• 论文
主办单位:煤炭科学研究总院有限公司、中国煤炭学会学术期刊工作委员会
基于自注意力机制的矿井次光照图像语义分割研究
  • Title

    Research on semantic segmentation of mine sub-illumination images based on self-attention mechanism

  • 作者

    杨克虎龙启航汪嘉文彭宝山金波杨学孟

  • Author

    YANG Kehu;LONG Qihang;WANG Jiawen;PENG Baoshan;JIN Bo;YANG Xuemeng

  • 单位

    中国矿业大学(北京)机电与信息工程学院国网能源新疆准东煤电有限公司应急管理部煤矿智能化与机器人创新应用重点实验室中国矿业大学(北京)内蒙古研究院

  • Organization
    School of Mechanical Electronic and Information Engineering, China University of Mining and Technology(Beijing)
    State Grid Energy Xinjiang Zhundong Coal and Electricity Co. , Ltd.
    Key Laboratory of Intelligent Mining and Robotics, Ministry of Emergency Management
    Inner Mongolia Research Institute of CUMTB
  • 摘要
    引入图像语义分割技术,对矿井次光照环境中的目标物进行分割,将图像分成原始清晰图像和次光照图像两类,采用基于深度学习的图像增强方法对次光照条件下拍摄的图像增强细节后替换,再利用单应变换算法对数据集进行扩充,进而构建矿井巷道图像语义分割标准数据集。提出一种基于自注意力机制的轻量级编码—解码结构网络:以DeepLabV3+编码—解码网络为基础网络,在编码结构中,提取矿井图像深、浅层语义特征信息,将深层语义特征信息经由轻量级自注意力机制模块进行特征激活,而浅层语义特征信息直接送入解码器中,在解码结构中拼接深、浅层语义特征信息,恢复原始图像尺寸,输出分割结果。与传统算法就图像预测进行对比实验,结果表明:在网络复杂度方面,对于3通道512×512像素大小的图像,算法的网络理论计算量FLOPs仅48.80G,参数量仅11.90M;在网络分割精度方面,平均交并比76.50%,平均像素精度87.75%,领先其他主流网络;在速度方面,推理一张图像的速度能达到0.032s,可满足轻量级网络的要求。
  • Abstract
    The image semantic segmentation technology is introduced to segment the object in the sub - illuminationresults show that: in terms of network complexity, for the 3-channel 512×512 image, the network theoretical computation cost of the algorithm is only 48. 80 G FLOPs and the parameter number is only 11. 90 M; in terms of network segmentation accuracy, the average intersection ratio is 76. 50% and the average pixel accuracy is 87. 75%, leading other mainstream networks; in terms of speed, the speed of an image can reach 0. 032 s, meeting the requirements of lightweight networks.
  • 关键词

    矿井图像语义分割编码解码结构轻量级网络自注意力机制

  • KeyWords

    semantic segmentation of mine image;encoder - decoder structure;lightweight network;self - attention mechanism

  • 基金项目(Foundation)
    国家自然科学基金项目(61973307,52121003);高等学校学科创新引智计划(“111计划”)项目(B21014);鄂尔多斯科学技术研究计划项目
  • DOI
  • 引用格式
    杨克虎,龙启航,汪嘉文,等. 基于自注意力机制的矿井次光照图像语义分割研究[J]. 矿业安全与环保,2023,50(5):9-18.
  • Citation
    YANG Kehu,LONG Qihang,WANG Jiawen,et al. Research on semantic segmentation of mine sub-illumination images based on self-attention mechanism[J]. Mining Safety & Environmental Protection,2023,50(5):9-18.
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