本技术介绍了一种利用跨空间协同学习的轻量级方法来分割海岸堤坝的裂缝。首先,通过三层编码器进行图像下采样,统一通道数和分辨率,形成特征集合。随后,从这些特征集合中提取关键信息,以实现裂缝的精确分割。
背景技术
堤坝安全维护已成为保障生态安全和防洪减灾的关键。堤坝裂缝不仅威胁结构稳定性,还可能对生态系统造成严重影响。在实时监控需求和边缘计算设备广泛应用的背景下,裂缝检测面临方向多变、边缘复杂等挑战,亟需高效、精准且轻量化的检测方案。
深度学习为堤坝裂缝检测提供了新途径。基于深度学习的监测系统结合无人机和水下机器人等边缘设备,可实现裂缝智能识别与精确定位,显著提升监测覆盖率和效率。然而,传统神经网络对硬件资源要求高,限制了其在资源受限场景中的应用,尤其是在水下检测中。开发轻量化、高性能的裂缝检测模型已成为当前研究的重点,以满足便携设备上的实时、高效检测需求。
裂纹的生长方向频繁变化,子裂纹的方向难以判断,同时在考虑边缘非裂纹区域时,模糊性仍然是不可避免的,还存在异质纹理和分割不确定性,也就是说,与自然图像的实体物体不同,由于裂纹和非裂纹区域之间的对比度较低,并且裂纹/非裂纹特征是混合的并且接近类边界。因此不仅要关注学习裂纹边界,同时考虑到裂缝的狭长方向性和子裂纹的线性联通性。
当前,坐标注意力(CA)、高效多尺度注意力(EMA)以及边缘学习注意力(ELA)等方法已被广泛应用于特征表示的增强。这些方法通过融合空间和通道注意力,并结合部分数据增强技术,取得了一定成效。然而,在海岸堤坝裂缝检测的实际应用中,这些方法仍面临以下挑战:
1、并行空间通道注意力结构的局限性:众多并行空间通道注意力结构在捕捉空间自注意力与通道特定卷积之间的互补优势方面存在不足,并未尝试利用子裂缝的方向信息和位置信息,会导致尺度变化和类内变化;
2、串行注意力架构的问题:串行注意力架构迫使所有通道共享相同的空间注意力权重。这一设计降低了模型在捕捉远程依赖性方面的能力;
3、计算资源受限:现有方法尝试通过减少卷积层数量和压缩通道来降低模型的复杂性。然而,这些简化措施会丢失空间细节和长程依赖性;
4、裂缝特征的复杂性:海岸堤坝裂缝具有方向多变、边缘复杂以及细粒度结构等特点,特别是在低对比度和模糊边缘的情况下,这进一步增加了捕捉这些特征的难度。
综上所述,尽管现有的注意力机制和数据增强技术在特征表示增强方面取得了一定的进展,但在海岸堤坝裂缝检测这一特定应用中,仍面临诸多挑战。还需要继续探索更加高效、准确的裂缝检测方法,以应对这些复杂性和挑战。
实现思路