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专利号: 2022106089460
申请人: 浙江工业大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-08-12
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.基于改进YOLOv5神经网络与无人机视频结合的裂缝快速检测方法,包括如下步骤:A.构建基于无人机的结构裂缝图像数据集;

A1:利用无人机拍摄目标结构物表面;无人机采用沿顺桥向的巡航路线,地面工作站连接无线图传接收机接收采集得到的视频;

A2:对视频中的图片按一定时间间隔逐帧提取视频中图像,形成后续操作的图像库;

A3:原始图像修改为分辨率较小的图像以缓解硬件设备压力,因桥梁裂缝并非爆发性产生,开裂周期较长,可供观测的含裂缝图像不多,故对已收集图像进行翻转、亮度变换、放大缩小等处理扩增数据集;

A4:采集得到的图片利用labelImg软件对每个图像创建标签,包含裂缝标签与非裂缝标签分开存放并随机生成训练集与验证集;

B.基于SSA改进YOLOv5神经网络;

B1:将YOLOv5网络结构中K‑means算法替换为搜寻特征能力更强的SSA算法;SSA首先初始化种类,迭代次数,不同特征点之间的比例;按序计算适应度值,为之后的特征点分类提供区域和方向;引入下式更新同类特征点在非同类特征点的位置:t表示当前迭代次数,j=1,2,3,…;itermax为一常数,表示最大迭代次数;Xi,j为第i个像素点在第j维中的位置信息;α∈(0,1]为一随机数R;R2∈[0,1],ST∈[0.5,1]分别为预警值与安全值;Q为服从正态分布的随机数;L为1×d的矩阵,元素均为1;

引入下式更新新加入的同类特征点位置:

P +

X为发现者占据的最优位置,Xworst为最差的位置;A为1×d的矩阵,元素为1或‑1,.A =T T ‑1A(AA) ;

引入下式更新边缘特征点位置:

Xbest为全局最优位置;β为步长控制参数,β~N(0,1),K∈[‑1,1],fi为各个特征点的自适应值;fg和fw为最佳和最差适应度值,ε为常数,防止分母为0;

通过上述步骤计算适应度值并更新特征点位置,满足停止条件则退出过程输出结果,反之重复初始化之后的步骤;

B2:基于B1特征点更新算法,首先对待分类数据点初始化随机抽样,获得SSA初始分类候选点,其次经过上述麻雀搜索算法的迭代,更新特征点位置使全局中的各个特征点向最优值移动并迅速收敛,将相同种类的特征点归为一类;

B3:通过上述计算就可以实现对不同特征点的分类,即不同色块之间的分类,最终实现图像内全部特征的归类识别;

C.训练基于扩充数据集的改进YOLOv5神经网络;

C1:利用脚本将图像文件标签格式转换为TXT,采用改进的YOLOv5网络加快对目标物体的识别速度,输入端采用Mosica算法进行数据增强,剪去图像的一部分内容并用数据集中其他区域像素值进行填充,检测四张图片组成的物体背景以自适应调整锚框;

C2:对C1步骤处理完成后的图片继续输入改进的YOLOv5主干网络CSP1‑X对图像进行切片,颈部网络采用FPN+PAN进行上、下采样,使用CSP2‑X结构最大程度上减少原始图像的信息流失,加强网络特征融合;

C3:输出每次训练后得到的正确率,并在规定次数的训练结束后观察是否达到所需正确率;检测头采用B中麻雀搜索算法生成预测框,损失函数采用GIoU;GIoU损失在网络中进行反向传播,使其损失逐渐减小,至模型收敛;

C4:模型训练完毕后输出正确率,观察是否满足要求精度,最后获得模型网络识别结果;

D.基于改进YOLOv5神经网络快速检测裂缝;

D1:重新拍摄未采集过图像的桥梁上部结构表面,将无人机现场采集到的新裂缝视频输入C中训练好的网络以实现裂缝快速检测;

D2:利用计算机视觉软件库OpenCV中的Video read函数读取无人机采集的原视频,按一定时间间隔逐帧抽取图像输入C中网络进行裂缝识别并存取检测结果;

D3:将已经识别完成的视频帧通过Video write函数规定好输出地址、视频大小、帧率等信息后重新写入,生成新的完成裂缝识别的视频,最终实现高效实用的基于改进YOLOv5神经网络与无人机视频结合的裂缝快速检测方法。

2.如权利要求1所述的基于改进YOLOv5神经网络与无人机视频结合的裂缝快速检测方法,其特征在于:步骤A1中利用无人机拍摄目标结构物表面,尽量选择光线较好的区域进行图像采集,减少曝光或光线太弱对图像清晰度产生的影响。