CN114723751A - 一种基于无监督的带钢表面缺陷在线检测方法 - Google Patents

一种基于无监督的带钢表面缺陷在线检测方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及带钢的检测领域，公开一种基于无监督的带钢表面缺陷在线检测方法，具体的，该方法首先是获得带钢表面的图像，再对图像分割处理，并将分割后的图像单元的像素值构造矩阵，并通过K‑means将矩阵的特征值的平均值分类两类，最后通过类间距离和类内距离判断两类是否为同一类。该方法具有计算量小、无需历史数据的特点，并且相比现有的方法不需要监督。

Description

一种基于无监督的带钢表面缺陷在线检测方法
技术领域
本发明涉及检测领域，具体讲是一种基于无监督的带钢表面缺陷在线检测方法。
背景技术
随着我国经济的快速发展，人们对板带钢的需求越来越大，近年来板带钢生产得到了快速发展，板带钢作为钢铁产业的重要产品之一，已经被应用于工业生产制造、航空航天等诸多高精密领域。因此，这对板带钢的表面质量有着很高的要求，通常需要对板带钢表面进行缺陷检测。
当前的板带钢表面缺陷检测通常为人工进行肉眼检测，但随着工作时间上的延长，人会产生视觉疲劳。尤其当板带钢处于快速运转时，人对板带钢表面的缺陷更加难以判断。与机器视觉检测相比，机器不会因时间过长产生疲劳，符合现在批量生产的要求。但是在常见带钢表面视觉检测系统中，因表面缺陷类型种类较多且不规则等原因，难以保障带钢表面缺陷检测的精准检测。
发明内容
因此，为了解决上述不足，本发明在此提供一种用于检测带钢表面缺陷的方法，该方法具有计算量小、无需历史数据的特点，并且相比现有的方法无需历史的有缺陷样本，即不需要监督。
具体的，一种基于无监督的带钢表面缺陷在线检测方法，包括如下步骤：
步骤一、获得带钢图像，并将该图像分割为数块相同尺寸的图像单元；
步骤二、获取每块图像单元的像素值，并形成矩阵；
步骤三、计算所述矩阵的特征值，并计算该特征值的平均值；在步骤一至三中，如果图像中有缺陷，则有缺陷的像素会与正常情况下的像素不同，即两者的平均值会有差异。
步骤四、通过K-means将数块图像单元的平均值分为两类，该步骤可以强行将平均值分为两类，以降低漏检的概率；
步骤五、通过公式分别计算两类的类内距离；
步骤六、通过公式计算两类的类间距；其中步骤五和步骤六用于判断两类是否可以归为同一类。
步骤七、根据类内间距和类间距判断当前带钢的表面缺陷。
本发明具有如下优点：
本发明是通过像素块的像素值构造矩阵，并通过K-means将矩阵的特征值的平均值分类两类，最后通过类间距离和类内距离判断两类是否为同一类，从而实现带钢表面缺陷检测；该发明具有计算量小、无需历史数据的特点。
同时相比传统技术，本发明采用无监督方法实现检测，无需历史的缺陷样本（即不需要监督），且不受缺陷类型的约束。
附图说明
图1是本发明的方法流程示意图。
具体实施方式
下面将结合附图1对本发明进行详细说明，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
具体的，为了发现带钢表面缺陷，该实施例提供了一种基于无监督的带钢表面缺陷在线检测方法，具体步骤如下：
步骤一：将带钢图像分割成
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE002
个相同尺寸
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE004
的块，其中，
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE006
，N表示图像的横像素，M表示图像的纵像素，p表示块的横像素，q表示块的纵像素；
步骤二：获取每块的像素值，形成矩阵
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE008
，其中
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE010
；
步骤三：计算矩阵
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE012
的特征值
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE014
，并计算特征值的平均值
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE016
；
步骤四：通过K-means将
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE018
个平均值分为类
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE020
和类
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE022
，其中类
Figure 615582DEST_PATH_IMAGE020
中有X个样本，类
Figure 1564DEST_PATH_IMAGE022
中有Y个样本，且
Figure DEST_PATH_IMAGE024
；
步骤五：通过公式
Figure DEST_PATH_IMAGE026
计算类
Figure 718984DEST_PATH_IMAGE020
的类内距离
Figure DEST_PATH_IMAGE028
，
通过公式
Figure DEST_PATH_IMAGE030
计算类
Figure DEST_PATH_IMAGE032
的类内距离
Figure DEST_PATH_IMAGE034
；
其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE036
和
Figure DEST_PATH_IMAGE038
属于类
Figure 222515DEST_PATH_IMAGE020
，
Figure 771308DEST_PATH_IMAGE036
和
Figure 328192DEST_PATH_IMAGE038
分别表示类
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE039
中第k个和第l个样本，
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE041
和
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE043
属于类
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE044
，
Figure 1750DEST_PATH_IMAGE041
和
Figure 935071DEST_PATH_IMAGE043
分别表示类
Figure 836905DEST_PATH_IMAGE032
中第k个和第l个样本。
步骤六：通过公式
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE046
计算类
Figure 299111DEST_PATH_IMAGE039
和类
Figure DEST_PATH_IMAGE047
的类间距离
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE049
。
其中，
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE051
为类
Figure DEST_PATH_IMAGE052
的类心，
Figure DEST_PATH_IMAGE054
为类
Figure 928806DEST_PATH_IMAGE047
的类心。
步骤七：如果
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE056
且
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE058
，则类
Figure DEST_PATH_IMAGE059
和类
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE060
不属于同一类，当前带钢有表面缺陷。反之，无缺陷。
本发明是通过分割图像，并获得分割后的图像的像素，在将像素块的像素值构造矩阵，并通过K-means将矩阵的特征值的平均值分类两类，最后通过类间距离和类内距离判断两类是否为同一类，从而实现带钢表面缺陷检测；该发明专利具有计算量小、无需历史数据的特点。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (8)

1.一种基于无监督的带钢表面缺陷在线检测方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、获得带钢图像，并将该图像分割为数块相同尺寸的图像单元；
S2、获取每块图像单元的像素值，并形成矩阵；
S3、计算所述矩阵的特征值，并计算该特征值的平均值；
S4、通过K-means将数块图像单元的平均值分为两类；
S5、通过公式分别计算两类的类内距离；
S6、通过公式计算两类的类间距；
S7、根据类内间距和类间距判断当前带钢的表面缺陷。
2.根据权利要求1所述一种基于无监督的带钢表面缺陷在线检测方法，其特征在于：所述步骤S1的具体方法如下，
将带钢图像分割成
Figure DEST_PATH_IMAGE002
个相同尺寸
Figure DEST_PATH_IMAGE004
的块，其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE006
，N表示图像的横像素，M表示图像的纵像素，p表示块的横像素，q表示块的纵像素。
3.根据权利要求2所述一种基于无监督的带钢表面缺陷在线检测方法，其特征在于：所述步骤S2的具体方法如下，
获取每块的像素值，形成矩阵
Figure DEST_PATH_IMAGE008
，其中
Figure DEST_PATH_IMAGE010
。
4.根据权利要求3所述一种基于无监督的带钢表面缺陷在线检测方法，其特征在于：所述步骤S3的具体方法如下，
计算矩阵
Figure DEST_PATH_IMAGE012
的特征值
Figure DEST_PATH_IMAGE014
，并计算特征值的平均值
Figure DEST_PATH_IMAGE016
。
5.根据权利要求4所述一种基于无监督的带钢表面缺陷在线检测方法，其特征在于：所述步骤S4的具体方法如下，
通过K-means将
Figure DEST_PATH_IMAGE018
个平均值分为类
Figure DEST_PATH_IMAGE020
和类
Figure DEST_PATH_IMAGE022
，其中
Figure DEST_PATH_IMAGE023
中有X个样本， 类
Figure DEST_PATH_IMAGE025
中有Y个样本，且
Figure DEST_PATH_IMAGE027
。
6.根据权利要求5所述一种基于无监督的带钢表面缺陷在线检测方法，其特征在于：所述步骤S5的具体方法如下，
通过式
Figure DEST_PATH_IMAGE029
计算类
Figure DEST_PATH_IMAGE031
的类内距离
Figure DEST_PATH_IMAGE033
；
通过式
Figure DEST_PATH_IMAGE035
计算类
Figure DEST_PATH_IMAGE037
的类内距离
Figure DEST_PATH_IMAGE039
；
其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE041
和
Figure DEST_PATH_IMAGE043
属于类
Figure 545529DEST_PATH_IMAGE031
，
Figure DEST_PATH_IMAGE044
和
Figure 931511DEST_PATH_IMAGE043
分别表示类
Figure 445669DEST_PATH_IMAGE031
中第k个和第l个样本，
Figure DEST_PATH_IMAGE046
和
Figure DEST_PATH_IMAGE048
属于类
Figure DEST_PATH_IMAGE049
，
Figure 512982DEST_PATH_IMAGE046
和
Figure 61775DEST_PATH_IMAGE048
分别表示类
Figure 618658DEST_PATH_IMAGE049
中第k个和第l个样本。
7.根据权利要求6所述一种基于无监督的带钢表面缺陷在线检测方法，其特征在于：所述步骤S6的具体方法如下，
通过式
Figure DEST_PATH_IMAGE051
计算类
Figure 88954DEST_PATH_IMAGE031
和类
Figure 526669DEST_PATH_IMAGE049
的类间距离
Figure DEST_PATH_IMAGE053
；
其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE055
为类
Figure DEST_PATH_IMAGE056
的类心，
Figure DEST_PATH_IMAGE058
为类
Figure DEST_PATH_IMAGE060
的类心。
8.根据权利要求7所述一种基于无监督的带钢表面缺陷在线检测方法，其特征在于：所述步骤S7的具体方法如下，
如果
Figure DEST_PATH_IMAGE062
且
Figure DEST_PATH_IMAGE064
，则类
Figure 805335DEST_PATH_IMAGE056
和类
Figure 533119DEST_PATH_IMAGE060
不属于同一类，当前带钢有表面缺陷，反之，无缺陷。
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