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本申请属于缺陷检测技术领域,公开了一种基于MSFE‑YOLO的禽类种蛋外壳缺陷检测方法及系统,通过图像采集、光照增强、数据传输以及缺陷检测构成完整的检测系统,实现从图像获取到缺陷识别的一体化检测,在种蛋外壳缺陷检测应用中可有效代替现有的人工检测方法,提高种蛋质量筛选的自动化水平;同时改进MSFE‑YOLO网络模型中的ADEM模块降低了通道维数,加强对高频特征的关注,其次基于PAN‑FPN架构调整特征融合网络,增加对浅层特征的关注,同时引入大尺度卷积核增强对目标上下文信息的关注,最后通过引入可调参数N,实现对IoU的针对性调整,以适应不同检测任务的需求,在检测精度与计算开销之间取得了较好的平衡。
This application belongs to the field of defect detection technology A method and system for detecting shell defects of poultry hatching eggs based on MSFE ‑ YOLO are disclosed Through image acquisition, illumination enhancement, data transmission and defect detection, a complete detection system is formed to realize integrated detection from image acquisition to defect identification. It can effectively replace the existing manual detection method in the application of egg shell defect detection, and improve the quality of eggs. Automation level of screening; at the same time, improving the ADEM module in the MSFE ‑ YOLO network model reduces the channel dimension Strengthen attention to high-frequency characteristics, secondly, the feature fusion network is adjusted based on the PAN ‑ FPN architecture to increase attention to shallow features. At the same time, a large-scale convolution kernel is introduced to enhance attention to target context information. Finally, the adjustable parameter N is introduced to achieve targeted adjustment of IoU. To adapt to the needs of different detection tasks, a good balance is achieved between detection accuracy and computational overhead.
| 方法过程 | 其它方法过程 | 质量监控解决方案 |
| 测量实验 | 检测方法 | 检测方法 |
| 生物(体) | 其它生物(体) | 禽类种 |
| 疾病 | 其它疾病 | 蛋外壳缺陷 |
| 计算控制 | 其它计算控制类 | msfe-yolo网络模型 |
| 技术功效句 | 提高禽类种蛋质量筛选的自动化水平; 提升特征提取和特征融合效果的同时极大地降低了参数量; 以增强对大尺度特征图中细节信息的关注; 提升模型的灵活性和表达能力 |
| 技术功效短语 | 提高种蛋自动化水平; 降低参数量; 增强信息关注; 提升模型 |
| 技术功效1级 | 自动化; 数量; 关注; 模型 |
| 技术功效2级 | 自动化提高; 数量降低; 关注提高; 模型提高 |
| 技术功效3级 | 种蛋水平自动化提高; 参数量降低; 信息关注提高; 模型提高 |
| 技术功效TRIZ参数 | 38-自动化程度;26-物质或事物的数量; |
| 主分类号 |
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| IPC分类号 | |
| CPC分类号 |
| 国民经济行业分类 | 制造业 信息传输、软件和信息技术服务业 |
| 国民经济行业(主) | 制造业 |
| 新兴产业分类 | 新材料相关服务 互联网与云计算、大数据服务 人工智能 |
| 新兴产业(主) | 新材料相关服务 |
| 知识密集型分类 | 信息通信技术制造业 信息通信技术服务业 新装备制造业 医药医疗产业 环保产业 |
| 学科分类 | 工程 |
| 清洁能源产业分类 | 核电产业 风能产业 太阳能产业 生物质能产业 水力发电产业 智能电网产业 其他清洁能源产业 |
| 数字经济核心产业分类 | 数字产品制造业 数字技术应用业 数字要素驱动业 |
| 代理机构 | 陕西瑧萃专利代理事务所(普通合伙) 61314 |
| 代理人 | 刘坤 |
| 申请语言 | 汉语 |
| 审查员 | 鲁思阳 |
1.一种基于MSFE‑YOLO的禽类种蛋外壳缺陷检测方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤1:采集禽类种蛋外壳缺陷图像,包括裂纹、裂缝以及破损缺陷;
步骤2:对采集到的禽类种蛋外壳缺陷图像进行预处理及数据标注,得到最终的禽类种蛋外壳缺陷数据集;
步骤3:将禽类种蛋外壳缺陷数据集输入到改进MSFE‑YOLO网络模型中进行训练,通过损失函数对改进MSFE‑YOLO网络模型的参数进行优化,得到训练好的缺陷检测模型;
所述改进MSFE‑YOLO网络模型包括骨干网络、特征融合网络和检测头,骨干网络的特征提取流程依次为第一CBS、第二CBS、第一C2f‑ADEM、第三CBS、第二C2f‑ADEM、第四CBS、第三C2f‑ADEM、第五CBS、第四C2f‑ADEM和SPPF,特征融合网络为改进MFFN特征融合网络,改进MFFN特征融合网络中的SPDConv连接第二CBS的输出,SPDConv的输出连接第二Concat,第二C2f‑ADEM的输出也连接第二Concat,SPPF的输出连接第一Upsample,第一Upsample的输出连接第一Concat;第三C2f‑ADEM的输出也连接第一Concat,第一Concat通过第五C2f‑ADEM和第二Upsample的输出连接第二Concat,第二Concat的输出连接大尺度卷积层Conv,第五C2f‑ADEM的输出连接第三Concat,SPPF的输出还连接第四Concat,大尺度卷积层Conv、第三Concat和第四Concat的输出分别连接检测头;所述第一C2f‑ADEM、第二C2f‑ADEM、第三C2f‑ADEM和第四C2f‑ADEM的模块结构相同,均是将输入特征通过1×1CBS卷积层,随后将输出特征在通道维度上分割为两部分,其中一部分经过ADEM模块,另一部分保持原有特征,随后将两条分支输出结果在通道维度上进行拼接,最后通过1×1CBS卷积层后输出特征;所述ADEM模块将输入特征首先输入条件卷积,随后通过通道分割为两部分,其中一部分通过细节增强卷积和逐点卷积,随后与另一部分直接在特征维度进行特征拼接,最后通过通道混洗后输出特征;
步骤4:利用训练好的缺陷检测模型对待检测禽类种蛋外壳图像进行检测,检测是否存在相关缺陷,得出检测结果;
步骤5:根据检测结果,利用二指夹爪夹取缺陷种蛋,实现缺陷种蛋与完好种蛋的实时分流。
2.根据权利要求1所述的一种基于MSFE‑YOLO的禽类种蛋外壳缺陷检测方法,其特征在于,所述步骤1具体为:利用携带环形LCD光源模组的高清相机获取高质量禽类种蛋外壳缺陷图像,调整高清相机位姿,使高清相机的光轴与光源入射角呈诺曼系数关系,规避镜面反射。
3.根据权利要求1所述的一种基于MSFE‑YOLO的禽类种蛋外壳缺陷检测方法,其特征在于,所述步骤2中预处理包括几何校正、去噪和均衡,具体过程为:首先对禽类种蛋外壳缺陷图像进行几何校正,以消除拍摄角度导致的形变;其次采用高斯滤波或中值滤波进行去噪处理,减少高频噪声对改进MSFE‑YOLO网络模型学习的干扰;最后将禽类种蛋外壳缺陷图像统一缩放至改进MSFE‑YOLO网络模型的输入尺寸,并进行归一化处理。
4.根据权利要求1所述的一种基于MSFE‑YOLO的禽类种蛋外壳缺陷检测方法,其特征在于,所述步骤3中检测头采用anchor‑free检测机制,由三个检测头分别在三个不同尺度的特征图上进行检测,输出五个物理量:预测类别、预测框中心点x、y坐标、预测框的宽和高。
5.根据权利要求1所述的一种基于MSFE‑YOLO的禽类种蛋外壳缺陷检测方法,其特征在于,所述步骤3中将禽类种蛋外壳缺陷数据集按照7:2:1的比例划分为训练集、验证集以及测试集,输入到改进MSFE‑YOLO网络模型中进行训练。
6.根据权利要求4所述的一种基于MSFE‑YOLO的禽类种蛋外壳缺陷检测方法,其特征在于,所述步骤3中损失函数包括分类损失函数、边界框损失函数以及置信度损失函数三部分;
所述边界框损失函数采用N‑CIoU损失函数,N‑CIoU损失函数的表达式为:其中:
LN‑CIoU表示N‑CIoU损失;
NIoU表示N‑IoU所提出的交并比损失;表示CIoU的边界框损失;其中ρ2(b,bgt)表示预测框和真实框中心点之间的欧几里得距离的平方,用于衡量两个框中心点的位置差异;a作为平衡因子用于调整形状相似惩罚项的权重;v表示预测框和真实框的长宽比差异的度量;所述N‑CIoU所提出的交并比损失NIoU表达式为:
其中:
inter表示真实框与预测框区域间的交集;
union表示真实框与预测框区域间的并集;
N表示可调参数。
7.一种基于MSFE‑YOLO的禽类种蛋外壳缺陷检测系统,其特征在于,用于权利要求1~6任一项所述一种基于MSFE‑YOLO的禽类种蛋外壳缺陷检测方法的实施,该系统包括:
图像采集装置,通过高清相机获取高质量禽类种蛋外壳缺陷图像;
光照增强装置,通过环形LCD对禽类种蛋外壳补光,增强禽类种蛋外壳缺陷图像的可识别性;
数据传输模块,通过Wi‑Fi传输实现高清相机与嵌入式设备间的禽类种蛋外壳缺陷图像传输;
缺陷检测模块,通过在嵌入式设备内部署改进MSFE‑YOLO网络模型实现对输入待检测禽类种蛋外壳图像的自动检测;
种蛋夹取装置,利用二指夹爪夹取缺陷种蛋,实现种蛋实时分类。
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