一种基于深度学习的在役钢丝绳表面缺陷检测方法与系统与流程

文档序号:20192784发布日期:2020-03-27 19:49阅读:来源:国知局

技术特征:

1.一种基于深度学习的在役钢丝绳表面缺陷检测方法,包括图像采集、原始图像数据规范化预处理、建立分类器和在线智能诊断四个步骤,具体步骤如下:

步骤1,图像采集:对运行中的钢丝绳图像进行周向采集,记录下每张图像中钢丝绳在全绳中的位置;

步骤2,原始图像数据规范化预处理;具体如下,

步骤2.1,位姿调整:采用边缘检测和形态学方法实现钢丝绳图像分割,利用霍夫变换实现边界识别,计算其边界斜率,将图像进行旋转;

步骤2.2,roi提取:对图像进行垂直灰度投影,得到垂直灰度分布图;根据钢丝绳直径大小,结合灰度积分公式,计算灰度积分值最小的区间,并将其切割出来,切割为等长度的子图,从而建立起满足训练和测试用的钢丝绳表面状态大数据集;

步骤3,建立分类器:对传统的cnn即lenet-5进行改进,包括其结构和参数,命名为wr-cnn,然后设置分类器wr-cnn的结构和参数;

步骤4,在线智能诊断:在得到集成算法模型后,配置检测系统的软硬件,实现钢丝绳表面缺陷在线实时检测,并根据检测结果作出合理预警。

2.根据权利要求1所述的一种基于深度学习的在役钢丝绳表面缺陷检测方法,其特征在于:在步骤2.1中,位姿调整为不规范钢丝绳位姿调整过程,其具体过程如下:

步骤a.同态高斯滤波:建立同态滤波器hhf(u,v)=(γh-γl)[ch(u,v)]+γl,其中hl(u,v)=exp[-(d(u,v)/d0)2n],设置公式中的参数γh,γl,c,n,d0,其中,h(u,v)为传递函数,d0为截至频率,u和v分别为图像中像素点坐标x和y进行傅里叶变换后对应的量,n为阶数,常数c用于控制坡度的锐利度,它在γh和γl之间过渡,其中γl<1且γh>1;对图像i进行滤波,得到滤波后的图像i1;

步骤b.纹理检测:设置sobel的阈值g,根据公式计算梯度图像g(x,y),与阈值进行比较,忽略小于阈值的边缘,得到二值纹理图像i2;其中,

式中,f(x+i,y+j)为偏离点(x,y)的点(x+i,y+j)的灰度值,ax(i,j)和ay(i,j)分别是x方向和y方向上的sobel边缘算子;

步骤c.边界确认:设置结构元素b1,进行膨胀运算,得到膨胀图像i3;进行孔洞填充运算,得到填充图像i4;设置结构元素b2,连续两次腐蚀运算,得到腐蚀图像i5;

步骤d.姿态旋转:进行霍夫变换,寻找峰值,提取直线段,直线段为设置线段合并阈值和检测的直线断的最小长度,找到钢丝绳边界直线,得到钢丝绳边界图像i6;接着计算边界的斜率,根据斜率对滤波图像i1进行旋转;完成旋转后,得到旋转图像j。

3.根据权利要求2所述的一种基于深度学习的在役钢丝绳表面缺陷检测方法,其特征在于:在步骤a至步骤d中,将参数设置为:γh=2.2,γl=0.25,c=2,n=1,d0=50;g=0.5·g′g′为自适应阈值;膨胀运算中,对于线性结构元素b1,元素长度为3,角度为0度和90度;腐蚀运算中,对于菱形结构元素b2,结构元素原点到顶点距离为1;寻找的峰值数目设为4,在hough矩阵中寻找前4个大于hough矩阵中最大值0.3倍的峰值;线段合并阈值设为50,检测直线段的最小长度设为70;图像旋转时,根据斜率值反向旋转。

4.根据权利要求1所述的一种基于深度学习的在役钢丝绳表面缺陷检测方法,其特征在于:在步骤2.2中,roi提取为不规范钢丝绳roi提取过程;具体过程如下:

步骤2.11,对钢丝绳位姿进行调整后,从调整完位姿的图j(x,y)中提取有价值的钢丝绳区域图片r(x,y),即roi区域;

步骤2.12,设图像j(x,y)的长为w,宽为h,(x,y)为坐标,输入图像j(x,y)第x列的平均灰度值计算为则图像j在垂直方向的投影为g=[g(1),g(2),...g(w)];

步骤2.13,设钢丝绳的宽度为wr,则沿x轴的投影曲线中每个宽度的灰度积分s(b)为

步骤2.14,当b使s(b)满足argmins(b)时,b即为钢丝绳在x轴方向上的起点位置,b+wr则为终点位置,则位于x轴方向的区间[b,b+wr]中的图为roi区域r(x,y);

步骤2.15,将r(x,y)剪切出来后,再分割为等长度的子图,即可建立其用于训练和测试数据集。

5.根据权利要求1所述的一种基于深度学习的在役钢丝绳表面缺陷检测方法,其特征在于:在步骤2中,通过对实际和实验室中钢丝绳图像的采集和数据增强,建立2000张不同的健康钢丝绳、2000张不同的断丝钢丝绳和2000张不同的磨损钢丝绳的图像数据集;对图像进行灰度化,以减少光照的影响,通过插值运算将图像缩放到32×32或64×64大小,以作为网络模型的输入。

6.根据权利要求1所述的一种基于深度学习的在役钢丝绳表面缺陷检测方法,其特征在于:在步骤3中,建立深度卷积神经网络结构,输入的二维数据的尺寸为64×64;在第一个隐含层中,卷积层包含32个过滤器,卷积核尺寸为5×5,池化层的池化尺寸为2×2;第二至第四隐含层采用了不同个数的过滤器,采用了相同的卷积核大小和池化核大小;全连接层的神经元个数分别为2560和768;输出层的节点为3,等于样本类型的数量。

7.根据权利要求1所述的一种基于深度学习的在役钢丝绳表面缺陷检测方法,其特征在于:在步骤3中,设置所提出算法与其他对比算法的配置,将输出层统一设为3个节点;svm、knn、ann是在本数据集上,采用智能优化算法得到的较好结构和配置。

8.根据权利要求1所述的一种基于深度学习的在役钢丝绳表面缺陷检测方法,其特征在于:在步骤3中,比较所提出算法与其他算法的性能,建立满足要求的wr-cnn分类器;letnet-5和largecnn对各类别都有一定的误识别,而wr-cnn误识别率较小,准确性较高;wr-cnn可以精确的、快速的从经过位姿调整和roi提取的预处理图像中识别钢丝绳表面缺陷状态。

9.一种基于权利要求1至8任一项所述的钢丝绳表面缺陷智能检测系统,其特征在于:包括

污垢清洗模块,配置钢丝绳表面污垢清洗装置,用于清洗污垢;

图像采集模块,根据光照条件,配置相关的光源,采用1-4个高速相机拍取钢丝绳表面的图像,用于掌握钢丝绳的单向/周向状态信息;

诊断与预警模块;将所采集的图像实时传输到含已训练好的深度网络集成模型wr-cnn的上位机中,上位机根据诊断结果作出进一步的预警。

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