关键词:
飞机外观检测
深度学习
目标检测
双目测距
嵌入式系统
摘要:
飞机作为一种快速便捷的交通工具在现代社会中发挥着重要作用。随着航空科技的不断发展,飞机部件的稳定性也不断提高,然而飞机安全检查工作仍然是一项重要的任务,其中起飞前的绕机检查作为飞行的最后一道保障措施具有极为重要的意义。该检查涉及对飞机若干重要部位外观的检查,不仅需要耗费大量的人力、物力,也会因为地勤人员的失误出现误判漏判。人工智能和计算机视觉技术的飞速发展,使得该问题可以引入智能化的方式解决。本文提出搭载于机场巡检机器人的飞机外观智能检测算法,该算法能够根据巡检机器人在绕机过程中利用相机采集到的画面对飞机各关键部位进行检测,找出安全故障并对故障进行定位与记录。算法主要包括目标检测算法与双目测距算法两大部分,为了能够搭载在巡检机器人上,本文最后将算法部署在NVIDIA嵌入式平台Jetson AGX Xavier上,并通过对算法改进与优化完成精准检测与实时运行的目标。在目标检测算法部分,针对传统一阶段目标检测模型对小目标检测精度较低的问题,本文以YOLOX网络为框架,使用Swin-Transformer结构改进了 YOLOX骨干网络部分,提高了骨干网络的特征提取能力;同时为了提高对难检测目标的检测能力,本文使用Focal Loss改进网络的损失函数,使模型更加专注于难样本。实验结果表明,在飞机外观检测数据集上本文改进网络达到86.24%的准确率,相比于YOLOX网络提升1.27%。在经过NVIDIA平台TensorRT加速后单帧运算速度达到7.03ms,保证了运行的实时性。在双目测距算法部分,针对传统双目测距算法实时性较差的问题,本文提出了一种基于感兴趣目标提取的快速测距算法,双目视觉中最常用的SGBM算法虽然精度较高,但在实时性方面无法满足本文的要求,本文改进算法基于SGBM算法改进而来,能够与目标检测算法的结果结合,在不丢失精度的情况下极大地减少匹配过程中的运算量。同时本文提出了 MAD-Census变换改进了 SGBM算法基于互信息的匹配代价计算方法,此方法不仅直接降低了计算复杂度,而且对多线程有很好的适配性,在应用过程中极大地提高了运算速度,距离测试实验表明,该算法的测距误差在10%以下。在公开数据集上的测试实验表明,以72.97%的速度提升相对于SGBM算法误匹配率仅提高了 7.58%。最后,本文根据此算法设计了飞机外观智能检测系统,并对系统各个模块的功能以及系统的实时性进行了测试,系统包括目标检测与测距模块、机器人运动控制模块、网络模块。测试结果表明各模块都能够正确地输出结果,在经过对各个模块算法的改进和多线程优化后,显著的提升了运行效率。系统单帧运算的耗时约为60ms,每秒可达16至17帧,处理时间能够满足实时性要求。