基于解耦思想改进的Faster R-CNN柔性电路板表面缺陷检测方法研究

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柔性电路是一种采用柔性基板制成的印刷电路,而表面缺陷检测是保证柔性电路板出厂质量的关键步骤之一。虽然人工目检的方法逐渐被高速的计算机视觉方法所取代,但是基于传统图像特征的计算机视觉检测方法容易受到环境光照和图像纹理等因素影响,无法处理具有复杂背景和纹理的柔性电路板表面缺陷图像。以Faster R-CNN为代表的深度学习目标检测方法相比以往方法具有更好的特征提取效果与分类定位准确率,但是现有模型难以处理外形多变和尺度差异大的柔性电路板表面缺陷,因此本文针对柔性电路板表面缺陷特点以及模型耦合存在的特征不匹配问题进行研究,主要工作内容如下:(1)针对柔性电路板表面缺陷尺度变化大并且外形无规律的特点以及RPN网络与分类回归网络所需特征信息不一致的问题,提出了分层解耦RPN的目标检测模型。首先在特征提取网络中采用残差结构和多尺度特征融合结构,增强有利于定位分类柔性电路板表面缺陷的细节和多尺度特征信息;然后提出多重感受野融合模块,并通过在RPN网络输入前使用多个独立的多重感受野融合模块构建分层解耦RPN网络模型,降低与分类回归网络的耦合,同时增加RPN网络输入特征图中有利于缺陷初次定位的感受野大小和高层语义信息;最后通过正交实验确定不同模块的最佳参数。最终模型的m AP和召回率分别为0.9572和0.9696,检测效果优于其他目标检测方法。(2)针对模型分类回归网络中分类与回归任务之间的所需特征不匹配以及分类效果不佳的问题,提出了分类网络引导的柔性电路板表面缺陷检测方法。首先使用分类解耦模块和回归解耦模块分别增强分类任务与回归任务所需的特征信息,实现两种任务的解耦;然后提出在柔性电路板表面缺陷分类数据集中拥有最高分类准确率的SERes Net-18模型;接着提出改良的分类解耦模块,利用SERes Net-18网络提取的具体缺陷类别特征引导目标检测模型分类回归网络中分类部分的特征提取。最终模型的m AP和平均召回率分别为0.9598和0.9697,优于其他现有目标检测模型,证明了模型改进的有效性。
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