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专利号: 2026101032873
申请人: 东北电力大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-09-30
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种面向复杂背景下的绝缘子缺陷检测方法,其特征在于,具体包括以下步骤:步骤1:建立绝缘子缺陷图像数据集,形成第一数据集;所述第一数据集中,绝缘子缺陷图像可通过无人机搭载高清相机拍摄获取;

步骤2:为所述第一数据集中的图像添加标注信息,形成第二数据集,并将所述第二数据集按照7:3:1的比例划分成训练集、验证集和测试集;

步骤3:构建一种面向复杂背景下的绝缘子缺陷检测模型,所述检测模型包括主干网络,特征融合网络和头部网络,所述一种面向复杂背景下的绝缘子缺陷检测模型的构建,进一步包括步骤3.1至步骤3.4:步骤3.1:所述主干网络由依次连接的Conv模块1、Conv模块2、SAConv模块1、Conv模块

3、SAConv模块2、Conv模块4、SAConv模块3、Conv模块5、SAConv模块4、SPPF模块、C2PSA模块组成;

将所述第二数据集中的训练集和验证集作为所述主干网络的输入;

所述主干网络通过SAConv模块2、SAConv模块3和C2PSA模块分别输出3种不同尺度的特征信息;

步骤3.2:所述特征融合网络,在YOLOv11n颈部网络的基础之上,增加了新设计的StripFormer模块1、StripFormer模块2;

所述C2PSA模块的输出作为Upsample模块1和Concat模块4的输入;

所述Concat模块1接收来自SAConv模块3和Upsample模块1的输出作为输入,再依次经过,C3k2模块1和Upsample模块2;

所述Concat模块2接收来自SAConv模块2和Upsample模块2的输出作为输入,再依次经过C3k2模块2、StripFormer模块1和Conv模块6;

所述Concat模块3接收来自Conv模块6和C3k2模块1的输出作为输入,再依次经过C3k2模块3、StripFormer模块2和Conv模块7;

所述Concat模块4接收来自Conv模块7和C2PSA模块的输出作为输入,再依次经过C3k2模块4;

所述StripFormer模块1、StripFormer模块2,二者结构相同;

所述StripFormer模块有1个输入,输入特征图X,分别通过MSFI模块、DSPM模块,得到特征图X1和X2;特征图X1依次经过ReLU激活函数和Conv模块8;特征图X2依次经过ReLU激活函数和Conv模块9;通过Concat模块将Conv模块8与Conv模块9的输出进行拼接得到特征图X3,特征图X3经过Conv模块10处理后与原始特征图X一同经过ReLU激活函数得到特征图Y;

所述StripFormer模块中的MSFI模块,有1个输入,输入特征图X,经过Conv模块11处理后,分别通过Conv模块12,AVGPooling模块1和AVGPooling模块2,分别得到特征图X4、X5和X6;特征图X5依次经过Conv模块13和Upsample模块3;特征图X6依次经过Conv模块14和Upsample模块4;将特征图X4、Upsample模块3的输出和Upsample模块4的输出进行合并得到特征图X1;

所述StripFormer模块中的DSPM模块,有1个输入,输入特征图X,经过Conv模块15处理后,分别通过自适应水平条状池化模块和自适应垂直条状池化模块,分别得到特征图X7和特征图X8,自适应水平条状池化模块,对特征图X进行自适应水平池化操作具体操作可表示为:;

其中, 表示输入特征图,具有H行,W列; 为输出向量,其第i个分量 即第i行的自适应水平条带池化结果;xi,j表示第i行、第j列上的激活值,其中 0≤i

自适应垂直条状池化模块,对特征图X进行自适应垂直池化操作具体操作可表示为:;

同样, 为输出向量,其第j个分量 表示第j列的自适应条带池化结果,vi是长度为H的非负可学习权重向量;

特征图X7依次经过Conv模块16和Upsample模块5;特征图X8依次经过Conv模块17和Upsample模块6;将Upsample模块5和Upsample模块6的输出合并后得到特征图X2;

步骤3.3:将所述步骤3.2中融合后的特征输入到所述头部网络中,进行绝缘子缺陷检测结果的预测和筛选,得到最终的绝缘子缺陷检测的预测结果,实现绝缘子缺陷检测;

所述头部网络,包括3个检测头;

检测头1接收C3k2模块2输出的特征图;检测头2接收C3k2模块3输出的特征图;检测头3接收C3k2模块4输出的特征图;

步骤3.4:采用新的损失函数SSIoU,公式为:;

shape shape

其中,η为形状约束权重系数,Ω 为形状不匹配损失,distance 为形状感知的中gt心偏移惩罚,IoU为预测框B和真实框B 交集面积与并集面积之比;

shape

公式(1)中,形状不匹配损失Ω 的计算公式为:;

其中,θ为形状敏感调节因子,ωw是水平方向上的目标形态差异因子,ωh是垂直方向上的目标形态差异因子;

shape

公式(1)中,形状感知的中心偏移惩罚distance 的计算公式为:;

其中, xc,yc为预测框的中心坐标;c为预测框和真实框共同的最小包围框的对角线长度;

公式(1)中,IoU的计算公式为:

;

公式(2)中,ωw,ωh的公式为:

;

gt gt

其中,w,h分别是预测框水平长度和垂直长度,w ,h 分别是真实框水平长度和垂直长度,β为自适应惩罚系数,ww和hh分别是预测框水平方向和垂直方向的权重系数;

公式(5)中,预测框水平方向和垂直方向的权重系数ww和hh的计算公式为:;

;

其中,scale是缩放因子;

公式(5)中,自适应惩罚系数β的计算公式为:;

gt

其中,α为自适应形状惩罚因子,σ为自适应阈值;r为预测框形状偏移量,r 为标准框形状偏移量;

gt

公式(8)中,r,r 的计算公式为:

;

;

步骤4:采用所述训练集和验证集对步骤3所述的一种面向复杂背景下的绝缘子缺陷检测模型进行训练,并保存最优模型,所述步骤4,进一步包括步骤4.1至步骤4.4:步骤4.1:设置所述检测模型的训练参数,包括:迭代轮数、批次大小、优化器、学习率、动量、权重衰减和线程数;

步骤4.2:将所述训练集和验证集图像以及对应标签输入到所述检测模型中,使用反向传播算法计算损失函数对模型参数的梯度,根据梯度更新模型的参数,使损失函数逐渐减小;

步骤4.3:监控训练过程中的损失函数值和性能指标,训练集和验证集的损失函数不再下降,同时准确率P、召回率R、平均精确率均值mAP评价指标也不再提高时结束训练;

步骤4.4:在训练完成后,保存最优模型;

步骤5:采用所述测试集对所述步骤4.4中的最优模型进行精度测试,满足精度要求,即获得最终的一种面向复杂背景下的绝缘子缺陷检测模型。

2.根据权利要求1所述的一种面向复杂背景下的绝缘子缺陷检测方法,其特征在于,所述步骤5,进一步包括步骤5.1至步骤5.3:步骤5.1:将所述测试集输入到所述步骤4的最优模型中进行测试;

步骤5.2:计算模型性能指标:准确率P、召回率R、平均精度均值mAP,具体计算公式如下:;

;

;

;

其中, AP为平均精确率,m为类别数,TP表示正样本被正确识别为正样本的个数,FP表示负样本被错误识别为正样本的个数,FN表示正样本被错误识别为负样本的个数;

步骤5.3:评估测试集的性能指标,若测试集的精度与训练集相近,说明模型满足精度要求,获得最终的一种面向复杂背景下的绝缘子缺陷检测模型。