工业生产中的表面缺陷检测

2021-05-27 15:02

表面缺陷检测在工业生产中起着非常重要的作用，基于机器视觉的表面缺陷检测可以极大的提升工业生产的效率。随着近年来深度学习在计算机视觉领域的发展，卷积神经网络在诸多图像任务上都取得了显著的效果，然而这些方法往往是需要大量标注数据的有监督学习。在实际的工业场景中，缺陷样本往往是难以收集的，而且标注的成本也十分巨大。

机器视觉可以替代人眼进行检测，但在实际应用中仍面临很多挑战，尤其是近几年的传统图像算法解决方案基于经验手工设计，算法存在精度较低且不够鲁棒的问题，特别是在诸如打光、形变、失真和遮挡等复杂的场景中。现今深度学习在特征提取方面有着亮眼的表现，在诸多有监督的任务上都取得了优质的表现，例如分类、目标检测和图像分割。

同时，近年来也涌现了不少用卷积神经网络来进行缺陷检测的方案，其中最常见的是直接利用目标检测网络如Faster RCNN或者SSD对缺陷进行定位和分类。也有先用目标检测进行粗定位，然后用FCN进行语义分割得到精确定位的方法，这种方法可以得到缺陷的精准轮廓，但是这些方法都属于有监督的学习，在实际的工业应用中存在以下问题：

缺少缺陷样本：在实际应用中，用于训练的缺陷样本往往是非常稀少且难以获取的。因此在训练过程中正负样本是非常不均衡的，这极大的限制了模型的性能，甚至导致模型完全不可用。在缺陷外观多变的场景下，有监督学习的方法往往无法满足正常的生产需求。

人工标注成本高昂：实际的工业缺陷检测场景中，通常存在许多不同种类的缺陷，检测的标准和质量指标往往也不同。这就需要人为标注大量的训练数据来满足特定需求，这需要付出大量的人力资源。

所以目前不断有学者提出基于正样本训练的缺陷检测方法。训练过程中只需要提供足够的正样本，无需缺陷数据和手动标注，也可以取得较好的缺陷检测效果，具有较高的应用价值。