气体绝缘金属封闭开关设备内部异物视觉检测方法、模型训练方法及装置与流程

本技术涉及电力设备视觉检测领域，具体涉及一种气体绝缘金属封闭开关设备内部异物视觉检测方法、模型训练方法及装置。

背景技术：

1、气体绝缘金属封闭开关设备（gis）是电力系统中的核心输变电设备，其内部洁净度直接关系到设备的安全稳定运行。在gis设备的制造、装配及检修过程中，常需对其内部异物进行检测。目前，基于深度学习的目标检测技术已被应用于该领域。例如，公开号为cn202311791545.4的中国专利申请公开了一种基于改进yolov5的gis设备内表面金属微粒检测方法，该方法在yolov5的特征提取网络中引入cbam注意力机制模块，试图增强网络对金属微粒特征的关注能力。

2、然而，上述现有技术在应用于gis内部异物检测时仍存在缺陷。gis设备内表面的金属壳体具有高反射率的光学特性，在检测光源照射下会形成强镜面反射区域，使得壳体背景呈现与金属微粒高度相似的高亮度视觉特征。cbam注意力机制是基于通道和空间维度的通用注意力模块，其权重计算依赖于特征图自身的统计信息。在高反光场景下，该模块容易将金属背景中因反光产生的局部高亮区域或纹理突变区域误判为显著特征并给予较高权重，导致模型在特征提取阶段将大量背景区域标记为候选目标区域，产生大量虚警。同时，现有技术缺乏针对金属目标与背景特征混淆问题的增强机制，难以满足gis内部异物检测对高可靠性的实际需求。

3、因此，急需一种能够在复杂光照及高反光干扰下有效降低虚警率、提升检测精度的技术方案。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的gis内部高反光背景导致异物检测虚警率高的问题，本技术通过一种气体绝缘金属封闭开关设备内部异物视觉检测方法、模型训练方法及装置，在不改变检测网络结构的前提下，从图像预处理、模型训练策略及检测结果后处理三个维度协同优化，实现了复杂光照下异物检测精度的显著提升。

2、为实现上述目的，本技术采用如下技术方案：

3、第一方面，本技术提供了一种气体绝缘金属封闭开关设备内部异物视觉检测方法，所述方法包括：获取待检测图像；基于所述待检测图像中像素的梯度幅值和局部纹理差异度，构建反光干扰抑制系数，并利用所述反光干扰抑制系数对所述待检测图像进行加权处理，生成增强图像；将所述增强图像输入至预先训练的异物检测模型进行推理，得到包含候选检测框的检测结果；基于所述候选检测框的尺寸特征，对所述候选检测框的原始类别置信度分数进行修正，得到最终可信度评分，并基于所述最终可信度评分生成可视化检测结果。

4、作为一种实施方式，所述基于所述待检测图像中像素的梯度幅值和局部纹理差异度，构建反光干扰抑制系数，包括：对于所述待检测图像中的第i个像素点，获取所述第i个像素点的梯度幅值和局部纹理差异度；基于所述梯度幅值与所述局部纹理差异度的乘积，以及预设的抑制强度调节因子，计算所述第i个像素点的反光干扰抑制系数；其中，所述反光干扰抑制系数与所述乘积呈负相关，用于在所述乘积增大时降低所述第i个像素点的像素值权重以抑制反光干扰。

5、作为一种实施方式，所述获取所述第i个像素点的梯度幅值和局部纹理差异度，包括：获取所述第i个像素点在多个颜色通道的像素值，并计算所述第i个像素点的灰度值；以所述第i个像素点为中心构建预设窗口尺寸的邻域窗口，计算所述邻域窗口内全部像素灰度值的最大值与最小值之差，作为所述第i个像素点的局部纹理差异度；采用sobel算子分别计算所述第i个像素点在水平方向和垂直方向的一阶梯度值，将所述水平方向梯度值的绝对值与所述垂直方向梯度值的绝对值之和，作为所述第i个像素点的梯度幅值；所述计算所述第i个像素点的反光干扰抑制系数的公式为：

6、

7、其中，表示第个像素点的反光干扰抑制系数，表示第个像素点的梯度幅值，表示第个像素点的局部纹理差异度，表示所述预设的抑制强度调节因子。

8、作为一种实施方式，所述基于所述候选检测框的尺寸特征，对所述候选检测框的原始类别置信度分数进行修正，得到最终可信度评分，包括：计算所述候选检测框的宽度值与高度值的比值，作为所述候选检测框的宽高比；基于所述宽高比偏离预设规整形态的程度，以及预设的尺寸修正系数，对所述原始类别置信度分数进行衰减修正，得到所述最终可信度评分；其中，所述宽高比偏离所述预设规整形态的程度越大，所述衰减修正的惩罚强度越大。

9、作为一种实施方式，所述基于所述宽高比偏离预设规整形态的程度，以及预设的尺寸修正系数，对所述原始类别置信度分数进行衰减修正，得到所述最终可信度评分的公式为：

10、

11、其中，表示所述最终可信度评分，表示所述原始类别置信度分数，表示所述预设的尺寸修正系数，表示所述候选检测框的宽度值，表示所述候选检测框的高度值。

12、作为一种实施方式，所述得到包含候选检测框的检测结果之后，所述方法还包括：去除所述检测结果中原始类别置信度分数低于第一预设置信度阈值的候选检测框；基于保留的候选检测框之间的交并比值进行去重处理，当两个候选检测框的交并比值高于第二预设交并比阈值时，保留原始类别置信度分数较高的候选检测框。

13、作为一种实施方式，所述获取待检测图像，包括：采集气体绝缘金属封闭开关设备内部的原始图像；将所述原始图像缩放至预设输入尺寸，并采用双线性插值方法保持图像内容比例不变，得到所述待检测图像。

14、第二方面，本技术还提供了一种气体绝缘金属封闭开关设备内部异物视觉检测模型的训练方法，所述方法包括：获取训练图像集；对所述训练图像集中的原始图像执行反光干扰抑制处理，生成增强图像集；基于所述原始图像与所述增强图像集中对应图像在灰度分布上的改变程度，构建所述训练图像集中各图像的样本损失权重系数；利用所述增强图像集以及所述样本损失权重系数，对初始异物检测模型进行迭代训练，更新模型参数，得到所述异物检测模型。

15、第三方面，本技术还提供了一种气体绝缘金属封闭开关设备内部异物视觉检测装置，所述装置包括：反光抑制预处理模块，用于获取待检测图像；基于所述待检测图像中像素的梯度幅值和局部纹理差异度，构建反光干扰抑制系数，并利用所述反光干扰抑制系数对所述待检测图像进行加权处理，生成增强图像；异物推理模块，用于将所述增强图像输入至预先训练的异物检测模型进行推理，得到包含候选检测框的检测结果；置信度修正后处理模块，用于基于所述候选检测框的尺寸特征，对所述候选检测框的原始类别置信度分数进行修正，得到最终可信度评分，并基于所述最终可信度评分生成可视化检测结果。

16、第四方面，本技术还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述第一方面所述的气体绝缘金属封闭开关设备内部异物视觉检测方法，或实现如上述第二方面所述的气体绝缘金属封闭开关设备内部异物视觉检测模型的训练方法。

17、有益效果：

18、本技术提供的气体绝缘金属封闭开关设备内部异物视觉检测方法、模型训练方法及装置，具有以下有益效果：

19、首先，通过在图像预处理阶段构建基于梯度幅值与局部纹理差异度的反光干扰抑制系数，对待检测图像进行逐像素加权处理。该机制利用了金属反光区域同时具备高梯度幅值和高局部纹理差异度的物理特性，通过两者的乘积作为综合干扰指标，自适应地压低高亮反光背景的像素权重，同时保留异物目标的正常纹理特征。这种处理方式在不改变yolo模型内部网络结构的前提下，从数据输入端增强了异物目标与背景之间的特征可分性，有效解决了现有技术中因金属壳体高反光导致的特征混淆问题，显著降低了模型产生虚警的可能性。

20、其次，在模型训练阶段，通过基于原始图像与增强图像在灰度分布上的改变程度构建样本损失权重系数，实现了自适应的训练策略。灰度分布改变程度越大的图像，表明其受到的反光干扰越严重，经增强处理后目标特征的相对显著性提升越明显。赋予此类难样本更高的损失权重，迫使模型在训练过程中更加关注反光干扰严重的场景，从而提升了模型在复杂光照条件下对异物目标的特征学习能力和识别鲁棒性。

21、最后，在检测结果后处理阶段，引入了基于检测框尺寸特征的置信度修正机制。鉴于gis内部真实异物（如金属微粒、碎屑）通常呈现近似圆形或长宽比均衡的形态，而背景反光噪声往往呈现狭长或不规则形状，本技术通过计算检测框宽高比偏离预设规整形态（如正方形）的程度，对原始置信度进行衰减修正。该机制能够有效压制形状异常的虚警检测结果，同时对形状规整的真实目标给予较高的可信度评分，进一步降低了最终输出结果中的虚警率，提升了整体检测精度。