A lightweight deep learning network based on knowledge distillation for applications of efficient crack segmentation on embedded devices

分割 计算机科学 交叉口(航空) 人工智能 特征(语言学) 依赖关系(UML) 深度学习 卷积(计算机科学) 路径(计算) 模式识别(心理学) 嵌入式系统 人工神经网络 工程类 计算机网络 运输工程 哲学 语言学
作者
Jun Chen,Ye Liu,Jia-ao Hou
出处
期刊:Structural Health Monitoring-an International Journal [SAGE Publishing]
卷期号:22 (5): 3027-3046 被引量:33
标识
DOI:10.1177/14759217221139730
摘要

Timely crack detection of pavement helps inspectors access road conditions and determine the maintenance strategy, which can reduce repair costs and safety risks. Deep learning has greatly advanced the development of automated crack detection, but there are still challenges that hinder the application of crack segmentation networks in engineering practice such as the bloated models, the class imbalance problem, and the high-performance device dependency. For efficient crack segmentation tasks, this paper proposes a novel high-performance lightweight network termed multi-path convolution feature fusion lightweight network (MCFF-L Net) and utilize the concept of knowledge distillation. The MCFF-L Net with only 1.18 M parameters achieves F1 score of 85.70% and intersection over union (IoU) of 78.22%, which surpasses the popular heavyweight networks and lightweight networks. The proposed network is further implemented on an embedded device of Jetson Xavier NX and the detection speed of pavement cracks can reach 9.71 frames per second (FPS). The combination of embedded device and proposed lightweight networks is suitable for application scenarios where the portable and efficient crack segmentation is needed and the reliable data transmission through network is not accessible.
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