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基于改进P-Unet模型的岩屑颗粒识别
2020年信息技术与网络安全第11期
万 川1,王正勇1,何海波2,滕奇志1,何小海1
1.四川大学 电子信息学院,四川 成都610065;2.成都西图科技有限公司,四川 成都610065
摘要: 提出了一种基于改进P-Unet模型的岩屑颗粒识别方法。该方法基于Unet模型结构,运用金字塔池化模块聚合不同区域的上下文特征信息,以充分利用全局信息。改进P-Unet模型采用了残差网络ResNeXt101,在提高岩屑颗粒识别准确率前提下,减少了超参数数量。该模型采用了焦点损失函数,在一定程度上解决岩屑颗粒类别不平衡的问题,同时运用深度可分离卷积代替传统卷积,较大程度减少了网络的参数以及预测的时间。实验结果表明,改进P-Unet模型得到的识别准确率对比同类先进算法有一定的提升,对岩屑颗粒识别的结果更加准确。
中图分类号: TP391.4
文献标识码: A
DOI: 10.19358/j.issn.2096-5133.2020.11.009
引用格式: 万川,王正勇,何海波,等. 基于改进P-Unet模型的岩屑颗粒识别[J].信息技术与网络安全,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

    岩屑是在钻井过程中产生的岩石碎块,其种类繁多,按照岩屑的组成成分可以将岩石大致分成沉积岩、变质岩和岩浆岩。岩屑是岩屑录井的直观材料,其中岩屑颗粒识别工作是岩屑录井的主要工作。对岩石岩性的识别工作可以反映出地段地质的地层特性,从而能帮助勘探工作者分析地层的具体特性。岩性准确识别是地质人员研究地层特征和地质建模的基础。

    目前国内对岩屑颗粒的识别鉴定传统的做法是采用人工标记的方式对岩屑颗粒进行采集分析。这需要专业人员来识别,并且工作量巨大。人工方式的标记对岩屑提取的信息与分析的结论存在误差,对地质专家分析地质存在较大影响。绝大多数在岩屑录井上采用数字图像识别和机器学习等技术手段,运用数字图像处理技术分析岩屑颗粒图像,从而得到岩屑的纹理、颜色、空洞等特征,来用作区分岩屑颗粒岩性的识别分类。虽然利用数字图像处理等方法解决了传统特定方法中[1-2]人为标记岩性的问题,但是由于仍需要在分类时人为设置相应的特征,在某些程度上限制了识别的准确度。随着深度神经网络广泛被应用于计算机视觉领域,且不同的实验场景推出了不同深度神经网络模型[3-5],通过将较低的分辨率图片的特征映射到像素级尺度对图片中的每个像素进行识别,从而大幅度提升了图像识别的水平。但深度神经网络模型复杂度提升,增加了岩屑识别所耗费时长,对于岩屑颗粒的识别准确率有很大的提升空间。

    为了提高岩屑颗粒识别算法准确率和识别效率,本文提出了一种基于改进P-Unet岩屑颗粒识别模型,在文献[6]基础上做出了如下改进:

    (1)在不改动Unet模型对称结构的情况下,将金字塔池化模块[7]融合到Unet中,从而得到了本文模型P-Unet网络结构。

    (2)运用了多分类焦点损失函数[8]代替传统的交叉熵损失函数。

    (3)将深度残差网络ResNet[9]的升级版ResNeXt[10]的网络结构用于P-Unet下采样的结构。

    (4)用深度可分离卷积[11-12]代替传统卷积。




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作者信息:

万  川1,王正勇1,何海波2,滕奇志1,何小海1

(1.四川大学 电子信息学院,四川 成都610065;2.成都西图科技有限公司,四川 成都610065)

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