激光与光电子学进展, 2020, 57 (24): 241011, 网络出版: 2020-12-09   

基于卷积神经网络的数码印花缺陷分类算法 下载: 858次

Digital Printing Defect Classification Algorithm Based on Convolutional Neural Network
作者单位
西安工程大学电子信息学院, 陕西 西安 710048
图 & 表

图 1. 数码印花缺陷样例。(a) PASS道;(b)喷墨不均;(c)漏墨;(d)布匹褶皱

Fig. 1. Examples of digital printing defects. (a) PASS tracks; (b) uneven inkjet; (c) ink leakage; (d) fabric wrinkles

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图 2. RGB颜色空间直方图均衡化处理结果。(a) PASS道;(b)喷墨不均;(c)漏墨;(d)布匹褶皱

Fig. 2. RGB color space histogram equalization processing results. (a) PASS tracks; (b) uneven inkjet; (c) ink leakage; (d) fabric wrinkles

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图 3. 高斯滤波处理结果。(a) PASS道;(b)喷墨不均;(c)漏墨;(d)布匹褶皱

Fig. 3. Gaussian filtering processing results. (a) PASS tracks; (b) uneven inkjet; (c) ink leakage; (d) fabric wrinkles

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图 4. 局部均值法的图像分辨率调整结果。(a)分辨率调整前;(b)分辨率调整后

Fig. 4. Adjustment results of image resolution based on local mean algorithm. (a) Before resolution adjustment; (b) after resolution adjustment

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图 5. 图像数据增强结果。(a)原图;(b)垂直翻转;(c)水平镜像;(d)旋转90°;(e)旋转180°;(f)旋转270°

Fig. 5. Image data enhancement results. (a) Original image; (b) flip vertically; (c) horizontal mirroring; (d) rotate 90°; (e) rotate 180°; (f) rotate 270°

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图 6. 分类算法流程图

Fig. 6. Flow chart of classification algorithm

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图 7. 卷积神经网络拓扑结构

Fig. 7. Topological structure of convolutional neural network

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图 8. 数码印花缺陷数据集样本。(a)~(d) PASS道;(e)~(h)喷墨不均;(i)~(l)漏墨;(m)~(p)布匹褶皱

Fig. 8. Samples of digital printing defect data set. (a)--(d) PASS tracks; (e)--(h) uneven inkjet; (i)--(l) ink leakage; (m)--(p) fabric wrinkles

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图 9. 总损失率曲线

Fig. 9. Total loss rate curve

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图 10. 不同CNN模型预测Kappa系数值

Fig. 10. Kappa coefficient value predicted by different CNN models

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表 1数码印花缺陷特征对比

Table1. Comparison of defect features in digital printing

Type of defectCause of formationAppearance shapeProbability of occurrence
PASS tracksNozzle clogging,motor step deviationNarrow linearHigh
Uneven inkjetUneven inkjet output debuggingFlatLow
Ink leakageInkjet pressure instabilityDottedMedium
Fabric wrinklesUneven cloth pressStripLow

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表 2不同目标函数对应的分类准确率

Table2. Classification accuracy corresponding to different objective functions

Objective functionAccuracy/%
Softmax cross entropy98.14
Classification cross entropy96.42
Binary cross entropy81.29
Mean square loss88.02
Hinge loss74.92
ROC AUC score77.33

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表 3不同优化函数对应的分类准确率

Table3. Classification accuracy corresponding to different optimization algorithms

OptimizationAccuracy/%
Adaptive moment estimation98.21
Stochastic gradient descent74.84
Root mean square propagation65.38
Momentum gradient descent92.73
Adaptive sub-gradient method81.67

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表 4每类缺陷分类性能指标

Table4. Performance index of each defect classification

DefectclassificationPerformance /%Averageaccuracy /%Standarddeviation
12345678910
Validation set98.1798.5396.3395.0098.3396.1795.6198.4195.2796.1896.800.0133
Test setPASS tracks9294899585938690889190.300.0316
Uneven inkjet9498979691899292939093.200.0286
Ink leakage981009397949510098969796.800.0223
Fabric wrinkles10093969598969794959495.800.0199

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表 5不同CNN模型训练和测试用时

Table5. Training and testing time of different CNN models

CNN modelLeNet5AlexNetVGG16GoogLeNetProposed
Training/min769211413665
Testing/ms156415312410

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苏泽斌, 高敏, 李鹏飞, 景军锋, 张缓缓. 基于卷积神经网络的数码印花缺陷分类算法[J]. 激光与光电子学进展, 2020, 57(24): 241011. Zebin Su, Min Gao, Pengfei Li, Junfeng Jing, Huanhuan Zhang. Digital Printing Defect Classification Algorithm Based on Convolutional Neural Network[J]. Laser & Optoelectronics Progress, 2020, 57(24): 241011.

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