基于深度学习的多目标废弃物智能分类识别方法研究

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随着城市化的不断推进,居民消费观念正在不断改变,由此加剧了全球固体废物的产量。城市固体废物产量的急剧增加,诸多环境问题日益凸显。建立完善的固体废物回收机制,不仅能有效缓解垃圾处理处置压力,而且能使资源循环利用,已成为各国处理生活垃圾的主要方式。实现自动化、高效的废弃物分拣,能够提高分拣效率减少对分拣人员健康造成的影响,同时可以为废弃物后续资源化处理奠定良好基础。应用传统的传感器、金属探测器和重量测量仪等方法实现废弃物分类的方法,虽然能够对废弃物进行有效检测,但会受到废弃物材料、质量等因素限制,且精度不高;人工分拣在成本与效率上都缺乏明显优势,长时间工作在恶劣环境下会对人类身体健康造成影响;针对理想条件或单种废弃物进行的分类识别方法,对于存在遮挡、光照不均等情况下并不适用。因此本文基于深度学习方法,对可回收固体废弃物分类识别方法进行研究。首先建立了多目标废弃物分类识别模型,并利用迁移学习进行模型参数优化。分析了Faster-RCNN模型的总体结构,利用Image Net预训练参数初始化模型并对RPN网络进行单独训练,同时冻结backbone部分底层权重进行训练,微调模型并进行整合,实现训练。其次对废弃物图像信息自动采集模块、分拣模块及终端控制及显示等一系列相关模块进行设计,同时进行人机交互界面设计,实现对废弃物分类识别软件的实时更新显示,并对软件进行稳定性测试,保证其稳定运行。最后在不同条件、不同背景下,选取生活中常见的典型固体废物,构建固体废物数据集,并进行人工标注。利用自建数据集进行模型训练及优化,对优化后的模型进行试验,结果表明:基于Res Net-50+RPN的Faster-RCNN迁移学习模型表现优于其他模型,m AP可达91.8%,AR为90.8%,APAS、ARAS均可达到90%以上;在不同光照条件、相互遮挡以及复杂背景情况下均能实现有效分类识别,分拣成功率能够达到90%以上。
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