【轉(zhuǎn)載】工業(yè)革命新視角：計(jì)算機(jī)視覺(jué)引領(lǐng)金屬表面缺陷檢測(cè)智能化革新
人工智能在工業(yè)內(nèi)窺鏡中的應(yīng)用，使得計(jì)算機(jī)視覺(jué)在內(nèi)窺檢測(cè)中嶄露頭角，如今航空發(fā)動(dòng)機(jī)孔探等領(lǐng)域已經(jīng)可以使用韋林工業(yè)內(nèi)窺鏡 Everest Mentor Visual iQ 進(jìn)行缺陷輔助智能檢測(cè)，未來(lái)計(jì)算機(jī)視覺(jué)與內(nèi)窺檢測(cè)的融合還會(huì)在更多行業(yè)的檢測(cè)任務(wù)中開(kāi)枝散葉。那么計(jì)算機(jī)視覺(jué)是如何實(shí)現(xiàn)表面缺陷檢測(cè)的呢？發(fā)布于微信公眾號(hào)“人工智能知識(shí)與實(shí)踐”上的文章《工業(yè)革命新視角：計(jì)算機(jī)視覺(jué)引領(lǐng)金屬表面缺陷檢測(cè)智能化革新》，對(duì)名為《基于計(jì)算機(jī)視覺(jué)的工業(yè)金屬表面缺陷檢測(cè)綜述》的論文進(jìn)行了簡(jiǎn)要介紹，特轉(zhuǎn)載于本網(wǎng)站，與大家共同分享學(xué)習(xí)。
論文《基于計(jì)算機(jī)視覺(jué)的工業(yè)金屬表面缺陷檢測(cè)綜述》主要探討了利用計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)進(jìn)行工業(yè)金屬表面缺陷自動(dòng)檢測(cè)的方法和技術(shù)。論文的背景包括以下幾個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)：
1. 工業(yè)需求：金屬表面缺陷是影響產(chǎn)品質(zhì)量的重要因素，尤其是在金屬鑄造和機(jī)加工制品中。這些缺陷不僅影響外觀，還可能影響產(chǎn)品的機(jī)械性能。因此，高效準(zhǔn)確地檢測(cè)金屬表面缺陷對(duì)于保證產(chǎn)品質(zhì)量至關(guān)重要。
2. 傳統(tǒng)方法的局限：傳統(tǒng)的金屬表面缺陷檢測(cè)主要依賴人工目視檢測(cè)，這種方法效率低、主觀性強(qiáng)，且受到人眼分辨能力限制。隨著工業(yè)自動(dòng)化和智能化的發(fā)展，需要更高效、準(zhǔn)確和自動(dòng)化的檢測(cè)方法。
3. 計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)：計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)利用圖像處理和模式識(shí)別方法，可以實(shí)現(xiàn)金屬表面缺陷的自動(dòng)檢測(cè)。這種方法具有實(shí)時(shí)性強(qiáng)、效率高、節(jié)省人力成本等優(yōu)點(diǎn)，逐漸成為金屬制品表面缺陷檢測(cè)的重要手段。
4. 技術(shù)綜述的必要性：盡管計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)在金屬表面缺陷檢測(cè)中得到廣泛應(yīng)用，但相關(guān)技術(shù)發(fā)展迅速，涉及多種成像技術(shù)、圖像處理方法和缺陷檢測(cè)算法。因此，對(duì)現(xiàn)有技術(shù)進(jìn)行綜述和分析，總結(jié)其優(yōu)缺點(diǎn)，對(duì)于技術(shù)選擇和未來(lái)發(fā)展具有重要意義。
5. 論文目的：本綜述旨在概述視覺(jué)檢測(cè)技術(shù)的基本原理和研究現(xiàn)狀，總結(jié)視覺(jué)自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)，探討工業(yè)場(chǎng)景下金屬表面缺陷檢測(cè)技術(shù)實(shí)施中的關(guān)鍵問(wèn)題，并對(duì)該技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行展望。
工業(yè)金屬表面缺陷檢測(cè)的大致技術(shù)流程可以概括為以下幾個(gè)主要步驟：
1. 光學(xué)成像：通過(guò)光學(xué)成像技術(shù)獲取金屬表面的二維或三維圖像信息。這可能包括使用不同的照明和成像技術(shù)，如明場(chǎng)照明、暗場(chǎng)照明、漫反射照明等，以適應(yīng)不同的表面特性。
2. 圖像預(yù)處理：對(duì)獲取的圖像進(jìn)行預(yù)處理，以提高圖像質(zhì)量和缺陷的可檢測(cè)性。這可能包括圖像增強(qiáng)、特征提取、圖像分割和拼接等技術(shù)。
3. 缺陷檢測(cè)：應(yīng)用圖像處理和機(jī)器學(xué)習(xí)算法，從預(yù)處理后的圖像中識(shí)別和分類缺陷。這可能包括模板匹配、圖像分類、目標(biāo)檢測(cè)、圖像語(yǔ)義分割和圖像異常檢測(cè)等多種方法。
4. 結(jié)果分析和決策：根據(jù)檢測(cè)結(jié)果，進(jìn)行質(zhì)量評(píng)估和決策。這可能涉及統(tǒng)計(jì)質(zhì)量控制，以及根據(jù)檢測(cè)結(jié)果調(diào)整生產(chǎn)過(guò)程。
每個(gè)步驟都包含了更具體的細(xì)節(jié)和多種技術(shù)方法。例如，在光學(xué)成像部分，可能需要根據(jù)金屬表面的不同特性選擇合適的成像技術(shù)；在圖像預(yù)處理部分，可能需要采用多種圖像處理技術(shù)來(lái)增強(qiáng)缺陷特征；在缺陷檢測(cè)部分，可能需要結(jié)合不同的機(jī)器學(xué)習(xí)算法來(lái)提高檢測(cè)準(zhǔn)確率。整個(gè)流程需要根據(jù)具體應(yīng)用場(chǎng)景進(jìn)行調(diào)整和優(yōu)化。
全篇論文中提到的算法涵蓋了計(jì)算機(jī)視覺(jué)和機(jī)器學(xué)習(xí)領(lǐng)域的多個(gè)方面，主要包括以下幾類：
1. 光學(xué)成像技術(shù)相關(guān)算法：
- 角度分辨技術(shù)：包括明場(chǎng)照明、暗場(chǎng)照明、漫反射照明等。
- 三維成像技術(shù)：如光度立體法、飛行時(shí)間法、掃描法、立體視覺(jué)法、結(jié)構(gòu)光法和光場(chǎng)三維成像等。
2. 圖像預(yù)處理相關(guān)算法：
- 圖像增強(qiáng)：如直方圖均衡化、對(duì)比度拉伸等。
- 圖像分割：包括閾值法、區(qū)域生長(zhǎng)法、分水嶺算法、邊緣檢測(cè)法等。
- 圖像拼接：涉及圖像匹配、重投影和融合技術(shù)。
3. 缺陷檢測(cè)相關(guān)算法：
- 模板匹配：基于灰度匹配和特征匹配的方法。
- 圖像分類：傳統(tǒng)機(jī)器學(xué)習(xí)方法和基于深度學(xué)習(xí)的方法。
- 目標(biāo)檢測(cè)：二階段網(wǎng)絡(luò)（如R-CNN系列）和一階段網(wǎng)絡(luò)（如YOLO系列）。
- 圖像語(yǔ)義分割：基于全卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的方法。
- 圖像異常檢測(cè)：基于自編碼機(jī)、GAN、標(biāo)準(zhǔn)流等生成模型。
4. 深度學(xué)習(xí)相關(guān)算法：
- 卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（CNN）：如VGG、ResNet、DenseNet、SENet等。
- 視覺(jué)轉(zhuǎn)換器（ViT）：在圖像語(yǔ)義分割中的應(yīng)用。
- 度量學(xué)習(xí)：如孿生網(wǎng)絡(luò)、三元網(wǎng)絡(luò)等。
- 生成對(duì)抗網(wǎng)絡(luò)（GAN）：用于圖像異常檢測(cè)。
- 標(biāo)準(zhǔn)化流（Normalizing flows）：用于圖像異常檢測(cè)。
這些算法涵蓋了從圖像獲取、處理到缺陷檢測(cè)的整個(gè)流程，反映了計(jì)算機(jī)視覺(jué)和機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)在工業(yè)金屬表面缺陷檢測(cè)領(lǐng)域的應(yīng)用和發(fā)展。
工業(yè)金屬表面缺陷檢測(cè)領(lǐng)域當(dāng)前存在的主要問(wèn)題和發(fā)展趨勢(shì)：
1. 存在的問(wèn)題：
- 光學(xué)成像方案的選擇：需要根據(jù)具體應(yīng)用場(chǎng)景選擇合適的光學(xué)成像方案，同時(shí)要平衡硬件成本、算法精度和檢測(cè)速度。
- 數(shù)據(jù)集的局限性：公開(kāi)數(shù)據(jù)集相對(duì)匱乏，且不同成像方式導(dǎo)致數(shù)據(jù)集之間差異大，預(yù)訓(xùn)練和遷移學(xué)習(xí)效果受限。
- 樣本不均衡問(wèn)題：缺陷樣本相對(duì)稀少，導(dǎo)致傳統(tǒng)機(jī)器學(xué)習(xí)算法難以達(dá)到理想的檢測(cè)效果。
2. 未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)：
- 特殊光學(xué)成像技術(shù)的發(fā)展：針對(duì)不同工業(yè)生產(chǎn)場(chǎng)景特點(diǎn)，發(fā)展特殊光學(xué)成像技術(shù)。
- 數(shù)據(jù)集的構(gòu)建：構(gòu)建公開(kāi)的大型金屬表面缺陷數(shù)據(jù)集，促進(jìn)預(yù)訓(xùn)練和遷移學(xué)習(xí)技術(shù)的發(fā)展。
- 樣本不均衡問(wèn)題的解決：研究數(shù)據(jù)增廣、合成和生成等方法，以及小樣本學(xué)習(xí)和弱監(jiān)督學(xué)習(xí)模型，以提高檢測(cè)算法的可靠性。
- 檢測(cè)算法的優(yōu)化：根據(jù)不同應(yīng)用場(chǎng)景，選擇和優(yōu)化合適的算法，如二維或三維成像技術(shù)、圖像處理方法和缺陷檢測(cè)算法。
- 實(shí)時(shí)性和可靠性的提升：提高檢測(cè)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性和可靠性，使其更適用于工業(yè)在線檢測(cè)和質(zhì)量控制。
這些問(wèn)題和發(fā)展趨勢(shì)反映了工業(yè)金屬表面缺陷檢測(cè)領(lǐng)域在技術(shù)應(yīng)用和理論研究方面的挑戰(zhàn)和機(jī)遇。
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