Visual steel surface defect detection is an essential step in steel sheet manufacturing. Several machine learning-based automated visual inspection (AVI) methods have been studied in recent years. However, most steel manufacturing industries still use manual visual inspection due to training time and inaccuracies involved with AVI methods. Automatic steel defect detection methods could be useful in less expensive and faster quality control and feedback. But preparing the annotated training data for segmentation and classification could be a costly process. In this work, we propose to use the Transfer Learning-based U-Net (TLU-Net) framework for steel surface defect detection. We use a U-Net architecture as the base and explore two kinds of encoders: ResNet and DenseNet. We compare these nets' performance using random initialization and the pre-trained networks trained using the ImageNet data set. The experiments are performed using Severstal data. The results demonstrate that the transfer learning performs 5% (absolute) better than that of the random initialization in defect classification. We found that the transfer learning performs 26% (relative) better than that of the random initialization in defect segmentation. We also found the gain of transfer learning increases as the training data decreases, and the convergence rate with transfer learning is better than that of the random initialization.


翻译:视觉钢表面缺陷检测是钢板制造中的一个重要步骤。 近些年来已经研究过若干基于机器学习的自动视觉检查(AVI)方法。 但是,由于AVI方法所涉及的培训时间和不准确性,大多数钢制造业仍然使用人工视觉检查。 自动钢质缺陷检测方法可能有益于更便宜和更快的质量控制和反馈。 但是,为分解和分类编写附加说明的培训数据可能是一个昂贵的过程。 在这项工作中,我们提议使用基于转移的学习U-Net(TLU-Net)框架来检测钢质表面缺陷。 我们使用U-Net结构作为基础,并探索两种编码器:ResNet和DenseNet。我们使用随机初始化和使用图像网络数据集培训的预先培训网络来比较这些网络的性能。实验是使用Severstal数据进行的。结果表明,传输学习的成绩比随机初始初始化的难度化要好。 我们发现,转移的成绩比随机初始初始化要好得多。 我们发现,随着学习的趋同学习程度的转移速度会降低。

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