中国机械工程 ›› 2025, Vol. 36 ›› Issue (12): 2968-2977.DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2025.12.020
• 智能制造 • 上一篇
胡新宇1(
), 张骏巍1, 艾佳2(
), 李云翎1, 严爽1
收稿日期:2024-11-19
出版日期:2025-12-25
发布日期:2025-12-31
通讯作者:
艾佳
作者简介:胡新宇,男,1975年生,教授、博士研究生导师。研究方向为机器视觉。E-mail:19991012@hbut.edu.com。
基金资助:
Xinyu HU1(
), Junwei ZHANG1, Jia AI2(
), Yunling LI1, Shuang YAN1
Received:2024-11-19
Online:2025-12-25
Published:2025-12-31
Contact:
Jia AI
摘要:
针对因电子器件丝印字符材质反光引起分割精度差、检测图像位姿不确定难以自适应定位提取目标区域、缺陷检测目标小及样本少导致识别准确率低的问题,提出自适应目标区域提取的小样本丝印字符缺陷检测方法。设计基于大津阈值法的自适应二次阈值分割算法,减少反光材质表面光亮目标区域信息损失,实现光照不均匀图像的准确分割;提出自适应目标区域定位提取与角度矫正算法,解决因字符大小及位姿变化难以实现自适应目标区域的精确定位与提取问题;研究了缺陷检测目标初识别、置信度低小目标字符二次精识别方法,实现了小目标、少样本缺陷检测目标的准确识别。实验结果表明:二次阈值分割算法能够实现光照不均字符图像的准确分割,自适应目标区域定位与角度矫正准确率达99.5%,轻量化深度学习模型的字符分类识别率达99.1%,字符缺陷检测准确率达98.6%,检测速度为0.083 s/张,满足工业生产中在线检测精度与速度的需求。
中图分类号:
胡新宇, 张骏巍, 艾佳, 李云翎, 严爽. 一种自适应目标区域提取的小样本丝印字符缺陷检测方法[J]. 中国机械工程, 2025, 36(12): 2968-2977.
Xinyu HU, Junwei ZHANG, Jia AI, Yunling LI, Shuang YAN. A Small-sample Defect Detection Method for Screen-printed Characters with Adaptive Target Region Extraction[J]. China Mechanical Engineering, 2025, 36(12): 2968-2977.
| 组1 | 组2 | 组3 | 组4 | 组5 | 组6 | |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 轻量化 | √ | √ | √ | √ | ||
| ECA | √ | √ | ||||
| 损失函数改进 | √ | √ | √ |
表1 不同改进策略下的实验模型
Tab.1 Experimental models under different improvement strategies
| 组1 | 组2 | 组3 | 组4 | 组5 | 组6 | |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 轻量化 | √ | √ | √ | √ | ||
| ECA | √ | √ | ||||
| 损失函数改进 | √ | √ | √ |
| 实验组序 | 准确率/% | 召回率/% | FPS | F1/% |
|---|---|---|---|---|
| 1 | 97.7 | 89.2 | 54.64 | 93.25 |
| 2 | 96.8 | 88.3 | 65.79 | 92.35 |
| 3 | 98.2 | 90.1 | 66.23 | 93.97 |
| 4 | 97.8 | 90.0 | 61.12 | 93.73 |
| 5 | 98.3 | 90.3 | 51.62 | 93.98 |
| 6 | 99.1 | 92.2 | 62.11 | 95.52 |
表2 消融实验结果
Tab.2 Ablation experiment results
| 实验组序 | 准确率/% | 召回率/% | FPS | F1/% |
|---|---|---|---|---|
| 1 | 97.7 | 89.2 | 54.64 | 93.25 |
| 2 | 96.8 | 88.3 | 65.79 | 92.35 |
| 3 | 98.2 | 90.1 | 66.23 | 93.97 |
| 4 | 97.8 | 90.0 | 61.12 | 93.73 |
| 5 | 98.3 | 90.3 | 51.62 | 93.98 |
| 6 | 99.1 | 92.2 | 62.11 | 95.52 |
| 方法 | 检测时间/s | 准确率/% |
|---|---|---|
| 改进YOLOv5s模型 | 0.021 | 73 |
| 本文算法 | 0.083 | 99 |
表3 算法对比结果
Tab.3 The result of algorithm comparisons
| 方法 | 检测时间/s | 准确率/% |
|---|---|---|
| 改进YOLOv5s模型 | 0.021 | 73 |
| 本文算法 | 0.083 | 99 |
| 方法 | 检测时间/s | 准确率/% |
|---|---|---|
| 改进模板匹配法 | 0.286 | 97.7 |
| 改进SSD算法 | 0.052 | 95.5 |
| 本文算法 | 0.083 | 98.6 |
表4 三种算法检测性能
Tab.4 Performance comparison of three detection algorithms
| 方法 | 检测时间/s | 准确率/% |
|---|---|---|
| 改进模板匹配法 | 0.286 | 97.7 |
| 改进SSD算法 | 0.052 | 95.5 |
| 本文算法 | 0.083 | 98.6 |
| [1] | 张德海,祝志逢,李艳芹,等.基于机器视觉的二维图像质量缺陷检测研究进展[J].包装工程,2023,44(23):198-207. |
| ZHANG Dehai, ZHU Zhifeng, LI Yanqin,et al.Research Progress of Two-dimensional Image Quality Defect Detection Based on Machine Vision[J].Packaging Engineering,2023,44(23):198-207. | |
| [2] | 唐建华,张鑫,刘金海,等. 基于复合骨干网络的漏磁小缺陷信号检测方法[J].电子测量与仪器学报,2024,38 (10): 69-77. |
| TANG Jianhua, ZHANG Xin, LIU Jinhai,et al.Signal Dtection Method for Magnetic Flux Leakage Small Defects Based on Composite Backbone Network[J].Journal of Electronic Measurement and Instrumentation,2024,38 (10): 69-77. | |
| [3] | 胡宜笑.印刷品缺陷检测研究与应用[D]. 长沙:湖南大学,2022. |
| HU Yixiao. Research and Application of Printing Detection[D]. Changsha:Hunan University,2022. | |
| [4] | 梅文宝.基于形状模板匹配的手机商标检测技术研究[D].广州:广东工业大学,2017. |
| MEI Wenbao.The Research of Mobile Phone Logo Detection Technology Based on Shape Model Matching[D].Guangzhou:Guangdong University of Technology, 2017. | |
| [5] | BROWN L.A Survey of Image Registration Techniques[J].ACM Computing Surveys,1992,24(4):325-376 |
| [6] | ZITOVA B, FLUSSER J. Image Registration Methods: Asurvey[J]. Image and Vision Computing,2003,21(11): 977-1000. |
| [7] | LOVE D. Distinctive Image features from Scale Invariant Key-points[J]. International Journal of Vision Computer,2004,60(2):91-110. |
| [8] | 吴先锋.基于机器视觉的智能电表铭牌印刷缺陷检测[D].长沙:湖南大学,2022. |
| WU Xianfeng.Detection of Defects in Nameplate Printing of Smart Meter Based on Machine Vision[D]. Changsha:Hunan University,2022. | |
| [9] | 李大华,徐傲,王笋,等.基于改进YOLOv5的印刷电路板缺陷检测[J].电子测量技术,2023,46(23):112-119. |
| LI Dahua, XU Ao, WANG Sun,et al.Printed Circuit Board Defect Detection Based on Improved YOLOv5[J]. Electronic Measurement Technology,2023,46(23): 112-119. | |
| [10] | 童小钟,魏俊宇,苏绍璟,等.融合注意力和多尺度特征的典型水面小目标检测[J].仪器仪表学报,2023,44(1):212-222. |
| TONG Xiaozhong, WEI Junyu, Su Shaojing,et al.Typical Small Target Detection on Water Surfaces Fusing Attention and Multi-scale Features[J]. Chinese Journal of Scientific Instrument,2023,44(1):212-222. | |
| [11] | 楼豪杰. 基于少样本学习的印刷品微小缺陷检测方法研究[D].西安:西安理工大学,2022. |
| LOU Haojie.Reserch on Small Defect Defection Methon of Printing Matter Based on Few-shot Learning[D]. Xi'an:Xi'an University of Technology,2022. | |
| [12] | OTSU N. A Threshold Selection Method from Gray-level Histograms[J].IEEE Transactions on Systems Man &Cybernetics,2007,9(1):62-66. |
| [13] | 冯毅雄,李康杰,高一聪,等 .基于特征与形貌重构的轴件表面缺陷检测方法[J].浙江大学学报(工学版),2020,54(3): 427-434. |
| FENG Yixiong, LI Kangjie, GAO Yicong,et al. Shaft Surface Defect Detection Method Based on Feature and Morphology Reconstruction[J]. Journal of Zhejiang University(Engineering Science), 2020, 54(3): 427-434. | |
| [14] | 胡蝶,侯俊,张全年,等.基于卷积神经网络的生产日期识别[J].电子测量技术,2020, 43(1):152-156. |
| HU Die, HOU Jun, ZHANG Quannian,et al. Production Date Identification Based on Convolutional Neural Network Electronic Measurement Technology,2020,43(1):152-156. | |
| [15] | HOWARD A, SANDLER M, CHEN B, et al. Searching for MobileNetV3 [C]∥IEEE International Conference on Computer Vision (ICCV).Seoul, 2020:00140. |
| [16] | HU J, SHEN L, SUN G,et al.Squeeze-and-Excitation Networks[C]∥IEEE Conference on Computer Vision and Pat-tern Recognition. Salt Lake City, 2018:00745. |
| [17] | WANG Q L, WU B G, ZHU P F, et al.ECANet: |
| Efficient Channel Attention for Deep Convolutional | |
| Neural Networks[C]∥IEEE Conference on Computer Vision and Pattern Recognition (CVPR).Piscataway,2020: 11531-11539. | |
| [18] | 李博宇,杨文翰,杨乐,等.基于模板匹配的肥料外包装印刷缺陷检测研究[J].印刷与数字媒体技术研究,2023(2):39-49. |
| LI Boyu, YANG Wenhan, YANG Le,et al.Research on Defect Detection of Fertilizer Packaging Based on Template Matching[J].Printing and Digital Media StudyTechnology,2023(2):39-49. | |
| [19] | 尹玉梅. 基于感知哈希的图像相似检索算法研究[D].昆明:昆明理工大学,2021. |
| YIN Yumei.Research on Image Similarity Retrieval | |
| Algorithm Based on Perceptual Hash[D]. Kunming: | |
| Kunming University of Technology, 2021. | |
| [20] | 顾桂梅,王小亮.深度学习的接触网小目标缺陷识别研究[J].电子测量与仪器学报,2024,38(4):151-160. |
| GU Jiamei, WANG Xiaoliang.Identification of the Catenary Small Target Defects in Deep Learning[J].Journal of Electronic Measurement and Instrumentation, 2024, 38(4):151-160. |
| [1] | 王俊, 高贵兵. 基于改进YOLOv5s的风电叶片表面缺陷检测方法[J]. 中国机械工程, 2025, 36(09): 2108-2116. |
| [2] | 罗亮1, 2, 郎霄1, 祖国庆2, 张农1, 杨林3, 沈雄伟4. 一种基于改进YOLOv8n的气缸套缺陷检测方法[J]. 中国机械工程, 2025, 36(05): 1054-1064. |
| [3] | 朱传军1, 梁泽启1, 付强1, 张超勇2. 基于距离感知的金属缺陷样本标签分配算法[J]. 中国机械工程, 2024, 35(09): 1634-1641. |
| [4] | 许鹏, 刘柏霖, 陈亚雄. 基于差分柔性涡流探头的铁轨裂纹检测方法[J]. 中国机械工程, 2023, 34(20): 2419-2427. |
| [5] | 杜文杰, 郑慧峰, 张凯胜, 唐佳玄. 多层介质内部缺陷远聚焦成像方法研究[J]. 中国机械工程, 2023, 34(09): 1045-1051. |
| [6] | 蔡卓越, 涂君, 张旭, 邓志扬, , 吴樵, 宋小春, . 厚壁铝管斜入射线聚焦垂直剪切波电磁超声探头设计[J]. 中国机械工程, 2022, 33(07): 804-810. |
| [7] | 周友行;马逐曦;石弦韦;孔拓. HSI颜色空间下的直线导轨表面缺陷检测方法[J]. 中国机械工程, 2019, 30(18): 2179-2184. |
| [8] | 李云峰, 李晟阳, . 基于梯度方向信息熵的印刷电路板缺陷检测[J]. 中国机械工程, 2017, 28(06): 695-701. |
| [9] | 张腾达, 卢荣胜, 党学明. TFT-LCD表面缺陷检测中一维DFT方法中邻域r的自动选取[J]. 中国机械工程, 2016, 27(21): 2895-2901. |
| [10] | 朱学耕, 董世运, 徐滨士. 压缩机叶轮叶根缺陷相控阵超声检测方法研究[J]. 中国机械工程, 2015, 26(18): 2436-2441. |
| [11] | 杨庆华1, 陈亮1, 荀一1, 陈文彪2. 基于机器视觉的PCB裸板缺陷自动检测方法[J]. 中国机械工程, 2012, 23(22): 2661-2666. |
| [12] | 丛家慧, 颜云辉. 视觉注意机制在带钢表面缺陷检测中的应用 [J]. 中国机械工程, 2011, 22(10): 1189-1192,1221. |
| [13] | 王珅;黄松岭;赵伟;. 平板兰姆波与缺陷作用边界元仿真实现研究[J]. J4, 2009, 20(08): 0-886. |
| 阅读次数 | ||||||
|
全文 |
|
|||||
|
摘要 |
|
|||||