基于改进InceptionV3模型的常见矿物智能识别

彭伟航, 白林, 商世为, 唐小洁, 张哲远. 基于改进InceptionV3模型的常见矿物智能识别[J]. 地质通报, 2019, 38(12): 2059-2066.
引用本文: 彭伟航, 白林, 商世为, 唐小洁, 张哲远. 基于改进InceptionV3模型的常见矿物智能识别[J]. 地质通报, 2019, 38(12): 2059-2066.
PENG Weihang, BAI Lin, SHANG Shiwei, TANG Xiaojie, ZHANG Zheyuan. Common mineral intelligent recognition based on improved InceptionV3[J]. Geological Bulletin of China, 2019, 38(12): 2059-2066.
Citation: PENG Weihang, BAI Lin, SHANG Shiwei, TANG Xiaojie, ZHANG Zheyuan. Common mineral intelligent recognition based on improved InceptionV3[J]. Geological Bulletin of China, 2019, 38(12): 2059-2066.

基于改进InceptionV3模型的常见矿物智能识别

  • 基金项目:
    国家重点研发计划《基于地质云的地质灾害基础信息提取与大数据分析挖掘》(编号:2018YFC1505501)和成都理工大学国家级大学生创新创业训练计划项目《基于人工智能方法的岩石识别技术研究》(编号:201810616003)
详细信息
    作者简介: 彭伟航(1999-), 男, 在读硕士生, 从事人工智能相关研究。E-mail:pangdarren@outlook.com
    通讯作者: 白林(1980-), 男, 博士, 讲师, 从事地质信息化研究工作。E-mail:bailin@mail.cdut.edu.cn
  • 中图分类号: P585;P628

Common mineral intelligent recognition based on improved InceptionV3

More Information
  • 以常见的16类矿物作为研究对象,收集每一类矿物约1000张图像,按比例划分为训练集、验证集和测试集,通过图像随机选取增加数据的多样性,建立矿物识别InceptionV3模型,训练7万次在测试集上获得81%的识别正确率。通过对损失函数的改进,引入Center Loss损失函数,训练40万次识别准确率提高到86%。对分类的混淆矩阵分析发现,孔雀石等外观特征明显的矿物识别正确率很高,而闪锌矿等与其他矿物容易混淆导致正确率较低。从特征图分析看出,模型很好地提取了孔雀石的放射状特征,矿物图像特征向量聚集程度很高,也说明了模型的可靠性。

  • 加载中
  • 图 图版Ⅰ   

    Figure 图版Ⅰ. 

    图 1  Inception模块结构

    Figure 1. 

    图 2  预处理过程图

    Figure 2. 

    图 3  训练过程中的损失函数图与正确率图

    Figure 3. 

    图 4  不同损失函数的矿物图像特征向量分布

    Figure 4. 

    图 5  孔雀石的特征提取图

    Figure 5. 

    表 1  Inception V3模型结构

    Table 1.  The model structure of Inception V3

    处理过程 卷积核大小/步长或者图注 图像大小 备注
    conv 3× 3/2 399×399×3 输入矿物图像
    conv 3× 3/1 199×199×32
    conv padded 3× 3/1 197×197×32
    pool 3× 3/2 197×197×64
    conv 3× 3/1 98×98×64
    conv 3× 3/2 98×98×80
    conv 3× 3/1 47×47×192 矿物特征提取
    3×Inception 图 1-a 47×47×288
    5×Inception 图 1-b 23×23×768
    2×Inception 图 1-c 11×11×1280
    pool 8×8 11×11×2048
    linear logits 1×1×2048
    softmax classifier 1×1×1000 输出矿物类别
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    表 2  验证集中矿物识别混淆矩阵

    Table 2.  Confusion matrix for mineral recognition in validation set

    矿物 刚玉 黄铁矿 黄铜矿 金红石 孔雀石 蓝铜矿 菱铁矿 绿帘石 闪锌矿 石英 天青石 萤石 自然铜 自然银 方铅矿
    刚玉 0.88 0.01 0 0 0.01 0 0 0.02 0 0 0.04 0 0.02 0 0.01 0.01
    黄铁矿 0.01 0.85 0.01 0 0.03 0 0 0.01 0 0.03 0.02 0 0 0 0.02 0.02
    黄铜矿 0 0.05 0.88 0 0.01 0 0 0 0 0.04 0 0 0 0 0.02 0
    0 0.01 0.06 0.87 0 0 0 0.04 0 0 0 0 0 0.02 0 0
    金红石 0.01 0.03 0 0 0.84 0 0 0 0.01 0 0.04 0 0 0 0.04 0.04
    孔雀石 0 0 0 0 0 0.98 0 0 0 0 0 0 0.01 0 0.01 0
    蓝铜矿 0 0 0 0 0.01 0 0.98 0 0 0 0 0 0 0 0 0.01
    菱铁矿 0.02 0.01 0.06 0 0.02 0 0 0.78 0.01 0.02 0.01 0 0 0.06 0 0.01
    绿帘石 0 0.01 0.03 0.01 0 0 0 0.02 0.92 0.01 0 0 0 0 0 0
    闪锌矿 0 0.03 0.04 0 0.09 0 0 0.04 0.02 0.74 0 0.02 0 0 0 0.02
    石英 0.04 0.01 0 0 0.02 0 0 0 0.01 0 0.85 0 0.06 0 0.01 0
    天青石 0.02 0 0 0 0.02 0 0 0.02 0 0.02 0.09 0.75 0.06 0 0.02 0.02
    萤石 0.04 0.01 0 0 0 0.02 0 0.01 0 0.02 0.03 0.02 0.86 0 0 0
    自然铜 0 0 0.01 0 0.01 0 0 0.05 0 0 0 0 0 0.92 0.01 0
    自然银 0 0 0.03 0 0.08 0 0 0 0 0 0 0 0 0.04 0.83 0.02
    方铅矿 0.02 0 0.01 0 0.02 0 0.01 0.01 0.01 0.06 0.04 0 0.03 0 0.02 0.76
    下载: 导出CSV
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出版历程
收稿日期:  2019-04-17
修回日期:  2019-07-29
刊出日期:  2019-12-15

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