【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及机器视觉领域，涉及一种阻燃材料燃烧时间的在线检测装置及方法。
技术介绍
1、阻燃材料的阻燃性能测试是通过对阻燃材料进行火焰延燃性能测试，评估其阻燃性能，如延燃时间、燃烧速率等指标。其中，阻燃材料燃烧时间是检验阻燃材料是否符合标准的主要方法，传统的燃烧时间检测采用人工秒表计时的方法，受限于测试员的反应时间等，该方法很难准确且自动给出阻燃材料的燃烧时间。相对于传统的基于匹配的目标识别算法，深度学习技术可以大大提高识别的精确度，更能从图像中提取高级特征。然而现有的深度学习模型也存在泛化能力较弱、对小目标检测能力较弱的问题。
技术实现思路
1、本专利技术提出一种识别效率高、准确率高、基于深度学习的计算阻燃材料燃烧时间的在线检测装置及方法。
2、本专利技术所采用的技术方案为：一种阻燃材料燃烧时间的在线检测装置包括：燃烧检测箱(1)、摄像头(2)、摄像头固定装置(3)、树莓派(4)、移动硬盘(5)和可交互式显示屏(6)；摄像头(2)安装在摄像头固定装置(3)上，并位于燃烧检测箱(1)开口的一侧；摄像头(2)、移动硬盘(5)和可交互式显示屏(6)分别连接在树莓派(4)的usb接口上，树莓派(4)的以太网接口连接以太网络，树莓派(4)的充电接口连接电源；
3、所述的燃烧检测箱(1)用于点燃、燃烧阻燃材料；
4、所述的摄像头固定装置(3)用于固定摄像头(2)，保证摄像头(2)能稳定地拍摄燃烧检测箱内的阻燃材料燃烧的视频；
5、树莓派(4)
6、所述的燃烧检测箱(1)的一个侧面完全开口，一个侧面上留有小孔(101)；燃烧检测箱(1)内安置有管道(102)、金属滑轨(103)、铁制夹子(105)、固定装置(104)、阻燃材料(106)、酒精灯(107)和可滑动的底座(108)；
7、酒精灯(107)插接在滑动底座(108)上，管道(102)通过燃烧检测箱(1)的小孔(101)与可滑动的底座(108)连接，管道(102)为酒精灯(107)提供燃烧的燃料；
8、固定装置(104)通过螺栓固定在燃烧检测箱(1)底部；在固定装置(104)的中间位置使用螺丝将铁制夹子(105)固定；铁制夹子(105)夹住阻燃材料(106)保持稳定，使可移动的酒精灯(107)能点燃阻燃材料(106)；
9、金属滑轨(103)通过螺栓固定在燃烧检测箱(1)内底部，在金属滑轨(103)上安装有可滑动底座(108)，可滑动的底座(108)可以在金属滑轨(103)上滑动，方便酒精灯(107)点燃阻燃材料(106)，阻燃材料(106)燃烧一段时间后，酒精灯(107)迅速离开阻燃材料(106)。
10、所述的树莓派(4)是进行检测视频帧并计算阻燃材料燃烧时间的计算机设备；树莓派(4)内置有以太网接口(402)、三个usb接口和一个充电接口(401)；
11、所述的三个usb接口分别为：显示屏usb接口(403)，摄像机usb接口(404)和硬盘usb接口(405)；
12、摄像头(2)通过usb线连接在摄像机usb接口(404)上；将拍摄到的阻燃材料的燃烧视频传送到树莓派(4)；
13、移动硬盘(5)通过usb线连接在硬盘usb接口(405)上，用于存储历史检测结果；
14、可交互式显示屏(6)通过usb线连接在显示屏usb接口(403)上，用于启动识别装置并显示识别结果；
15、网线插接到以太网接口(402)接入网络，用于将识别程序传入到树莓派(4)中；
16、使用树莓派(4)自带充电器连接充电接口(401)和电源用于给树莓派(4)供电。
17、一种基于阻燃材料燃烧时间的检测方法包括：训练识别图像中阻燃物为燃烧状态的深度网络模型，并利用该模型计算视频中阻燃材料的燃烧时间；所述阻燃物为燃烧状态是指将酒精灯点燃阻燃材料一段时间移开后，阻燃材料仍继续燃烧直到火焰或火星熄灭之间的状态，此状态通过摄像头采集的视频帧进行判断；
18、所述的识别图像中阻燃物为燃烧状态的深度网络模型包括：特征嵌入提取单元、空间关联结构提取单元和决策单元，训练深度网络模型；实现步骤为：
19、步骤1、数据集构建；对现场视频进行抽帧操作构建数据集，按照一定比例分成训练集和测试集；
20、步骤2、特征嵌入提取单元构建；将改进后的mobilenetv3网络作为主干网络对摄像头采集的视频帧中的火焰特征进行特征嵌入提取，得到图像特征嵌入信息；
21、步骤3、空间关联结构提取单元构建；首先使用k-means聚类算法划分摄像头采集的视频帧中的各个物体，并构建图结构。将图结构信息输入到全连接层中得到初步的空间嵌入信息，然后使用图卷积层对初步的空间嵌入信息进行进一步关联结构提取，得到图像空间关联结构嵌入信息；
22、步骤4、决策单元构建；将步骤2得到的图像特征嵌入信息和步骤3得到的图像结构嵌入信息输入到决策单元的连接层，进行连接并归一化，将归一化的结果输入到全连接层进行进一步处理计算，最后通过输出层输出当前帧是否为阻燃材料燃烧状态；
23、步骤5、训练并保存模型；设计损失函数，采用步骤1得到的训练集训练模型，并保存模型参数；
24、所述计算燃烧时间的方法为：将视频流逐帧输入到模型中，利用模型判断每一帧是否为所述的阻燃物为燃烧状态，并记录符合阻燃物燃烧状态的帧号，查询连续燃烧帧数n，帧率为f，则时间为最后将阻燃材料燃烧时间存入到移动硬盘中。
25、步骤1需要根据实际情况收集现场阻燃材料燃烧的视频并制作数据集，后续对深度网络模型进行训练和测试；制作数据集的方法如下：
26、步骤1-1、在现场中使用摄像头捕获阻燃材料从燃烧直到火焰或火星熄灭的完整视频；
27、步骤1-2、对阻燃材料燃烧视频进行抽帧并保存为图片；
28、步骤1-3、为了提高模型火焰识别的准确度，需要对抽取出的图片进行数据增强实现数据集扩增；将抽取出的图片进行放大裁剪、水平和垂直的翻转、随机角度的旋转以及亮度和对比度的随机变化以扩增数据集；
29、步骤1-4、最后对扩增后的数据集进行标注，标注阻燃物为燃烧状态的有效帧。
30、步骤2所述的特征嵌入提取单元对传统的mobilenetv3网络进行改进，并将其作为主干网络；特征嵌入提取单元包括：卷积层1、瓶颈层、卷积层2和spp层，所述的spp为spatial pyramidpooling，空间金字塔池化；
31、所述卷积层1包括一个3×3的卷积核的卷积网络；将使用摄像头获取的阻燃材料的燃烧视频的视频帧输入到该层，设输入的视频帧为xi，经过该层的卷积操作后得到
32、
33、其中：本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种阻燃材料燃烧时间的在线检测装置，其特征在于，在线检测装置包括：燃烧检测箱(1)、摄像头(2)、摄像头固定装置(3)、树莓派(4)、移动硬盘(5)和可交互式显示屏(6)；摄像头(2)安装在摄像头固定装置(3)上，并位于燃烧检测箱(1)开口的一侧；摄像头(2)、移动硬盘(5)和可交互式显示屏(6)分别连接在树莓派(4)的USB接口上，树莓派(4)的以太网接口连接以太网络，树莓派(4)的充电接口连接电源。
2.根据权利要求1所述的一种阻燃材料燃烧时间的在线检测装置，其特征在于，所述的燃烧检测箱(1)的一个侧面完全开口，一个侧面上留有小孔(101)；燃烧检测箱(1)内安置有管道(102)、金属滑轨(103)、铁制夹子(105)、固定装置(104)、阻燃材料(106)、酒精灯(107)和可滑动的底座(108)；
3.根据权利要求1所述的一种阻燃材料燃烧时间的在线检测装置，其特征在于，所述的树莓派(4)是进行检测视频帧并计算阻燃材料燃烧时间的计算机设备；
4.一种基于阻燃材料燃烧时间的检测方法，其特征在于，检测方法包括：训练识别图像中阻燃物为燃烧状
5.根据权利要求4所述的一种基于阻燃材料燃烧时间的检测方法，其特征在于，步骤1需要根据实际情况收集现场阻燃材料燃烧的视频并制作数据集，后续对深度网络模型进行训练和测试；制作数据集的方法如下：
6.根据权利要求4所述的一种阻燃材料燃烧时间的检测方法，其特征在于，步骤2所述的特征嵌入提取单元对传统的MobileNetV3网络进行改进，并将其作为主干网络；特征嵌入提取单元包括：卷积层1、瓶颈层、卷积层2和SPP层，所述的SPP为spatial pyramidpooling，空间金字塔池化；
7.根据权利要求4所述的一种阻燃材料燃烧时间的检测方法，其特征在于，步骤3空间关联结构提取单元用于提取阻燃材料火焰、酒精灯火焰和其他材料之间的结构关系；所述空间关联结构提取单元包括：材质结构提取层、全连接层和图卷积层；
8.根据权利要求4所述的一种阻燃材料燃烧时间的检测方法，其特征在于，步骤4决策单元包括：连接层、归一化层、全连接层和输出层。
9.根据权利要求4所述的一种阻燃材料燃烧时间的检测方法，其特征在于，步骤5所述的训练并保存模型过程如下：
...【技术特征摘要】
1.一种阻燃材料燃烧时间的在线检测装置，其特征在于，在线检测装置包括：燃烧检测箱(1)、摄像头(2)、摄像头固定装置(3)、树莓派(4)、移动硬盘(5)和可交互式显示屏(6)；摄像头(2)安装在摄像头固定装置(3)上，并位于燃烧检测箱(1)开口的一侧；摄像头(2)、移动硬盘(5)和可交互式显示屏(6)分别连接在树莓派(4)的usb接口上，树莓派(4)的以太网接口连接以太网络，树莓派(4)的充电接口连接电源。
2.根据权利要求1所述的一种阻燃材料燃烧时间的在线检测装置，其特征在于，所述的燃烧检测箱(1)的一个侧面完全开口，一个侧面上留有小孔(101)；燃烧检测箱(1)内安置有管道(102)、金属滑轨(103)、铁制夹子(105)、固定装置(104)、阻燃材料(106)、酒精灯(107)和可滑动的底座(108)；
3.根据权利要求1所述的一种阻燃材料燃烧时间的在线检测装置，其特征在于，所述的树莓派(4)是进行检测视频帧并计算阻燃材料燃烧时间的计算机设备；
4.一种基于阻燃材料燃烧时间的检测方法，其特征在于，检测方法包括：训练识别图像中阻燃物为燃烧状态的深度网络模型，并利用该模型计算视频中阻燃材料的燃烧时间；所述阻燃物为燃烧状态是指将酒精灯点燃阻燃材料一段...
【专利技术属性】
技术研发人员：王林，王巍，陈峤鹰，袁开良，荣文波，徐孙豪，苏青磊，伍润洲，
申请(专利权)人：上海煤科检测技术有限公司，
类型：发明
国别省市：
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