Name: Rozpoznawanie obrazu i analiza parametrów stanu drgań betonu w oparciu o maszynę wektorów nośnych (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2024-01-05T13:50:00.000+00:00
Duration: 8 min 27 s
Description: Poznaj metodę rozpoznawania obrazów betonu z wykorzystaniem maszyny wektorów nośnych i histogramu gradientów kierunkowych. Technika ta wymaga minimalnej liczby próbek treningowych i niskich zasobów obliczeniowych, umożliwiając efektywną analizę na standardowym sprzęcie.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

Serdecznie dziękujemy Wuhan Urban Construction Group 2023 Annual Scientific Research Project (NO.7) za sfinansowanie tej pracy.

1. Pozyskiwanie obrazów próbek betonu
<ol>
	<li>Transportuj beton na miejsce pracy, gdzie zostanie on wylany za pomocą pompy do betonu.</li>
	<li>Aby wykonać zdjęcia, włącz sprzęt fotograficzny, przesuwając przełącznik zasilania w prawo i obracając go do pozycji ON. Ustaw pokrętło trybów aparatu na zielony tryb automatyczny, upewniając się, że obiektyw aparatu jest równolegle do powierzchni betonu, i naciśnij przycisk migawki. Wykonaj 20 próbek zdjęć betonu niewibrowanego, zapisując je w formacie .jpg z rozdzielczością akwizycji 1024 x 1024 pikseli, jak zilustrowano na Rysunku 1.</li>
	<li>Wprowadź element wibracyjny urządzenia do wibrowania betonu (wkładany pręt wibracyjny do betonu) do betonu. Podłącz zasilanie, a następnie włącz urządzenie do wibrowania betonu, ustawiając je w pozycji ON.</li>
	<li>Gdy na powierzchni betonu pojawi się zapadanie (spowodowane usuwaniem powietrza z wnętrza betonu przez wibracje, co prowadzi do osiadania kruszywa powierzchniowego w celu wypełnienia luk, skutkując zapadnięciem się betonu) oraz pojawi się zawiesina cementowa, utrzymaj obiektyw aparatu równolegle do powierzchni betonu i naciśnij przycisk migawki. Zbierz 20 próbek zdjęć wibrowanego betonu, jak pokazano na Rysunku 2.</li>
	<li>Kontynuuj pracę urządzenia wibracyjnego. Gdy na powierzchni betonu nie będzie już wyraźnego zapadania, nie pojawi się zawiesina cementowa ani pęcherzyki powietrza, przerwij proces wibrowania i wykonaj 20 próbek zdjęć betonu powibrowanego, jak pokazano na Rysunku 3.</li>
</ol>
2. Binaryzacja skali szarości obrazu próbki
<ol>
	<li>Wykorzystaj funkcję imread() oprogramowania MATLAB, aby odczytać plik .jpg jako dane w formacie unit o rozmiarze 1024 pikseli x 1024 pikseli x 3 kanały kolorów, reprezentujące wartości kanałów czerwonego, zielonego i niebieskiego obrazu.</li>
	<li>Następnie zastosuj funkcję MATLAB rgb2gray, aby przekonwertować obraz na skalę szarości, zgodnie z formatem wartość szarości = rgb2gray(nazwa pliku jpg). Oblicz wartość szarości każdego piksela zgodnie z równaniem (1) i zapisz wartość szarości jako dane w formacie unit8 o rozmiarze 1024 x 1024. 
	GR(i,j) = 0.2989R(i,j) + 0.587G(i,j) + 0.114B(i,j)    (1) 
	gdzie GR(i,j) to wartość szarości punktu piksela, R(i,j) to wartość kanału czerwonego punktu piksela, G(i,j) to wartość kanału zielonego punktu piksela, a B(i,j) to wartość kanału niebieskiego punktu piksela.</li>
	<li>Zmień wartość binarną wartości szarości większych od progu piksela θ na 1 i ustaw wartość binarną wartości szarości mniejszych od progu θ na 0.</li>
	<li>Po uzyskaniu zbinaryzowanych wyników w skali szarości zapisz wynik jako dane w formacie logicznym o rozmiarze 1024 x 1024. W tym przypadku θ reprezentuje próg binaryzacji, a jego wartości wynoszą 50, 100, 150 i 200 dla obrazów próbek betonu w różnych stanach wibracji, jak przedstawiono na Rysunku 5, Rysunku 6 i Rysunku 7.</li>
</ol>
3. Obliczanie wartości własnej gradientu kierunkowego
<ol>
	<li>Oblicz poziomy i pionowy gradient binarny każdego piksela w obrazie, korzystając z następującego równania28 
	Tp = R(x, y + 1) - R(x, y - 1), Th = R(x+1, y) - R(x-1, y) 
	gdzie Th to poziomy gradient binarny, Tp to pionowy gradient binarny, R to dane w binarnym formacie logicznym, x to numer wiersza macierzy binarnej, a y to numer kolumny macierzy binarnej.</li>
	<li>Oblicz kierunek i wielkość gradientu binarnego dla każdego punktu, korzystając z następującego równania29 
	<img alt="Równowaga statyczna, wzór: T = √(Th² + Tp²), αT = arctan(Tp/Th), schemat analizy wektorowej." src="/files/ftp_upload/65731/65371eq01.jpg" style="margin: auto;" data-altupdatedat="1788304762000" data-alt="Równanie 1"> 
	gdzie T to wielkość gradientu binarnego, αT to kierunek gradientu binarnego, Th to poziomy gradient binarny, a Tp to pionowy gradient binarny.</li>
	<li>Wyznacz rozmiar bloku segmentacji obrazu, oznaczony jako n, gdzie wartość n mieści się w przedziale [ 1,9]. Wyznacz linię segmentacji dla każdego piksela n w kierunku y wzdłuż kierunku x, dzieląc obraz na kwadratowe bloki o wymiarach n x n na podstawie położenia linii segmentacji. Części obrazu, które nie tworzą pełnych bloków kwadratowych, zostają usunięte.</li>
	<li>Podziel kierunek gradientu binarnego αT (wartość kierunku gradientu binarnego αT mieści się w przedziale [ 0°, 360°]) na m części, co daje m przedziałów kątowych statystyki gradientu kierunkowego. Następnie oblicz statystyczną wartość gradientu dla każdego przedziału kątowego statystyki gradientu w danym bloku.
	<ol>
		<li>Na podstawie kierunku gradientu binarnego każdego piksela w bloku przypisz piksele do odpowiedniego przedziału kątowego statystyki gradientu dla każdego kierunku.</li>
		<li>Zsumuj gradienty binarne pikseli w przedziale kątowym statystyki gradientu dla każdego kierunku w kierunku przeciwnym do ruchu wskazówek zegara, aby uzyskać statystyczną wartość gradientu dla tego przedziału. Uzyskane wyniki statystyk gradientu kierunkowego dla przedziałów kątowych przedstawiono na Rysunku 8, Rysunku 9 i Rysunku 10 odpowiednio dla rozmiarów bloków n równych 8, 128 i 512.</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
4. Konstrukcja kierunkowego wektora cech gradientu
<ol>
	<li>Podziel próbki na wymagane obszary obliczeniowe, gdzie każdy obszar obliczeniowy składa się z czterech sąsiadujących bloków na podstawie wyników blokowych uzyskanych w kroku 3.3. Na przykład, przy rozdzielczości pikseli 16 x 16 i rozmiarze bloku 4 x 4, obraz zostaje podzielony na (16 / 4-1) x ( 16 / 4-1 ) = 9 obszarów obliczeniowych.</li>
	<li>Oblicz wartość statystyczną gradientu kierunkowego w przedziale kątowym statystyk gradientu dla każdego bloku w obszarze obliczeniowym. Następnie wyznacz wektor cech, w którym składnikami są statystyki gradientu kierunkowego.</li>
	<li>Połącz wektory cech gradientu kierunkowego z każdego obszaru obliczeniowego, aby uzyskać wektor cech gradientu kierunkowego całego obrazu.</li>
</ol>
5. Trenowanie SVM
<ol>
	<li>Losowo wybierz 42 próbki z trzech stanów drgań, aby utworzyć grupę treningową, pozostawiając pozostałe 18 próbek jako grupę testową.</li>
	<li>Wykorzystaj funkcję fitcecoc oprogramowania MATLAB do treningu SVM; format to 
	SVM = fitcecoc (trainingFeatures, Trainingeigenvalue) 
	gdzie SVM to maszyna wektorów nośnych do wytrenowania, trainingFeatures to wektor cech gradientu kierunkowego obrazów grupy treningowej, a Trainingeigenvalue to wartość charakterystyczna stanu drgań grupy treningowej. Wartości charakterystyczne stanu drgań dla próbek betonu niedrganego, betonu drganego i betonu powydrganego wynoszą odpowiednio 1, 2 i 3.</li>
	<li>Zapisz wytrenowany model SVM w formacie .mat, korzystając z funkcji Save.</li>
</ol>
6. Weryfikacja dokładności rozpoznawania SVM
<ol>
	<li>Używając funkcji predykcji programu MATLAB, wprowadź wektor cech gradientu kierunkowego obrazu próbki z grupy testowej do wytrenowanego modelu SVM, aby uzyskać obliczoną wartość cechy stanu wibracji dla każdej próbki testowej. Format jest następujący: 
	testgroupcalculateseigenvalues = predict (SVM, testFeature) 
	gdzie testgroupcalculateseigenvalues to obliczona wartość cechy stanu wibracji, a SVM to maszyna wektorów nośnych wytrenowana w kroku 5. testFeature to wektor cech gradientu kierunkowego obrazu próbki z grupy testowej.</li>
	<li>Określ wyniki rozpoznawania próbek ze zbioru testowego, wprowadzając zbiór testowy do wytrenowanego modelu SVM. Policz liczbę próbek, dla których wyniki rozpoznawania zbioru testowego są zgodne ze stanem rzeczywistym, a następnie oblicz dokładność rozpoznawania, dzieląc liczbę poprawnych próbek przez całkowitą liczbę próbek w zbiorze testowym.
	<ol>
		<li>Jeśli dokładność rozpoznawania testowego jest wyższa niż 94%, uznaj rozpoznawanie SVM za skuteczne. Jeśli jest niższa niż 94%, wróć do kroku 1.1 i dostosuj próg binaryzacji, rozmiar bloku n oraz liczbę statystycznych przedziałów gradientu kierunkowego m.</li>
	</ol>
	</li>
</ol>

Directional Gradient Histogram and SVM for Identifying Concrete Vibration States

<ol><li>Jiang, L., Tian, Z., Wang, K., Sun, X. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Estimating+the+segregation+of+concrete+under+vibration+based+on+electrical+method%5BTitle%5D)+AND+%22Concrete%22%5BJournal%5D)">Estimating the segregation of concrete under vibration based on electrical method.</a> Concrete. 1, In Chinese 41-44 (2023).</li>
<li>Ren, B., Ye, Z., Wang, D., Wu, B., Tan, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Evaluation+of+segregation+degree+of+hardening+concrete+using+improved+Mask+R-CNN%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Hydroelectric+Engineering%22%5BJournal%5D)">Evaluation of segregation degree of hardening concrete using improved Mask R-CNN.</a> Journal of Hydroelectric Engineering. 41 (5), In Chinese 93-102 (2022).</li>
<li>Hu, J., Qin, M., Wang, H., Liu, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Study+on+the+influence+of+vibration+frequency+on+the+performance+of+concrete%5BTitle%5D)+AND+%22Highway%22%5BJournal%5D)">Study on the influence of vibration frequency on the performance of concrete.</a> Highway. 65 (12), In Chinese 111-114 (2020).</li>
<li>Bian, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Experimental+study+on+characterization+of+evaluation+indexes+for+vibration+compaction+of+fresh+concrete%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Hydroelectric+Engineering%22%5BJournal%5D)">Experimental study on characterization of evaluation indexes for vibration compaction of fresh concrete.</a> Journal of Hydroelectric Engineering. 39 (2), 67-80 (2020).</li>
<li>Liu, Z., Zhou, M., Bai, J., Mou, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Influence+of+vibration+time+on+the+strength+and+homogeneity+of+rubber+concrete%5BTitle%5D)+AND+%22Industrial+Construction%22%5BJournal%5D)">Influence of vibration time on the strength and homogeneity of rubber concrete.</a> Industrial Construction. 42, In Chinese 509-512 (2012).</li>
<li>Cheng, Y., Gou, Z., Wang, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Testing+Investigation+on+Effects+of+Mixing%2C+Vibrating+and+Curing+on+Strength+of+High-Performance+Concrete%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Northeastern+University+%28Natural+Science%29%22%5BJournal%5D)">Testing Investigation on Effects of Mixing, Vibrating and Curing on Strength of High-Performance Concrete.</a> Journal of Northeastern University (Natural Science). 31 (12), In Chinese 1790-1793 (2010).</li>
<li>Zhao, Y., Chen, S., Liu, Z. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Influence+mechanism+of+high-frequency+vibration+on+concrete+antifreeze+and+application+in+construction+of+tunnels+in+cold+regions%5BTitle%5D)+AND+%22Industrial+Construction%22%5BJournal%5D)">Influence mechanism of high-frequency vibration on concrete antifreeze and application in construction of tunnels in cold regions.</a> Industrial Construction. 44 (5), In Chinese 101-105 (2014).</li>
<li>Quan, L., Tian, B., Li, S., He, Z., He, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Evolution+characteristics+of+flexural+fatigue+performance+of+dense+concrete+consolidated+with+high+frequency+vibration+applied+in+airport+pavement%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Traffic+and+Transportation+Engineering%22%5BJournal%5D)">Evolution characteristics of flexural fatigue performance of dense concrete consolidated with high frequency vibration applied in airport pavement.</a> Journal of Traffic and Transportation Engineering. 20 (2), In Chinese 34-45 (2020).</li>
<li>Cai, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Influence+of+coarse+aggregate+settlement+induced+by+vibration+on+long-term+chloride+transport+in+concrete%3A+a+numerical+study%5BTitle%5D)+AND+%22Materials+and+Structures%22%5BJournal%5D)">Influence of coarse aggregate settlement induced by vibration on long-term chloride transport in concrete: a numerical study.</a> Materials and Structures. 55 (9), 1-18 (2022).</li>
<li>Cai, Y., Liu, Q. F., Yu, L., Meng, Z., Avija, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((An+experimental+and+numerical+investigation+of+coarse+aggregate+settlement+in+fresh+concrete+under+vibration%5BTitle%5D)+AND+%22Cement+and+Concrete+Composites%22%5BJournal%5D)">An experimental and numerical investigation of coarse aggregate settlement in fresh concrete under vibration.</a> Cement and Concrete Composites. 122 (7), 104153(2021).</li>
<li>Wang, X., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Development+and+application+of+concrete+vibrating+robot+system+for+high+arch+dam%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Hydraulic+Engineering%22%5BJournal%5D)">Development and application of concrete vibrating robot system for high arch dam.</a> Journal of Hydraulic Engineering. 53 (6), In Chinese 631-654 (2022).</li>
<li>Chen, C., Li, X., Qiu, Z., Yao, W., Zhu, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Research+Progress+of+Construction+Robots%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Architecture+and+Civil+Engineering%22%5BJournal%5D)">Research Progress of Construction Robots.</a> Journal of Architecture and Civil Engineering. 39 (4), In Chinese 58-70 (2022).</li>
<li>Shen, H., Zhang, W., Liu, J., Qiu, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Development+and+Prospect+of+Construction+Robots+for+High+Rise+Buildings%5BTitle%5D)+AND+%22Construction+Technology%22%5BJournal%5D)">Development and Prospect of Construction Robots for High Rise Buildings.</a> Construction Technology. 46 (8), In Chinese 105-108 (2017).</li>
<li>Dalal, N., Triggs, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Histograms+of+Oriented+Gradients+for+Human+Detection%5BTitle%5D)+AND+%22IEEE+Computer+Society+Conference+on+Computer+Vision+%26+Pattern+Recognition%22%5BJournal%5D)">Histograms of Oriented Gradients for Human Detection.</a> IEEE Computer Society Conference on Computer Vision & Pattern Recognition. , San Diego, USA. (2005).</li>
<li>Zhou, W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Gradient-based+Feature+Extraction+From+Raw+Bayer+Pattern+Images%5BTitle%5D)+AND+%22IEEE+Transactions+on+Image+Processing%22%5BJournal%5D)">Gradient-based Feature Extraction From Raw Bayer Pattern Images.</a> IEEE Transactions on Image Processing. (99), 1(2021).</li>
<li>He, B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Railway+Fastener+Defects+Detection+under+Various+Illumination+Conditions+using+Fuzzy+C-Means+Part+Model%5BTitle%5D)+AND+%22Transportation+Research+Record%22%5BJournal%5D)">Railway Fastener Defects Detection under Various Illumination Conditions using Fuzzy C-Means Part Model.</a> Transportation Research Record. 2675 (4), 271-280 (2021).</li>
<li>Xu, X., Quan, C., Ren, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Facial+expression+recognition+based+on+Gabor+Wavelet+transform+and+Histogram+of+Oriented+Gradients%5BTitle%5D)+AND+%22IEEE+International+Conference+on+Mechatronics+%26+Automation%22%5BJournal%5D)">Facial expression recognition based on Gabor Wavelet transform and Histogram of Oriented Gradients.</a> IEEE International Conference on Mechatronics & Automation. , Beijing, China. (2015).</li>
<li>Cortes, C., Vapnik, V. N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Support+Vector+Networks%5BTitle%5D)+AND+%22Machine+Learning%22%5BJournal%5D)">Support Vector Networks.</a> Machine Learning. 20 (3), 273-297 (1995).</li>
<li>Burges, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+Tutorial+on+Support+Vector+Machines+for+Pattern+Recognition%5BTitle%5D)+AND+%22Data+Mining+and+Knowledge+Discovery%22%5BJournal%5D)">A Tutorial on Support Vector Machines for Pattern Recognition.</a> Data Mining and Knowledge Discovery. 2 (2), 121-167 (1998).</li>
<li>Yang, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Identification+of+Pleurotus+Ostreatus+From+Different+Producing+Areas+Based+on+Mid-Infrared+Spectroscopy+and+Machine+Learning%5BTitle%5D)+AND+%22Spectroscopy+and+Spectral+Analysis%22%5BJournal%5D)">Identification of Pleurotus Ostreatus From Different Producing Areas Based on Mid-Infrared Spectroscopy and Machine Learning.</a> Spectroscopy and Spectral Analysis. 43 (2), In Chinese 577-582 (2023).</li>
<li>Chaabane, S. B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Face+recognition+based+on+statistical+features+and+SVM+classifier%29%5BTitle%5D)+AND+%22Multimedia+Tools+and+Applications%22%5BJournal%5D)">Face recognition based on statistical features and SVM classifier).</a> Multimedia Tools and Applications. 81 (6), 8767-8784 (2022).</li>
<li>Saleh, M. R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Experiments+with+SVM+to+classify+opinions+in+different+domains%5BTitle%5D)+AND+%22Expert+Systems+with+Applications%22%5BJournal%5D)">Experiments with SVM to classify opinions in different domains.</a> Expert Systems with Applications. 38 (12), 14799-14804 (2011).</li>
<li>Zhang, Y., Liu, Y., Wang, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Reliability+Prediction+of+Coal+Mine+Water+Disasters+Emergency+Rescue+System+Based+on+Improved+SVM%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Zhengzhou+University+%28Engineering+Science%29%22%5BJournal%5D)">Reliability Prediction of Coal Mine Water Disasters Emergency Rescue System Based on Improved SVM.</a> Journal of Zhengzhou University (Engineering Science). 36 (3), In Chinese 115-119 (2015).</li>
<li>Cao, Y., Song, D., Hu, X., Sun, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Fault+Diagnosis+of+Railway+Point+Machine+Based+on+Improved+Time-Domain+Multiscale+Dispersion+Entropy+and+Support+Vector+Machine%5BTitle%5D)+AND+%22Acta+Electronica+Sinica%22%5BJournal%5D)">Fault Diagnosis of Railway Point Machine Based on Improved Time-Domain Multiscale Dispersion Entropy and Support Vector Machine.</a> Acta Electronica Sinica. 51 (1), In Chinese 117-127 (2023).</li>
<li>Li, Q., Yuze, C., Yu, B., Ning, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Two-stage+support+vector+machine+method+for+failure+mode+classification+of+reinforced+concrete+columns%5BTitle%5D)+AND+%22Engineering+Mechanics%22%5BJournal%5D)">Two-stage support vector machine method for failure mode classification of reinforced concrete columns.</a> Engineering Mechanics. 39 (2), In Chinese 148-158 (2022).</li>
<li>Yang, Y., Zhang, W., Yu, H., Chai, W., Liu, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Analysis+on+the+relationships+between+ultrasonic+parameters+and+the+stress+state+in+loaded+concrete+based+on+improved+support+vector+machines%29%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Vibration+and+Shock%22%5BJournal%5D)">Analysis on the relationships between ultrasonic parameters and the stress state in loaded concrete based on improved support vector machines).</a> Journal of Vibration and Shock. 42 (2), In Chinese 175-224 (2023).</li>
<li>Yan, K., Shi, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Prediction+of+elastic+modulus+of+normal+and+high+strength+concrete+by+support+vector+machine%5BTitle%5D)+AND+%22Construction+%26+Building+Materials%22%5BJournal%5D)">Prediction of elastic modulus of normal and high strength concrete by support vector machine.</a> Construction & Building Materials. 24 (8), 1479-1485 (2010).</li>
<li>Hussein, I. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Fully-automatic+identification+of+gynaecological+abnormality+using+a+new+adaptive+frequency+filter+and+histogram+of+oriented+gradients+%28HOG%29%5BTitle%5D)+AND+%22Expert+Systems%22%5BJournal%5D)">Fully-automatic identification of gynaecological abnormality using a new adaptive frequency filter and histogram of oriented gradients (HOG).</a> Expert Systems. 39 (3), 12789(2022).</li>
<li>Chandrakala, M., Devi, P. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Two-stage+classifier+for+face+recognition+using+HOG+features%5BTitle%5D)+AND+%22Materials+Today%3A+Proceedings%22%5BJournal%5D)">Two-stage classifier for face recognition using HOG features.</a> Materials Today: Proceedings. 47, 5771-5775 (2021).</li>
<li>Long, C., Yichi, Z., Zhangkai, L., Dandan, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Low-Light+Image+Enhancement+Based+on+RAW+Domain+Image%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Computer-Aided+Design+%26+Computer+Graphics%22%5BJournal%5D)">Low-Light Image Enhancement Based on RAW Domain Image.</a> Journal of Computer-Aided Design & Computer Graphics. 35 (2), In Chinese 303-311 (2023).</li>
<li>Wang, X., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Development+and+application+of+concrete+vibrating+robot+system+for+high+arch+dam%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Hydraulic+Engineering%22%5BJournal%5D)">Development and application of concrete vibrating robot system for high arch dam.</a> Journal of Hydraulic Engineering. 53 (6), In Chinese 631-654 (2022).</li>
</ol>

Autorzy nie mają nic do ujawnienia.

W tym artykule wykorzystano maszynę wektorów nośnych (SVM) do poznania cech obrazu różnych próbek stanu drgań betonu. Na podstawie wyników uczenia maszynowego zaproponowano konkretną metodę rozpoznawania stanów drgań opartą na rozpoznawaniu obrazu. Aby zwiększyć dokładność rozpoznawania, kluczowe znaczenie ma kontrola parametrów trzech kluczowych etapów: segmentacji obrazu, binaryzacji obrazu i ekstrakcji wartości własnych gradientu kierunkowego. Zgodnie z wynikami testu, do wstępnego przetworzenia konkretnego przykładowego obrazu stosuje się mniejszy próg binaryzacji i wykorzystuje się rozmiar bloku segmentacji obrazu 128 pikseli x 128 pikseli. Liczba gradientów kierunkowych dla statystycznych przedziałów kątów jest ustawiona na 12. W zestawie próbek obrazów o rozdzielczości 1024 uzyskuje się najlepszą dokładność rozpoznawania wyników uczenia maszynowego. 
Ze względu na znaczne różnice w środowisku na różnych placach budowy, metoda ta ma mechanizm regulacji dokładności. Gdy dokładność rozpoznawania nie spełnia wymagań, trzy kluczowe parametry wymienione powyżej można rozszerzyć lub zredukować jako realne rozwiązanie, skutecznie łagodząc błędy dokładności rozpoznawania spowodowane zmianami środowiskowymi. Należy zauważyć, że ta metoda w dużym stopniu opiera się na warunkach oświetlenia powierzchni roboczej. Robienie zdjęć w warunkach słabego oświetlenia może prowadzić do zmniejszenia dokładności rozpoznawania. Aby zmniejszyć zależność od warunków oświetleniowych, zbadano algorytmy poprawy obrazu przy słabym oświetleniu30 , ale znacznie wydłużają one czas rozpoznawania i wymagania sprzętowe. Obecnie żadna skuteczna technologia nie zapewnia zarówno niskiej dokładności rozpoznawania oświetlenia, jak i skuteczności rozpoznawania. Metoda ta wykorzystuje histogram technologii zorientowanego gradientu do scharakteryzowania charakterystyki stanu drgań betonu, w tym zapadania się powierzchni, unoszenia się zawiesiny cementowej i pęcherzyków w procesie drgań betonu. W porównaniu z istniejącymi technologiami, takie podejście znacznie zmniejsza liczbę wymaganych próbek i obniża wymagania dotyczące wydajności komputera. W przypadku laptopa wyposażonego w procesor 2,30 GHz, proces rozpoznawania kończy różnicowanie przestrzeni treningowej SVM w ciągu zaledwie 15 sekund. Gdy parametry ekstrakcji są odpowiednio ustawione, poprawia się również dokładność rozpoznawania31.
W przyszłości protokół ten może być wykorzystany do sterowania pracą wibracyjną robota budowlanego, co pozwoli na terminowe przerwanie operacji, gdy osiągnie pożądany poziom wibracji, unikając w ten sposób problemów z jakością spowodowanych nieodpowiednimi wibracjami. Ponadto metodę można dostosować do modyfikowania operacji robota w oparciu o charakterystykę tekstury na placu budowy, taką jak wykrywanie płaskości konstrukcji, usuwanie gnojowicy roboczej i inne powiązane procesy.

jest podstawowym materiałem budowlanym szeroko stosowanym w budownictwie. Podczas pompowania w często powstają puste przestrzenie, które wymagają zagęszczenia poprzez wibracje. Nieodpowiednie wibracje mogą skutkować powierzchnią betonu o strukturze plastra miodu, podczas gdy nadmierne wibracje mogą prowadzić do segregacji betonu1,2. Jakość działania wibracji znacząco wpływa na wytrzymałość3,4,5,6 oraz trwałość formowanych konstrukcji7,8. Cai et al.9,10 przeprowadzili badanie, w którym połączyli badania eksperymentalne z analizą numeryczną w celu zbadania mechanizmu wpływu drgań na osiadanie kruszywa i trwałość betonu. Wyniki wykazały, że czas drgań i cząstki kruszywa wywierają znaczący wpływ na osiadanie kruszywa, podczas gdy gęstość kruszywa i lepkość plastyczna materiału na bazie cementu mają minimalny wpływ. Wibracje powodują osadzanie się kruszywa na dnie próbek. Co więcej, wraz ze wzrostem czasu wibracji, stężenie jonów chlorkowych zmniejsza się na dole próbek, a znacznie wzrasta na górze9,10.
Obecnie, ocena stanu drgań betonu opiera się głównie na ręcznej ocenie. W miarę jak branża budowlana rozwija się dzięki inteligentnym reformom, operacje robotyczne stały się przyszłym kierunkiem11,12. W związku z tym kluczowym wyzwaniem w inteligentnych operacjach wibracyjnych jest to, w jaki sposób umożliwić robotom identyfikację stanu drgań betonu.
Histogram zorientowanego gradientu to technika, która wykorzystuje intensywność gradientu pikseli lub rozkład kierunków krawędzi jako deskryptor do scharakteryzowania reprezentacji i kształtu obiektów na obrazach13,14. Podejście to działa na lokalnych komórkach siatki obrazu, zapewniając solidną stabilność w charakteryzowaniu zmian obrazu w różnych warunkach geometrycznych i optycznych.
Zhou et al.15 zaproponowali metodę bezpośredniego wyodrębniania cech gradientu kierunkowego z obrazów w trybie Bayera. Takie podejście pomija wiele kroków w obliczaniu gradientu kierunkowego poprzez dopasowanie kolumny filtru kolorów do operatora gradientu, co znacznie zmniejsza wymagania obliczeniowe dotyczące rozpoznawania gradientu kierunkowego. He et al.16 wykorzystali histogram gradientu kierunkowego jako podstawową cechę i zastosowali algorytm grupowania średnich do klasyfikacji łączników szyn i określenia, czy łączniki są wadliwe. Wyniki rozpoznania wykazały, że histogram cechy gradientu zorientowanego wykazywał wysoką wrażliwość na wady elementów złącznych, spełniając potrzeby w zakresie konserwacji i napraw kolei. W innym badaniu Xu i in.17 wstępnie przetworzyli cechy obrazu twarzy za pomocą filtrowania falkowego Gabora i zmniejszyli wymiar wektorów cech za pomocą kodowania binarnego i algorytmu HOG. Średnia dokładność rozpoznawania metody wynosi 92,5%.
Maszyna wektorów nośnych (SVM)18 służy do mapowania wektora na przestrzeń wielowymiarową i ustanawia oddzielającą hiperpłaszczyznę o odpowiednim kierunku, aby zmaksymalizować odległość między dwoma równoległymi hiperpłaszczyznami. Pozwala to na klasyfikację wektorów podporowych19. Uczeni udoskonalili i zoptymalizowali tę technologię klasyfikacji, co doprowadziło do jej zastosowania w różnych dziedzinach, takich jak rozpoznawanie obrazów20,21, klasyfikacja tekstu22, przewidywanie niezawodności23 i diagnozowanie błędów24.
Li et al.25 opracowali dwustopniowy model SVM do rozpoznawania wzorców uszkodzeń sejsmicznych, skupiając się na trzech trybach zniszczenia sejsmicznego. Wyniki analizy wskazują, że proponowana dwustopniowa metoda SVM może osiągnąć ponad 90% dokładności dla trzech trybów awarii. Yang et al.26 zintegrowali algorytm optymalizacyjny z SVM, aby symulować związek między pięcioma parametrami ultradźwiękowymi a naprężeniami obciążonego betonu. Wydajność niezoptymalizowanej maszyny SVM jest niezadowalająca, szczególnie w fazie niskiego stresu. Jednak przechodzenie przez model zoptymalizowany przez algorytm daje lepsze wyniki, choć przy długim czasie obliczeń. Dla porównania, zoptymalizowana pod kątem roju cząstek SVM znacznie skraca czas obliczeń, zapewniając jednocześnie optymalne wyniki symulacji. Yan et al.27 zastosowali technologię SVM i wprowadzili funkcję strat niewrażliwych na precyzję, aby przewidzieć moduł sprężystości betonu o wysokiej wytrzymałości, porównując jego dokładność przewidywania z tradycyjnym modelem regresji i modelem sieci neuronowej. Wyniki badań pokazują, że technologia SVM powoduje mniejszy błąd przewidywania modułu sprężystości w porównaniu z innymi metodami.
Ten artykuł zbiera próbki obrazów betonu w różnych stanach wibracji i opisuje różne stany betonu za pomocą techniki histogramu gradientu kierunkowego. Gradient kierunkowy jest wykorzystywany jako wektor cech do trenowania SVM, a badanie koncentruje się na możliwości wykorzystania technologii histogramu gradientu kierunkowego-SVM do identyfikacji stanu drgań betonu. Ponadto w artykule przeanalizowano mechanizm wpływu między trzema kluczowymi parametrami - progiem binaryzacji, rozmiarem bloku statystycznego gradientu kierunkowego i numerem interwału statystycznego gradientu kierunkowego - w procesie ekstrakcji cech histogramu gradientu kierunkowego i dokładności rozpoznawania SVM.

<table><tbody><tr><td>aparat</td><td>SONY</td><td>A6000</td><td>Rozmiar czujnika to 23,5x15,6 mm, maksymalna rozdzielczość akwizycji to 1440 * 1080, a efektywny piksel to 24,3 miliona.</td></tr><tr><td></td><td>Wuhan Construction Changxin Technology Development Co., Ltd.</td><td>Pompowanie betonu C30</td><td>Zgodnie z normą "norma badania i oceny wytrzymałości betonu" (GB / T 50107-2010), standardowa wartość sześciennej wytrzymałości na ściskanie wynosi 30 MPa do pompowania betonu.</td></tr><tr><td>Matlab</td><td>MathWorks</td><td>Matlab R2017a</td><td>Interfejs programistyczny MATLAB zapewnia narzędzia programistyczne poprawiające jakość kodu, łatwość konserwacji i maksymalizujące wydajność. Zapewnia narzędzia do budowania aplikacji przy użyciu niestandardowych interfejsów graficznych. Zapewnia narzędzia do łączenia algorytmów opartych na MATLAB z zewnętrznymi aplikacjami i językami</td></tr><tr><td>Procesor&nbsp;</td>Procesor <td>Intel</td><td>Intel(R) Core(TM) i7-12700H 12. generacji @ 64-bitowy procesor Win11 2,30 GHz</td><td>&nbsp;</td></tr></tbody></table>

rozpoznawanie obrazu i analiza parametrów stanu drgań betonu w oparciu o maszynę wektorów nośnych

Image Recognition and Parameter Analysis of Concrete Vibration State Based on Support Vector Machine

W tym artykule technologia histogramu gradientu kierunkowego jest wykorzystywana do wyodrębniania cech próbek konkretnych obrazów uchwyconych w różnych stanach wibracji. Maszyna wektorów nośnych (SVM) jest wykorzystywana do uczenia się zależności między cechami obrazu a stanem drgań. Wyniki uczenia maszynowego są następnie wykorzystywane do oceny wykonalności stanu drgań betonu. Jednocześnie analizowany jest mechanizm wpływu parametrów obliczeniowych histogramu gradientu kierunkowego na dokładność rozpoznawania. Wyniki wskazują na możliwość wykorzystania technologii histogramu gradientu kierunkowego-SVM do identyfikacji stanu drgań betonu. Dokładność rozpoznawania początkowo wzrasta, a następnie maleje wraz ze wzrostem rozmiaru bloku gradientu kierunkowego lub liczby interwałów statystycznych. Dokładność rozpoznawania również maleje liniowo wraz ze wzrostem progu binaryzacji. Korzystając z przykładowych obrazów o rozdzielczości 1024 pikseli x 1024 pikseli i optymalizując parametry wyodrębniania cech, można osiągnąć dokładność rozpoznawania na poziomie 100%.

Protokół opisany w tym artykule wykorzystuje technikę histogramu gradientu kierunkowego do wyodrębnienia cech próbek konkretnych obrazów w różnych stanach wibracji. Wykorzystuje maszynę wektorów nośnych do uczenia maszynowego, co skutkuje metodą rozpoznawania obrazu z minimalnymi wymaganiami dotyczącymi próbek treningowych i niskimi wymaganiami dotyczącymi wydajności komputera.

Rozpoznawanie obrazu i analiza parametrów stanu drgań betonu w oparciu o maszynę wektorów nośnych

In this paper, the directional gradient histogram technology is employed to extract the features of concrete image samples captured under different ...

W protokole opisanym w tym artykule wykorzystano technikę histogramu gradientu kierunkowego w celu wyodrębnienia cech konkretnych próbek obrazu pod różnymi komórkami wibracyjnymi. Wykorzystuje maszynę wektora nośnego do uczenia maszynowego, co skutkuje metodą rozpoznawania obrazowania z minimalnymi wymaganiami dotyczącymi wytrenowanej próbki i niskimi wymaganiami dotyczącymi wydajności komputera. Takie podejście znacznie zmniejsza liczbę wymaganych próbek i obniża wymagania dotyczące wydajności komputera.Dzięki odpowiednikowi laptopa o mocy 2,3 gigaherca jednostki centralnej, proces rozpoznawania kończy różnicowanie przestrzeni pociągu obsługiwanej maszyny wektorowej w ciągu zaledwie 50 sekund. Wykorzystywana jest segmentacja obrazów poniżej rozmiaru 128 projektów i 128 projektów. Liczba wektorów kierunkowych dla statystycznego odwrócenia kąta jest ustawiona na 12.W procesie przetwarzania obrazu o rozdzielczości 224 uzyskuje się najlepsze wyniki rozpoznawania dla uczenia maszynowego.

image-recognition-parameter-analysis-concrete-vibration-state-based

Research

JoVE Journal

Engineering

Inżynieria

Przedstawiono protokół do charakterystyki zachowania pieszych w terenie i symulacji wynikającej z tego reakcji strukturalnej. Testy terenowe pokazują, że zidentyfikowane in situ tempo stymulacji i tempo synchronizacji między uczestnikami stanowią istotny wkład w symulację i weryfikację obciążeń wywołanych przez człowieka.

Symulacja drgań wywołanych przez człowieka w oparciu o scharakteryzowane zachowanie pieszych w terenie

Ten artykuł opisuje nowatorską metodę szacowania dryfu proprioceptywnego na płaszczyźnie 2D przy użyciu iluzji lustra i łączącej procedurę psychofizyczną z analizą za pomocą uczenia maszynowego.

Metoda wizualizacji dryfu proprioceptywnego na płaszczyźnie 2D przy użyciu maszyny wektorów nośnych

Tutaj prezentujemy protokół oparty na komputerowym systemie wizyjnym (CVS) do określenia zachowania podczas topnienia wielofazowych systemów żywnościowych.

Komputerowy system wizyjny do oceny topnienia lodów

To badanie wykorzystywało analizę sygnałów głosowych i metody uczenia maszynowego, wykorzystując MATLAB do wyodrębnienia charakterystycznych cech głosu w celu nieinwazyjnego wczesnego wykrywania astmy. Algorytmy Support Vector Machine (SVM) i Random Forest (RF) wykazały porównywalną wydajność pod względem ogólnej dokładności klasyfikacji, chociaż SVM może osiągnąć lepszą równowagę między czułością a swoistością.

Badania nad wykrywaniem astmy w oparciu o przetwarzanie sygnałów głosowych i uczenie maszynowe

Tutaj eksperymentalnie porównujemy jednokrzywe i proste przetworniki piezoelektryczne osadzone w konstrukcjach żelbetowych do pozyskiwania energii i monitorowania stanu konstrukcji, oceniając ich napięcie otwartego obwodu, wytwarzanie energii, magazynowanie energii oraz zdolność wykrywania uszkodzeń. Zakrzywione przetworniki przewyższyły proste, oferując lepszą wydajność w zastosowaniach rzeczywistych.

Badanie potencjału cienkich przetworników piezoelektrycznych o pojedynczym zakrzywieniu do pozyskiwania energii i monitorowania stanu konstrukcji

Ten film opisuje podstawy technik cyfrowej projekcji prążków, które zapewniają gęste pomiary 3D dynamicznie zmieniających się powierzchni. Demonstruje również projekt i działanie szybkiego binarnego systemu defoksji opartego na tych technikach.

Szybkie i szybkie obrazowanie wideo z cyfrowymi technikami projekcji prążków

Opisujemy proces zmiany in situ powierzchni Si (001) potraktowanej HF w stan hydrofilowy lub hydrofobowy poprzez napromieniowanie próbek w komorach mikroprzepływowych wypełnionych roztworem H2O2/H2O (0,01%-0,5%) lub roztworami metanolu za pomocą impulsowego lasera UV o stosunkowo niskiej płynności impulsów.

Selektywna modyfikacja obszaru zwilżalności powierzchni krzemu za pomocą pulsacyjnego naświetlania laserem UV w środowisku ciekłym

Przedstawiono protokół wytwarzania elektrochemicznie aktywnych nanobaterii litowo-jonowych litowo-jonowych na bazie litów litowo-jonowych opartych na elektrochemicznie aktywnych LiPON przy użyciu skupionej wiązki jonów.

Produkcja skupionej wiązki jonów półprzewodnikowych nanobaterii litowo-jonowych na bazie LiPON do testów in situ

Przedstawiamy szczegółową metodę wytwarzania odkształcalnej bocznej matrycy fototranzystorów NIPIN dla zakrzywionych czujników obrazu. Matryca fototranzystorów o otwartej formie siatki, która składa się z cienkich wysp krzemowych i rozciągliwych metalowych łączników, zapewnia elastyczność i rozciągliwość. Analizator parametrów charakteryzuje właściwości elektryczne wyprodukowanego fototranzystora.

Wykonanie elastycznego przetwornika obrazu opartego na bocznych fototranzystorach NIPIN

Tutaj prezentujemy metodę produkcji miękkich pneumatycznych siłowników sieciowych z ukośnymi komorami. Siłowniki są zdolne do generowania sprzężonych ruchów zginania i skręcania, co rozszerza ich zastosowanie w miękkiej robotyce.

Produkcja miękkich pneumatycznych siłowników sieciowych z komorami skośnymi

Poznaj metodę rozpoznawania obrazów betonu z wykorzystaniem maszyny wektorów nośnych i histogramu gradientów kierunkowych. Technika ta wymaga minimalnej liczby próbek treningowych i niskich zasobów obliczeniowych, umożliwiając efektywną analizę na standardowym sprzęcie.

Rozpoznawanie obrazu i analiza parametrów stanu drgań betonu w oparciu o maszynę wektorów nośnych

Przeglądaj więcej filmów