CSP结构与2个密集连接块,所述CSP结构为:首先经过一个卷积块模块,其次将图片分别送入两个分支B1与B2,B1分支经过1个卷积块、X个残差结构、1个卷积块,B2分支经过1个卷积块,然后将经过B1分支与B2分支的图片进行堆叠操作,最后再经过1个卷积块,其中X代表本个CSP结构的B1分支中残差结构的个数,记为CSP_X;所述残差结构分为两部分:一部分由残差边构成,既不进行操作,另一部分由2个连续的卷积块构成,最后将两部分相加得到结果;构建主干网络的主体部分中4个CSP结构依次为CSP_2、CSP_8、CSP_8、CSP_4;

S3:构建网络的多尺度融合特征金字塔部分,并与主干网络部分进行连接融合,为了更好地提取特征融合特征,使用特征金字塔对图片进一步的提取特征,构建网络的多尺度融合特征金字塔部分包括以下步骤:S301:构建SPP模块,首先将输入进来的图片经过3个卷积块模块,其次使用padding方式进行最大池化,再将4种尺度的特征图进行堆叠;

S302:构建多尺度特征金字塔模块,并与主干网络连接,特征金字塔结构采用FPN结构+PAN结构的方式搭建;

所述特征金字塔模块共有3个分支,定义为b1、b2、b3;

b1分支由主干网络中的第1个CSP_8结构作为起始,图像经过第1个CSP_8结构后同时输入给主干网络中的第1个密集连接块与b2分支中经过上采样的特征层进行堆叠,堆叠后的特征层经过5个卷积块,将结果下采样后分别送入b2分支与输出预测部分;

b2分支由主干网络中的第2个CSP_8结构作为起始,图像经过第2个CSP_8结构后同时输入给主干网络中的第2个密集连接块与b3分支中经过上采样的特征层进行堆叠,堆叠后的特征层经过5个卷积块,然后接收上述从b1分支下采样后的结果,与其进行堆叠操作后再次经过5个卷积块,最后将结果下采样后分别送入b3分支与输出预测部分;

b3分支是由SPP模块作为起始,首先经过3个卷积块,然后其结果:与b2分支经过下采样的结果进行堆叠后在经过5个卷积块,最后送入输出预测部分;上采样送入b2分支;

S4:构建网络的损失函数,目标检测的损失函数包含三部分:回归损失、置信度损失和分类损失,所述构建网络的损失函数包括以下步骤:S401:构建location_loss部分,location_loss部分需要进行由网络预测得到的锚框与真实锚框的对比操作,使用CIoU损失函数进行回归损失的评价;

S402:构建confidence_loss部分,confidence_loss代表网络的置信度分数损失;

S403:构建class_loss部分,class_loss代表分类损失;

S5:构建网络的输出预测部分,在经过上述主干网络与多尺度融合特征金字塔结构后,对特征层进行卷积操作,最后得到特征层的预测结果,将其进行解码操作得到相关锚框的坐标与置信度分数,设置置信度阈值后进行锚框的挑选任务;

S6:使用数据集对构建网络进行训练得到优先网络权重,即设置网络的训练参数,并使用数据集进行训练;

S7:使用训练完成的检测网络来执行管道内缺陷图片检测的任务,将管道缺陷图片输入本网络进行预测验证,得出缺陷的类别、置信度分数与锚框。

2.如权利要求1所述的一种基于卷积神经网络多尺度特征的管道缺陷检测方法,其特征在于,构建卷积块模块中卷积块的激活函数采用mish激活函数和leaky  relu激活函数。

3.如权利要求1所述的一种基于卷积神经网络多尺度特征的管道缺陷检测方法,其特征在于,构建主干网络的主体部分中每个密集连接块均由4个密集卷积层构成,其中每个密集卷积层都与另外3个密集卷积层相连。

4.如权利要求1所述的一种基于卷积神经网络多尺度特征的管道缺陷检测方法,其特征在于,S6中网络的训练参数包括学习率、迭代次数、输入图片大小、CUDA、初始化权重、数据增强方法、batch_size和epoch。