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【轉載】工業(yè)革命新視角：計算機視覺引領金屬表面缺陷檢測智能化革新

2024-09-12 21:26:57

人工智能在工業(yè)內窺鏡中的應用，使得計算機視覺在內窺檢測中嶄露頭角，如今航空發(fā)動機孔探等領域已經可以使用韋林工業(yè)內窺鏡 Everest Mentor Visual iQ 進行缺陷輔助智能檢測，未來計算機視覺與內窺檢測的融合還會在更多行業(yè)的檢測任務中開枝散葉。那么計算機視覺是如何實現(xiàn)表面缺陷檢測的呢？發(fā)布于微信公眾號“人工智能知識與實踐”上的文章《工業(yè)革命新視角：計算機視覺引領金屬表面缺陷檢測智能化革新》，對名為《基于計算機視覺的工業(yè)金屬表面缺陷檢測綜述》的論文進行了簡要介紹，特轉載于本網(wǎng)站，與大家共同分享學習。

工業(yè)內窺鏡

論文《基于計算機視覺的工業(yè)金屬表面缺陷檢測綜述》主要探討了利用計算機視覺技術進行工業(yè)金屬表面缺陷自動檢測的方法和技術。論文的背景包括以下幾個關鍵點：

1. 工業(yè)需求：金屬表面缺陷是影響產品質量的重要因素，尤其是在金屬鑄造和機加工制品中。這些缺陷不僅影響外觀，還可能影響產品的機械性能。因此，高效準確地檢測金屬表面缺陷對于保證產品質量至關重要。

2. 傳統(tǒng)方法的局限：傳統(tǒng)的金屬表面缺陷檢測主要依賴人工目視檢測，這種方法效率低、主觀性強，且受到人眼分辨能力限制。隨著工業(yè)自動化和智能化的發(fā)展，需要更高效、準確和自動化的檢測方法。

3. 計算機視覺技術的優(yōu)勢：計算機視覺技術利用圖像處理和模式識別方法，可以實現(xiàn)金屬表面缺陷的自動檢測。這種方法具有實時性強、效率高、節(jié)省人力成本等優(yōu)點，逐漸成為金屬制品表面缺陷檢測的重要手段。

4. 技術綜述的必要性：盡管計算機視覺技術在金屬表面缺陷檢測中得到廣泛應用，但相關技術發(fā)展迅速，涉及多種成像技術、圖像處理方法和缺陷檢測算法。因此，對現(xiàn)有技術進行綜述和分析，總結其優(yōu)缺點，對于技術選擇和未來發(fā)展具有重要意義。

5. 論文目的：本綜述旨在概述視覺檢測技術的基本原理和研究現(xiàn)狀，總結視覺自動檢測系統(tǒng)的關鍵技術，探討工業(yè)場景下金屬表面缺陷檢測技術實施中的關鍵問題，并對該技術的發(fā)展趨勢進行展望。

工業(yè)金屬表面缺陷檢測的大致技術流程可以概括為以下幾個主要步驟：

1. 光學成像：通過光學成像技術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，如明場照明、暗場照明、漫反射照明等，以適應不同的表面特性。

2. 圖像預處理：對獲取的圖像進行預處理，以提高圖像質量和缺陷的可檢測性。這可能包括圖像增強、特征提取、圖像分割和拼接等技術。

3. 缺陷檢測：應用圖像處理和機器學習算法，從預處理后的圖像中識別和分類缺陷。這可能包括模板匹配、圖像分類、目標檢測、圖像語義分割和圖像異常檢測等多種方法。

4. 結果分析和決策：根據(jù)檢測結果，進行質量評估和決策。這可能涉及統(tǒng)計質量控制，以及根據(jù)檢測結果調整生產過程。

每個步驟都包含了更具體的細節(jié)和多種技術方法。例如，在光學成像部分，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；在圖像預處理部分，可能需要采用多種圖像處理技術來增強缺陷特征；在缺陷檢測部分，可能需要結合不同的機器學習算法來提高檢測準確率。整個流程需要根據(jù)具體應用場景進行調整和優(yōu)化。

全篇論文中提到的算法涵蓋了計算機視覺和機器學習領域的多個方面，主要包括以下幾類：

1. 光學成像技術相關算法：

- 角度分辨技術：包括明場照明、暗場照明、漫反射照明等。

- 三維成像技術：如光度立體法、飛行時間法、掃描法、立體視覺法、結構光法和光場三維成像等。

2. 圖像預處理相關算法：

- 圖像增強：如直方圖均衡化、對比度拉伸等。

- 圖像分割：包括閾值法、區(qū)域生長法、分水嶺算法、邊緣檢測法等。

- 圖像拼接：涉及圖像匹配、重投影和融合技術。

3. 缺陷檢測相關算法：

- 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)機器學習方法和基于深度學習的方法。

- 目標檢測：二階段網(wǎng)絡（如R-CNN系列）和一階段網(wǎng)絡（如YOLO系列）。

- 圖像語義分割：基于全卷積神經網(wǎng)絡的方法。

- 圖像異常檢測：基于自編碼機、GAN、標準流等生成模型。

4. 深度學習相關算法：

- 卷積神經網(wǎng)絡（CNN）：如VGG、ResNet、DenseNet、SENet等。

- 視覺轉換器（ViT）：在圖像語義分割中的應用。

- 度量學習：如孿生網(wǎng)絡、三元網(wǎng)絡等。

- 生成對抗網(wǎng)絡（GAN）：用于圖像異常檢測。

- 標準化流（Normalizing flows）：用于圖像異常檢測。

這些算法涵蓋了從圖像獲取、處理到缺陷檢測的整個流程，反映了計算機視覺和機器學習技術在工業(yè)金屬表面缺陷檢測領域的應用和發(fā)展。

工業(yè)金屬表面缺陷檢測領域當前存在的主要問題和發(fā)展趨勢：

1. 存在的問題：

- 光學成像方案的選擇：需要根據(jù)具體應用場景選擇合適的光學成像方案，同時要平衡硬件成本、算法精度和檢測速度。

- 數(shù)據(jù)集的局限性：公開數(shù)據(jù)集相對匱乏，且不同成像方式導致數(shù)據(jù)集之間差異大，預訓練和遷移學習效果受限。

- 樣本不均衡問題：缺陷樣本相對稀少，導致傳統(tǒng)機器學習算法難以達到理想的檢測效果。

2. 未來的發(fā)展趨勢：

- 特殊光學成像技術的發(fā)展：針對不同工業(yè)生產場景特點，發(fā)展特殊光學成像技術。

- 數(shù)據(jù)集的構建：構建公開的大型金屬表面缺陷數(shù)據(jù)集，促進預訓練和遷移學習技術的發(fā)展。

- 樣本不均衡問題的解決：研究數(shù)據(jù)增廣、合成和生成等方法，以及小樣本學習和弱監(jiān)督學習模型，以提高檢測算法的可靠性。

- 檢測算法的優(yōu)化：根據(jù)不同應用場景，選擇和優(yōu)化合適的算法，如二維或三維成像技術、圖像處理方法和缺陷檢測算法。

- 實時性和可靠性的提升：提高檢測系統(tǒng)的實時性和可靠性，使其更適用于工業(yè)在線檢測和質量控制。

這些問題和發(fā)展趨勢反映了工業(yè)金屬表面缺陷檢測領域在技術應用和理論研究方面的挑戰(zhàn)和機遇。