機(jī)器視覺(jué)在管廊中的應(yīng)用

董亮，李夢(mèng)希

(1.中冶京誠(chéng)工程技術(shù)有限公司；2.云南滇中新區(qū)嵩昆路建設(shè)指揮部)

【關(guān)鍵字】綜合管廊；機(jī)器視覺(jué)；目標(biāo)檢測(cè)；深度學(xué)習(xí)

1 引言

在綜合管廊建設(shè)中，除需解決設(shè)計(jì)和施工難題，以及新工藝、新設(shè)備、新材料的應(yīng)用外，為保證綜合管廊的可靠運(yùn)行，需建立以智慧化平臺(tái)為核心，配套高標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備及標(biāo)準(zhǔn)化的運(yùn)營(yíng)維護(hù)手段，以實(shí)現(xiàn)綜合管廊百年工程的安全、經(jīng)濟(jì)、高效的運(yùn)營(yíng)。中冶京誠(chéng)綜合管廊智慧管控平臺(tái)的建設(shè)充分吸收國(guó)內(nèi)外的先進(jìn)技術(shù)及運(yùn)維經(jīng)驗(yàn)，采用可靠、穩(wěn)定的硬件設(shè)備和軟件程序，實(shí)現(xiàn)對(duì)管廊內(nèi)靜態(tài)設(shè)施和動(dòng)態(tài)設(shè)備的管理以及移動(dòng)生物的檢測(cè)，保障設(shè)備、管線(xiàn)、人員安全，達(dá)到維護(hù)綜合管廊的正常運(yùn)行和事故應(yīng)急處置等目標(biāo)。

2 什么是物體檢測(cè)

如果把我們?nèi)祟?lèi)的眼睛看作攝像頭，那么給一個(gè)5歲的嬰兒訓(xùn)練物品記憶，他可以識(shí)別出來(lái)這個(gè)獨(dú)立的物品并把它記住，當(dāng)你下次再給他時(shí)，他能告訴你那是什么。即使是在一個(gè)雜亂的屋子里他也可以在凌亂的物品堆里找到那個(gè)物品。相對(duì)于機(jī)器來(lái)說(shuō)人類(lèi)擁有立體視覺(jué)可以將圖像分層次遠(yuǎn)近的識(shí)別出來(lái)，同時(shí)擁有無(wú)限的記憶可能，機(jī)器是相通的，我們通過(guò)對(duì)機(jī)器的訓(xùn)練，使他可以在有限的空間里面發(fā)現(xiàn)對(duì)它有用的目標(biāo)，例如維護(hù)工人的工具箱、擅自闖入的成年人、不慎墜入管廊的小動(dòng)物等等。

為了模仿人類(lèi)的視覺(jué)，科學(xué)家將視覺(jué)感知分為了四個(gè)不同的類(lèi)型：

①分類(lèi)，為圖像指定一個(gè)標(biāo)簽；

②定位，對(duì)特定的標(biāo)簽指定一個(gè)邊框；

③檢測(cè)，在圖像中找到所有物品并分別繪制邊框；

④分割，得到物體在圖像中的精確位置。

實(shí)際上物體檢測(cè)在管廊應(yīng)用中只要能夠在圖像中找到所有標(biāo)定的物體并對(duì)危險(xiǎn)物體進(jìn)行報(bào)警就已經(jīng)足夠了，如果有需求可以將物體在邊框中單獨(dú)分割出來(lái)進(jìn)行它用。

3 物體檢測(cè)實(shí)現(xiàn)的功能

物體檢測(cè)在管廊中解決了很多問(wèn)題，這里概括說(shuō)一下，本篇論文不包含功能實(shí)現(xiàn)，僅提供方法。

1）入侵物體檢測(cè)

當(dāng)圖像中出現(xiàn)并不屬于本圖像中的物體時(shí)對(duì)它進(jìn)行識(shí)別，比如入侵者、動(dòng)物、工具箱、梯子等并發(fā)出警告；

2）遺失物體檢測(cè)

當(dāng)本屬于圖像中的物體從本圖像中消失時(shí)發(fā)出警告信息，比如原本安裝在墻壁上的儀表不見(jiàn)了，這時(shí)候要發(fā)出警告；

3）物體位移檢測(cè)

當(dāng)圖像中某個(gè)位置的物體移動(dòng)到了其它位置時(shí)發(fā)出警告信息，比如電話(huà)機(jī)的話(huà)筒本應(yīng)掛在電話(huà)機(jī)上的但是被粗心的工作人員放到橋架上并沒(méi)有掛斷，這時(shí)候發(fā)出警告；

計(jì)算物體數(shù)目，物體檢測(cè)是計(jì)算物體數(shù)目最有效的方法之一，在管廊中通過(guò)它計(jì)算進(jìn)入管廊的人數(shù)及管廊中現(xiàn)有人數(shù)，也可應(yīng)用到倉(cāng)庫(kù)管理中；

4）物體類(lèi)型檢測(cè)

當(dāng)圖像中出現(xiàn)某些危險(xiǎn)類(lèi)型的物體時(shí)進(jìn)行報(bào)警，例如在燃?xì)馀摮霈F(xiàn)乙炔罐等可產(chǎn)生明火的物體；

5）物體尺寸檢測(cè)

通過(guò)攝像頭可以計(jì)算出物體的大小，例如不慎墜入管廊內(nèi)的小狗有多大，這些信息可供工作人員參考準(zhǔn)備工具，如果是只藏獒工作人員可以考慮報(bào)警；

物體相互作用，當(dāng)圖像中某兩個(gè)物體擠壓或碰撞在一起進(jìn)行警告，例如工作人員倚靠電纜橋架等危險(xiǎn)接觸；

6）物體跟蹤監(jiān)測(cè)

獲取在不同時(shí)間所在的位置進(jìn)行跟蹤，并計(jì)算他的速度，例如巡檢機(jī)器人是否按既定路線(xiàn)進(jìn)行工作的。

4 物體檢測(cè)的實(shí)現(xiàn)方法

目前在世界上有很多用于物體檢測(cè)的模型庫(kù)，每一個(gè)都有它的特點(diǎn)，都非常的實(shí)用，經(jīng)過(guò)各種權(quán)衡我們采用了YOLO(You only look once)，后面將介紹如何通過(guò)YOLO進(jìn)行可視化檢測(cè)。

深度學(xué)習(xí)的工作流程有6個(gè)基本步驟，分了三部分，分別是：收集訓(xùn)練集、訓(xùn)練模型、預(yù)測(cè)新圖像。

4.1 收集訓(xùn)練集

1）收集圖像

首先是收集物體圖像，雖然不是越多越好，但是也要盡量的多，為每個(gè)對(duì)象收集百?gòu)堖M(jìn)行訓(xùn)練不嫌多。對(duì)象的圖像要全面，不同的面不同的角度都要有，另外應(yīng)為是應(yīng)用于地下管廊的，因此這些對(duì)象的圖像最好盡量都是在管廊不同的環(huán)境下進(jìn)行捕獲的，未來(lái)在進(jìn)行識(shí)別的時(shí)候準(zhǔn)確性更高。

2）注釋

接下來(lái)需要在圖像上進(jìn)行繪制邊界的工作，這個(gè)工作比較耗時(shí)，可以通過(guò)labelImg等類(lèi)似工具進(jìn)行注釋。

4.2 訓(xùn)練模型

1）預(yù)訓(xùn)練

目前在互聯(lián)網(wǎng)上可以找到很多已經(jīng)訓(xùn)練好的模型，比如人、狗、貓等常見(jiàn)物體，以此來(lái)節(jié)省你的工作消耗。

2）在GPU上訓(xùn)練

可以在互聯(lián)網(wǎng)上找到一些模型訓(xùn)練的服務(wù)器，這樣會(huì)使訓(xùn)練更簡(jiǎn)單。

4.3 預(yù)測(cè)新圖像

1）通過(guò)攝像頭捕獲圖像

在管廊應(yīng)用中捕獲攝像頭圖像的方法有很多，這里就不在闡述了，無(wú)論是RTSP還是RTMP獲取圖像的方法都類(lèi)似。

2）預(yù)測(cè)圖像

預(yù)測(cè)圖像有多種方式，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)管廊應(yīng)用到以下方式：

單圖片檢測(cè)：./darknet detect cfg/yolo.cfg yolo.weights data/dog.jpg

多圖片檢測(cè)：./darknet detect cfg/yolo.cfg yolo.weights

如果想單獨(dú)對(duì)某個(gè)攝像頭進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，則需要借助opencv庫(kù)來(lái)實(shí)現(xiàn)，這樣雖然可以對(duì)攝像頭每一幀的圖像都進(jìn)行識(shí)別，但是勢(shì)必會(huì)影像效率，所以如果需要可以考慮獲取攝像頭影像時(shí)進(jìn)行跳幀獲取，比如12FPS。

5 結(jié)語(yǔ)

地下綜合管廊作為城市的生命線(xiàn)，它的安全至關(guān)重要！物體檢測(cè)只是眾多提高管廊安全手段中的一個(gè)，安全也涉及很多方面，對(duì)人的、對(duì)物、對(duì)本體結(jié)構(gòu)等等。