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基于改进YOLOv5s的工件识别检测算法

余浪 苗鸿宾 苏赫朋 申光鹏

余浪, 苗鸿宾, 苏赫朋, 申光鹏. 基于改进YOLOv5s的工件识别检测算法[J]. 制造技术与机床, 2024, (4): 153-158, 180. doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2024.04.024
引用本文: 余浪, 苗鸿宾, 苏赫朋, 申光鹏. 基于改进YOLOv5s的工件识别检测算法[J]. 制造技术与机床, 2024, (4): 153-158, 180. doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2024.04.024
YU Lang, MIAO Hongbin, SU Hepeng, SHEN Guangpeng. Workpiece recognition and detection algorithm based on improved YOLOv5s[J]. Manufacturing Technology & Machine Tool, 2024, (4): 153-158, 180. doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2024.04.024
Citation: YU Lang, MIAO Hongbin, SU Hepeng, SHEN Guangpeng. Workpiece recognition and detection algorithm based on improved YOLOv5s[J]. Manufacturing Technology & Machine Tool, 2024, (4): 153-158, 180. doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2024.04.024

基于改进YOLOv5s的工件识别检测算法

doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2024.04.024
基金项目: 重型机械关重传载件机器人智能超声打磨关键技术研究(YDZJSX2022A032)
详细信息
    作者简介:

    余浪,男,1997年生,硕士研究生,研究方向为深度学习。E-mail:2966099578@qq.com

    通讯作者:

    余浪,男,1997年生,硕士研究生,研究方向为深度学习。E-mail:2966099578@qq.com

  • 中图分类号: TP391

Workpiece recognition and detection algorithm based on improved YOLOv5s

  • 摘要: 针对机器人在抓取目标工件的过程中由于光线强度变化、图像环境复杂和拍摄设备移动等造成的工件识别精度低的问题,文章提出一种改进YOLOv5s的工件识别检测算法。首先,通过数据增强扩充数据集并进行预处理;其次,使用改进的k-means聚类算法重新生成更有效的预设锚框,缩短收敛路径;然后,在特征融合网络中添加CBAM注意力机制,有效抑制背景信息干扰,提高特征提取速度;此外,将特征融合模块中原有的特征金字塔结构替换成加权双向特征金字塔Bi-FPN结构,实现高效的加权特征融合和双向跨尺度连接,提高网络对不同尺度特征的融合效率;最后,通过采用α-IoU作为边界框回归损失函数,提高模型的定位效果。结果表明,改进后的YOLOv5s算法对工件检测的mAP值提升了6.03%,检测速度提升了13.7 fps,验证了改进算法的有效性。

     

  • 图  1  YOLOv5s算法结构

    图  2  改进k-means聚类分析结果

    图  3  CBAM结构

    图  4  特征提取模块Bi-FPN原理图

    图  5  损失曲线

    图  6  检测效果图

    表  1  训练平台配置参数

    参数 配置
    操作系统 Windows 10
    显存 24 G
    内存 32 G
    GPU Nvidia RTX 3090
    GPU加速环境 CUDA 10.1
    训练框架 Pytorch
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    表  2  训练参数设置表

    参数名称 设定值
    动量(Momentum) 0.9
    权重衰减系数(Weight Decay) 0.000 5
    初始学习率(Origin Learning Rate) 0.01
    遍历次数(Epoch) 300
    批处理大小(Batchsize) 8
    非极大值抑制阈值(NMS) 0.5
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    表  3  YOLOv5s改进前后算法的检测结果对比

    检测算法 AP/(%) mAP/
    (%)
    速度/fps
    工件1 工件2 工件3 工件4 工件5 工件6
    YOLOv5s 89.98 88.55 93.30 90.62 90.29 92.67 90.90 15.6
    Improved
    YOLOv5s
    96.56 94.67 97.13 98.04 97.55 97.64 96.93 29.3
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    表  4  不同算法的检测结果对比表

    检测算法 mAP/(%) 速度/fps
    SSD 84.54 13.2
    Faster R-CNN 86.63 9.6
    YOLOv5s 90.90 15.6
    Improved YOLOv5s 96.93 29.3
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  • 录用日期:  2024-01-11
  • 修回日期:  2023-10-07

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