[發(fā)明專利]一種基于目標檢測的干涉條紋圖定位方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202211437851.3
• 申請日: 2022-11-16
• 公開（公告）號: CN115808377A
• 公開（公告）日: 2023-03-17
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 苗長云;武宇航;孫金露;邱岳
• 申請（專利權(quán)）人: 天津工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: G01N15/02
• 分類號: G01N15/02;G06V10/774;G06V10/82;G06N3/0464;G06N3/0985
• 代理公司: 天津市三利專利商標代理有限公司 12107
• 代理人: 仝林葉

本發(fā)明公開了一種基于目標檢測的干涉條紋圖定位方法。本發(fā)明利用干涉粒子成像系統(tǒng)獲取透明球形粒子的干涉條紋圖，將標注后的干涉條紋圖劃分為訓(xùn)練集、驗證集和測試集，訓(xùn)練200epochs后獲取最優(yōu)權(quán)重，將測試集作為目標檢測網(wǎng)絡(luò)的輸入，得到含有干涉條紋圖歸一化位置信息的預(yù)測框，經(jīng)過坐標提取和反變換后獲得干涉條紋圖中心點。本發(fā)明可以實現(xiàn)透明球形粒子干涉條紋圖的高精度定位，為粒子尺寸的測量提供技術(shù)支持。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于圖像處理領(lǐng)域，特別涉及一種使用目標檢測獲取干涉條紋圖位置信息的方法。

背景技術(shù)

云層廣泛覆蓋在地球表面，它由冰晶和液滴等組成，在地球水循環(huán)方面發(fā)揮著重要作用。在云和降水物理學(xué)中，按照云的微結(jié)構(gòu)特征可分為水云、冰云和混合云。云場中含水量/含冰量以及粒子尺寸、形狀等云微物理信息的獲得，對于云發(fā)展過程和降水形成機制的研究以及人工降雨的實現(xiàn)有巨大幫助。云中液滴粒子形狀一般可以視為球形，獲取透明球形粒子的位置信息，對粒子尺寸的測量有重要作用。因此，研究高精度的干涉條紋圖定位方法具有重要意義。

干涉粒子成像技術(shù)具有測量范圍廣、準確度高、處理速度快和非接觸等優(yōu)點。近年來，干涉粒子成像技術(shù)在粒子尺寸測量、相態(tài)判別等方面有了廣泛的應(yīng)用。利用干涉粒子成像技術(shù)實現(xiàn)透明球形粒子測量中，專利CN103674791A提出《一種基于雙光束照射的干涉粒子成像測量方法》，通過單向梯度匹配法獲取干涉條紋圖中心坐標，實現(xiàn)了干涉條紋圖的定位，但是該方法不利于實時檢測。

目標檢測是計算機視覺中的重要領(lǐng)域。現(xiàn)如今，目標檢測已被廣泛應(yīng)用于物體的定位和分類任務(wù)中。目標檢測網(wǎng)絡(luò)選取感興趣區(qū)域進行處理，檢測出圖像上可能存在的目標并確定它們的位置和類別。比較常見的目標檢測網(wǎng)絡(luò)有One-Stage的YOLO(You OnlyLook Once)系列和Two-Stage的R-CNN(Regions with CNN features)系列。YOLO系列網(wǎng)絡(luò)具有良好的實時性和精確度，非常適合多尺度目標的定位。但目前，現(xiàn)有技術(shù)中還沒有使用目標檢測方法對透明球形粒子干涉條紋圖進行定位的實例。使用該方法的難點在于：第一，需要大量人工標注的數(shù)據(jù)集。利用干涉粒子成像系統(tǒng)獲取干涉條紋圖后，必須對干涉條紋圖中所有目標進行精確標注。第二，需要調(diào)整目標檢測網(wǎng)絡(luò)的超參數(shù)來獲取最優(yōu)權(quán)重。包括學(xué)習(xí)率、余弦退火參數(shù)和權(quán)重衰減系數(shù)等。第三，通過修改網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)使目標檢測網(wǎng)絡(luò)擁有更強的泛化能力。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的發(fā)明目的是克服上述現(xiàn)有技術(shù)的中存在的不足，提供一種基于目標檢測的干涉條紋圖定位方法。獲取高精度干涉條紋圖位置信息，為粒子尺寸的測量提供技術(shù)保證。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種基于目標檢測的干涉條紋圖定位方法，按照下述步驟進行：

步驟1：搭建干涉粒子成像系統(tǒng)，干涉粒子成像系統(tǒng)包括：激光器1、平凸柱面透鏡5和平凹柱面透鏡6；沿水平方向自左向右依次設(shè)置激光器1、顯微物鏡2、針孔3、準直透鏡4、平凸柱面透鏡5、平凹柱面透鏡6、樣品池7，樣品池7含有去離子水和聚苯乙烯球形粒子，樣品池7上方依次設(shè)置成像透鏡8和CCD相機9；激光器1發(fā)出平行偏振光，激光束通過顯微物鏡2和針孔3組成的空間濾波器完成擴束功能，經(jīng)過準直透鏡4后變?yōu)槠叫泄馐酵怪嫱哥R5和平凹柱面透鏡6兩個透鏡組將光束壓縮為平行出射的光片；最后利用CCD相機獲取干涉條紋圖；

步驟2：將干涉條紋圖標注后，以6：2：2比例隨機劃分為訓(xùn)練集、驗證集和測試集；設(shè)置網(wǎng)絡(luò)超參數(shù)，將訓(xùn)練集放入目標檢測網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練200epochs，獲得最優(yōu)權(quán)重；

步驟3：將步驟2中劃分的測試集輸入到Y(jié)OLOv7網(wǎng)絡(luò)中，得到含有歸一化位置信息的預(yù)測框；

步驟4：提取預(yù)測框中的位置信息進行坐標反變換得到干涉條紋圖中心點；由此，實現(xiàn)干涉條紋圖的精確定位功能。

所述激光器1發(fā)出波長為532nm的平行偏振光，最大輸出功率為3W。