[發(fā)明專利]基于輸電線路絕緣子紅外圖像的局部超分辨率重建算法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202210955781.4
• 申請日: 2022-08-10
• 公開（公告）號: CN115439320A
• 公開（公告）日: 2022-12-06
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 吳田;楊威;黎鵬;普子恒;方春華;賈子健;宋博文;萬亞旭;王鈺力;種沛;劉鑫源;許浩
• 申請（專利權(quán)）人: 三峽大學(xué)
• 主分類號: G06T3/40
• 分類號: G06T3/40;G06V10/764;G06V10/774;G06N3/04;G06N3/08
• 代理公司: 宜昌市三峽專利事務(wù)所 42103
• 代理人: 易書玄

1.基于輸電線路絕緣子紅外圖像的局部超分辨率重建算法，其特征在于，包括以下步驟：

Step1、圖像識別：先將紅外圖像中的絕緣子做好標(biāo)簽，利用圖像識別算法進行訓(xùn)練，訓(xùn)練好之后，將數(shù)據(jù)集輸入該圖像識別算法中，進行輸電線路紅外圖像中絕緣子的識別，識別好的圖像，利用一個識別框?qū)⒔^緣子標(biāo)識出，將識別后的圖像作為后續(xù)步驟的輸入；

Step2、圖像分割：將經(jīng)過識別后的圖像送入圖像分割網(wǎng)絡(luò)，該網(wǎng)絡(luò)會將已定位的在識別框中的絕緣子作為目標(biāo)，圖像其他部分則作為背景，進行圖像分割，將前景目標(biāo)和背景分開，最終效果是除了框內(nèi)的絕緣子還是紅外圖像，其他背景均換成黑色；

Step3、超分辨率重建：將經(jīng)過分割后的圖像送入對抗網(wǎng)絡(luò)中進行訓(xùn)練，得到重建后的絕緣子超分辨率紅外圖像。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于輸電線路絕緣子紅外圖像的局部超分辨率重建算法，其特征在于，所述的Step3中對抗網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)為：

隨機噪聲進入生成器G的輸入端進行網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練，然后生成數(shù)據(jù)，將生成器G生成的數(shù)據(jù)和真實數(shù)據(jù)一起送入鑒別器D，由鑒別器D去判斷輸入的數(shù)據(jù)是真實數(shù)據(jù)還是生成器G生成的數(shù)據(jù)，給出一個0即來自生成器G的生成數(shù)據(jù)或1即真實數(shù)據(jù)的輸出，將該輸出送入生成器G中，生成器G根據(jù)得到的反饋再次進行學(xué)習(xí)，如此反復(fù)，生成器G與鑒別器D相互學(xué)習(xí)，相互對抗，最終達(dá)到一個納什均衡。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于輸電線路絕緣子紅外圖像的局部超分辨率重建算法，其特征在于，所述的對抗網(wǎng)絡(luò)達(dá)到的納什平衡公式為：

式中，p_data(x)來自于真實數(shù)據(jù)分布，p_z(z)則是生成器生成的數(shù)據(jù)分布；最終使鑒別器D無法準(zhǔn)確判斷輸入的數(shù)據(jù)是真實數(shù)據(jù)還是生成器G所生成的數(shù)據(jù)，即鑒別器D對輸入的數(shù)據(jù)判斷的準(zhǔn)確率只有50％，則生成器G達(dá)到最優(yōu)效果；

選擇MSE作為損失函數(shù)，計算公式為：

式中，r表示放大倍數(shù)，W和H分別是圖像的寬和高。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于輸電線路絕緣子紅外圖像的局部超分辨率重建算法，其特征在于，所述的Step3中，圖像超分辨率重建中可以獲得較大的峰值信噪比PSNR和結(jié)構(gòu)相似性SSIM，但較大的峰值信噪比PSNR不代表會獲得感官上更好的重建圖像，因此采取整體損失函數(shù)L：

L＝L_per+λL_adv+μL_con (3)

式(3)中，L_con為MSE損失函數(shù)，L_per為感知損失，L_adv為對抗損失，λ和μ為對應(yīng)的權(quán)重，感知損失由預(yù)先訓(xùn)練好的VGG19網(wǎng)絡(luò)提供，其計算公式如下：

式中，W_ij和H_ij分別是判別模塊中第i個最大池化層之前通過j次卷積獲得的特征圖的寬度和高度；x和y則分別對應(yīng)著當(dāng)前某個像素點在特征圖中的橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)；φ_ij是判別模塊中第i個最大池化層之前通過j次卷積獲得的特征圖；，I^HR是高分辨率圖像；I^LR是低分辨率圖像；G為生成器網(wǎng)絡(luò)。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于輸電線路絕緣子紅外圖像的局部超分辨率重建算法，其特征在于，所述的式(3)中，Ladv采用的則是二分類交叉熵?fù)p失BCEloss函數(shù)，在對抗網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練中，鑒別器D的輸出為一個二分類0或1，采用一定權(quán)重的BCEloss來對整體損失函數(shù)約束，其計算公式如下：

L_adv＝-(Dlog(D(G(z)))+(1-D)log(1-D(G(z)))) (5)

式中，D表示真實數(shù)據(jù)的標(biāo)簽信息；D(G(z))則表示由生成器生成的數(shù)據(jù)信息。