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专利号: 2024115165941
申请人: 南京信息工程大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-10-10
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于改进YOLOv8的多尺度特征融合3D打印缺陷检测方法,其特征在于:包括以下步骤:步骤一:收集3D打印图像数据,并对收集到的数据使用DE‑GAN进行数据增强;

步骤二:构建AMF‑Net,集成AFP、CSC和SAGM模块;

步骤三:采用MTCL策略进行模型训练,同时进行缺陷检测、分类和程度估计;

步骤四:通过超参数调优、模型剪枝和量化来优化模型性能;

步骤五:开发IFOSystem,对缺陷进行实时检测与打印参数优化;

步骤六:使用CPI评估框架对模型进行全面评估。

2.根据权利要求1所述的一种基于改进YOLOv8的多尺度特征融合3D打印缺陷检测方法,其特征在于:对数据使用DE‑GAN进行数据增强的具体步骤:步骤一:使用CycleGAN作为生成3D打印缺陷图像的GAN架构,使用部分标注的图像预训练GAN模型;

步骤二:将标注的缺陷图像用于训练GAN,将真实缺陷图像作为输入提供给GAN的生成器,生成逼真的缺陷图像,判别器学习区分真实图像和生成图像,交替更新生成器和判别器的参数,直到GAN能够生成高质量的缺陷图像;

步骤三:使用训练好的GAN生成新的缺陷图像,手动评估生成图像的质量,确保图像符合实际缺陷特征,将生成的图像与原始数据集融合,增加数据集的多样性和规模。

3.根据权利要求1所述的一种基于改进YOLOv8的多尺度特征融合3D打印缺陷检测方法,其特征在于:权利要求1中步骤二的具体步骤:步骤一:在YOLOv8的骨干网络中提取不同尺度的特征图,对特征图进行上采样和下采样操作,构建金字塔结构,使用可学习的权重矩阵来动态融合不同尺度的特征;

步骤二:在金字塔的相邻层之间添加跳跃连接,允许信息直接流动,使用Element‑wise Addition合并来自不同层的特征;

步骤三:对特征图的通道进行压缩来计算空间注意力图,使用计算出的注意力图对特征图进行重加权,突出重要的特征;

步骤四:在PyTorch中定义一个新的网络类,继承自YOLOv8的网络类,在类中实现AFP、CSC和SAGM模块,并根据设计好的架构进行集成,编写前向传播函数,使得数据在网络中正确流动;

步骤五:加载YOLOv8的预训练权重作为网络初始化的一部分,设置网络的超参数。

4.根据权利要求1所述的一种基于改进YOLOv8的多尺度特征融合3D打印缺陷检测方法,其特征在于:权利要求1中步骤三的具体步骤:步骤一:保持YOLOv8的检测头部,将其用于生成边界框和缺陷置信度,添加一个新的分类头部用于输出缺陷类型,添加另一个全连接层用于输出缺陷程度的分类标签;

步骤二:使用YOLOv8的定位损失定义检测损失,使用交叉熵损失定义分类损失,使用均方误差定义程度评估损失;

步骤三:从同一图像中提取两个具有相似缺陷特征但位置不同的补丁,从不同图像中提取两个具有不同缺陷特征的补丁,使用InfoNCE Loss来度量正样本对之间的相似性和负样本对之间的差异性,从网络中提取用于对比的特征,根据提取的特征计算对比损失;

步骤四:通过网络传递输入数据,同时计算检测、分类和程度估计的输出,计算总损失,根据计算出的损失进行反向传播,更新网络的权重,使用Adam更新网络的权重;

步骤五:在每个训练批次后记录损失值,用于监控训练进度,定期在验证集上评估模型性能,调整超参数以防止过拟合,根据验证集的性能,使用学习率调度器调整学习率,通过应用权重衰减来减少过拟合;

步骤六:在训练完成后,在测试集上评估模型的最终性能,计算检测的mAP、分类准确率、程度估计的误差指标。

5.根据权利要求1所述的一种基于改进YOLOv8的多尺度特征融合3D打印缺陷检测方法,其特征在于:权利要求1中步骤四的具体步骤:步骤一:选择调优的超参数,系统地遍历超参数的多个组合,随机选择超参数组合进行测试,找到最佳组合,使用概率模型来预测超参数组合的性能,指导搜索过程,记录每次实验的超参数和性能,选择性能最佳的超参数组合;

步骤二:通过移除不重要的权重,减少模型参数的数量,减少计算量,加快模型的前向传播,移除单个权重及整个神经元或卷积核,训练完整的模型,根据剪枝标准移除权重,对剪枝后的模型进行微调来恢复性能,从较小的剪枝比例开始,逐步增加,直到达到满意的性能和模型大小;

步骤三:通过降低权重的精度来减少模型大小,在训练后量化权重,并固定量化值,收集量化所需的权重和激活的最大值,根据统计数据将浮点数权重转换为量化值,在量化后的模型上进行微调来恢复性能,评估量化模型的推理速度,在测试集上评估模型的准确率,比较优化前后模型的大小,测量模型处理单个样本的平均推理时间。