Additive Manufacturing (AM) has emerged as a manufacturing process that allows the direct production of samples from digital models. To ensure that quality standards are met in all manufactured samples of a batch, X-ray computed tomography (X-CT) is often used combined with automated anomaly detection. For the latter, deep learning (DL) anomaly detection techniques are increasingly, as they can be trained to be robust to the material being analysed and resilient towards poor image quality. Unfortunately, most recent and popular DL models have been developed for 2D image processing, thereby disregarding valuable volumetric information. This study revisits recent supervised (UNet, UNet++, UNet 3+, MSS-UNet) and unsupervised (VAE, ceVAE, gmVAE, vqVAE) DL models for porosity analysis of AM samples from X-CT images and extends them to accept 3D input data with a 3D-patch pipeline for lower computational requirements, improved efficiency and generalisability. The supervised models were trained using the Focal Tversky loss to address class imbalance that arises from the low porosity in the training datasets. The output of the unsupervised models is post-processed to reduce misclassifications caused by their inability to adequately represent the object surface. The findings were cross-validated in a 5-fold fashion and include: a performance benchmark of the DL models, an evaluation of the post-processing algorithm, an evaluation of the effect of training supervised models with the output of unsupervised models. In a final performance benchmark on a test set with poor image quality, the best performing supervised model was MSS-UNet with an average precision of 0.808 $\pm$ 0.013, while the best unsupervised model was the post-processed ceVAE with 0.935 $\pm$ 0.001. The VAE/ceVAE models demonstrated superior capabilities, particularly when leveraging post-processing techniques.


翻译:增材制造作为一种制造工艺,能直接从数字模型生产样品。为确保批次中所有样品符合质量标准,常将X射线计算机断层扫描与自动异常检测相结合。在异常检测方面,深度学习技术因其可训练至对分析材料具有鲁棒性、对低质量图像具有弹性而日益受到青睐。然而,当前大多数流行的深度学习模型专为二维图像处理而开发,忽略了有价值的三维体积信息。本研究重新审视了近期用于X-CT图像增材制造样品孔隙率分析的监督模型(UNet、UNet++、UNet 3+、MSS-UNet)与无监督模型(VAE、ceVAE、gmVAE、vqVAE),并将其扩展至接受三维输入数据,采用三维块处理流程以降低计算需求、提升效率与泛化能力。监督模型使用Focal Tversky损失函数进行训练,以应对训练数据集中低孔隙率导致的类别不平衡问题。无监督模型的输出经后处理以减少因无法充分表征物体表面而产生的误分类。研究结果通过五折交叉验证,包括:深度学习模型的性能基准测试、后处理算法评估、以及用无监督模型输出训练监督模型的效果评估。在最终针对低质量图像测试集的性能基准测试中,表现最佳的监督模型为MSS-UNet,平均精度达0.808 ± 0.013;最佳无监督模型为经后处理的ceVAE,平均精度达0.935 ± 0.001。VAE/ceVAE模型展现出卓越能力,尤其在采用后处理技术时。

0
下载
关闭预览

相关内容

ACM/IEEE第23届模型驱动工程语言和系统国际会议,是模型驱动软件和系统工程的首要会议系列,由ACM-SIGSOFT和IEEE-TCSE支持组织。自1998年以来,模型涵盖了建模的各个方面,从语言和方法到工具和应用程序。模特的参加者来自不同的背景,包括研究人员、学者、工程师和工业专业人士。MODELS 2019是一个论坛,参与者可以围绕建模和模型驱动的软件和系统交流前沿研究成果和创新实践经验。今年的版本将为建模社区提供进一步推进建模基础的机会,并在网络物理系统、嵌入式系统、社会技术系统、云计算、大数据、机器学习、安全、开源等新兴领域提出建模的创新应用以及可持续性。 官网链接:http://www.modelsconference.org/
不可错过!《机器学习100讲》课程,UBC Mark Schmidt讲授
专知会员服务
76+阅读 · 2022年6月28日
专知会员服务
61+阅读 · 2020年3月19日
100+篇《自监督学习(Self-Supervised Learning)》论文最新合集
专知会员服务
167+阅读 · 2020年3月18日
Stabilizing Transformers for Reinforcement Learning
专知会员服务
60+阅读 · 2019年10月17日
[综述]深度学习下的场景文本检测与识别
专知会员服务
78+阅读 · 2019年10月10日
【哈佛大学商学院课程Fall 2019】机器学习可解释性
专知会员服务
105+阅读 · 2019年10月9日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
无监督元学习表示学习
CreateAMind
27+阅读 · 2019年1月4日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
vae 相关论文 表示学习 1
CreateAMind
12+阅读 · 2018年9月6日
【推荐】图像分类必读开创性论文汇总
机器学习研究会
14+阅读 · 2017年8月15日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2009年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2008年12月31日
An Overview on Machine Translation Evaluation
Arxiv
14+阅读 · 2022年2月22日
A Survey on Data Augmentation for Text Classification
On Feature Normalization and Data Augmentation
Arxiv
15+阅读 · 2020年2月25日
VIP会员
最新内容
综述|学习式3D表征最新进展与趋势
专知会员服务
0+阅读 · 10分钟前
人工智能重塑威慑:算法优势的兴起
专知会员服务
2+阅读 · 今天14:27
AgentOps综述:智能体系统运维框架
专知会员服务
14+阅读 · 6月4日
《美陆军最新条令:兵力防护》
专知会员服务
9+阅读 · 6月4日
《人工智能的挑战:算法战的想象与现实》
专知会员服务
11+阅读 · 6月4日
首场人工智能战争:Maven如何重塑武装冲突
专知会员服务
7+阅读 · 6月4日
相关资讯
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
无监督元学习表示学习
CreateAMind
27+阅读 · 2019年1月4日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
vae 相关论文 表示学习 1
CreateAMind
12+阅读 · 2018年9月6日
【推荐】图像分类必读开创性论文汇总
机器学习研究会
14+阅读 · 2017年8月15日
相关基金
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2009年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2008年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员