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深度学习的接触网小目标缺陷识别研究
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作者 顾桂梅 王小亮 《电子测量与仪器学报》 CSCD 北大核心 2024年第4期151-160,共10页
吊弦线夹螺栓是铁路接触网供电线路的重要器件,其状态会影响电力机车受流质量,于是对SSD算法进行改进:首先引入一种轻量级神经网络MobileNetV3用于前端特征提取,降低模型复杂度,以提高检测速度;其次采用CA注意力机制替换反向残差结构线... 吊弦线夹螺栓是铁路接触网供电线路的重要器件,其状态会影响电力机车受流质量,于是对SSD算法进行改进:首先引入一种轻量级神经网络MobileNetV3用于前端特征提取,降低模型复杂度,以提高检测速度;其次采用CA注意力机制替换反向残差结构线性瓶颈层的SE模块,使位置信息沿空间两个方向聚合,调整后的特征层能够捕获全局远程特征信息;最后设计了特征融合模块以重构特征层,优化小目标检测层以提高对小目标的识别效果。还用CycleGAN等方法扩充训练样本,解决数据集不足的问题。实验结果表明,改进算法的模型复杂度下降,mAP@0.5和FPS分别达到95.5%和81 fps,该研究有助于接触网检测仪器向小型移动嵌入式设备转变。 展开更多
关键词 深度学习 小目标 注意力机制 接触网检测
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用于吊弦故障检测的CycleGAN样本生成方法研究
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作者 肖昊宇 顾桂梅 曹文翔 《传感器与微系统》 CSCD 北大核心 2024年第8期49-52,共4页
针对深度学习算法在接触网吊弦缺陷识别时,存在数据样本不平衡、缺陷样本少、难以准确体现识别算法有效性的问题,提出了一种基于改进循环生成对抗网络(CycleGAN)模型的吊弦缺陷样本生成方法。首先,在生成器中用密集卷积块替换残差块,使... 针对深度学习算法在接触网吊弦缺陷识别时,存在数据样本不平衡、缺陷样本少、难以准确体现识别算法有效性的问题,提出了一种基于改进循环生成对抗网络(CycleGAN)模型的吊弦缺陷样本生成方法。首先,在生成器中用密集卷积块替换残差块,使得生成模型表现更稳定,收敛速度更快;然后,在生成器卷积层和密集卷积块后添加坐标注意力机制,使得生成的吊弦缺陷样本更清晰;最后,将常见的缺陷吊弦数据迁移到正常吊弦数据上,生成吊弦缺陷样本。仿真实验结果表明:所提出的方法比深度卷积生成对抗网络(DCGAN)算法和CycleGAN算法生成的图像更清晰,最终所生成的样本可以替代真实样本。 展开更多
关键词 吊弦 循环生成对抗网络 密集卷积网络 坐标注意力机制 样本扩充
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Catenary dropper fault identification based on improved FCOS algorithm
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作者 gu guimei WEN Bokang +1 位作者 JIA Yaohua ZHANG Cunjun 《Journal of Measurement Science and Instrumentation》 CAS CSCD 2024年第4期571-578,共8页
The contact network dropper works in a harsh environment,and suffers from the impact effect of pantographs during running of trains,which may lead to faults such as slack and broken of the dropper wire and broken of t... The contact network dropper works in a harsh environment,and suffers from the impact effect of pantographs during running of trains,which may lead to faults such as slack and broken of the dropper wire and broken of the current-carrying ring.Due to the low intelligence and poor accuracy of the dropper fault detection network,an improved fully convolutional one-stage(FCOS)object detection network was proposed to improve the detection capability of the dropper condition.Firstly,by adjusting the parameterαin the network focus loss function,the problem of positive and negative sample imbalance in the network training process was eliminated.Secondly,the generalized intersection over union(GIoU)calculation was introduced to enhance the network’s ability to recognize the relative spatial positions of the prediction box and the bounding box during the regression calculation.Finally,the improved network was used to detect the status of dropper pictures.The detection speed was 150 sheets per millisecond,and the MAP of different status detection was 0.9512.Through the simulation comparison with other object detection networks,it was proved that the improved FCOS network had advantages in both detection time and accuracy,and could identify the state of dropper accurately. 展开更多
关键词 catenary dropper fully convolutional one-stage(FCOS)network defect identification generalized intersection over union(GIoU) focal loss
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基于高斯-中值的钢轨表面缺陷图像滤波研究 被引量:17
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作者 顾桂梅 冉建民 周咏 《铁道科学与工程学报》 CAS CSCD 北大核心 2018年第8期1943-1949,共7页
针对传统滤波算法在钢轨表面缺陷检测中噪声滤除效果的缺点,提出一种高斯-中值滤波算法。将图像反转,使缺陷及一些被氧化处与正常的钢轨表面的灰度亮度发生反转。对反转后图像的滤波模板窗口求加权平均值,将图像中的每个点的像素灰度值... 针对传统滤波算法在钢轨表面缺陷检测中噪声滤除效果的缺点,提出一种高斯-中值滤波算法。将图像反转,使缺陷及一些被氧化处与正常的钢轨表面的灰度亮度发生反转。对反转后图像的滤波模板窗口求加权平均值,将图像中的每个点的像素灰度值与其加权平均值进行比较,若该点的像素灰度值大于其加权平均值,则用中值滤波算法进行处理,否则用高斯滤波算法进行处理。将仿真结果与传统的方法相比较表明:该方法去除噪声效果更好,并能很好的保护图像细节和改善缺陷处的边缘细节。 展开更多
关键词 钢轨表面缺陷 图像 噪声 滤波 图像反转
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一种钢轨裂纹红外图像处理算法研究 被引量:5
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作者 顾桂梅 刘丽 贾文晶 《铁道学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第11期129-133,共5页
针对钢轨裂纹红外图像信噪比低、对比度低和纹理细节模糊的特点,提出了一种涉及降噪、目标细节增强和区域分割等的红外图像综合处理算法。首先,通过自适应均值滤波除去钢轨裂纹红外图像的部分噪声;其次,采用非线性非子采样Contourlet变... 针对钢轨裂纹红外图像信噪比低、对比度低和纹理细节模糊的特点,提出了一种涉及降噪、目标细节增强和区域分割等的红外图像综合处理算法。首先,通过自适应均值滤波除去钢轨裂纹红外图像的部分噪声;其次,采用非线性非子采样Contourlet变换(Nonsubsampled Contourlet Transform,NSCT)对裂纹图像进行增强处理;最后,利用改进的最大类间方差法实现图像中目标裂纹区域的分割。实验结果表明,本文算法在有效地抑制噪声,提高图像对比度的基础上,能突显裂纹细节纹理,同时降低细节分割丢失,为后续图像信息处理奠定了必要的基础。 展开更多
关键词 钢轨裂纹红外图像 自适应均值滤波 非线性NSCT 最大类间方差法
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钢轨轨底裂纹红外热波无损检测数值模拟分析 被引量:6
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作者 顾桂梅 贾文晶 《红外技术》 CSCD 北大核心 2018年第3期294-299,共6页
针对传统超声波检测方法的不足,本文提出红外热波无损检测技术检测钢轨轨脚两侧的裂纹,在ANSYS有限元分析软件中对钢轨轨脚裂纹红外热波无损检测实验进行了数值模拟分析,并搭建了钢轨裂纹红外热波检测实验的实验平台,对仿真结果进行了... 针对传统超声波检测方法的不足,本文提出红外热波无损检测技术检测钢轨轨脚两侧的裂纹,在ANSYS有限元分析软件中对钢轨轨脚裂纹红外热波无损检测实验进行了数值模拟分析,并搭建了钢轨裂纹红外热波检测实验的实验平台,对仿真结果进行了验证。钢轨轨底裂纹红外热波无损检测实验仿真主要包括3部分:建立钢轨实体模型并对其进行网格划分,热流密度模拟热波载荷施加在钢轨轨脚表面进行求解分析,对求解结果生成钢轨轨脚表面的温度分布云图和温度随时间变化曲线图。仿真与实验结果表明:红外热波无损检测方法可以弥补传统超生波检测方法的不足,可以检测得到钢轨轨底两侧的裂纹。 展开更多
关键词 钢轨轨底裂纹 三维建模 ANSYS有限元模拟 红外成像
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基于YOLOv5s的接触网吊弦线和载流环缺陷识别算法 被引量:9
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作者 顾桂梅 贾耀华 温柏康 《铁道科学与工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第3期1066-1076,共11页
吊弦是铁路链式悬挂接触网系统的重要组成部分,对保证铁路供电安全具有至关重要的作用。由于弓网之间长时间、大强度的相互作用,吊弦不可避免地出现故障,直接威胁到铁路行车安全。传统人工巡检方式速度慢、强度大,为了减轻人工巡检压力... 吊弦是铁路链式悬挂接触网系统的重要组成部分,对保证铁路供电安全具有至关重要的作用。由于弓网之间长时间、大强度的相互作用,吊弦不可避免地出现故障,直接威胁到铁路行车安全。传统人工巡检方式速度慢、强度大,为了减轻人工巡检压力,研制投入了接触网悬挂状态检测监测装置,在铁路现场应用中取得了良好的效果。但是随着4C装置的不断增加,面对采集到的海量图像数据,现有智能分析算法暴露出智能处理能力较差,存在漏检、误检的问题。针对以上不足,提出一种基于YOLOv5s的接触网吊弦线和载流环缺陷识别算法。首先,采用Transformer模块替换原YOLOv5s算法主干网络末端的C3模块,强化主干网络的全局特征信息提取能力。然后,将主干网络提取的不同尺度的特征图送入BiFPN特征融合网络,进行多尺度特征融合。最后,在YOLOv5s算法颈部网络引入CBAM注意力机制,增强待检测目标的显著度,抑制无关信息干扰,同时扩充原有检测尺度,提升对小目标的检测能力。仿真实验结果表明:新算法在复杂背景下具有良好的检测准确率,mAP@0.5值达到了96.8%,相比于YOLOv5s算法提升了5.2%,检测速度也优于目前大部分主流目标检测算法,研究结果为接触网吊弦线和载流环缺陷识别提供了更加准确快捷的方法。 展开更多
关键词 吊弦缺陷识别 YOLOv5s TRANSFORMER 多尺度特征融合 注意力机制 多尺度检测
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改进GA-BP算法的棒式绝缘子表面缺陷识别 被引量:4
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作者 顾桂梅 陈国翠 《铁道科学与工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第2期546-553,共8页
针对棒式绝缘子及表面缺陷的精确识别技术问题,提出改进遗传算法(Genetic Algorithm)优化BP神经网络算法(GA-BP)和绝缘子水平/垂直方向像素统计的算法,分别用于绝缘子及其表面缺陷精确识别。采用GA算法对BP网络的初始权重进行优化,并用... 针对棒式绝缘子及表面缺陷的精确识别技术问题,提出改进遗传算法(Genetic Algorithm)优化BP神经网络算法(GA-BP)和绝缘子水平/垂直方向像素统计的算法,分别用于绝缘子及其表面缺陷精确识别。采用GA算法对BP网络的初始权重进行优化,并用鲍威尔-比厄法(Powell-Beale)更新GA-BP算法中的权值和阈值,高精度识别绝缘子。利用相机标定,实现绝缘子长度直径比、伞裙面积的世界与像素值间的转换。基于像素统计结果,实现绝缘子表面缺陷的精确识别。仿真结果表明,与GA-BP识别算法和以伞裙距离为自爆判断标准的算法相比,改进后的识别率分别提高7.00%和20.50%,且改进GA-BP算法的处理时间为0.015 s/张。为接触网检测监测装置(4C)零部件的准确识别奠定了基础。 展开更多
关键词 棒式绝缘子表面缺陷识别 改进GA-BP算法 相机标定 图像像素统计
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基于单幅光栅条纹图像的钢轨表面三维重构研究 被引量:3
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作者 高常强 顾桂梅 +1 位作者 赵建龙 邹逸 《传感器与微系统》 CSCD 2019年第7期57-60,共4页
针对光栅条纹相位测量法利用相移法提取相位时需要3幅以上的相移光栅条纹图像,使得整个重构过程复杂的问题,提出利用单幅光栅条纹图像提取相位的方法进行钢轨表面的三维重构。通过对单幅光栅条纹图像进行希尔伯特变换的方法实现相位移... 针对光栅条纹相位测量法利用相移法提取相位时需要3幅以上的相移光栅条纹图像,使得整个重构过程复杂的问题,提出利用单幅光栅条纹图像提取相位的方法进行钢轨表面的三维重构。通过对单幅光栅条纹图像进行希尔伯特变换的方法实现相位移动。利用推导的相移公式直接求取包裹相位变化量,并解包裹得到连续相位分布。将连续相位代入相位高度映射关系,获得轨面高度分布,重构钢轨表面三维形貌。利用传统Stoilov五步相移法重构钢轨表面。通过对仿真结果的对比分析并结合实际情况,该方法能够很好地实现钢轨表面的三维重构,并且误差小于Stoilov五步相移法,运行速度较快,更适合在线检测。 展开更多
关键词 钢轨表面三维重构 单幅光栅条纹图像 希尔伯特变换 相位
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基于改进Faster R-CNN的接触网管帽目标定位算法 被引量:7
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作者 顾桂梅 陈充 +3 位作者 余晓宁 张存俊 仝甄 梅小芸 《激光与光电子学进展》 CSCD 北大核心 2022年第4期132-142,共11页
为了改善接触网管帽这类小尺度部件在故障检测过程中定位困难的情况,提出一种基于改进Faster R-CNN的接触网管帽目标定位算法。通过K均值聚类算法(K-means)对region proposal network(RPN)层中生成anchor boxes的比例及面积进行改进,所... 为了改善接触网管帽这类小尺度部件在故障检测过程中定位困难的情况,提出一种基于改进Faster R-CNN的接触网管帽目标定位算法。通过K均值聚类算法(K-means)对region proposal network(RPN)层中生成anchor boxes的比例及面积进行改进,所提算法在定位接触网管帽这类小部件上具有较好的表现。并通过比较VGG16、resnet50、resnet101、resnet152等4种特征提取网络在原始及改进的Faster R-CNN上定位管帽的准确率、召回率、准确率和召回率的调和平均F_(1)、单张检测时间等指标来选择最优特征提取网络。实验结果表明,基于resnet50的改进Faster R-CNN深度网络模型在接触网管帽定位中具有明显的优势,召回率为89.78%,定位准确率可以达到83.16%,F_(1)值为86.34%,单张检测时间为0.283 s。 展开更多
关键词 图像处理 接触网管帽 定位 Faster R-CNN K均值聚类算法 深度学习
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基于融合图像连通区域提取的弓网燃弧自动检测方法 被引量:6
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作者 顾桂梅 吴俊明 +1 位作者 仝甄 张振琛 《武汉大学学报(工学版)》 CAS CSCD 北大核心 2021年第5期461-466,共6页
车载接触网动态检测装置在进行弓网燃弧检测时,误报警率高需人工进一步复核,这会增加人工负担、降低检测效率。为了解决这一问题,提出了一种根据融合图像连通区域数进行弓网燃弧缺陷自动复核方法。该方法首先运用改进的Otsu提取红外图... 车载接触网动态检测装置在进行弓网燃弧检测时,误报警率高需人工进一步复核,这会增加人工负担、降低检测效率。为了解决这一问题,提出了一种根据融合图像连通区域数进行弓网燃弧缺陷自动复核方法。该方法首先运用改进的Otsu提取红外图像弓网接触点处的最高温度区域;然后运用基于像素最小的融合方法融合可见光图像与红外分割图像,实现红外图像最高温度区域与可见光图像光斑区域的重合检测;最后采用八邻域算法提取重合的连通区域,并根据连通区域数判断是否为弓网燃弧。仿真结果表明,所用方法与人工复核的结果一致,降低了误报警率,减轻了人工负担,提高了检测效率。 展开更多
关键词 Otsu改进 融合图像连通区域 自动检测 弓网燃弧
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弓网燃弧可见光图像分割算法 被引量:5
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作者 仝甄 顾桂梅 余晓宁 《激光与光电子学进展》 CSCD 北大核心 2020年第16期194-200,共7页
针对含弓网燃弧可见光图像中存在泊松噪声干扰以及光照不均匀的问题,提出了一种包含降噪、区域分割的图像处理算法。首先通过二维Gabor小波变换算法滤除弓网燃弧图像中的泊松噪声,然后根据改进的均匀性度量法判断光照是否均匀。对于光... 针对含弓网燃弧可见光图像中存在泊松噪声干扰以及光照不均匀的问题,提出了一种包含降噪、区域分割的图像处理算法。首先通过二维Gabor小波变换算法滤除弓网燃弧图像中的泊松噪声,然后根据改进的均匀性度量法判断光照是否均匀。对于光照不均匀的图像,先使用二维伽马函数对光照分量进行修正,再使用均匀性度量算法进行分割。仿真结果表明,该算法能有效抑制泊松噪声,准确分割出目标区域,分割精度达到95%,为后续弓网燃弧强度的定量分析提供了思路。 展开更多
关键词 图像处理 弓网燃弧可见光图像 Gabor小波变换算法 均匀性度量算法 伽马函数
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