基于自监督学习的变电站缺陷检测

为了在使用少量标注样本情况下提升变电站设备缺陷检测精度,提出一种基于自监督模型SimSiam的改进缺陷检测算法.不同于原始SimSiam,改进后的算法无需使用标志性图像(iconic images),如ImageNet数据集,而是直接利用非标志性图像(non-iconic images)如COCO数据集进行对比学习,并在下游的缺陷检测任务上获得可媲美有监督方法的性能.通过在投影层(projection head)和预测层(prediction head)中使用全卷积网络和空间注意力模块来代替MLP,保留高维特征的空间结构及局部信息;同时在计算相似度前先对特征图进行均值池化以得到特征向量,并对特征向量进行归一化以计算欧氏距离,从而改进了自监督对比学习的损失函数.实验结果表明该算法能充分利用非标志性图像进行对比学习,并在只标注少量样本的条件下提升变电站设备缺陷检测的精度,在表计表盘破损、挂空悬浮物、鸟巢、呼吸器硅胶变色及箱门闭合异常等5类缺陷检测任务上mAP达到83.84%.     

基于小样本度量迁移学习的表面缺陷检测

将小样本学习中的度量学习方法引入缺陷检测领域,提出小样本度量迁移学习方法,用于解决深度学习方法中需要大量学习样本的问题.方法主要分为两个阶段:第一阶段使用公开或便于获得的大型数据集预训练深度网络;第二阶段将网络学习到的相关知识通过度量学习模块迁移到表面缺陷检测领域.实验表明,小样本学习在缺陷检测领域的可行性.     

基于少样本学习的通用隐写分析方法

近年来,深度学习在图像隐写分析任务中表现出了优越的性能.目前,大多数基于深度学习的图像隐写分析模型为专用型隐写分析模型,只适用于特定的某种隐写术.使用专用隐写分析模型对其他隐写算法的隐写图像进行检测,则需要该隐写算法的大量载密图像作为数据集对模型进行重新训练.但在实际的通用隐写分析任务中,隐写算法的大量载密图像数据集是难以得到的.如何在极少隐写图像样本的情况下训练通用隐写分析模型是一个极大的挑战.对此,受少样本学习领域研究成果的启发,提出了基于转导传播网络的通用隐写分析方法.首先,在已有的少样本学习分类框架上改进了特征提取部分,设计了多尺度特征融合网络,使少样本分类模型能够提取到更多的隐写分析特征,使其可用于基于秘密噪声残差等弱信息的分类任务;其次,针对少样本隐写分析模型难收敛的问题,提出了预训练初始化的方式得到具有先验知识的初始模型;然后,分别训练了频域和空域的少样本通用隐写分析模型,通过自测和交叉测试,结果表明,检测平均准确率在80%以上;接着,在此基础上,采用数据集增强的方式重新训练了频域、空域少样本通用隐写分析模型,使少样本通用隐写分析模型检测准确率与之前相比提高到87%以上;...     

基于时空相关性的视频隐写分析

视频中的扩频嵌入是一种典型的隐写方法,能够抵抗视频压缩、噪声添加等多种攻击。为了有效检测利用该方法嵌入的隐藏信息,将隐写过程建模为加性高斯噪声的叠加过程,分析了噪声叠加对视频序列的时间相关性和空间相关性的影响,提出了基于时空相关性的隐写分析算法。该算法利用视频序列中各帧的四方向差分直方图度量隐写对空间相关性的影响,同时利用相邻帧帧间差分的直方图度量隐写对时间相关性的影响。与现有算法相比,本文算法实现简单,实验结果表明本文算法具有更好的检测性能。     

对抗样本三元组约束的度量学习算法

针对已有三元组约束的度量学习算法大多利用先验知识构建约束,一定程度上制约了度量学习算法性能的问题,本文借鉴对抗训练中样本扰动的思想,在原始样本附近学习对抗样本以构造对抗三元组约束,基于对抗三元组和原始三元组约束构建了度量学习模型,提出了对抗样本三元组约束的度量学习算法(metric learning algorithm with adversarial sample triples constraints,ASTCML)。实验结果表明,提出的算法既克服了已有固定约束方法受先验知识影响大的问题,也提高了分类精度,说明区分更加难以区分的三元组约束能够提升算法的性能。     

基于改进YOLOv4的变电站缺陷检测

为提高变电站设备缺陷的检测精度, 保障变电站运行安全, 提出一种基于改进YOLOv4的缺陷检测算法. 不同于原始YOLOv4, 该算法使用一维卷积替代全连接来优化CBAM卷积注意力模块, 然后将其嵌入主干网络中以增强特征提取能力; 同时, 在特征融合中应用空洞卷积扩大感受野, 聚合更广的语义信息. 该算法在现场拍摄的样本集上进行测试, mAP可达到86.97%, 相比原始YOLOv4提高了2.78%. 实验结果表明, 本文提出的YOLOv4改进算法能够提升网络性能, 更好地应用于变电站设备缺陷检测任务.     

基于数据重平衡的AUC优化Boosting算法

接收者操作特性(Receiver operating characteristics, ROC)曲线下面积(Area under the ROC curve, AUC)常被用于度量分类器在整个类先验分布上的总体分类性能. 原始Boosting算法优化分类精度,但在AUC度量下并非最优. 提出了一种AUC优化Boosting改进算法,通过在原始Boosting迭代中引入数据重平衡操作,实现弱学习算法优化目标从精度向AUC的迁移. 实验结果表明,较之原始Boosting算法,新算法在AUC度量下能获得更好性能.     

基于改进YOLOv4的汽车钢铁零件表面缺陷检测

针对YOLOv4在自建的汽车钢铁零件表面缺陷数据集中检测精度不足的问题,利用深度学习的优势,提出一种基于改进YOLOv4的汽车钢铁零件表面缺陷检测方法。首先采用加权K-means算法确定初始anchors预选框,增强anchors框和特征图尺寸的匹配精度,提高检测效率;然后在YOLOv4主干网络的残差单元中引入SE模块,增加有用特征的权重,抑制无效特征的权重来提高检测精度;最后在76×76的特征图后连接RFB-s模块,增强对小目标信息的特征提取能力。实验结果表明,针对自建汽车零件表面缺陷数据集有无缺陷单类检测问题,改进算法比原始YOLOv4的mAP50值提高了4.3个百分点,对小目标具有更好的检测效果。这说明改进算法能满足针对特定的汽车钢铁零件表面缺陷检测问题下的检测速度和精度要求,有效解决了实际问题。针对COCO数据集多分类问题,改进后模型的mAP50值比原始YOLOv4提高了0.2个百分点,FPS值达到20,说明改进算法能够迁移到其他数据集,验证了该算法的泛化性。     

改进YOLOv3的绝缘子自爆缺陷检测方法

绝缘子作为架空输电线路的重要组成部分,直接影响着电力系统的安全和稳定.通过引入深度学习技术实时获取绝缘子的工作状态已成为当前主流的研究趋势.但是在实际的输电线路图像中绝缘子缺陷目标区域小且背景复杂,导致绝缘子缺陷检测精度低.针对该情况提出了一种基于YOLOv3改进的绝缘子缺陷检测算法GC-SPP-YOLOv3.首先借鉴了Ghost Module的思想提出了一个新的特征提取网络,在保证精度不变的情况下,显著提升了检测速度.并在其中引入了双重注意力模块提升网络的特征表达能力.接着引入空间金字塔池化模块丰富特征图的表征层次.在包含4020张绝缘子缺陷图像的数据集上进行实验,该算法相比原YOLOv3算法的mAP提升了3.43%,相比较两阶段算法Faster R-CNN的mAP提高了2.7%,并且在检测速度方面表现出显著的优势,每秒可以检测35张图片.实验结果表明,该算法在绝缘子缺陷检测中具有良好的效率和实用性.     

基于分布约束的非对称度量学习无监督行人重识别

在无监督行人重识别中,针对传统非对称度量学习方法无法克服不同视角的数据分布差异问题,提出一种基于分布约束的非对称度量学习无监督行人重识别方法.首先,采用JSTL技术对特征提取网络预训练,得到具有较强鲁棒性的特征表示;然后,提出基于分布约束的非对称度量学习算法,通过在传统非对称度量学习目标函数中引入分布约束,实现不同摄像视角下行人图像非对称特征变换的同时,有效克服特征空间中行人数据分布差异导致的识别精确度低的问题;最后,采用梯度下降法优化目标函数,并通过广义特征值问题求解获得最优度量矩阵.基于Market和Duke两个公共数据集的实验表明,该算法的rank1值分别达到57.01%和32.32%, MAP值分别达到27.91%和16.00%,与传统非对称度量学习算法相比识别性能有明显提升.     

基于STMR-CNN的热轧带钢表面缺陷检测

为了提高工业热轧带钢表面缺陷检测的检测精度,将深度学习研究领域的前沿技术应用于带钢表面缺陷检测.提出了一种以Swin Transformer作为骨干特征提取网络,级联多阈值结构作为输出层的热轧带钢表面缺陷检测算法.将Transformer结构应用于带钢表面缺陷检测领域,与单纯基于卷积网络的深度学习目标检测算法相比,能够达到更加精确的检测效果.首先,使用Swin Transformer作为骨干特征提取网络代替常规的残差网络结构,增强特征网络对隐含在图像中的深层语义信息的摄取能力.其次设计多级联检测结构,设置逐级的IoU阈值,实现检测精度与阈值提升的权衡.最后使用柔性非极大值抑制(Soft-NMS)、FP16混合精度训练和SGD优化器等训练策略加速模型收敛和提升模型性能.实验结果表明:本文算法在工业热轧带钢数据集(NEU-DET)上相较于YOLOv3、YOLOF、DeformDetr、SSD512和SSDLit等深度学习算法都有更好的检测效果,在裂纹(crazing, Cr)、夹杂(inclusion, In)、斑块(patches, Pa)、麻点(pitted surface, PS)、...     

基于小样本学习的LCD产品缺陷自动检测方法

针对高分辨率液晶显示器产品(liquid crystal display, LCD)质量在线检测需求,基于深度学习提出一种LCD缺陷自动检测方法。通过设计自适应浅层特征提取层,并引入稀疏卷积结构,多维度、多尺度的提取深层特征,采用迁移学习和深度卷积生成对抗生网络扩充数据强化训练,构建基于小样本学习的LCD表面缺陷检测模型。其特征在于,采用设计的自动分割与定位预处理软件将高分辨率图像划分成适于卷积神经网络学习的图像子块,并根据模型对图像子块的判定类别和定位坐标,同时获取多类型缺陷检测结果。实验结果表明,本文模型可以有效提高检出率,并减少漏检率。     

基于深度学习的织物缺陷在线检测算法

织物缺陷在线检测是纺织行业面临的重大难题，针对当前织物缺陷检测中存在的误检率高、漏检率高、实时性不强等问题，提出了一种基于深度学习的织物缺陷在线检测算法。首先基于GoogLeNet网络架构，并参考其他分类模型的经典算法，搭建出适用于实际生产环境的织物缺陷分类模型；其次利用质检人员标注的不同种类织物图片组建织物缺陷数据库，并用该数据库对织物缺陷分类模型进行训练；最后对高清相机在织物验布机上采集的图片进行分割，并将分割后的小图以批量的方式传入训练好的分类模型，实现对每张小图的分类，以此来检测缺陷并确定其位置。对该模型在织物缺陷数据库上进行了验证。实验结果表明：织物缺陷分类模型平均每张小图的测试时间为0.37 ms，平均测试时间比GoogLeNet减少了67%，比ResNet-50减少了93%；同时模型在测试集上的正确率达到99.99%。说明其准确率与实时性均满足实际工业需求。     

改进YOLOX网络的轴承缺陷小目标检测方法

针对深度学习模型在工业轴承表面缺陷检测中多目标情形下的小目标漏检率高、模型特征融合不充分的问题,基于YOLOX提出一种多注意力特征加权融合的小目标缺陷检测算法。在骨干网络引入特征提取更加细粒度的Res2Block模块,同时嵌入自注意力机制,增加隐性小目标的区域特征,减少漏检率;设计内嵌坐标注意力并作为加权条件的双路金字塔特征融合网络,提升浅层细节特征和深层高级语义特征的交互融合能力;后处理阶段引入Focal Loss损失函数,增加模型对正样本目标的学习,进一步减少漏检率。实验结果表明,与原YOLOX算法相比,改进算法在自制小型列车轴承表面缺陷数据集上mAP提高了4.04个百分点,对小目标的识别率明显提升。     

深度学习在工业表面缺陷检测领域的应用研究

深度卷积神经网络在处理自然图片时取得了非常好的效果,但鲜有针对工业应用领域的细分研究。本文探讨了深度学习模型在工业产品表面缺陷检测领域的应用。以Cp工业产品缺陷检测为着眼点,在设计检测方案时应用深度学习模型并辅助图像处理等相关技术,通过实验分析得到最佳应用模型。创新点在于提出了数据集信息密度这一概念,通过在多个数据集上...     

基于深度学习语义分割的导光板缺陷检测方法

当前导光板表面缺陷仍主要由人工肉眼观察进行检测, 仅有少数生产厂家利用传统的图像处理方法进行检测. 由于导光板缺陷在高分辨率工业相机拍摄的图像成像下仍极其微小, 且不同缺陷的特征各异, 以及整张导光板自身的导光点分布密集、不均匀等纹理特点, 导致传统的图像处理检测方法需要经验丰富的视觉工程师进行大量的特征提取算法编程工作和昂贵的代码维护成本, 准确率低且稳定性差, 为此提出一种基于深度学习语义分割的缺陷检测方法. 该方法通过训练神经网络的方式来自主学习提取导光板缺陷特征从而避免繁杂的特征提取算法编程工作. 首先, 对搜集的导光板缺陷进行缺陷标记, 制作样本集; 其次, 利用迁移学习将预先训练好的金字塔场景解析网络(PSPNet)对标记样本进行再训练; 进而, 利用训练好的模型实现对导光板缺陷的检测; 由于单独的深度学习语义分割缺陷检测方法通常无法满足工业实际应用需求, 最后还需结合简单的机器视觉方法, 对深度学习语义分割方法检出的所有疑似缺陷区域进行二次判断筛选. 实验结果表明, 该方法针对亮点、暗点和划痕3种缺陷的检出率高达96%, 基本可以满足工业检测要求.     

基于生成对抗网络的知识蒸馏数据增强

在图像分类和工业视觉检测过程中,缺陷样本量少导致神经网络分类器训练效率低及检测精度差,直接采用原始的离散标签又无法使网络分类器学习到不同类别间的相似度信息。针对上述问题,在区域丢弃算法的基础上,提出一种基于生成对抗网络的知识蒸馏数据增强算法。使用补丁对丢弃区域进行填补,减少区域丢弃产生的非信息噪声。在补丁生成网络中,保留生成对抗网络的编码器-解码器结构,利用编码器卷积层提取特征,通过解码器对特征图上采样生成补丁。在样本标签生成过程中,采用知识蒸馏算法中的教师-学生训练模式,按照交叉检验方式训练教师模型,根据教师模型生成的软标签对学生模型的训练进行指导,提高学生模型对特征的学习能力。实验结果表明,与区域丢弃算法相比,该算法在CIFAR-100、CIFAR-10数据集图像分类任务上的Top-1 Err、Top-5 Err分别降低3.1、0.8、0.5、0.6个百分点,在汽车转向器轴承数据集语义分割任务上的平均交并比和识别准确率分别提高2.8、2.3个百分点。     

基于Xception网络的弱监督细粒度图像分类

随着深度学习的快速发展,计算机视觉领域对图像的分类研究不仅仅局限于识别出物体的类别,更需要在传统图像分类任务的基础上进行更细致的类别划分.通过对现有细粒度图像分类算法和模型的分析研究,提出一种基于Xception模型与WSDAN(weakly supervised data augmentation network)弱...     

基于卷积去噪自编码器的芯片表面弱缺陷检测方法

芯片表面缺陷会影响芯片的外观和性能,因此表面缺陷检测是芯片生产过程中的重要环节。具有缺陷与背景对比度低、缺陷较小等特点的弱缺陷给传统检测方法带来了挑战。因为近年来深度学习在机器视觉领域展现出了强大的能力,所以文中采用基于深度学习的方法来研究芯片表面弱缺陷的检测问题。该方法将芯片表面缺陷看作噪音,首先应用卷积去噪自编码器(Convolutional Denoising Auto-encoders,CDAE)重构无缺陷图像,然后用重构的无缺陷图像减去输入图像,获得包含缺陷信息的残差图。因为残差图中已经消除了背景的影响,所以最后可以基于残差图较容易地进行缺陷检测。由于基于CDAE重构芯片背景的无缺陷图像时存在随机噪音,导致弱缺陷可能会湮没在重构噪音中,为此,文中提出了重叠分块策略抑制重构噪音,以便更好地检测弱缺陷。因为CDAE是无监督学习网络,所以训练时无需进行大量的人工数据标注,这进一步增强了该方法的可应用性。通过对真实芯片表面数据进行测试,验证了所提方法在芯片表面检测上的有效性。