Rail surface defect detection using a transformer-based network

计算机科学 人工智能 可视化 稳健性(进化) 变压器 编码器 卷积神经网络 深度学习 特征提取 机器学习 模式识别(心理学) 工程类 电压 电气工程 生物化学 化学 基因 操作系统
作者
Feng Guo,Jian Liu,Yu Qian,Quanyi Xie
出处
期刊:Journal of Industrial Information Integration [Elsevier]
卷期号:38: 100584-100584 被引量:3
标识
DOI:10.1016/j.jii.2024.100584
摘要

The detection of Rail Surface Defects (RSDs) plays a critical role in railway track maintenance. Traditional image processing methods exhibit limitations due to their intricate design and insufficient robustness, thereby restricting their broader applications. Recently, deep learning-based RSD detection methods have drawn great attention. However, these methods predominantly rely on Convolutional Neural Networks (CNN), neglecting the hierarchical linkages amongst disparate features, which impedes the refined portrayal of RSDs. To address these issues, we propose RailFormer, a novel system leveraging the capabilities of Transformer-based networks for the precise and efficient detection of RSDs. The encoder in RailFormer incorporates overlapped patch merging, efficient self-attention, and a Mix-feed Forward Network (FFN), all meticulously designed to bolster feature fusion from both global and local perspectives. Additionally, we have implemented a Criss-Cross attention module within the decoder to facilitate RSD detection and manage computational complexity. In this study, the proposed RailFormer and four other models including SegFormer, Swin Transformer, ViT, and UNet are trained and compared. We employ the widely used public RSD datasets RSDD, encompassing both Type-I and Type-II RSDD images and a customized RSD dataset, as a basis for performance comparison. The training outcomes and visualization results show that RailFormer achieves the highest mean Intersection over Union (mIoU) and superior visualization performance on the RSDD and the customized RSD datasets. These results demonstrate the superiority of RailFormer and underline its potential for future deployment in railway track inspection applications.
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