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面向不均衡样本空间的工件表面缺陷检测方法

刘佳 刘孝保 阴艳超 孙海彬

刘佳, 刘孝保, 阴艳超, 孙海彬. 面向不均衡样本空间的工件表面缺陷检测方法[J]. 机械科学与技术, 2022, 41(5): 755-763. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200405
引用本文: 刘佳, 刘孝保, 阴艳超, 孙海彬. 面向不均衡样本空间的工件表面缺陷检测方法[J]. 机械科学与技术, 2022, 41(5): 755-763. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200405
LIU Jia, LIU Xiaobao, YIN Yanchao, SUN Haibin. Surface Defect Detection Method of Workpiece for Unbalanced Sample Space[J]. Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering, 2022, 41(5): 755-763. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200405
Citation: LIU Jia, LIU Xiaobao, YIN Yanchao, SUN Haibin. Surface Defect Detection Method of Workpiece for Unbalanced Sample Space[J]. Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering, 2022, 41(5): 755-763. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200405

面向不均衡样本空间的工件表面缺陷检测方法

doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200405
基金项目: 

国家重点研发计划课题项目 2017YFB1400301

详细信息
    作者简介:

    刘佳(1995-), 硕士研究生, 研究方向为图像处理, 智能制造, 1594369057@qq.com

    通讯作者:

    阴艳超, 教授, 博士生导师, yinyc@163.com

  • 中图分类号: TP391.4

Surface Defect Detection Method of Workpiece for Unbalanced Sample Space

  • 摘要: 针对工件表面缺陷检测中样本的非均匀状态导致检测模型难以构建问题, 提出了一种面向不均衡样本空间的工件表面缺陷检测方法。构建了包含样本空间均衡化采样模型(SSE Model)与缺陷检测模型(A-C Model)的串行整体结构(SSE-D Model)。SSE Model首先通过双路并行结构分别完成原始样本的特征提取与样本区域修复, 随后对所提取特征利用单样本扩充实现特征的扩充, 最后利用泊松融合实现特征与已修复样本的融合, 生成新样本并完成样本空间的均衡化; A-C Model以空间均衡的新样本作为检测模型输入, 利用深度残差思想构建检测模型, 并融合注意力机制提升模型对缺陷特征的学习能力。该模型重点解决了工件表面缺陷检测中原始样本空间不均衡问题, 并提升了检测模型对特征的学习能力与鲁棒性; 最后利用5类工件图像样本完成实验对比, 验证了本文方法的有效性与可行性, 为不均衡样本空间的表面缺陷检测提供了一种新的思路。
  • 图  1  基于样本均衡化采样的缺陷检测模型(SSE-D Model)

    图  2  样本均衡化采样方法(SSE Model)

    图  3  样本修复原理图

    图  4  缺陷特征提取

    图  5  缺陷检测模型(A-C Model)

    图  6  空间通道注意力机制(Attention)

    图  7  Res-Attention结构示意图

    图  8  5类样本示意图

    图  9  网络测试结果

    表  1  实验数据统计

    名称 擦花 碰凹 漏底 凸粉 无缺陷
    原始数据 26 20 140 64 42
    本文采样 374 380 260 336 358
    ROS采样 140 140 140 140 140
    RUS采样 20 20 20 20 20
    实验扩增 400 400 400 400 400
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    表  2  神经网络参数设置

    训练次数(epoch-size) 50
    训练批数(batch-size) 5
    丢弃率(dropout) 0.5
    学习率(learning-rate) 0.001
    卷积核尺寸(kernal-size) 1, 3
    优化器(optimizer) rmsprop
    损失函数(loss) 交叉熵
    数据划分比例 8∶1∶1
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    表  3  不平衡数据采样方法标签分类对比结果

    标签 ROS[18] RUS[19] 本文方法
    1 0.88 0.71 1.00
    2 0.96 0.91 1.00
    3 0.90 1.00 0.89
    4 0.97 1.00 1.00
    5 1.00 0.79 0.91
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    表  4  不均衡数据采样方法分类对比结果

    采样方法 准确率 精确率 召回率 F1
    ROS[18] 0.94 0.94 0.94 0.94
    RUS[19] 0.85 0.88 0.86 0.86
    本文方法 0.96 0.96 0.96 0.96
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2020-09-07
  • 刊出日期:  2022-05-01

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