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专利号: 2018107872004
申请人: 江南大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 计算;推算;计数
更新日期:2024-02-23
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VGG16卷积网络的排烟视频检测方法,其特征在于,步骤如下:步骤1:生成烟囱排放图像数据集;

步骤1.1爬取烟囱排烟图像

从网页上下载烟囱排烟视频,截取图片帧;将烟囱排烟图像和图片帧整合生成数据集;

步骤1.2数据增强

对步骤1.1中整合生成的数据集进行数据增强;

步骤1.3特征标记

对增强后的数据集中的排烟图像的烟雾部分用矩形框进行特征标记,得到矩形框的坐标信息(x,y,w,h),(x,y)为矩形框的中心坐标,(w,h)为矩形框的宽和高,将带有矩形框坐标信息的图像生成新的数据集A,该数据集A将用于改进VGG16卷积网络训练;

步骤2:获取最优权重模型;

将数据集A中标记图像分为训练集Q1、验证集Q2和测试集Q3;

步骤2.1训练生成多个权重模型将训练集Q1送入到改进VGG16卷积网络中进行训练,得到多个权重模型;

所述的改进VGG16卷积网络的主网络结构是VGG16,最后两个全连接层改成两层卷积层,用于多尺度提取烟囱图像特征,再连接全局均值池化层,生成1×1×N的矩阵用于结果输出,最后输入到损失函数softmax中进行分类,构造完整的网络结构;其中全局均值池化层在整个特征图上取均值,可大量减少模型的总参数量,提高检测速度;

所述步骤2.1中用改进VGG16卷积网络对训练集Q1进行训练的具体步骤如下:步骤2.1.1得到正负样本用于新网络训练default box是改进VGG16卷积网络自动标记的烟囱框,default box的面积Sk如下:其中,Smin表示最底层的面积;Smax表示最顶层的面积;

default box的宽为:其中,Δw为宽的偏移量;

default box的高为:其中,Δh为高的偏移量;

default box的长宽比ar有5种,ar={1,4/3,16/9,3/4,9/16};

将default box的面积与训练集Q1中特征标记的矩形框进行比较,default box的面积与训练集Q1中特征标记的矩形框的重叠面积大于0.5,图像标记为正样本,小于0.3时标记为负样本,产生的正样本和负样本比为1:3;

步骤2.1.2获取default box的类别的置信度和坐标值将步骤2.1.1得到的正样本和负样本放入改进VGG16卷积网络训练,得到三层特征层;

用两个不同的3×3的卷积核对三层特征层进行卷积,得到两个1×1×N的矩阵输出,其中一个输出为分类用的置信度,即生成的每个default box的类别的置信度;另一个输出为回归用的定位,即每个default box的坐标值(x,y,w,h);

步骤2.1.3模型调整

将三层特征层和训练集Q1送到改进VGG16卷积网络中,使用SmoothL1函数进行拟合,输出坐标向量;

将输出坐标向量、步骤2.1.2中得到的default box的类别的置信度和default box的坐标值使用Concat方法合并,然后用损失函数softmax进行模型调整,得到多个的default box;

步骤2.1.4生成多个权重模型使用非极大值抑制算法对步骤2.1.3中的多个default box进行筛选得到default box A,由default box A生成多个权重模型;

步骤2.2验证集调参

使用各个权重模型对验证集Q2进行预测,并记录权重模型的准确率;选出准确率最大的权重模型所对应的参数,用该参数生成最优权重模型;

步骤2.3衡量网络性能

使用测试集Q3对步骤2.2得到的最优权重模型进行预测,衡量改进VGG16卷积网络性能;

步骤3:对烟囱排放视频和图像进行测试;

将视频监控设备与计算机相连接,利用步骤2中生成的最优权重模型对监控的烟囱视频或图像进行检测,实时监控烟囱排烟状况,对有排烟视频进行矩形框标记并在计算机上显示。

2.如权利要求1所述的一种基于改进VGG16卷积网络的排烟视频检测方法,其特征在于,所述的步骤1.2中,数据增强包括旋转、反射变换、翻转变换、缩放变换、平移变换、尺度变换、对比度变换、噪声扰动和颜色变换。

3.如权利要求1或2所述的一种基于改进VGG16卷积网络的排烟视频检测方法,其特征在于,所述的步骤2中,设置训练集Q1占数据集A的60%;验证集Q2占数据集A的20%;测试集Q3占数据集A的20%。

4.如权利要求1或2所述的一种基于改进VGG16卷积网络的排烟视频检测方法,其特征在于,所述的步骤2.1.1中,Smin取值为0.2;Smax取值为0.9。

5.如权利要求3所述的一种基于改进VGG16卷积网络的排烟视频检测方法,其特征在于,所述的步骤2.1.1中,Smin取值为0.2;Smax取值为0.9。