改进Mask RCNN的盾构隧道渗漏水检测方法

渗漏水是盾构隧道结构存在潜在损伤或缺陷的重要表征,快速、准确检测出渗漏水位置,对隧道安全运营和维护具有重要意义。现有的方法大多采用光学影像对隧道渗漏水进行检测,受隧道内空间和光线条件限制,难以获得高质量病害图片。因此,本文提出了一种基于激光点云数据与改进Mask RCNN相结合的渗漏水检测方法。首先对激光点云反射强度进行修正;然后生成灰度图像并建立渗漏水病害数据集;最后在Mask RCNN算法中引入空洞卷积和变形卷积,实现了隧道渗漏水病害的快速检测。利用某地铁采集的数据进行验证,结果表明,本文提出的改进Mask RCNN算法相较于原始算法和FCN算法检测精度均有明显提升,在盾构隧道渗漏水识别方面性能表现较好。

基于空间注意力机制的Mask R-CNN致密储层岩石薄片图像鉴定

针对陆相致密储层岩石薄片鉴定识别难、制片成本高、时间消耗长和人为主观强等难题,选取鄂尔多斯盆地临兴区块上古生界和松辽盆地三肇凹陷扶余油层为靶区,提出一种基于深度学习的致密油储层岩石薄片人工智能鉴定方法,引入图像预处理技术去除岩石薄片图像噪声并统一图像像素大小,构建空间几何增广机制,基于空间注意力机制改进Mask R-CNN算法,并将上述方法应用于实例靶区进行有效性验证。结果表明:图像预处理技术能够在保障图像特征的前提下,有效提高图像质量,减少噪声干扰;空间几何图像增广机制能够在在一定程度上增加可用样本的数量;基于空间注意力机制的Mask R-CNN算法可以同时完成复杂岩石薄片成分的分割与智能识别工作,分割精度在不同数据集情况下的平均精度为89.2%,整体识别准确率为93%,适用于致密油储层岩石薄片特征鉴定。

Mask在包装材料气体阻隔性能检测中的应用研究

目的研究和评价mask在材料气体阻隔性检测中的应用及其检测数据的重复性、准确性和数据稳定性。方法选用覆盖高阻隔、中阻隔、低阻隔等阻隔性能范围的5种样品,使用3种不同面积的mask和仪器测试腔原有面积对样品进行测试,并对测试结果重复性、稳定性和准确性进行分析评价。结果高阻隔材料PET硬片使用面积12.56 cm^(2)的mask测试时,可以得到较为稳定的检测结果,而在使用更小面积(1.77、5 cm^(2))的mask时,测试结果的相对标准偏差、相对极差和测试数据偏差都较差,不推荐使用。KOP/CPP在使用1.77 cm^(2)的mask测试时,测试结果相对标准偏差和测试数据偏差都略大于10%。PET/CPP在使用1.77 cm^(2)的mask测试时,其测试数据偏差略大于10%。BOPE/LDPE和TPU使用1.77 cm^(2)的mask测试可以得到良好的检测结果。结论Mask是解决试样材料特性、设备量程限制、试样尺寸等测试困难的优秀解决方案。对于中、低阻隔材料的透气性测试,使用mask可获得具有良好可信度和稳定性的测试数据。而在进行氧气透过率的测试时应尽量选择大的测试面积。小面积mask不适用于高阻隔材料的气体阻隔性测试。

基于FPGA加速的Mask R-CNN稻瘟病高通量自适应识别模型研究

针对基于图像的稻瘟病现场检测技术依赖先验知识且受制于算力与田间网络状况,无法实现自适应实时检测的问题,提出一种可利用现场可编程门阵列(Field programmable gate array,FPGA)加速的Mask R-CNN(Mask region-based convolutional neural network)稻瘟病高通量自适应快速识别模型。首先将骨干网络改进为MobileNetV2,利用其倒残差模块降低计算量,提高模型并行处理能力;随后增加用于稻瘟病多尺度特征融合的特征金字塔网络模块,使模型具备多尺度自适应处理能力;最后由全卷积网络(Fully convolutional network,FCN)分支输出稻瘟病病斑的实例分割,同时使用交叉熵损失函数完成稻瘟病的定位与分类。稻瘟病实测数据集对模型的验证结果表明:当输入为全高清图像时,模型平均推理时间减少至85 ms,相较GPU服务器、同级别GPU边缘计算平台,速度分别提高86.2%、63.0%。在交并比为0.6时,准确率可达98.0%,病斑捕获能力平均提升21.2%。提出的Mask R-CNN自适应快速识别模型能够在田间恶劣网络状况下实现稻瘟病的快速现场检测,具有更好的抗噪能力和鲁棒性能,为水稻病害实时检测、察打一体提供了高效实时的片上系统方案。

改进Mask R-CNN的馆藏报纸图像内容分割

开展馆藏报纸图像内容分割研究,能提升文字识别准确率,对促进机器识别取代人工操作、提高图书馆数字化工作效率具有重要意义。文章根据报纸图像呈现的特征,提出一种基于改进MaskR-CNN的算法,实现报纸图像内容分割。首先,通过优化锚框比例和损失函数,对原始MaskR-CNN算法进行改进。其次,采用数据增强、调整训练参数开展样本训练。最后,通过实验的方式对改进后的MaskR-CNN算法训练模型和原始算法训练模型进行比较,并采用AP_bbox和AP_segm评价指标对实验结果进行评估,改进后的算法训练模型AP_bbox为0.935,AP_segm为0.943,均超过原始算法训练模型。实验结果表明,改进后的MaskR-CNN算法能够实现报纸图像内容有效检测与分割。

基于改进Mask R-CNN的青菜杂质检测研究

绿叶蔬菜的智能包装加工是实现绿叶蔬菜智能化生产、降低生产成本的重要部分,对绿叶蔬菜在包装加工时的杂质检测是其重要前提。以青菜为研究对象,提出一种基于Mask R-CNN的青菜杂质检测模型。首先采集标注掺杂枯树叶、枯菜叶和碎纸片3种常见杂质的青菜图像1370多张,并通过数据增强的方法扩充建立含有2740张青菜杂质图像的数据集。为减少背景对杂质检测的影响,通过在Mask R-CNN模型中加入协调注意力机制,同时添加全连接层和Dropout层,增强模型特征提取能力,减少过拟合现象,并使用迁移学习方法对模型进行微调。结果表明改进后的Mask R-CNN算法对青菜杂质识别的平均精度均值为99.19%,检测速度为8.45 FPS,检测效果良好,可以满足青菜杂质的检测需求。

基于Mask R-CNN的油田井场指针仪表识别方法研究

针对无人机巡检流程中采集到井场仪表图像模糊以及油田仪表定位模型实时性较差的问题,提出一种改进后最大后验概率模型去模糊方法和基于Mask R-CNN的指针式仪表定位算法。首先,通过采用变步长LMS滤波器的方法优化图像的先验信息,根据输入数据的统计特性调整滤波器参数,生成初步的仪表图像恢复结果,从而提升了最大后验概率的去模糊效果;其次,在Mask R-CNN网络结构的基础上,选用MobileNetV3作为主干特征提取网络减少参数量,再加入注意力机制模块保证准确率以完成仪表定位。最后,实验证明,仪表图像评价指标高于其他算法,该文提出的仪表定位算法减少了48.25 M参数量,FPS值达到37.3 frame/s,准确率为94.02%。

基于Mask R-CNN的电力关键设备运行状态检测

为判断电力关键设备两端负载电压与干路总电压之间的数值关系,提出基于Mask R-CNN的电力关键设备运行状态检测方法。在Mask R-CNN网络结构中,判断电量信号的时域范围与频域范围。然后根据负荷阻抗特征计算交流参数的取值结果,再联合已获取的电信号参量,求解连续相关函数,从而检测电力关键设备运行状态。实验过程中,设备两端负载电压、内阻消耗电压之和与干路总电压之间的差值未超过1.5 V,说明该方法能够证明电力关键设备两端负载电压、内阻消耗电压之和等于干路总电压数值的猜想成立,可以根据该验证检测电力关键设备运行状态是否正常。

基于改进Mask R-CNN的笼养死鸭识别方法

针对规模化笼养肉鸭舍内死鸭识别采用人工作业方式时,存在作业效率低、劳动强度大、养殖成本高等问题,以层叠式笼养肉鸭为研究对象,提出了一种基于深度学习的笼养死鸭识别方法。为了采集数据,首先面向立体层叠式养殖环境设计了一款适用于肉鸭舍的自主巡检装备。针对笼养肉鸭舍铁丝网遮挡严重的问题,基于机器视觉对笼网进行修复,基于OpenCV对图像进行增强处理。构建了一种基于Mask R-CNN的死鸭识别模型,采用Swin Transformer对模型进行优化,解决了Mask R-CNN网络缺乏整合全局信息能力的问题。对比分析了SOLO v2、Mask R-CNN和Mask R-CNN+Swin Transformer模型识别笼内死鸭准确率。实验结果表明,在平均精度均值为90%的条件下,Mask R-CNN+Swin Transformer模型对笼内死鸭总体识别准确率可达95.8%,在自主巡检装备上的检测效果优于其他主流的目标检测算法。

基于Mask R-CNN的地质雷达岩溶预报图像识别研究

岩溶隧道开挖可能遭遇岩溶涌水、突泥等岩溶地质灾害,地质雷达能够有效预报岩溶等地质灾害。然而,传统地质雷达图像解译存在专家经验依赖性强、解译效率慢且易误判漏判等情况。本文采用可实现端到端识别的深度学习技术开展地质雷达图像目标检测与识别的研究,将基于Mask R-CNN的卷积神经网络算法应用于地质雷达岩溶预报图像异常的智能识别。在TensorFlow和Keras框架下,利用地质雷达设备采集获得的数据构建训练数据集和测试数据集,对Mask R-CNN深度学习模型进行训练,最终得到权重参数较好的地质雷达岩溶预报图像的双曲异常检测模型。试验结果及应用案例表明,Mask R-CNN目标检测方法在地质雷达岩溶预报图像的目标检测与识别上取得了良好的效果,有效提高了地质雷达图像的智能化识别效率。

基于改进Mask-RCNN算法的作物害虫分类识别

智能虫情测报灯对农业生产中及时察觉虫害、虫灾问题有重大作用,准确的害虫分类识别为虫情测报提供可靠数据支撑的关键。该研究对智能虫情测报灯所需核心识别算法进行改进,针对分类目标多尺度、存在多种相似非目标害虫干扰、易产生目标粘连等问题,提出一种基于改进Mask-RCNN(mask region-based convolutional neural network)模型的害虫图像智能识别模型。该模型使用DeAnchor算法改进Mask-RCNN的锚框引导机制,使用NDCC(novelty detection consistent classifiers)训练分类器进行联合分类和检测,改善非目标杂虫的误识别问题。改进后模型对无杂虫、不同虫体密度图像的识别准确率最高达到96.1%,最密集时可达90.6%,在仅有非目标的图片识别中,误检率降至9%,非目标与目标共存且密度为40虫/图的误检率降至15%。试验表明,该文所提模型在现有分类模型的基础上,增强了对密集区域的检测能力,改善了非目标误识别问题,在实际检测环境下的害虫分类识别精度更高,可为虫害防治工作提供数据参考。

基于改进Mask R-CNN的矿石类型检测算法

针对不同的矿石类型进行选矿工艺参数设置和操作有利于保障精矿质量,提高回收率和降低物资消耗。由于缺乏矿石类型实时检测有效手段,选矿过程的精准操作目前较难实现。为此,本文提出一种全面改进的Mask R-CNN矿石类型检测算法。算法步骤:①使用ResNetV1d-50提取矿石图像各阶段的特征图,并在主干网络中加入可变形卷积以便增强异形矿石的特征;②改进FPN,通过在主干网络的C5特征层加入特征残差模块,并融合到P5特征层,得到具有更强语义信息的多尺度特征图;③改进RPN,设计自适应的正样本IOU选取方案来匹配宽高比异常的矿石,进一步提高异形矿石的识别精度;④在RoIAlign网络基础上加入Global-Context,以提高小矿石的检测能力;⑤在数据增强和训练技巧方面对模型进行改进。结果表明,本文算法的平均精度为67.92%,平均交并比为63.54%,分别比基准模型提高了13.67%和9.71%。本文研究方法在矿石类型识别领域具有较好的应用价值。

X-ray在鱼体组织及微量元素检测中的应用

鱼类硬质组织物,特别是骨骼支持鱼体和保护其体内器官的组织,对其进行特征检测分析是研究鱼类游泳运动、鱼类解剖、鱼体建模等的数据基础。随着X-ray技术的发展和国产设备的广泛应用,其仪器设备成本明显降低,使得X-ray在渔业研究与自动化生产中的应用成为可能。首先介绍了X-ray技术的基本原理与其在鱼体组织检测中的应用,X-ray技术在鱼体组织及微量元素检测中的应用主要分为鱼类组织器官的无损检测和鱼体微量元素检测两部分,其中分别介绍了包括照相法、数字成像法、衍射技术和吸收光谱法等X-ray技术;然后综述其在鱼体组织器官建模、鱼骨检测、鱼类化石研究、鱼耳石分析和鱼体微量元素检测方面的应用,总结了Xray在渔业领域应用中存在的问题;最后对X-ray的渔业应用方向进行展望。

基于Mask R-CNN和迁移学习的无人机遥感影像杉木单木树冠提取

【目的】利用无人机遥感影像对树冠进行自动化提取,获取高精度树冠信息。【方法】该研究提出一种基于Mask RCNN和迁移学习的无人机影像单木树冠提取方法。首先,选用在Faster R-CNN基础上改进优化的Mask R-CNN实例分割模型,特征提取网络在ResNet50残差网络和ResNet101残差网络二者间选取最优。其次,引入迁移学习与Mask RCNN一起训练,联合迁移学习的导向作用降低训练时间,提高训练精度。【结果】Mask R-CNN模型的总体精度为93.59%,用户精度为65.46%,F1分数为76.05%,平均精度均值为0.31;载入迁移学习后的Mask R-CNN模型在同等训练条件下比原模型的用户精度提升29.53%,F1分数提升19.63%,平均精度均值提升0.21;分别以ResNet50和ResNet101为特征提取网络的Mask R-CNN模型中,ResNet50+Mask R-CNN模型的总体精度、用户精度、F1分数、平均精度均值各为96.94%、95.57%、96.17%、0.54,ResNet101+Mask R-CNN模型的总体精度、用户精度、F1分数、平均精度均值各为96.20%、94.41%、95.19%、0.49;其中载入迁移学习的ResNet50+Mask R-CNN模型在预测东西冠幅、南北冠幅、树冠面积与样方郁闭度的预测决定系数分别为0.87、0.84、0.93和0.83。【结论】本研究提出的基于Mask R-CNN和迁移学习的方法得到了较为精准的树冠参数结果,为无人机遥感影像评估树木资源提供了一种快速高效的解决方案。

Global hybrid simulations of soft X-ray emissions in the Earth’s magnetosheath

Earth’s magnetopause is a thin boundary separating the shocked solar wind plasma from the magnetospheric plasmas,and it is also the boundary of the solar wind energy transport to the magnetosphere.Soft X-ray imaging allows investigation of the large-scale magnetopause by providing a two-dimensional(2-D)global view from a satellite.By performing 3-D global hybrid-particle-in-cell(hybrid-PIC)simulations,we obtain soft X-ray images of Earth’s magnetopause under different solar wind conditions,such as different plasma densities and directions of the southward interplanetary magnetic field.In all cases,magnetic reconnection occurs at low latitude magnetopause.The soft X-ray images observed by a hypothetical satellite are shown,with all of the following identified:the boundary of the magnetopause,the cusps,and the magnetosheath.Local X-ray emissivity in the magnetosheath is characterized by large amplitude fluctuations(up to 160%);however,the maximum line-of-sight-integrated X-ray intensity matches the tangent directions of the magnetopause well,indicating that these fluctuations have limited impact on identifying the magnetopause boundary in the X-ray images.Moreover,the magnetopause boundary can be identified using multiple viewing geometries.We also find that solar wind conditions have little effect on the magnetopause identification.The Solar wind Magnetosphere Ionosphere Link Explorer(SMILE)mission will provide X-ray images of the magnetopause for the first time,and our global hybrid-PIC simulation results can help better understand the 2-D X-ray images of the magnetopause from a 3-D perspective,with particle kinetic effects considered.

基于多目标采样和改进Mask R-CNN的木瓜成熟度检测

目的:提高木瓜成熟度检测准确率及鲁棒性。方法:提出一种基于多目标采样和改进Mask R-CNN的木瓜成熟度检测方法。通过均值平均精度、准确率、精确率—召回率曲线和计算时间等指标,验证所提方法的有效性和鲁棒性,并将其检测效果与Faster R-CNN、RetinaNet和CenterMask等方法进行对比。结果:试验方法对木瓜成熟度检测的平均精度均值、50%平均精度均值、75%平均精度均值分别为98.43%,98.67%,98.68%,对未成熟、半成熟和成熟木瓜成熟度的平均检测精度为99.38%,98.81%,99.37%。结论:该方法可用于开发木瓜成熟度检测的电子系统,提升木瓜成熟度检测和木瓜分级的性能。

一种Mask交互融合预训练知识的低资源神经机器翻译方法

融合预训练语言知识是提升低资源神经机器翻译性能的有效手段.现有融合预训练语言知识的方法都比较复杂,计算资源消耗较大.针对以上问题,本文提出了一种简单有效的Mask交互融合预训练知识的低资源神经机器翻译方法,首先利用BERT的句子表征与源语言表征的自注意力交互计算两种表征的相似度,根据相似度值构造Mask知识矩阵,然后将Mask知识矩阵作用于源语言表征,自适应地将BERT表征中对低资源神经机器翻译任务有益的语言知识融入翻译模型,提升翻译模型对语言知识的表征能力.在IWSLT标准低资源翻译任务上的实验结果表明,与Transformer基线模型相比,所提方法获得了0.9~3.39的BLEU值提升,证明了所提方法能够有效利用预训练语言知识增强神经机器翻译性能.

基于改进Mask R-CNN的高密度砂岩颗粒的分割识别

针对高密度颗粒密度大,数量多,形态不一,且颜色相近的情况,通过传统方法对砂岩颗粒分割难度存在检测不准和漏检的不足。想要在少量样本中获取更好的效果,变得更加困难。基于上述问题提出一种基于改进Mask R-CNN的DGC-Mask R-CNN检测模型,针对少量样本、高密度砂岩颗粒的分割与识别。首先收集了128张超高分辨率的图片,每张图片有近200个砂岩颗粒实例,共26200个实例对象。为了使模型拥有更好的泛化能力,防止少量样本下的过拟合,使用Albu进行图像增强。用自监督预训练模型Barlow Twins来对砂岩颗粒的特征进行初步提取。在DGC-Mask R-CNN中,构建ResNet50模型作为骨干特征提取网络,在ResNet50的BottleNeck的C 3、C 4、C 5特征卷积层中改进传统卷积方式,使用可变形卷积神经网络(deformable convolutional neural network,DCN),并添加全局上下文建模框架(global context block,GCB)注意力机制。在上采样器的多个级联上采样模块中,结合改进的上采样算法CARAFE。实验结果表明,改进后的DGC-Mask R-CNN,使得检测与分割识别的平均精度达到88.9%和88.8%,与传统的Mask R-CNN、Cascade-Mask R-CNN、Mask Scoring R-CNN、HybridTaskCascade相比检测精度更高。在均值平均精度方面,与其他模型相比提升较为明显。将模型分割后得到的结果,进行砂岩颗粒的统计以及长短轴的计算,可实现对该部分砂岩颗粒的溯源,计算地壳运动导致的砂岩迁移的距离,进而评估地下油藏。

基于Mask R-CNN的复杂环境下辣椒识别方法研究

针对辣椒采摘机器人在真实场景中辣椒簇状、粘连和光照不均导致无法精准采摘辣椒的问题,提出一种基于Mask R-CNN实例分割网络模型的辣椒识别方法。以真实场景下的辣椒为研究对象,采集自然生长的辣椒图像4496张,对其中的4000张进行数据标注作为数据集,通过设置不同的学习率、训练周期和模型网络层对数据集进行训练。试验结果表明,Mask R-CNN网络模型对真实场景下辣椒的识别和分割效果较好,平均准确率达到90.34%,平均速度达到0.82 s/幅,为智能辣椒采摘机器人的辣椒分割识别和定位提供有力的技术支撑。

The Soft X-ray Imager(SXI)on the SMILE Mission

The Soft X-ray Imager(SXI)is part of the scientific payload of the Solar wind Magnetosphere Ionosphere Link Explorer(SMILE)mission.SMILE is a joint science mission between the European Space Agency(ESA)and the Chinese Academy of Sciences(CAS)and is due for launch in 2025.SXI is a compact X-ray telescope with a wide field-of-view(FOV)capable of encompassing large portions of Earth’s magnetosphere from the vantage point of the SMILE orbit.SXI is sensitive to the soft X-rays produced by the Solar Wind Charge eXchange(SWCX)process produced when heavy ions of solar wind origin interact with neutral particles in Earth’s exosphere.SWCX provides a mechanism for boundary detection within the magnetosphere,such as the position of Earth’s magnetopause,because the solar wind heavy ions have a very low density in regions of closed magnetic field lines.The sensitivity of the SXI is such that it can potentially track movements of the magnetopause on timescales of a few minutes and the orbit of SMILE will enable such movements to be tracked for segments lasting many hours.SXI is led by the University of Leicester in the United Kingdom(UK)with collaborating organisations on hardware,software and science support within the UK,Europe,China and the United States.