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专利号: 2022103254593
申请人: 燕山大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-06-16
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3D打印点阵结构CT图像缺陷检测方法,其特征在于,其包括以下步骤:步骤1:通过工业CT获取缺陷图像数据;

使用工业CT扫描3D打印点阵结构件,获取内部缺陷图像数据,并对缺陷图像数据进行保存;

步骤2:高斯滤波处理缺陷图像数据;

对所有图像数据都要进行高斯滤波,通过镜像、旋转、平移、扭曲、对比度调整和重复像素值操作,对缺陷图像数据进行扩展和增强;高斯滤波的表达方式如下所示:式中:x表示输入图像横坐标方向像素点的值;y表示输入图像纵坐标方向像素点的值;

G(x,y)表示高斯函数;σ代表高斯滤波函数的方差;

步骤3:构建基于深度学习网络的缺陷检测模型;

带有缺陷信息的图像数据被划分为训练集和验证集,图像数据传入基于深度学习的3D打印点阵结构缺陷检测模型进行训练,图像数据依次经过Resizer Images模块,融入双注意力机制的YOLOv4缺陷检测模块,进行缺陷检测;

步骤31:构建Resizer Model模块;

Resizer Model模块包括卷积层和BatchNorm层,所述卷积层函数的获取方式如下所示:l l

fx=ρ(wxl+b)

l l

式中:fx表示卷积层函数;xl表示输入的图像数据矩阵;w和b分别表示该层的权重和偏置;ρ表示激活函数;

所述BatchNorm层函数的获取方式如下所示:式中:yi表示BatchNorm层函数;γ和β分别表示第一训练参数和第二训练参数;表示第i个输入的图像数据的矩阵标准化;i表示输入图像数据的编号;

步骤32:构建基于双注意力机制的YOLOv4缺陷检测模块;

所述双注意力机制由SE注意力机制和CBAM注意力机制共同组成;

将所述SE注意力机制需融入到特征提取网络,给特征提取网络通道分配不同的权重;

将所述CBAM注意力机制融入到特征提取网络,能够将图像不同位置分配不同权重,更好的突出缺陷位置;

步骤33:搭建深度学习神经网络的损失函数;

融合Resizer Model模块、双注意力模块的YOLOv4深度学习神经网络的损失函数获取方法如下所示:式中:LCIOU表示YOLOv4深度学习神经网络的损失函数;IOU表示真实框和检测框的交并比;A表示检测框;B表示真实框;d表示欧氏距离;Azx和Bzx代表检测框和真实框的中心坐标;

c为A和B最小包围框的对角线长度;ν和a分别代表对长宽比的第一修正系数和第二修正系数;

所述步骤33中的YOLOv4缺陷检测模块融入希尔伯特曲线,在YOLOv4的主干网络最后一层融入希尔伯特展开层,能够更好的保留图像数据缺陷信息;

步骤4:判断缺陷检测检测模型训练结果是否符合要求;

当验证集在检测网络上的mAP值为95%以上代表模型训练完毕;保存模型参数,所述模型参数包括:迭代次数、优化器型号和所训练权重;所述mAP值获取方法如下所示:式中:mAP表示平均精度均值;k表示第k个计算区域;N表示计算区域数量;p(k)代表精确率;r(k)代表召回率;

步骤5:将训练好的模型参数用于缺陷检测模型;

将训练好的模型参数嵌入缺陷检测模型,应用到3D打印点阵结构件的内部缺陷检测。

2.根据权利要求1所述的基于深度学习的3D打印点阵结构CT图像缺陷检测方法,其特征在于,所述步骤1中的通过工业CT对3D打印点阵结构件进行扫描,根据结构件的长度、宽度和高度以及缺陷的尺寸确定切片图像数量,组成图像数据。

3.根据权利要求1所述的基于深度学习的3D打印点阵结构CT图像缺陷检测方法,其特征在于,所述步骤31中的Resizer Model模块能够让网络自动学习切片图像数据信息的大小,训练出与检测网络相匹配的图像尺寸,并自动调整输入到检测网络的尺寸信息。

4.根据权利要求1所述的基于深度学习的3D打印点阵结构CT图像缺陷检测方法,其特征在于,所述步骤31中的输入的图像数据矩阵标准化的获取方法如下所示:式中:ε表示像素值的偏置量; 表示像素值的方差;xi表示第i个输入的图像数据;θB表示像素的均值;

所述 像素值方差的获取方法如下所示:

式中;m表示像素点的数量;

所述θB像素值均值的获取方法如下所示:

5.根据权利要求1所述的基于深度学习的3D打印点阵结构CT图像缺陷检测方法,其特征在于,所述步骤33中的第一修正系数和第二修正系数具体如下所示:所述第一修正系数的获取方法如下所示:

gt gt

式中:w 和h 分别表示真实框的宽、高;w和h分别表示检测框的宽、高;

所述第二修正系数的获取方法如下所示:

6.根据权利要求1所述的基于深度学习的3D打印点阵结构CT图像缺陷检测方法,其特征在于,所述步骤4中的精确率p(k)和召回率r(k)的获取方法如下所示:所述精确率p(k)的获取方法如下所示:

式中:tp代表正确识别图像数量;fp代表正确图像错误识别为错误图像数量;

所述召回率r(k)的获取方法如下所示:

式中:fn代表错误图像误识别为正确图像数量。