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基于深度学习的工业产品表面缺陷检测算法研究与应用

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基于深度学习的工业产品表面缺陷检测算法研究与应用

作者：许清钰齐鲁工业大学

学位级别：硕士

随着工业4.0的兴起,工业和制造业的需求从数量的扩张转向质量的提升,工业产品的质量成为企业竞争的焦点。在生产过程中缺陷是不可避免的,因此对工业产品表面进行缺陷检测就显得尤为重要。传统的人工检测成本高、效率低,而基于图像处理... 详细信息

随着工业4.0的兴起,工业和制造业的需求从数量的扩张转向质量的提升,工业产品的质量成为企业竞争的焦点。在生产过程中缺陷是不可避免的,因此对工业产品表面进行缺陷检测就显得尤为重要。传统的人工检测成本高、效率低,而基于图像处理算法的机器视觉方法受限于人工特征设计难以广泛应用。能够自动学习关键特征的深度学习技术为解决这些挑战提供了新的途径,但由于实际工业生产的环境因素复杂,将其直接应用到工业产品的缺陷检测领域仍然比较困难。首先,工业产品表面缺陷中存在着许多不明显的特征。这些不明显的缺陷就存在两个问题。(1)缺陷特征微小,特征量不足,这就导致了当下的目标检测算法在直接应用于缺陷检测时,容易出现缺陷特征随着卷积次数增多而在网络的深层次中丢失细节信息,最终影响到缺陷的定位和分类。(2)缺陷不明显和背景相似,这就导致了当下缺少关注机制的检测网络,难以有效地区分出这些缺陷在背景中的位置,最终影响到检测精度。其次,工业产品表面缺陷中不少缺陷尺度相当的不规则,并且尺度变化大。这就给当下固定大小卷积核的检测网络带来困难,卷积核大小限制了网络的感受野,难以完整地提取到缺陷特征,最终同样会影响到缺陷检测的精度。同时,为了能够方便部署网络的计算成本应尽可能地少。针对上述问题,本文将针对先进的目标检测算法进行改进。本文主要研究成果及创新性工作可以概括为以下几个方面:(1)构建了基于冗余特征重用和感受野增强的工业产品表面缺陷检测算法。在本算法中,为了在改进的同时保持较低的计算成本,YOLOv5s被选为基线模型。该算法设计了冗余特征重用模块(RFRM)作为新的特征提取模块,以较低的成本深化网络结构,扩大感受野,同时减少细节信息的丢失。该算法在网络的颈部和头部之间引入了感受野增强模块(RFEM),进一步增强了捕获完整缺陷特征的能力。通过在颈部加入注意力模块,利用注意力机制加强特征表示,突出缺陷特征,抑制背景噪声,从而提高网络在缺陷检测任务中的性能。(2)构建了基于感受野增大和额外特征信息补充的工业产品表面缺陷检测算法。该算法中,YOLOv5s同样被选为基线模型。考虑到YOLOv5s中小卷积核的局限性,尽管可以通过堆叠卷积层和插入感受野增强模块来扩大网络的感受野,但网络浅层可能因感受野不足而丢失缺陷特征信息。为此,设计了一个感受野增大(C3RF)模块,利用大卷积核结构进行特征提取,以减少浅层缺陷特征的丢失,提高检测准确率。此外,还设计了具有额外信息分支补充的特征金字塔(EFPN),以有效地将浅层的细节信息传递给深度网络。针对不明显的缺陷,采用注意力机制加强特征并抑制背景噪声,进一步提升检测准确性。(3)构建了基于可变形卷积和浅层特征增强的工业产品表面缺陷检测算法。YOLOv8s由于采用了Anchor-Free机制和多尺度信息捕获的C2f模块,表现出更优的缺陷检测性能,因此被选为本算法的基线模型。考虑到YOLOv8s网络结构中卷积核尺寸固定和上述提到的两个算法中存在的感受野固定的问题。该算法进一步设计了可变形卷积特征提取(C3DCE)模块作为新的特征提取模块。同时,为降低浅层信息传递至深层网络的计算成本,设计了浅层特征增强(LFE)模块,以补充中层和深层网络的细节信息。经过实验,筛选出最适合模型的注意力机制,进一步提升了检测准确性。将所提算法应用于缺陷检测,实验结果证实,本文提出的算法在工业产品表面缺陷图像检测方面,相较其他主流目标检测方法,具有更优的检测效果。

关键词：注意力机制深度学习目标检测缺陷检测卷积神经网络

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载货汽车弯道侧翻路侧预测方法

吉林大学学报（工学版） 2024年第5期54卷 1302-1310页

作者：许清津付锐郭应时吴付威长安大学汽车学院西安710064 长安大学汽车运输安全保障技术交通行业重点实验室西安710064

载货汽车重心高的特点极易因操作不当引发侧翻,为此,依靠现有路侧测量设备提出一种可快速投入使用的车辆弯道侧翻预测方法。首先,提出基于改进KNN的车辆重心高度回归预测模型实现车辆重心高度路侧动态估计;然后,建立基于横向载荷转移率... 详细信息

载货汽车重心高的特点极易因操作不当引发侧翻,为此,依靠现有路侧测量设备提出一种可快速投入使用的车辆弯道侧翻预测方法。首先,提出基于改进KNN的车辆重心高度回归预测模型实现车辆重心高度路侧动态估计;然后,建立基于横向载荷转移率的车辆侧倾估计模型实现侧倾程度路侧估计;最后,提出在线ARIMA模型在线预测车辆侧倾状态。MATLAB/Simulink与TruckSim联合仿真结果表明:本文提出的侧翻预测方法在弯道全程均能准确预测车辆LTR变化趋势和其极限值,从而为路侧设施在弯道发布针对性预警提供依据。

关键词：交通工程侧翻预测在线ARIMA 路侧感知设备重心高度估计 TruckSim仿真

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影响烤烟绿原酸含量因素的研究进展

安徽农学通报 2016年第17期22卷 22-25,36页

作者：田阿林周文康温圣贤黄国联许清孝李宏光湖南农业大学教育学院湖南长沙410128 湖南省郴州市烟草公司湖南郴州423000

绿原酸是烟叶中最主要的酚类物质,与烤烟的色泽、香气及质量密切相关。该文以绿原酸的遗传研究现状作为出发点,围绕生态、栽培和调制3个方面对影响烟草绿原酸含量的因素进行了分析,为有目的地改善烟叶香气品质、外观质量和服务生产实际... 详细信息

绿原酸是烟叶中最主要的酚类物质,与烤烟的色泽、香气及质量密切相关。该文以绿原酸的遗传研究现状作为出发点,围绕生态、栽培和调制3个方面对影响烟草绿原酸含量的因素进行了分析,为有目的地改善烟叶香气品质、外观质量和服务生产实际提供理论依据。

关键词：烤烟绿原酸转基因调控生态因素栽培措施调制技术

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烤烟硫来源及控制措施研究进展

作物研究 2016年第5期30卷 600-606页

作者：田阿林温圣贤黄国联许清孝李宏光湖南农业大学教育学院长沙410128 湖南省烟草公司郴州市公司郴州423000

硫元素是烤烟必需的营养元素,与烟草产量和品质有密切关系;硫含量过高会影响烤烟香吃味、燃烧性等品质指标。我国烤烟硫含量普遍偏高。从烤烟品种、土壤、肥料等方面,综述了近年来有关烤烟硫的来源及降低烤烟硫含量农艺措施的研究进展,... 详细信息

硫元素是烤烟必需的营养元素,与烟草产量和品质有密切关系;硫含量过高会影响烤烟香吃味、燃烧性等品质指标。我国烤烟硫含量普遍偏高。从烤烟品种、土壤、肥料等方面,综述了近年来有关烤烟硫的来源及降低烤烟硫含量农艺措施的研究进展,提出了合理施用硫肥及有机肥、科学灌溉等技术措施和建议。

关键词：烤烟硫来源控制措施

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多雨寡照上部烟叶烘烤工艺研究

安徽农业科学 2015年第24期43卷 241-243页

作者：谭方利李宏光许清孝方明李生栋陈海洋曹健曹圣金湖南省烟草公司郴州市公司湖南郴州423000 河南农业大学烟草学院河南郑州450002

[目的]探索出适合湖南多雨寡日照气候下上部叶的最佳烘烤工艺。[方法]试验以湖南烟区的多雨寡日照条件下的上部叶为材料，设置3种烘烤工艺，主变黄期温湿度分别为（38．5±0．5）／（38．5±0．5）℃、（40．5±0．5）／（39．5±0．5... 详细信息

[目的]探索出适合湖南多雨寡日照气候下上部叶的最佳烘烤工艺。[方法]试验以湖南烟区的多雨寡日照条件下的上部叶为材料，设置3种烘烤工艺，主变黄期温湿度分别为（38．5±0．5）／（38．5±0．5）℃、（40．5±0．5）／（39．5±0．5）℃、（42．5±0．5）／（40．5±0．5）℃，其余均按照湖南省现行优质烟烘烤工艺进行，分析不同烘烤工艺对湖南多雨寡日照上部叶的烘烤效益影响。[结果]试验数据显示，主变黄温湿度为42～43℃／40～41℃的处理Ⅲ烤后烟叶质量较其他2个处理明显要高，且能够有效减少烘烤用时和烘烤耗能，烤后烟叶中上等烟比例明显提高。[结论]研究可为湖南烟区选择适合多雨寡日照烟叶烘烤工艺提供参考。

关键词：多雨寡照上部叶工艺

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四边不同支承条件下矩形板的结构计算

湖南大学学报（自然科学版） 2024年第1期51卷 101-111页

作者：杨成永许清滔马文辉韩薛果北京交通大学土木建筑工程学院北京100044 安徽省交通规划设计研究总院股份有限公司安徽合肥230088 北京城建轨道交通建设工程有限公司北京100176

采用带补充项的傅立叶级数作为挠度函数,针对四边不同支承矩形薄板,推导了确定待定系数的方程组,给出可处理简支边、固支边和自由边任意组合条件下统一的结构计算公式.探讨了集中荷载作用处弯矩级数解不收敛的处理办法,以及双向板简化... 详细信息

采用带补充项的傅立叶级数作为挠度函数,针对四边不同支承矩形薄板,推导了确定待定系数的方程组,给出可处理简支边、固支边和自由边任意组合条件下统一的结构计算公式.探讨了集中荷载作用处弯矩级数解不收敛的处理办法,以及双向板简化为单向板需要达到的长宽比问题.结果表明,集中荷载作用处的弯矩,可采用挠度值按中心差分公式进行计算,差分步长可取10 mm.对边支承对边自由板及一边固支三边自由板,可视作单向板.当四边支承板的长宽比达到2∶1、2.5∶1及4.5∶1时,可分别简化为两端固支、一端简支一端固支及两端简支单向板.三边支承一边自由板长宽比达到1∶1及2∶1时,可分别简化为两端固支(及一端简支一端固支)及两端简支单向板;长宽比达到6∶1时,可简化为悬臂单向板.两邻边支承两邻边自由板若要简化为悬臂单向板,在两支承边为固支时,长宽比需要达到2∶1;在支承边为一边简支一边固支时,长宽比要达到1.5∶1.

关键词：矩形薄板结构分析支承条件级数解收敛单向板

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湖南中下部烟叶不同变黄环境的研究

安徽农业科学 2015年第8期43卷 232-234页

作者：谭方利霍正威许清孝樊士军李宏光陈小康曹健曹圣金湖南省烟草公司郴州市公司湖南郴州423000 河南农业大学河南郑州450002

[目的]对比湖南多雨水烟叶不同变黄环境烟叶变黄特性,寻找湖南烟叶最佳变黄温湿度以促使烟叶更快更好变黄。[方法]对湖南在种不同烟草品种在不同温湿度条件下烟叶变黄状态、色素降解量以及烤后烟质量进行对比研究。[结果]研究发现,在高... 详细信息

[目的]对比湖南多雨水烟叶不同变黄环境烟叶变黄特性,寻找湖南烟叶最佳变黄温湿度以促使烟叶更快更好变黄。[方法]对湖南在种不同烟草品种在不同温湿度条件下烟叶变黄状态、色素降解量以及烤后烟质量进行对比研究。[结果]研究发现,在高温中湿变黄环境条件下烟叶既能较快地失水发软变黄、色素降解速率也在一个较高的水平,烤后效果更好。[结论]对不同气候条件下形成的烟叶灵活选择变黄方法有利于提高烟叶品质。

关键词：变黄对比高温中湿提高