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带钢表面质量缺陷检测与分类方法研究

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第1章 绪论

1.1 课题的来源及目的

1.2 课题研究背景及意义

1.3 国内外研究现状

1.4 本文结构

第2章 带钢表面缺陷图像预处理

2.1 带钢表面缺陷

1.边浪

2.夹杂

3.孔洞

4.划伤

5.无渍

6.无缺陷

2.2 图像去噪

2.2.1 噪声类型

2.2.2 缺陷图像去噪方法

2.2.3 结果对比分析

2.3 缺陷图像增强

2.3.1 图像增强方法

2.3.2 结果与分析

2.4 图像分割

2.4.1 图像分割方法

2.4.2 结果与分析

2.5 本章小结

第3章 带钢表面缺陷特征提取及选择

3.1 特征提取

3.1.1 几何特征

3.1.2 灰度特征

3.1.3 纹理特征

3.14 不变矩和拓扑特征

3.1.5 提取部分结果

3.2 特征选择

3.2.1 主成分分析法

3.2.2 Relief F算法

3.3 实验结果

3.4 本章总结

第4章 带钢表面缺陷分类算法

4.1 支持向量机

4.2 K近邻算法

4.3 随机森林

4.4 神经网络

4.4.1 BP神经网络

4.4.2 径向基函数神经网络

4.5 实验结果分析

1. 预处理及特征选择

2. 各分类器结果

4.6 本章总结

第5章 总结与展望

5.1 总结

5.2 展望

参考文献

致谢

附录

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摘要

带钢作为在钢铁工业上的一种重要产品,现如今已被广泛应用在电子电气、机械制造、航空航天工业等领域,所以带钢表面质量的好坏是决定其产品品质的一个必要指标。但由于在带钢生产过程中,会受到生产线上的机械设备、每项加工手法、还有不同生产空间环境等多方面影响,所以带钢表面质量就会出现边浪、夹杂、孔洞、划伤、污渍等各种各样的缺陷,而这些缺陷会严重影响带钢产品的质量。因此,如何高效、准确的检测出钢板带表面出现的缺陷,成为提高钢板带产品质量所需解决的问题,并具有重要的理论研究价值。在此背景下,本文对处理带钢表面质量缺陷的图像所运用的预处理技术、特征提取和特征选择技术以及最后的分类方法进行了研究。主要工作如下: (1)本文对带钢表面缺陷图像预处理技术做出以下三方面的研究:首先为了避免图像中噪声的干扰,通过对比四种常用的去噪方式,选定对缺陷保留效果更好的中值滤波来去噪。其次为让缺陷图像中缺陷目标与背景更好的区分,采取了图像增强的方式,选定了使像素分布更均匀的直方图均值化的方法。最后为使缺陷区域与图像分离,运用图像分割的方式,通过对比四种常用分割方式,选定分割效果最为明显的Canny算子进行图像分割。 (2)本文为将图像可视信息转化为数据信息,所以采取了特征提取的方式,从预处理后的图像中提取了包含几何特征、灰度特征、纹理特征等154维特征。为避免过度拟合,也为提高分类的准确度,采用主成分分析法、Relief F算法及Relief F算法与PCA结合,共三种方法来对特征数据集进行特征降维及特征选择,处理后的特征分别为25维、25维和22维,降低了后续的计算量。 (3)本文对降维及选择后的三种数据结果分别与支持向量机、K近邻算法、随机森林算法、BP神经网络和RBF神经网络共五种分类方式进行分类,通过对分类的准确度及时间长短的对比,分析得出准确度最高为PCA降维后结合SVM分类,准确度达到了96.25%。但综合准确度及时间来看,随机森林不仅分类准确度较高而且所用时间也较短。

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