[發明專利]一種動態顆粒材料數值信息的測量方法及實驗裝置

在審

• 申請號: 202210520200.4
• 申請日: 2022-05-13
• 公開（公告）號: CN114973073A
• 公開（公告）日: 2022-08-30
• 發明（設計）人: 劉昊;馬殷軍;陳滿;聶志紅;左君;張亮;徐軍;董博峰;張康銀
• 申請（專利權）人: 中南大學;中國鐵路蘭州局集團有限公司蘭州工程建設指揮部;中國建筑股份有限公司;中建鐵路投資建設集團有限公司
• 主分類號: G06V20/40
• 分類號: G06V20/40;G06V10/25;G06V10/26;G06V10/764;G06V10/766;G06V10/80;G06V10/82;G06N3/04;G06N3/08;G01N15/00
• 代理公司: 長沙歐諾專利代理事務所(普通合伙) 43234
• 代理人: 歐穎;梁捷

1.一種動態顆粒材料數值信息的測量方法，其特征在于，包括以下步驟，采集動態顆粒材料視頻、創建數據集、端到端的多任務學習、視頻實例分割和后處理步驟；

采集動態顆粒材料視頻：對顆粒材料施加振動荷載或旋轉荷載，使顆粒材料發生振動或轉動，并將動態的顆粒材料記錄成視頻；

創建數據集：將采集到的動態顆粒材料視頻逐幀轉換成圖片，然后使用標注工具對轉換得到的圖片均勻抽取一部分進行標記得到標注好的數據，接著將標注好的數據劃分為訓練集和驗證集；

端到端的多任務學習：利用標注好的數據，對視頻實例分割算法模型進行訓練；

視頻實例分割：使用訓練好的視頻實例分割算法模型，對采集到的動態顆粒材料視頻進行視頻實例分割；

后處理步驟包括：

S1、質心提取及等比例標定：在視頻實例分割的過程中，將視頻幀所處的二維平面獨立地分成x方向和y方向，然后將x方向左右兩邊的掩碼像素等分，將y方向上下兩邊的掩碼像素也等分，提取出顆粒材料的質心；使用質心位移代表顆粒材料的平移量，并檢測出顆粒材料的平移量，再對平移量求一階導數和二階導數，檢測出顆粒材料的速度和加速度；

S2、等效橢圓擬合及長軸角度提取：使用處理工具將顆粒材料的掩碼等效成一個橢圓；接著對于擬合后的橢圓，使用橢圓長軸的變化角度代表顆粒材料的轉動量，實現顆粒材料的轉動量的提取。

2.根據權利要求1所述的動態顆粒材料數值信息的測量方法，其特征在于，所述視頻實例分割算法模型包括兩階段范式，第一階段包括殘差網絡模塊、時序特征融合模塊、特征金字塔網絡模塊、區域提議網絡模塊；第二階段包括感興趣區域對齊模塊、分類分支模塊、盒回歸分支模塊、掩碼分支模塊和追蹤分支模塊。

3.根據權利要求2所述的動態顆粒材料數值信息的測量方法，其特征在于，所述時序特征融合模塊為：

將來自殘差網絡模塊的當前幀的特征A通過1*1的卷積和激活，得到編碼關鍵信息的特征q；然后，將來自殘差網絡模塊的支持幀的特征B通過兩個平行的1*1的卷積和激活映射為k和v；接著，對q和k計算點積得到注意力矩陣S，并對v使用注意力矩陣S加權，得到增強特征，增強特征聚合了來自支持幀的上下文信息；最后，將增強特征通過1*1的卷積和激活轉換為特征W，并將W和原始特征相加，得到最終的特征Z；

時序特征融合模塊增強特征的表達式如下：

S＝k⊙q；

式中，⊙表示內積計算符號，

i，j分別為注意力矩陣和特征中各位置的索引，

N_all表示總位置數，

F表示對應1*1卷積和非線性激活的變換函數，

表示逐像素相加。

4.根據權利要求2所述的動態顆粒材料數值信息的測量方法，其特征在于，所述追蹤分支模塊為：

包括兩個全連接層和一個長序列外部存儲器，全連接層用于映射候選目標的特征，長序列外部存儲器用于存儲L個序列的先前實例；追蹤分支模塊首先分別計算候選目標特征和所有先前實例的內積，然后將內積進行比較，使用內積相似度最高的實例ID作為候選目標的實例ID；L的取值大于等于2。

5.根據權利要求2所述的動態顆粒材料數值信息的測量方法，其特征在于，所述殘差網絡模塊用于實現視頻幀的特征提取，包括多級卷積層和殘差塊；殘差塊之間由短路連接的機制構造，每個殘差塊的內部通過殘差連接來加深網絡層數以及避免網絡性能退化；最后經過池化、全連接層和softmax激活函數得到視頻幀的特征向量，輸出到時序特征融合模塊中。

6.根據權利要求2所述的動態顆粒材料數值信息的測量方法，其特征在于，所述特征金字塔網絡模塊用于對時序特征融合模塊輸出的特征圖進行多級傳播，得到多尺度特征圖；所述區域建議網絡模塊先對特征金字塔網絡模塊輸出的多尺度特征圖生成多個錨框，然后通過卷積對每個錨框進行第一次分類和位置回歸，從而生成一系列的區域提議。