1.一种基于深度学习的煤岩图像分类方法,其特征在于,包括以下步骤:S1.收集煤岩图像并构建煤岩图像数据集,然后对数据集进行预处理操作;
S2.构建注意力残差网络Att‑Resnet,Att‑Resnet包括一个特征提取模块A1和多个残差注意力模块A2;
S3.构建特征提取模块A1,特征提取模块A1由大核并行卷积模块组成,将处理后的数据集中的图像输入至特征提取模块A1中,通过大核并行卷积模块提取煤岩图像的特征图 ;
S4.构建多个残差注意力模块A2,残差注意力模块A2是一个将经典残差模块中的3×3卷积替换为注意力机制的变体残差模块,将特征图 输入至多个残差注意力模块A2进一步进行特征提取,得到最终的特征图 ;
S5. 将最终的特征图 输入至分类器进行分类,得到特征图 对应各个类别的概率值,再选取概率值最高的类别作为预测的类别。
2.根据权利要求1所述的一种基于深度学习的煤岩图像分类方法,其特征在于,S1具体如下:将数据集中的煤岩图像缩放成统一尺寸,然后通过随机裁剪和旋转操作进一步对图像进行增强操作,得到预处理后的数据集 , , 表示与处理后的数据集中第 张煤岩图像, 表示预处理后的数据集 中煤岩图像的数量,表示预处理后的数据集 中任意一张煤岩图像。
3.根据权利要求2所述的一种基于深度学习的煤岩图像分类方法,其特征在于,S3具体如下:大核并行卷积模块包括四个支路,特征图 在第一支路通过一个1×1卷积,在第二支路通过一个 卷积,在第三支路通过一个3×3卷积,直接通过第四支路,再将四个支路的结果相加,然后依次经过一个归一化层和一个激活函数,最终输出特征图 ,计算过程如下:,
其中, 表示激活函数 的操作, 为归一化层, 、和 分别表示大核并行卷积模块中的3×3卷积、 卷积和1×1卷积的操作,表示 卷积中卷积核的大小,且大核并行卷积模块中的2D卷积3×3卷积、 卷积和1×1卷积被替换为深度过参数化卷积 , 卷积计算如下:,
其中,是一个二维张量,的输入通道数为 、高为 、宽为 ,表示深度卷积可训练核, , 表示深度卷积中的深度乘法器, 表示传统的卷积可训练核, , 表示输出通道数, 表示常规卷积运算符,表示深度卷积运算符, 表示输出的卷积结果。
4.根据权利要求1所述的一种基于深度学习的煤岩图像分类方法,其特征在于,S4具体如下:S4.1Att‑Resnet包括 个残差注意力模块A2,残差注意力模块A2依次包括第一个1×1卷积、注意力模块和第二个1×1卷积;
S4.2将特征图 输入至第一个残差注意力模块A2,经过残差注意力模块A2中第一个1×
1卷积将特征图 的通道减少至可通过注意力模块,再将减少通道数量后的特征图 输入至注意力模块,注意力模块先对特征图进行图像通道划分,划分后的通道数为n,再在每个通道分别进行特征提取,对应得到n个特征图,表示为 , 表示第个通道输出的特征图, ,计算过程如下:
,
其中, 表示第 个通道是卷积核为 的卷积;
再通过注意力模块中的注意力机制提取每个通道输出的特征图 的注意力权重 ,计算过程如下:,
其中, 表示注意力机制操作, 和 表示输入特征图的高和宽, 为特征图中的任意点, , 代表经过第 个通道输出的特征图,表示Sigmoid函数操作, 表示relu激活函数操作, 和 为注意力机制中的两个不同权重参数,, , 为缩减比,为输入通道数;
然后利用 激活函数来对通道注意力信息进行权值重新标定,计算过程如下:,
其中, 表示图像第 个通道重新标定后的注意力权重, 表示激活函数的操作;
S4.3将特征图 与对应的权值重标定后的注意力权重 进行 channel‑wise级别的相乘得到特征图 ,计算过程如下:,
其中, 表示channel‑wise级别的相乘;
然后将得到 进行维度拼接,得到一个多尺度特征信息注意力加权之后的特征图 ,计算过程如下:,
其中, 表示拼接操作;
最后特征图 经过第二个1×1卷积操作将特征图 的通道数恢复,得到特征图 ;
S4.4、将第一个残差注意力模块A2输出的特征图 作为第二个残差注意力模块A2,重复步骤S4.2和S4.3中的操作,得到第一个残差注意力模块A2的输出特征图 ,将上一个残差注意力模块A2的输出作为下一个残差注意力模块A2的输入,依次迭代,得到第 个残差注意力模块A2的输出特征图 ;
S4.5、特征图 依次经过 bn层、relu层、bn层,然后通过残差连接与特征图 相加后再经过一个relu层得到最终特征图 ,计算过程如下:。
5.根据权利要求1所述的一种基于深度学习的煤岩图像分类方法,其特征在于,S5具体如下:将特征图 输入至分类器进行分类,分类器包括一个平均池化层和一个全连接层,特征图 首先经过平均池化层得到特征空间向量,再经过全连接层的映射得到概率值最高的类别,计算过程如下:,
其中,表示预测结果, 表示平均池化层的操作, 表示全连接层的操作。
6.一种基于深度学习的煤岩图像分类装置,其特征在于,包括以下单元:(1)预处理单元:用于构建煤岩图像数据集,对数据集进行预处理;
(2)特征提取模块A1:利用大核并行卷积模块提取煤岩图像的特征;
(3)残差注意力模块A2:由变体残差模块和注意力模块构成,用于提取不同尺度特征图的通道注意力,得到每个不同尺度上的通道注意力向量,输出得到一个多尺度特征信息注意力加权之后的特征图;
(4)分类单元:用于将特征图进行分类。
7.一种计算机可读存储介质,其特征在于,该计算机可读存储介质上存储有计算机程序,该计算机程序被处理器运行时执行如权利要求1至5中任一项所述的基于深度学习的煤岩图像分类方法。