作者单位
摘要
长安大学工程机械学院,陕西 西安 710000
裂缝是路面最主要的病害之一,及时、有效地检测和评估裂缝对路面养护至关重要。为实现路面裂缝图像快速、准确的语义分割,提出一种基于DeepLabv3+模型的路面裂缝检测方法。为减小模型参数量、提高推理速度,采用MobileNetv3作为模型的主干特征提取网络,且在空洞空间金字塔池化模块中使用Ghost卷积代替普通卷积,使模型更加轻量化。为避免替换主干网络降低模型精度:首先,在空洞空间金字塔池化模块中使用条形池化模块代替全局平均池化,有效捕获裂缝结构的上下文信息,避免无关区域噪声的干扰;其次,引入轻量级通道注意力机制efficient channel attention(ECA)模块,增强特征的表达能力,并设计浅层特征融合结构丰富图像的细节信息,优化模型对裂缝的识别效果;最后,构造混合损失函数解决裂缝数据集类别不平衡而导致检测精度较低的问题,利用迁移学习的训练方式提高模型的泛化能力。实验结果表明:所提路面裂缝检测模型参数仅为14.53 MB,比原模型参数量减少93.04%,平均帧率达到47.18,满足实时检测的要求;在精度方面,该模型裂缝检测结果的交并比和F1值分别为57.21%和72.76%,优于经典的DeepLabv3+、PSPNet、U-Net模型和先进的FPBHN、ACNet等模型。所提方法可大幅减小模型参数量,在保证路面裂缝检测精度的同时满足实时性,为基于语义分割的路面裂缝在线检测奠定基础。
图像处理 路面裂缝检测 语义分割 DeepLabv3+ 轻量化 检测精度 
激光与光电子学进展
2024, 61(8): 0812001
作者单位
摘要
1 华侨大学 制造工程研究院,福建厦门3602
2 福建晶安光电有限公司,福建泉州36411
双面研磨作为蓝宝石衬底制备的一道重要工序,研磨表面裂纹深度将严重影响后续抛光的材料去除量,因此对研磨衬底表面裂纹特征研究及深度测量具有重要意义。本文采用截面显微观测法、聚焦离子束侧面观测法、差动蚀刻速率法、磁流变抛光法和逐层抛光法等方法观测双面研磨蓝宝石衬底表面裂纹特征和测量裂纹深度。采用截面显微观测法和聚焦离子束侧面观测法观测研磨后蓝宝石衬底亚表面裂纹形态主要有斜线状、横线状、钩状和树杈状。采用差动蚀刻速率法测得蓝宝石衬底研磨表面裂纹密集层厚度为9~10 μm,而采用磁流变抛光法测得研磨衬底局部亚表面裂纹深度为25~30 μm,采用逐层抛光法测得研磨衬底整体亚表面裂纹深度约为30~35 μm。此外,根据不同方法所检测的裂纹特征和裂纹深度,构建了蓝宝石衬底双面研磨表面裂纹模型,为后续抛光工艺的制定与优化提供依据。
蓝宝石衬底 研磨 表面裂纹 裂纹检测 sapphire substrate lapping surface crack crack detection 
光学 精密工程
2023, 31(14): 2060
作者单位
摘要
湖北工业大学 机械工程学院,湖北 武汉 430068
裂缝检测是一项关键工程任务,针对现有的主流裂缝语义分割模型参数量大、计算量高、实时性弱等问题,提出一种基于Fast-SCNN(fast segmentation convolution neural network)改进的裂缝图像实时分割算法。首先,该算法在Fast-SCNN基础上优化了空间金字塔池化模块SPP(spatial pyramid pooling) 存在像素位置信息丢失以及计算量大的不足,提出了一种轻量级的特征金字塔注意力模块;其次,改进了上采样的方式,充分考虑像素之间的关系,提出了一种轻量级的位置自注意力模块用于上采样,以此来提升检测精度;最后,双分支的各自输出通过注意力门突显裂缝相关区域和抑制无关背景。所提算法能够为模型提供更为精确的像素级别的注意力,更加有效识别细小裂缝和提升复杂背景裂缝分割的鲁棒性。实验结果表明:与现有的主流模型和其他轻量级模型相比,该算法进一步平衡了分割精度与检测速度,在裂缝数据集上达到 80.31%的平均交并比,F1 score为76.74%,参数量为1.20 M,计算量不足1 G,推理速度达到151 f/s,对裂缝图像实时分割检测任务具有较高的应用价值。
裂缝检测 语义分割 Fast-SCNN 实时分割 注意力机制 crack detection semantic segmentation Fast-SCNN real-time segmentation attention mechanism 
应用光学
2023, 44(3): 539
作者单位
摘要
南京航空航天大学自动化学院,江苏 南京 210016
针对连接器表面裂纹人工检测操作繁琐、效率低的问题,提出一种基于机器视觉的连接器表面裂纹智能检测方法。首先,利用基于随机采样一致性的直线拟合方法对待检测区域下边界进行拟合,以定位待检区域和边界。其中,基于单一尺度的形态学运算方法无法有效提取到裂纹区域,根据裂纹特点,提出一种基于多尺度形态学运算的裂纹提取方法,对比实验结果表明,该方法具有良好效果,实现了对裂纹区域的粗提取。再根据裂纹结构特征,提出一种自适应阈值分割方法完成对裂纹区域的分割。最后,通过Blob分析统计目标连通域的位置信息及目标区域的灰度响应强度,完成对真伪裂纹的判别。所提方法最终实现对连接器表面裂纹的实时在线检测,检测准确率可达97.1%。
图像处理 裂纹检测 灰度形态学 阈值分割 Blob分析 
激光与光电子学进展
2022, 59(14): 1415015
作者单位
摘要
1 长安大学电子与控制工程学院,陕西 西安 710064
2 广西新发展交通集团有限公司信息部,广西 南宁 530029
针对路面裂缝检测时裂缝的位置、形态的不确定性及裂缝特征与路面背景纹理的相似性等问题,提出了一种改进的多分支特征共享结构网络的裂缝图像分割算法。为了在减少计算参数冗余的同时提高检测精度,使用轻量化特征提取网络获取高层特征,采用多分支跳跃连接的方法提高通道间的信息利用。各分支融合全局卷积网络(GCN)模块和边界细化(BR)模块,提高了对裂缝边缘的分割性能和对裂缝区域内部分类的鲁棒性,利用循环残差卷积(RRC)模块,推动了对裂缝特征的累积。最后采用中轴法提取裂缝骨架,计算裂缝的形态参数,得到裂缝长度和宽度的相对误差分别为4.73%和5.21%。设计的多组对比实验结果表明,所提改进算法能够有效地提高对路面裂缝检测的精度和效率。
图像处理 语义分割 裂缝检测 裂缝参数计算 边界细化 多分支特征共享 
激光与光电子学进展
2022, 59(12): 1215005
作者单位
摘要
1 西安建筑科技大学信息与控制工程学院,陕西 西安 710055
2 人工智能与数字经济广东省实验室(广州),广东 广州 510320
针对自然场景下混凝土裂缝背景复杂、纹理多变所造成的裂缝分割不准确问题,提出了一种基于特征增强整体嵌套网络裂缝检测算法。首先,在整体嵌套网络,一种深度学习边缘检测网络的基础上,采用多尺度监督机制融合不同尺度混凝土裂缝的预测结果,增强网络对混凝土裂缝线性拓扑结构的表达能力;然后,采用一种卷积-反卷积特征融合模块将混凝土裂缝的反卷积深层语义特征和卷积浅层细节特征有效融合,深层语义特征可以减少复杂背景干扰并提高模糊裂缝区域特征响应,浅层特征可以提高裂缝细节表达能力,进而提高裂缝特征质量;最后,提出了混合空洞卷积边界细化模块,该模块利用残差网络和空洞卷积组细化裂缝边界,从而提高裂缝分割准确性。在数据集Bridge_Crack_Image_Data和Crack Forest Dataset上进行了测试,所提算法的准确率分别达到了92.1%和91.6%,F1分数分别达到了80.2%和91.1%。实验结果表明,所提算法在复杂自然环境下可获得稳定而准确的分割结果,具有较强的泛化性。
图像处理 裂缝检测 VGG16 整体嵌套网络 混合空洞卷积 语义分割 
激光与光电子学进展
2022, 59(10): 1010003
邹永宁 1,2,*张智斌 1,2李琦 1,2余浩松 1,2
作者单位
摘要
1 重庆大学 光电工程学院,重庆400044
2 重庆大学 光电技术及系统教育部重点实验室ICT研究中心,重庆400044
工业CT裂纹分割是工业CT图像处理中的一项关键技术,而CT图像中的伪影、噪声等干扰会对裂纹分割带来极大的困扰。为了提高CT图像中裂纹的分割精度,本文通过分析CT图像中裂纹的特征,提出了结合Hessian矩阵和支持向量机的CT图像裂纹识别与分割的方法。首先采用基于Hessian矩阵的多尺度滤波方法提取CT图像中的线状结构并对提取的线状结构进行对比度增强;然后利用图像像素点灰度在空间的分布规律提取线状结构图像的纹理特征信息;再使用基于径向基函数的支持向量机训练裂纹识别分类器;进而使用训练好的模型定位测试图像中裂纹所在的方块区域;最后使用自动阈值分割算法得到CT图像中的裂纹。实验结果表明,结合Hessian矩阵和支持向量机的分割方法能够抑制图像中非目标区域,提高了算法的抗干扰性,对裂纹子图像识别的准确率可达94.5%,具有实际的工程应用价值。
图像分割 工业CT图像 裂纹识别 Hessian矩阵 支持向量机 image segmentation industrial CT image crack detection Hessian matrix Support Vector Machine 
光学 精密工程
2021, 29(10): 2517
作者单位
摘要
1 广西科技大学 电气与信息工程学院, 广西 柳州 545000
2 河池学院 人工智能与制造学院, 广西 宜州 546300
针对铁氧体电感表面裂纹和隐含裂纹的检测,传统机器视觉方法存在裂纹成像模糊,识别率偏低等问题。提出了一种基于激光扫描热成像技术的电感器裂纹检测方法。使用热像仪捕捉样品表面的温度变化,并基于二阶微分算法进行图像合成; 使用轮廓提取算法去除外围轮廓的干扰和次大值滤波均匀图像,使用边缘检测对裂纹进行提取; 最后利用裂纹的面积和长宽比并结合图像的HOG特征当作输入特征,使用支持向量机进行图像识别。结果表明,对于所有的裂纹都能正确成像,裂纹识别正确率达到98.5%,其性能优于其他检测算法。
激光热成像 裂纹检测 自动识别 铁氧体电感器 图像处理 laser thermal imaging crack detection automatic identification ferrite inducto image processing 
光学技术
2021, 47(5): 513
作者单位
摘要
1 西安电子科技大学 综合业务网理论及关键技术国家重点实验室,西安 710071
2 西安公路研究院,西安 710065
针对基于智能图像处理的桥梁裂缝检测过程中,图像采集数量巨大,检测耗时的问题,提出一种桥梁裂缝图像快速筛选方法。首先对图像进行边缘提取,获得图像中的最长边缘,然后计算该边缘的最小外接圆及其半径,最后通过阈值判别法对图像进行筛选。筛选过程中用到的阈值通过构建一种基于图像分辨率的自适应计算模型来自动确定。实验证明,所提方法能够快速准确地对裂缝图像进行筛选,极大提高了裂缝检测系统的整体性能。
图像处理 裂缝检测 快速筛选 最小外接圆 桥梁裂缝 Image processing Crack detection Rapid screening Minimum circumscribed circle Bridge cracks 
光子学报
2021, 50(10): 1010002
作者单位
摘要
陕西师范大学计算机科学学院, 陕西 西安 710119
针对传统桥梁裂缝检测算法检测精度低和现有的主流语义分割算法容易丢失裂缝图像细节信息、结果不连续等问题,提出了一种基于改进PSPNet的桥梁裂缝图像分割算法。首先使用无人机采集桥梁图像,通过图像增强处理得到桥梁裂缝数据集;其次通过带有扩张卷积的残差网络初步提取裂缝特征;接着将提取到的特征送入到空间位置自注意力模块(SPAM)和金字塔池化模块的串联结构中,使其能够在空间维度上获得丰富的上下文信息。实验结果表明,与现有的主流语义分割算法相比,所提算法得到的裂缝细节更加丰富,各项分割指标都有较为显著的提升,平均交并比达到84.31%,并能对细小桥梁裂缝进行准确、完整提取。
图像处理 桥梁裂缝检测 自注意力机制 金字塔池化 残差网络 
激光与光电子学进展
2021, 58(22): 2210001

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