钻井工人护目镜佩戴的智能识别.pdf
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1、第 13 期2023 年 7 月无线互联科技Wireless Internet TechnologyNo.13July,2023基金项目:重庆科技学院硕士研究生创新计划项目;项目编号:YKJCX2120831。作者简介:文瑶瑶(1998),女,四川广安人,硕士研究生;研究方向:智慧安全。通信作者:翟渊(1983),男,河南商丘人,讲师,博士;研究方向:智能感知及控制技术。钻井工人护目镜佩戴的智能识别文瑶瑶,陈浩辰,吴 英,翟 渊(重庆科技学院 智能技术与工程学院,重庆 401331)摘要:工人未按规定佩戴护目镜的行为,在石油生产过程中存在着极大的安全隐患,而传统的监控设施又无法对该行为进行实时
2、、准确的监察。为了解决这一安全隐患,文章提出了基于 YOLOv4 检测模型的护目镜佩戴识别技术,能够解决传统监控系统容易误报、漏报、报警反应时间长等问题,实现了更加及时、准确地获取监控信息,为钻井工人的安全提供了保障,并且能够在一定的程度上降低公司营运的成本。关键词:钻井工人;护目镜佩戴;YOLOv4;安全隐患中图分类号:TP391.9 文献标志码:A0 引言 随着国家经济的发展,国家对能源的需求逐渐增加,比如:石油、天然气、电力等,因此钻井工人作业的安全备受大众的关注。钻井工人作业时不规范的行为,通常会对施工现场的安全造成极大的影响。根据统计,87%的钻井过程中的安全事故,主要是由于工人不规
3、范的行为导致的。因此如何有效地对作业人员行为进行规范是保证钻井现场安全的关键1。人脸识别一直是机器视觉领域里面关键的研究方向之一。对于护目镜佩戴的识别目前学术界还没有直接的研究,但是对于眼镜的识别有了不错的进展。2000 年,Jiang 等2通过与其他区域对比,进行眼镜的识别,该方法主要是由于眼镜存在着灰度值不连续的区域。另外,Mohammad 等3使用 HOG 进行特征提取,并使用 ROI 进行检测,将融合后的特征送入SVM、MLP 以及 LDA 等分类器,并将多个算法的结果进行融合后作为输出。通过已有文献的阅读,基于传统检测方法的眼镜识别只能在特定的环境和位置情况下,才能有比较好的检测效果
4、,因此对护目镜佩戴识别的检测采用深度学习的方法。同时,护目镜佩戴的图片,目前还没有公开的数据集,为保证实验结果的准确性,有必要建立一个基于真实情况下的护目镜佩戴的数据集。1 YOLOv4 目标检测算法 YOLOv4 主干网络主要采取 CSPDarknet53 网络结构,能 够 减 少 计 算 量,使 得 模 型 更 加 轻 量 化。YOLOv4 使用 PANet 进行参数的聚合,能够检测不同level 的物体。对于检测头的部分,本研究仍然采用YOLOv3 的结构。YOLOv4 的损失函数为:LOSS=LOSSreg+LOSSconf+LOSScls(1)LOSSreg=coordS2i=0Bj
5、=01objij1-IOU(bij,bij)+2(bij,bij)c2+(2)LOSSconf=-s2i=0Bj=01objijCijlogCij+(1-Cij)-noobjS2i=0Bj=0 1noobjijCijlogCij+(1-Cij)log(1-Cij)(3)LOSScls=-S2i=0Bj=01objijcclassesPij(c)log(Pij(c)+(1-Pij(c)log(1-Pij(c)(4)其中:LOSS 是 YOLOv4 的损失函数,LOSSreg、LOSSconf和 LOSScls分别代表定位损失函数、置信度损失函数和分类损失函数;1noobjij代表输出中对应位置的
6、网络内有目标;coord=2-w h,平衡w 长h宽的特征层的损失;S2代表特征层单元格的数量为 S S,bij代表预测框,bij代表真实框,IOU bij,bij()表示 bij和bij的交并比值;2bij,bij()代表中心点欧氏距离;c 代表能25第 13 期2023 年 7 月无线互联科技智能控制No.13July,2023够同时包含 bij和bij最小区域的对角线距离;=1-IOU bij,bij()+用来调节长宽比所占的损失权重;wij,hij表示预测框的宽度和长度,w ij,hij代表真实框的宽度和长度;Cij代表预测框的置信度,Cij表示真实框的置信度;coond表示为权重系数
7、;1objij代表对应位置的预测框内无目标;Pij(c),代表预测框是每一类的概率值,Pij(c)表示真实框中目标属于每一类的概率值4。2 实验过程2.1 数据的采集和标注 护目镜佩戴数据集的采集采用了网络爬虫等方式,总共获取了 446 张包含不同场景的图片。采取的数据集的情况有:未被人员佩戴的护目镜,主要指没有佩戴在人眼部位的护目镜,比如:佩戴在额头上、放置在书桌上等;面部佩戴非护目镜的区域,比如:太阳镜、眼镜、防护面具等;佩戴护目镜的同时佩戴了其他物品。为了方便后续的实验操作,简化数据处理的过程,在标注数据时,本研究简单地分为两类:goggles(佩戴护目镜)和 ungoggles(未佩戴
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