计算机应用

作者：黄继爽, 张华, 李永龙, 赵皓, 王皓冉, 冯春成

单位：1. 西南科技大学 信息工程学院, 四川 绵阳 621010;2. 特殊环境机器人技术四川省重点实验室(西南科技大学), 四川 绵阳 621010;3. 清华四川能源互联网研究院, 成都 610213;4. 水沙科学与水利水电工程国家重点实验室(清华大学), 北京 100084

关键词：水工隧洞,缺陷识别,动态卷积,知识蒸馏,模型压缩

基金：国家重点研发计划项目（2019YFB1310503）；国家“十三五”核能开发科研项目（20161295）；四川省科技创新创业苗子工程（2020JDRC0130）；中国大唐集团有限公司科学技术项目（CDT-TZK/SYD［2018］-010）。

针对水工隧洞缺陷识别任务中现有深度卷积神经网络（DCNN）对缺陷图像特征提取能力不足、识别种类少、推理耗时长的问题，提出一种基于动态特征蒸馏的缺陷自主识别方法。首先，通过深度曲线估计网络对图像进行优化，从而改善低照度环境下的图像质量；其次，构建加入注意力机制的动态卷积模块取代传统静态卷积，并且把得到的动态特征用于训练教师网络以获得更好的模型特征提取能力；最后，在知识蒸馏框架中融合鉴别器结构，以构造一种动态特征蒸馏损失，并通过鉴别器将动态特征知识从教师网络传递到学生网络，从而在大幅减少模型推理时间的同时实现六类缺陷的高精度识别。在四川某水电站水工隧洞缺陷数据集上对该方法和原有残差网络进行对比实验，结果表明该方法可达到96.15%的识别准确率，其模型参数量和推理时间分别降低到原来的1/2和1/6。通过实验结果可知，将缺陷图像的动态特征蒸馏信息融合到识别网络中能够提高水工隧洞缺陷的识别效率。

来源：2021年第8期

《计算机应用》期刊编辑部

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