《電子技術應用》
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基于改進P-Unet模型的巖屑顆粒識別
2020年信息技術與網絡安全第11期
萬 川1,王正勇1,何海波2,滕奇志1,何小海1
1.四川大學 電子信息學院,四川 成都610065;2.成都西圖科技有限公司,四川 成都610065
摘要: 提出了一種基于改進P-Unet模型的巖屑顆粒識別方法。該方法基于Unet模型結構,運用金字塔池化模塊聚合不同區域的上下文特征信息,以充分利用全局信息。改進P-Unet模型采用了殘差網絡ResNeXt101,在提高巖屑顆粒識別準確率前提下,減少了超參數數量。該模型采用了焦點損失函數,在一定程度上解決巖屑顆粒類別不平衡的問題,同時運用深度可分離卷積代替傳統卷積,較大程度減少了網絡的參數以及預測的時間。實驗結果表明,改進P-Unet模型得到的識別準確率對比同類先進算法有一定的提升,對巖屑顆粒識別的結果更加準確。
中圖分類號: TP391.4
文獻標識碼: A
DOI: 10.19358/j.issn.2096-5133.2020.11.009
引用格式: 萬川,王正勇,何海波,等. 基于改進P-Unet模型的巖屑顆粒識別[J].信息技術與網絡安全,2020,39(11):56-61.
Identification of cuttings particle based on improved P-Unet model
Wan Chuan1,Wang Zhengyong1,He Xiaobo2,Teng Qizhi1,He Xiaohai1
1.College of Electronics and Information Engineering,Sichuan University,Chengdu 610065,China; 2.Chengdu Xitu Technology Co.,Ltd.,Chengdu 610065,China
Abstract: This paper proposes a model based on improved P-Unet cuttings particle identification method. The method is based on the Unet model structure,and uses pyramid pooling module to aggregate contextual feature information in different regions to make full use of global information. The improved P-Unet model uses the residual network ResNeXt101,which reduces the number of super parameters on the premise of improving the accuracy of debris particle recognition. In this model,the focus loss function is used to solve the problem of the unbalance of cuttings particles. At the same time,the deep separable convolution is used to replace the traditional convolution,which greatly reduces the parameters of the network and the prediction time. The experimental results show that the recognition accuracy of the improved P-Unet model is improved compared with similar advanced algorithms,and the recognition results of cuttings particles are more accurate.
Key words : identification of cuttings particles;Unet network;P-Unet network;pyramid pooling module;deep separable convolution

0 引言

    巖屑是在鉆井過程中產生的巖石碎塊,其種類繁多,按照巖屑的組成成分可以將巖石大致分成沉積巖、變質巖和巖漿巖。巖屑是巖屑錄井的直觀材料,其中巖屑顆粒識別工作是巖屑錄井的主要工作。對巖石巖性的識別工作可以反映出地段地質的地層特性,從而能幫助勘探工作者分析地層的具體特性。巖性準確識別是地質人員研究地層特征和地質建模的基礎。

    目前國內對巖屑顆粒的識別鑒定傳統的做法是采用人工標記的方式對巖屑顆粒進行采集分析。這需要專業人員來識別,并且工作量巨大。人工方式的標記對巖屑提取的信息與分析的結論存在誤差,對地質專家分析地質存在較大影響。絕大多數在巖屑錄井上采用數字圖像識別和機器學習等技術手段,運用數字圖像處理技術分析巖屑顆粒圖像,從而得到巖屑的紋理、顏色、空洞等特征,來用作區分巖屑顆粒巖性的識別分類。雖然利用數字圖像處理等方法解決了傳統特定方法中[1-2]人為標記巖性的問題,但是由于仍需要在分類時人為設置相應的特征,在某些程度上限制了識別的準確度。隨著深度神經網絡廣泛被應用于計算機視覺領域,且不同的實驗場景推出了不同深度神經網絡模型[3-5],通過將較低的分辨率圖片的特征映射到像素級尺度對圖片中的每個像素進行識別,從而大幅度提升了圖像識別的水平。但深度神經網絡模型復雜度提升,增加了巖屑識別所耗費時長,對于巖屑顆粒的識別準確率有很大的提升空間。

    為了提高巖屑顆粒識別算法準確率和識別效率,本文提出了一種基于改進P-Unet巖屑顆粒識別模型,在文獻[6]基礎上做出了如下改進:

    (1)在不改動Unet模型對稱結構的情況下,將金字塔池化模塊[7]融合到Unet中,從而得到了本文模型P-Unet網絡結構。

    (2)運用了多分類焦點損失函數[8]代替傳統的交叉熵損失函數。

    (3)將深度殘差網絡ResNet[9]的升級版ResNeXt[10]的網絡結構用于P-Unet下采樣的結構。

    (4)用深度可分離卷積[11-12]代替傳統卷積。




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作者信息:

萬  川1,王正勇1,何海波2,滕奇志1,何小海1

(1.四川大學 電子信息學院,四川 成都610065;2.成都西圖科技有限公司,四川 成都610065)

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