兵工学报 ›› 2023, Vol. 44 ›› Issue (2): 507-516.doi: 10.12382/bgxb.2021.0674
收稿日期:
2021-10-13
上线日期:
2022-06-10
通讯作者:
基金资助:
ZHANG Liang'an1, CHEN Yang1, XIE Shenglong2,3,*(), LIU Tongxin1
Received:
2021-10-13
Online:
2022-06-10
摘要:
针对传统飞机防护栅裂纹检测中存在的效率低、可靠性差等问题,基于机器视觉技术设计一种飞机防护栅裂纹检测装置,并结合图像处理技术与深度学习原理提出一种飞机防护栅裂纹检测算法。设计飞机防护栅裂纹检测系统,研究防护栅裂纹图像识别算法。采集并整理飞机防护栅裂缝图像,研究并制作飞机防护栅裂纹检测数据集;分别以ZF-Net、VGG-16和ResNet-101卷积神经网络作为Faster-RCNN特征提取网络,开展飞机防护栅表面裂纹和缺陷裂纹检测研究。实验结果表明:3种模型均达到了良好的检测精度,其检测精度分别为92.79%、95.12%和97.54%,其中ResNet-101网络检测效果最好,相比于现有的防护栅裂纹机器视觉检测方法,漏检率和虚警率分别下降了22.54%和89.28%,检出率提高了22.54%;ResNet-101网络在不同光照条件下仍有较高的检测精度,检测装置和检测算法有效,可为飞机防护栅的检测提供了新方法。
中图分类号:
张良安, 陈洋, 谢胜龙, 刘同鑫. 基于机器视觉与深度学习的飞机防护栅裂纹检测系统[J]. 兵工学报, 2023, 44(2): 507-516.
ZHANG Liang'an, CHEN Yang, XIE Shenglong, LIU Tongxin. Crack Detection System for Aircraft Protective Grill based on Machine Vision and Deep Learning[J]. Acta Armamentarii, 2023, 44(2): 507-516.
硬件 | 型号 | 数量 | 主要参数 | 厂商 |
---|---|---|---|---|
工业相机 | MV-GEA2000M-T | 8个 | 分辨率5488×3672,有效像素2000万 | 迈德威视 |
远心镜头 | NML044-SR130VI-18C | 8个 | 光学倍率0.44,焦距854.53mm | 茉丽特 |
环形漫射光源 | RL74-30 | 8个 | 外圈直径ϕ60mm,内圈直径ϕ44mm | 迈点 |
工控机 | BOX-T8162-02 | 5台 | I7-6700/8G | 特控 |
交换机 | TL-SG1016DT | 1个 | 16口千兆交换机 | TPLINK |
表1 设备硬件参数
Table 1 Device hardware parameters
硬件 | 型号 | 数量 | 主要参数 | 厂商 |
---|---|---|---|---|
工业相机 | MV-GEA2000M-T | 8个 | 分辨率5488×3672,有效像素2000万 | 迈德威视 |
远心镜头 | NML044-SR130VI-18C | 8个 | 光学倍率0.44,焦距854.53mm | 茉丽特 |
环形漫射光源 | RL74-30 | 8个 | 外圈直径ϕ60mm,内圈直径ϕ44mm | 迈点 |
工控机 | BOX-T8162-02 | 5台 | I7-6700/8G | 特控 |
交换机 | TL-SG1016DT | 1个 | 16口千兆交换机 | TPLINK |
模型 | 卷积层 | 通道数量 | 卷积核 | 池化层 | 全连接层 |
---|---|---|---|---|---|
ZF-Net | 5 | 96-256-384 -384 -256 | 7×7 5×5 3×3 | 3 | 4096-4096- 1000 |
VGG-16 | 13 | 64×2-128× 2-256 3-512×3 | 3×3 | 5 | 4096-4096- 1000 |
ResNet- 101 | 5 | 256-512- 1024- 2048 | 7×7 3×3 1×1 | 5 | 2048-2048- 1000 |
表2 网络结构参数
Table 2 Network structure parameters
模型 | 卷积层 | 通道数量 | 卷积核 | 池化层 | 全连接层 |
---|---|---|---|---|---|
ZF-Net | 5 | 96-256-384 -384 -256 | 7×7 5×5 3×3 | 3 | 4096-4096- 1000 |
VGG-16 | 13 | 64×2-128× 2-256 3-512×3 | 3×3 | 5 | 4096-4096- 1000 |
ResNet- 101 | 5 | 256-512- 1024- 2048 | 7×7 3×3 1×1 | 5 | 2048-2048- 1000 |
方法 | 漏检率/% | 虚警率/% | 检出率/% |
---|---|---|---|
文献[1]方法 | 25 | 91 | 75 |
ZF-Net | 7.21 | 4.01 | 92.79 |
VGG-16 | 4.88 | 3.22 | 95.12 |
ResNet-101 | 2.46 | 1.72 | 97.54 |
表3 不同裂纹检测算法实验结果
Table 3 Experimental results of different crack detection algorithms
方法 | 漏检率/% | 虚警率/% | 检出率/% |
---|---|---|---|
文献[1]方法 | 25 | 91 | 75 |
ZF-Net | 7.21 | 4.01 | 92.79 |
VGG-16 | 4.88 | 3.22 | 95.12 |
ResNet-101 | 2.46 | 1.72 | 97.54 |
方法 | 验证集 | 弱光照 | 正常光照 | 强光照 | ||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
漏检率 | 虚警率 | 检出率 | 漏检率 | 虚警率 | 检出率 | 漏检率 | 虚警率 | 检出率 | 漏检率 | 虚警率 | 检出率 | |
ZF-Net | 7.21 | 4.01 | 92.79 | 10.00 | 5.26 | 90.00 | 6.00 | 3.01 | 94.00 | 6.00 | 4.08 | 94.00 |
VGG-16 | 4.88 | 3.22 | 95.12 | 6.00 | 4.08 | 94.00 | 4.00 | 3.03 | 96.00 | 5.00 | 3.06 | 95.00 |
ResNet-101 | 2.46 | 1.72 | 97.54 | 3.00 | 2.02 | 97.00 | 2.00 | 1.01 | 98.00 | 2.00 | 2.00 | 98.00 |
表4 不同数据集下的实验结果
Table 4 Experimental results under different data sets%
方法 | 验证集 | 弱光照 | 正常光照 | 强光照 | ||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
漏检率 | 虚警率 | 检出率 | 漏检率 | 虚警率 | 检出率 | 漏检率 | 虚警率 | 检出率 | 漏检率 | 虚警率 | 检出率 | |
ZF-Net | 7.21 | 4.01 | 92.79 | 10.00 | 5.26 | 90.00 | 6.00 | 3.01 | 94.00 | 6.00 | 4.08 | 94.00 |
VGG-16 | 4.88 | 3.22 | 95.12 | 6.00 | 4.08 | 94.00 | 4.00 | 3.03 | 96.00 | 5.00 | 3.06 | 95.00 |
ResNet-101 | 2.46 | 1.72 | 97.54 | 3.00 | 2.02 | 97.00 | 2.00 | 1.01 | 98.00 | 2.00 | 2.00 | 98.00 |
方法 | 检测效率 | 检测精度 | 可靠性 |
---|---|---|---|
人工检查 | 低 | 低 | 低 |
文献[1]方法 | 中 | 中 | 低 |
本文检测系统 | 高 | 高 | 高 |
表5 不同裂纹检测方法性能对比
Table 5 Performance comparison of different crack detection methods
方法 | 检测效率 | 检测精度 | 可靠性 |
---|---|---|---|
人工检查 | 低 | 低 | 低 |
文献[1]方法 | 中 | 中 | 低 |
本文检测系统 | 高 | 高 | 高 |
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doi: 10.3969/j.issn.1000-1093.2019.11.018 |
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