卷积神经网络的步骤范文篇1

关键词：ROS；表面缺陷；图像采集；神经网络；模型训练

飞机蒙皮是包围在飞机骨架结构外且用粘接剂或铆钉固定于骨架上，形成飞机气动力外形的维形构件，在飞机正常工作状态下扮演着重要的角色，一旦飞机蒙皮出现缺陷等问题，需要及时的反馈出来并且维修。传统的飞机表面缺陷检测方式大多数是由人工来完成，会存在效率低、成本高等缺点，甚至会出现检测失误的情况。本文就针对铝合金表面缺陷检测方面，提出一种基于ROS的飞机表面缺陷检测系统，采用移动机器人底盘定位和导航技术，结合深度学习、图像处理等技术检测出存在缺陷的位置并标记出来，通过机器代替传统人工的方式，旨在提高检测效率和检测精度，为飞机表面缺陷检测提供一种方式。

1系统的总体设计

飞机表面缺陷检测系统主要由检测模块、ROS机器人模块、图像处理模块三大部分组成，系统的总体结构框图如图1所示。系统的具体工作原理为：在某一区域范围内，检测模块以树莓派为核心控制器，通过检测模块中的图像采集系统对铝合金材料表面进行图像采集，将采集到的图像通过TCP通信传输到图像处理模块上[4]。图像处理模块利用深度学习中设计的卷积神经网络进行数据训练，得到检测模型，将检测模型应用到图像预处理上。此时，OpenCV对检测模块得到的图像进行图像处理[5]，最终得到缺陷出现的位置。当前区域检测完毕后，通过ROS机器人模块的定位和导航功能，驱动运动执行机构工作，并移动到相邻下一块检测区域，直到所有位置都检测完毕。上述工作原理可实现飞机表面缺陷检测系统，下文将对其包括的三大模块进行说明介绍。

2检测模块设计

如图2所示，系统的检测模块主要是包括树莓派和摄像头，其中树莓派作为检测模块的处理器，搭建的有Ubuntu系统，是系统实现的重要组成部分。树莓派可以提供普通计算机的功能，并且功耗低。可直接在树莓派上安装Keil进行开发，具有很好的开发效果，运行稳定。本次飞机表面缺陷检测系统实现了树莓派将摄像头拍摄的图片发送到图像处理模块上，同时也搭载ROS系统实现了移动底盘的定位和导航功能。

3ROS机器人模块设计

ROS随着机器人技术发展愈发受到关注，采用分布式框架结构来处理文件，这种方式允许开发者单独设计和开发可执行文件。ROS还以功能包的形式封装功能模块，方便移植和用户之间的共享。下面将介绍其建图和导航功能的实现。

3.1建图设计

本文在ROS系统中使用Gmapping算法软件包实现建图[7]，在ROS系统中设计了建图过程中各节点及节点间的话题订阅/的关系如图3所示。在图3建图节点话题关系图上，其中椭圆形里代表节点，矩形基于ROS的飞机表面缺陷检测系统胡浩鹏（纽约大学NewYorkUniversity纽约10003）框里代表的是主题，节点指向主题代表着该节点了主题消息，主题指向节点代表着该节点订阅了主题消息。在建图过程中，主要涉及激光雷达节点、键盘控制节点、底盘节点、Gmapping节点和地图服务节点。

3.2导航设计

ROS提供的Navigation导航框架结构如图4所示，显然MOVE_BASE导航功能包中包括全局路径规划和局部路径规划两部分，即在已构建好的地图的基础上，通过配置全局和局部代价地图，从而支持和引导路径规划的实施。为了保证导航效果的准确，通过AMCL定位功能包进行护理床的位置定位[8]。获取目标点的位置后，MOVE_BASE功能包结合传感器信息，在路径规划的作用下，控制指令，控制护理床完成相应的运动。

4图像处理模块设计

图像处理模块设计主要分为图像预处理、模型训练和卷积神经网络三大部分，通过TCP通信协议进行通信，TCP通信是一种面向连接的通信，可完成客户端（树莓派）和服务端（PC）的信息传递[9]。下面主要对卷积神经网络部分进行介绍。

4.1卷积神经网络训练流程

通过相机采集到的缺陷和问题图像作为训练样本，这部分是检测飞机表面缺陷的关键一步，然后对训练样本进行训练，具体步骤如下所示。（1）训练标记数据：首先使用图像预处理中标记好的道路故障提取出来，通过卷积神经网络对标记框内的目标数据进行训练；（2）提取特征数据：将道路故障的类型统计并归纳；（3）误差反馈学习：对测试样本进行误差反馈学习，并进行测试；（4）优化训练数据：将得到的测试结果与设定的故障分类结果进行误差对比，不断优化训练集，最终得到理想的训练数据。

4.2缺陷检测流程

缺陷检测流程如图5所示，首先输入缺陷原始图像，通过特征提取网络，将处理后的图像使用检测器进行检测，其中检测器里为卷积神经网络训练后得到的模型，最终缺陷检测后得到的识别后的图像，并反馈出来。

4.3实验测试

铝合金表面缺陷主要有碰伤、刮花、凸粉、脏点等常见的缺陷，下面将以这四种为主要对象进行检测训练，各自训练集数量为1000张。通过卷积神经网络对缺陷的特征进行提取和分类，最终实现了缺陷的检测。本次实验测试的样本为200张，每种缺陷50张，均采集自铝合金材料表面且与训练样本一致，实验结果如表1所示。由表1可知，检测脏点的准确率高达98%，刮花和凸粉的准确率也达到94%，但碰伤的准确率相对较低，只有88%。可能造成的原因是：①硬件原因导致采集的图像清晰度比较低；②碰伤缺陷不明显，无人机难以识别；③训练的数据集较少，特征学习误差大；但最后结果是满足了设计需求，还需进一步改进。

5总结与展望

卷积神经网络的步骤范文篇2

1.神经网络的架构正变得越来越复杂。感知和翻译等大多数神经网络的架构正变得越来越复杂，远非此前简单的前馈神经网络或卷积神经网络（CNN）所能比。特别需要注意的是，神经网络正与不同的技术（如LSTMs、自定义目标函数等）相混合。

神经网络是多数深度学习项目的根基。深度学习基于人脑结构，一层层互相连接的人工模拟神经元模仿大脑的行为，处理视觉和语言等复杂问题。这些人工神经网络可以收集信息，也可以对其做出反应。它们能对事物的外形和声音做出解释，还可以自行学习与工作。

2.长短期记忆网络（LSTMs）。当你阅读本文时，你是在理解前面词语的基础上来理解每个词语的。你的思想具有连续性，你不会丢弃已知信息而从头开始思考。传统神经网络的一大缺陷便无法做到这一点，而递归神经网络能够解决这一问题。

RNN（循环神经网络）拥有循环结构，可以持续保存信息。过去几年里，RNN在语音识别和翻译等许多问题上取得了难以置信的成功，而成功的关键在于一种特殊的RNN――长短期记忆网络。

3.“注意力模型”。“注意力”是指神经网络在执行任务时知道把焦点放在何处。我们可以让神经网络在每一步都从更大的信息集中挑选信息作为输入。例如，当神经网络为一张图片生成标题时，它可以挑选图像的关键部分作为输入。

4.神经图灵机依然有趣，但还无法胜任实际工作。当你翻译一句话时，并不会逐词进行，而会从句子的整体结构出发。机器难以做到这一点，这一挑战就被称为“强耦合输出整体估计”。

神经图灵机就是研究者们在硅片中重现人类大脑短期记忆的尝试。它的背后是一种特殊类型的神经网络，它们可以适应与外部存储器共同工作，这使得神经网络可以存储记忆，还能在此后检索记忆并执行一些有逻辑性的任务。

5.深度学习让计算机视觉和自然语言处理不再是孤岛。卷积神经网络最早出现在计算机视觉中，但现在许多自然语言处理（NLP）系统也会使用。LSTMs与递归神经网络深度学习最早出现在NLP中，但现在也被纳入计算机视觉神经网络。

此外，计算机视觉与NLP的交汇仍然拥有无限前景。

6.符号微分式越来越重要。随着神经网络架构及其目标函数变得日益复杂，手动推导出“反向传播”的梯度也变得更加困难而且容易出错。谷歌的TensorFlow等最新的工具包已经可以超负荷试验符号微分式，能够自动计算出正确的微分，以确保训练时误差梯度可被反向传播。

7.神经网络模型压缩的惊人成果。多个团队以不同方法大幅压缩了训练一个良好模型所需的素材体量，这些方法包括二值化、固定浮点数、迭代修剪和精细调优步骤等。

这些技术潜在的应用前景广阔，可能将会适应在移动设备上进行复杂模型的训练。例如，不需要延迟就可以得到语音识别结果。此外，如果运算所需要的空间和时间极大降低，我们就可以极高帧率（如30FPS）查询一个模型，这样，在移动设备上也可以运用复杂神经网络模型，近乎实时地完成计算机视觉任务。

8.深度学习和强化学习继续交汇。在“端对端”机器人等领域出现了令人激动的进展，现在机器人已经可以一起运用深度和强化学习，从而将原始感官数据直接转化为实际动作驱动。我们正在超越“分类”等简单工作，尝试将“计划”与“行动”纳入方程。

卷积神经网络的步骤范文篇3

【关键词】互联网网络文明建设精神文明

加强网络文明建设是社会主义精神文明建设的一个重要组成部分，是构建和谐社会所必不可少的步骤。搞好我国的社会主义精神文明建设，必须力促网络文明的建设，这既是信息时代的必然要求，也是建设社会主义和谐社会的必然要求。

1当前我国网络文明建设的现状

近年来，我国的网络文明建设在全社会的大力支持与积极参与下，取得了巨大成就，但仍然存在着一些严峻的问题。

(1)我国的网络文明建设起步晚，发展速度远远滞后于西方国家。20世纪90年代，互联网开始在我国普及，而同时期的西方国家，互联网已经发展到了很高的水平。我国互联网普及初期，由于人们对其认识不够，所以忽视了对互联网的管理，直到网络犯罪、青少年沉溺网吧等问题的不断出现，才提醒了人们网络也需要加强管理。与西方国家相比，我国网络文明建设的效率、进程都远远落后。西方国家无论在基础设施方面还是在技术方面，都占有较大的优势[1]。

(2)互联网自身的一些特点增加了网络文明建设的困难。互联网自身具有开放性、虚拟性、隐蔽性等特点，现实世界中的法律法规和伦理道德观念在这个人类自己创造的虚拟空间中难以起到约束作用，现有的网络技术又不能很好地抵制网络垃圾从而出现了网络犯罪、网络侵权等现象。互联网自身的这些特点被一些网民随便利用，严重破坏了网络秩序，阻碍了文明网络氛围的形成。

(3)我国现有的关于互联网的法律法规滞后，网络文明建设缺少坚强的后盾。近些年来，我国有关互联网管理文件虽然不少，但多以规章、办法、通知等工作性文件形式体现，不具法律效力，关于互联网建设的基本法律法规比较滞后。主要表现在两个方面:一是关于互联网法律法规的不健全。我国互联网在起步之时，政府部门就颁布了一些相关的法律条例来约束人们的网络行为，但大都比较模糊，不够详细，而且相关法律法规的制定远远赶不上网络的发展速度。二是现有关于互联网的法律条例存在一些不合理成分。《互联网上网服务经营场所管理条例》第二十一条规定:“互联网上网服务营业场所经营单位，不得接纳未成年人进入营业场所”。在西方国家的小学生已经习惯利用互联网来学习和娱乐之时，我们却规定自己的孩子18岁以后才能接触互联网，这是在保护他们还是在断送他们?

(4)传统伦理道德规范在互联网上的作用有限。道德是通过社会舆论、传统习惯和内心信念三者结合而起作用的[2]。互联网是一个开放的、虚拟的世界，现实世界中的伦理道德观念对人们缺少了约束力，人们在现实世界中被压抑的阴暗的一面在互联网中寻求到了生存的空间，网上伦理道德问题日益增多;同时，西方国家利用网络传播一些腐朽的思想，不断冲击着中华民族传统的伦理道德观念，加之网民自身道德修养不高，极易受其影响。

(5)西方国家利用互联网加紧文化渗透，给我国的网络文明建设带来了巨大的阻力。互联网的基础设施有一半以上都设在美国，西方文化在网络上正处于一个霸权地位。互联网作为一个便捷的信息传播方式，无时无刻不在进行着意识形态的斗争。西方国家利用其在互联网上的优势不断向我国传播资产阶级的腐朽思想，攻击我国社会制度，以达到其文化渗透的预谋。这严重影响着我国的安定团结，对我国的长治久安和长远发展是极其不利的。

2我国网络文明建设的对策研究

如何采取有效的措施来将互联网的负面影响降到最低，建立一个文明的互联网世界，是我国网络文明建设当前的重要目标。

(1)坚持以正确的理论指导网络活动。我国的网络文明建设必须坚持以马列主义、毛泽东思想、邓小平理论、“三个代表”重要思想和社会主义荣辱观为指导思想，坚持社会主义精神文明建设的指导方针、根本任务和基本原则，还要准确地分析互联网以及人们网络行为的特点，将思想与特点结合起来，用先进的理论占领网络文化阵地，引导网民提高自身的思想水平和自身道德修养，确保我国的网络文明建设的社会主义方向。

(2)完善互联网法律法规，依法治网，为网络文明建设营造良好的法制环境。对于网络犯罪，既要治标，又要治本，必须综合治理。法律相对于技术和道德具有更大的威摄力，所以在互联网世界中，法律是必不可少的手段。通过网络立法，建立网络行为监督机制，健全互联网法律法规，把网络主体的责任、权利与义务以法律法规的形式加以明确，使人们知道什么是必须做的，什么是禁止做的，从而规范人们的行为，引导他们正确上网。同时，针对互联网的一系列问题，都要及时合理地立法、执法。

(3)充分利用中华民族优良的传统文化、伦理资源，建设网上文化基地。互联网是文化的载体之一，无论何时，我们都不能忽视网络中的伦理道德教育。中华文明经历了五千年的凝练，博大精深，我们要充分利用这个优势，有关部门要组织专家学者有步骤、有计划地把中华优秀文化成果、伦理道德资源推上网络，用优秀的文化占领网络文化阵地，同时从整合中华民族的传统伦理道德资源入手，通过教育和引导，使网民自动担负起继承、发扬中华民族优秀伦理资源的神圣使命[3]，建设网络文化阵地。

(4)提高互联网科技水平，加强网络的安全防范措施。网络文明建设是一个极其复杂的系统工程，面对网络垃圾产品，不但需要法律法规及伦理道德对其约束，更要技术做保障。要积极开发和研制一些网络安全技术，推出新的网络安全产品，加强网络安全防范，对互联网中的不良垃圾产品予以过滤和查封，或从源头上予以堵截，使其不能发挥应有的破坏作用。

(5)动员一切社会力量，共同营造良好的网络氛围。

首先，政府机构及相关文化部门要不断加强互联网管理和监督，坚持以正确的理论来引导网络行为;不断完善关于互联网的法律法规，做到依法治网、合理管网，坚决清除不良网络现象。

其次，互联网服务提供商要依法经营，加强管理，尤其要做好安全防范措施;网站经营要起到弘扬社会主义精神文明建设、传播优秀文化及伦理道德、抵制不良思想文化的作用。

第三，互联网用户要提高自身的道德修养，熟知关于互联网的法律法规，要严于律己，争做文明网民，积极促进网络文明建设。

参考文献

[1]王秋波.关于网络文明建设的思考[J].理论学刊，2001年7月第4期，第102页.