基于深度学习的混凝土结构表面病害分割算法

来源 :石家庄铁道大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zybx
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公路与隧道的混凝土材料由于受到环境及内部因素的影响,在混凝土表面常会出现裂缝、渗漏水等病害。严重情况下这些病害会影响到行车安全,所以及时对公路、隧道中的病害进行检测与维护显得尤为重要。这些混凝土结构表面的病害检测目前多以人工巡检为主,但该方法效率极低,主观性强。而传统的数字图像处理方法容易受到噪声的影响、泛化能力差,并且在复杂环境下检测准确率低。相比之下,基于深度学习的方法泛化能力更强,鲁棒性更强,能够适应复杂的环境。因此,本文进行了基于深度学习的混凝土结构表面的裂缝与渗漏水检测的研究,研究内容如下:(1)提出基于空洞通道金字塔注意力模块的渗漏水分割方法。为了让网络学习到更强的渗漏水区域的特征表示,本文提出了一个空洞通道金字塔注意力(Atrous Channel Pyramid Attention,ACPA)模块,该模块可有效的让多个特征通道进行通道交互。本文将ACPA模块融入到一个使用了深度监督的U型网络当中,然后将该网络用于进行像素级别的渗漏水检测。实验结果表明,本文方法在隧道渗漏水数据集上,效果优于3种传统图像处理方法和5种基于深度学习的语义分割方法,其中F1-score达到了90.75%。(2)提出基于Two-stream网络结构的裂缝分割方法。论文提出了一个Two-stream结构的网络用于裂缝分割。其中Context Stream通过对特征图进行多次卷积与下采样从而获得较大的感受野以提取高层的语义信息。而Spatial Stream通过不对特征图做下采样从而保留图片的空间细节信息,并且只保留少量的通道数以减少计算量。然后本文通过引入特征融合模块有效地将Context Stream中间层的语义信息融合进Spatial Stream中。本文提出的网络有效地在保留图片空间细节信息的同时获得了高质量的高层语义信息,从而达到了更为精准地分割细小裂缝的目的。最终在多个裂缝数据集上的实验结果表明了本文提出的方法对于裂缝分割任务展现出了较好的泛化性能,而且与其他基于深度学习的语义分割方法相比可以预测到更为细小的裂缝以及更为准确的边缘。
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