DE102019117680A1 - AUTOMATED SEGMENTATION PROCESS FOR QUALITY INSPECTION - Google Patents
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Abstract
Es wird ein Verfahren zur Vermessung von Defekten von Bauteilen in einem Qualitätsprüfungsverfahren vorgestellt. Das Verfahren weist ein Empfangen eines digitalen Bildes eines zu untersuchenden Bauteils, ein Empfangen eines ersten Referenzbildes des zu untersuchenden Bauteils und ein Ermitteln eines zweiten Referenzbildes aus einer Kombination des empfangenen digitalen Bildes und des ersten Referenzbildes auf. Darüber hinaus weist das Verfahren ein Aktivieren eines trainierten Machine-Learning basierten Klassifikatorsystems, welches mit Trainingsdaten zur Bildung eines Modells trainiert wurde, wobei das Modell als Basis für eine semantische Segmentierung von Voxel des empfangenen Bildes in Defektklassen dient, und Klassifizieren durch das aktivierte Klassifikatorsystems von Voxel des empfangenen digitalen Bildes auf, wobei als Eingangsdaten für das Klassifikatorsystems sowohl Voxel des empfangenen digitalen Bildes als auch Voxel des zweiten Referenzbildes dienen.A method for measuring defects in components in a quality inspection process is presented. The method includes receiving a digital image of a component to be examined, receiving a first reference image of the component to be examined, and determining a second reference image from a combination of the received digital image and the first reference image. In addition, the method has an activation of a trained machine learning-based classifier system, which was trained with training data to create a model, the model serving as the basis for semantic segmentation of voxels of the received image into defect classes, and classification by the activated classifier system of Voxels of the received digital image, both voxels of the received digital image and voxels of the second reference image serving as input data for the classifier system.
Description
Gebiet der ErfindungField of invention
Die Erfindung bezieht sich auf eine automatisierte Segmentierung von Defekten in Bilddateien bei Prüfprozessen, bei denen gleichartige Teile geprüft werden (Inline und At-Line) und insbesondere auf ein computer-implementiertes Verfahren zur Vermessung von Defekten von Bauteilen in einem Qualitätsprüfungsverfahren, ein entsprechendes System sowie ein entsprechendes Computerprogrammprodukt.The invention relates to an automated segmentation of defects in image files in test processes in which similar parts are tested (inline and at-line) and in particular to a computer-implemented method for measuring defects in components in a quality test process, a corresponding system and a corresponding computer program product.
Technischer HintergrundTechnical background
Um die Qualität von hergestellten Bauteilen auf einem kontinuierlich gleich bleibend hohem Niveau zu halten, sind permanente Qualitätskontrollen im laufenden Produktionsablauf unabdingbar. Dafür werden inzwischen vielfach optische Systeme eingesetzt, die mittels Bilderkennungsverfahren Defekte an oder in den hergestellten Bauteilen identifizieren können. In zunehmendem Maße werden auch Mikroskopsysteme für derartige Qualitätssicherungsmaßnahmen eingesetzt, bei denen mittels Vergrößerung kleine und kleinste Defekte in Bauteilen identifiziert werden können. Dies geschieht häufig mittels Bildsegmentierung.In order to keep the quality of manufactured components at a consistently high level, permanent quality controls in the ongoing production process are essential. In the meantime, optical systems are often used for this purpose, which can identify defects on or in the manufactured components using image recognition processes. Microscope systems are also increasingly being used for quality assurance measures of this kind, in which small and very small defects in components can be identified by means of magnification. This is often done using image segmentation.
Eine vollautomatische Segmentierung von Defekten ist insbesondere in Inline-Prozessen und At-Line notwendig, um in einem nachgelagerten Schritt die Dimensionen eines Defektes wie zum Beispiel sein Volumen, seinen Umfang, seinen Durchmesser oder eine lokale Häufigkeit ohne Benutzerinteraktionen vollautomatisch zu bestimmen. Nur so kann eine preislich günstige und vollständige Inspektion von Bauteilen zur Qualitätssicherung erfolgen.A fully automatic segmentation of defects is particularly necessary in inline processes and at-line in order to determine the dimensions of a defect such as its volume, its circumference, its diameter or a local frequency fully automatically in a subsequent step without user interaction. This is the only way to carry out an inexpensive and complete inspection of components for quality assurance.
Die automatische Segmentierung wird dabei auf unterschiedliche Art bewerkstelligt. In Prüfprozessen, die häufig auf Prozessänderungen reagieren müssen und mit einer großen Varianz an Defektausprägungen umgehen müssen, wird im allgemeinen ein Modell auf Basis einer Trainingsmenge für ein Machine-Learning-Modell bevorzugt, die aus Bauteilen des gleichen Typs wie der Prüfling besteht. Ein Ansatz besteht darin, ein Modell zu bilden, bei dem als Trainingsmenge vorwiegend fehlerfreie Teile ausgewählt werden und aus diesen pixel-oder voxel-weise das mathematische Mittel und/oder die Standardabweichung von Bildhelligkeitswerten bestimmt werden. Dies setzt allerdings voraus, dass die Trainingsmenge aus Bildern/Volumendaten des gleichen Bauteils besteht. Der Hauptnachteil dieses Verfahrens ist, dass neben Defekten auch Scan-Artefakte und leichte Verschiebungen von Elementen des Prüflings (z.B. Wände), die durch Fertigungstoleranzen bedingt sind, segmentiert werden und somit zu falschen Ergebnissen führen. Auch führen Kontrasteffekte zu einer geringen Robustheit dieses Verfahrens.The automatic segmentation is accomplished in different ways. In test processes that often have to react to process changes and have to deal with a large variance in defect characteristics, a model based on a training set for a machine learning model is generally preferred, which consists of components of the same type as the test object. One approach consists in forming a model in which predominantly error-free parts are selected as the training set and the mathematical mean and / or the standard deviation of image brightness values are determined from these pixel-by-pixel or voxel-wise. However, this assumes that the training set consists of images / volume data of the same component. The main disadvantage of this method is that, in addition to defects, scan artifacts and slight displacements of elements of the test object (e.g. walls), which are caused by manufacturing tolerances, are segmented and thus lead to incorrect results. Contrast effects also make this method less robust.
Ein zweiter Ansatz, ein Modell zu bilden, ist es, in der Trainingsmenge für ein Machine-Learning-Modell sowohl fehlerbehaftete Musterteile als auch fehlerfreie Musterteile zu verwenden. Dabei werden Defekte der fehlerbehafteten Musterteile mit einer pixel-/voxelweisen Annotation/Markierung der defekten Stellen versehen. Grundsätzlich muss nicht davon ausgegangen werden, dass die Trainingsmenge aus Bildern/Volumendaten des gleichen Bauteils besteht, sondern es wird lediglich vorausgesetzt, dass lokal ähnliche Defekte mit ähnlicher Ausprägung vorhanden sind. Basierend auf der Trainingsmenge wird ein statisches Klassifikationsverfahren trainiert, bei der ausschließlich die Bildhelligkeitsinformation des Prüflings zur Segmentierung der Defekte verwendet wird. Ein wesentlicher Nachteil dieses Verfahrens besteht darin, dass eine ausreichend große (annotierte) Trainingsmenge verfügbar sein muss, um eine robuste Segmentierung der Defekte zu erreichen. Dies erfordert in aller Regel sehr lange Trainingszeiten. Des Weiteren tendiert dieses Verfahren dazu, Strukturen, die Defekten im lokalen Kontext ähnlich sind, aber Sollstrukturen sind, als Defekt zu segmentieren.A second approach to creating a model is to use both faulty sample parts and faultless sample parts in the training set for a machine learning model. Defects in the defective pattern parts are provided with a pixel / voxel-wise annotation / marking of the defective points. In principle, it does not have to be assumed that the training set consists of images / volume data of the same component, but it is merely assumed that locally similar defects with similar characteristics are present. Based on the training set, a static classification method is trained in which only the image brightness information of the test object is used to segment the defects. A major disadvantage of this method is that a sufficiently large (annotated) training set must be available in order to achieve a robust segmentation of the defects. This usually requires very long training times. Furthermore, this method tends to segment structures that are similar to defects in the local context, but are target structures, as defects.
Basierend auf den Nachteilen der bekannten Verfahren besteht eine zugrunde liegende Aufgabe für das hier vorgestellte Konzept darin, die genannten Nachteile der bekannten Verfahren zu überwinden, und insbesondere auch darin ein Verfahren vorzustellen, das wenig vom Kontrast des Defektes in der Bildumgebung abhängig ist, noch, dass große Trainingsdatenmengen erforderlich sind, sodass auch Trainingszeiten für die Erstellung eines Machine-Learning-Modells reduziert werden können.Based on the disadvantages of the known methods, an underlying task for the concept presented here is to overcome the mentioned disadvantages of the known methods, and in particular also to present a method that is little dependent on the contrast of the defect in the image environment, nor that large amounts of training data are required, so that training times for creating a machine learning model can also be reduced.
Übersicht über die ErfindungOverview of the invention
Diese Aufgabe wird durch das hier vorgeschlagene Verfahren, das entsprechende System und das zugehörige Computerprogrammprodukt entsprechend den unabhängigen Ansprüchen gelöst. Weitere Ausgestaltungen werden durch die jeweils abhängigen Ansprüche beschrieben.This object is achieved by the method proposed here, the corresponding system and the associated computer program product in accordance with the independent claims. Further refinements are described by the respective dependent claims.
Entsprechend eines ersten Aspektes der vorliegenden Erfindung wird ein computer-implementiertes Verfahren zur Vermessung von Defekten von Bauteilen in einem Qualitätsprüfungsverfahren vorgestellt. Das Verfahren kann ein Empfangen eines digitalen Bildes eines zu untersuchenden Bauteils, ein Empfangen eines ersten Referenzbildes des zu untersuchenden Bauteils und ein Ermitteln eines zweiten Referenzbildes aus einer Kombination des empfangenen digitalen Bildes und des ersten Referenzbildes aufweisen.According to a first aspect of the present invention, a computer-implemented method for measuring defects in components in a quality inspection method is presented. The method can include receiving a digital image of a component to be examined, receiving a first reference image of the component to be examined, and determining a second reference image from a combination of the received digital image and the first reference image.
Weiterhin kann das Verfahren ein Aktivieren eines trainierten Machine-Learning basierten Klassifikatorsystems aufweisen, welches mit Trainingsdaten zur Bildung eines Modells trainiert wurde, wobei das Modell als Basis für eine semantische Segmentierung von Voxel des empfangenen Bildes in Defektklassen dient, und ein Klassifizieren durch das aktivierte Klassifikatorsystem von Voxel des empfangenen digitalen Bildes aufweisen. Dabei können als Eingangsdaten für das Klassifikatorsystem sowohl Voxel des empfangenen digitalen Bildes als auch Voxel des zweiten Referenzbildes dienen.Furthermore, the method can have an activation of a trained machine learning-based classifier system, which was trained with training data to form a model, the model serving as the basis for semantic segmentation of voxels of the received image into defect classes, and classification by the activated classifier system of voxels of the received digital image. Both voxels of the received digital image and voxels of the second reference image can serve as input data for the classifier system.
Entsprechend eines zweiten Aspektes der vorliegenden Erfindung wird ein System zur Vermessung von Defekten von Bauteilen in einem Qualitätsprüfungsverfahren vorgestellt. Das System kann eine erste Empfangseinheit, die angepasst ist zum Empfangen eines digitalen Bildes eines zu untersuchenden Bauteils, eine zweite Empfangseinheit, die angepasst ist zum Empfangen eines ersten Referenzbildes des zu untersuchenden Bauteils und ein Bestimmungsmodul, das angepasst ist zum Ermitteln eines zweiten Referenzbildes aus einer Kombination des empfangenen digitalen Bildes und des ersten Referenzbildes, aufweisen.According to a second aspect of the present invention, a system for measuring defects in components in a quality inspection method is presented. The system may have a first receiving unit that is adapted to receive a digital image of a component to be examined, a second receiving unit that is adapted to receive a first reference image of the component to be examined and a determination module that is adapted to determine a second reference image from a Combination of the received digital image and the first reference image.
Darüber hinaus kann das System ein trainiertes Machine-Learning basiertes Klassifikatorsystem, welches mit Trainingsdaten zur Bildung eines Modells trainiert wurde, wobei das Modell als Basis für eine semantische Segmentierung von Voxel des empfangenen Bildes in Defektklassen dient, aufweisen. Dabei kann das Klassifikatorsystem angepasst sein zum Klassifizieren durch das aktivierte Klassifikatorsystem von Voxel des empfangenen digitalen Bildes. Als Eingangsdaten für das Klassifikatorsystem können sowohl Voxel des empfangenen digitalen Bildes als auch Voxel des zweiten Referenzbildes dienen.In addition, the system can have a trained machine learning-based classifier system, which was trained with training data to create a model, the model serving as the basis for semantic segmentation of voxels of the received image into defect classes. In this case, the classifier system can be adapted for classification by the activated classifier system of voxels of the received digital image. Both voxels of the received digital image and voxels of the second reference image can serve as input data for the classifier system.
Darüber hinaus können Ausführungsformen sich auf ein Computerprogrammprodukt beziehen, auf welches von einem Computer-verwendbares oder Computer-lesbares Medium zugegriffen werden kann, das Programm-Code zur Nutzung durch, von oder in Verbindung mit einem Computer oder anderen Instruktionverarbeitungssystemen, aufweist, Im Kontext dieser Beschreibung kann ein Computer-verwendbares oder Computer-lesbares Medium jede Vorrichtung sein, die zur Speicherung, zum Kommunizieren, zur Weiterleitung oder zum Transport des Programm-Codes geeignet ist.Additionally, embodiments may relate to a computer program product accessible from a computer-usable or computer-readable medium that includes program code for use by, by, or in connection with a computer or other instruction processing system, in the context of these Description, a computer-usable or computer-readable medium can be any device that is suitable for storing, communicating, forwarding or transporting the program code.
Das Computer-implementierte Verfahren zur Vermessung von Defekten von Bauteilen in einem Qualitätsprüfungsverfahren weist mehrere Vorteile und technische Effekte auf, die auch entsprechend für das zugehörige System gelten können:The computer-implemented method for measuring defects in components in a quality inspection process has several advantages and technical effects that can also apply to the associated system:
Das vorgeschlagene Verfahren bzw. das entsprechende System zur Vermessung - und damit auch zur Erkennung - von Defekten von Bauteilen in einem Qualitätsprüfungsverfahren - insbesondere einem Inline- oder At-Line-Qualitätsprüfungsverfahren - überwindet die Nachteile der bisher bekannten Verfahren basierend auf einer diskreten Segmentierung über ein Differenzsignal und eine Segmentierung eines aufgenommenen Bildes eines Prüflings durch ein Klassifikationssystem. Das vorgeschlagene Konzept nutzt dabei neben dem aufgenommenen digitalen Bild des Prüflings weitere Informationen zur genauen und robusten Segmentierung von Defekten. Diese werden aus dem aufgenommenen digitalen Bild des Prüflings und einem Referenzbild hergestellt. Die Daten des Referenzbildes können auf verschiedenartige Weise erzeugt werden (z.B. Mittelwertbildung, Ableitung aus einem abstrakten Konstruktionsmodell, usw.). Die zusätzlich genutzten Informationen bestehen also beispielsweise aus einem vergleichsweise einfach ableitbaren Differenzsignal des Prüflings zu einer Referenzmenge. Das Klassifikatorsystem nutzt also nicht nur die Bild-/Volumen-Helligkeitsinformationen die vom Prüfling stammen, sondern auch ein beispielsweise gleich großes Bild-/Volumen - bzw. Informationen darüber -, das die lokalen Abweichungen zur Referenzmenge beschreibt. Ein derartiges Differenzsignal ist immer dann verfügbar, wenn ähnliche Prüflinge gleichen Typs in größerer Stückzahl (z.B. >20) geprüft werden. Aus diesem Grunde eignet sich das hier vorgeschlagene Konzept ausgezeichnet für eine Segmentierung von Defekten in Werkstücken bzw. Bauteilen in Inline- und At-Line-Prüfprozessen. Diese vollautomatische Segmentierung von Defekten ist insbesondere deshalb in Inline- und At-Line-Prozessen notwendig, um in einem nachgelagerten Schritt die Dimension eines Defektes wie zum Beispiel Volumen, Umfang, Durchmesser oder lokale Häufung ohne Benutzerinteraktion vollautomatisch bestimmen zu können. Insofern liefert das hier vorgeschlagene Verfahren einen signifikanten Beitrag zur Verbesserung von Inline- und At-Line-Prüfprozessen und somit einen positiven Kosteneffekt in Produktions-und Qualitätssicherungsprozessen.The proposed method or the corresponding system for measuring - and thus also for detecting - defects in components in a quality inspection method - in particular an inline or at-line quality inspection method - overcomes the disadvantages of the previously known methods based on discrete segmentation via a Difference signal and a segmentation of a recorded image of a test object by a classification system. In addition to the recorded digital image of the test item, the proposed concept uses further information for precise and robust segmentation of defects. These are created from the recorded digital image of the test item and a reference image. The data of the reference image can be generated in various ways (e.g. averaging, derivation from an abstract construction model, etc.). The additionally used information therefore consists, for example, of a comparatively easily derivable difference signal of the test object to a reference quantity. The classifier system therefore not only uses the image / volume brightness information that comes from the test item, but also an image / volume, for example, of the same size - or information about it - that describes the local deviations from the reference set. Such a differential signal is always available when similar test items of the same type are tested in large numbers (e.g.> 20). For this reason, the concept proposed here is excellently suited for segmenting defects in workpieces or components in inline and at-line inspection processes. This fully automatic segmentation of defects is particularly necessary in inline and at-line processes in order to be able to determine the dimensions of a defect such as volume, circumference, diameter or local clustering in a subsequent step fully automatically without user interaction. In this respect, the method proposed here makes a significant contribution to improving inline and at-line testing processes and thus a positive cost effect in production and quality assurance processes.
Grundsätzlich lässt sich eine Vielzahl unterschiedlicher Klassifikatorsysteme einsetzen. Beispiele sind an anderer Stelle dieses Dokumentes genannt. Insbesondere bei der Verwendung eines Deep Neural Network (DNN) als Klassifikatorsystem können die Informationskanäle der Eingangsdaten (erstes Referenzbild und zweites Referenzbild) aneinander gehängt werden und in die Eingangsschicht des DNN geführt werden, so dass das Klassifikatorsystem eine Gewichtung der Informationen basierend auf der Trainingsmenge bestimmen kann.In principle, a large number of different classifier systems can be used. Examples are given elsewhere in this document. Particularly when using a Deep Neural Network (DNN) as a classifier system, the information channels of the input data (first reference image and second reference image) can be linked to one another and fed into the input layer of the DNN, so that the classifier system determines a weighting of the information based on the training set can.
Als weitere besonders hervorzuhebende Vorteile des hier vorgeschlagenen Konzeptes lassen sich auch eine bessere Generalisierung, eine höhere Robustheit und eine Reduktion des Annotationsaufwandes nennen. Das vorgeschlagene Verfahren erreicht eine bessere Segmentierungsgenauigkeit in Bezug auf Defekte, die in der Trainingsmenge nur schwach repräsentiert sind. Außerdem treten weniger falsch-positive Segmentierungen zum Beispiel auf Bildgebungsartefakte auf, so dass die Genauigkeit des Verfahrens verbessert wird. Zusätzlich werden defektähnliche Sollstrukturen mit einer höheren Wahrscheinlichkeit korrekt segmentiert.As further advantages of the concept proposed here that should be particularly emphasized, a better generalization, a name higher robustness and a reduction in annotation effort. The proposed method achieves better segmentation accuracy with regard to defects that are only weakly represented in the training set. In addition, there are fewer false-positive segmentations, for example on imaging artifacts, so that the accuracy of the method is improved. In addition, defect-like target structures are segmented correctly with a higher probability.
Darüber hinaus sind die Informationen in dem Kanal, der die Differenz zur Referenzmenge repräsentiert, relativ aussagekräftig, so dass das Training für das Klassifikatorsystem weniger komplex ist. Dies erlaubt es auch, mit weniger annotierten Daten zu vergleichsweise genauen und robusteren Ergebnissen zu gelangen als ohne den zusätzlichen Kanal. Hierdurch können Trainingszeiten deutlich reduziert werden, was das vorgeschlagene Verfahren auch für neue Bauteile bzw. Prüflinge schneller einsatzfähig werden lässt, was gleichzeitig erforderliche Kosten sowie Rüstzeiten reduzieren hilft.In addition, the information in the channel, which represents the difference to the reference set, is relatively meaningful, so that the training for the classifier system is less complex. This also makes it possible to achieve comparatively precise and more robust results with less annotated data than without the additional channel. As a result, training times can be significantly reduced, which means that the proposed method can also be used more quickly for new components or test items, which at the same time helps to reduce required costs and set-up times.
Darüber hinaus ist es auch möglich - neben dem Hauptanwendungsfall für die Inline- und At-Line-Qualitätsprüfung, bei dem viele Beispieldaten für eine Referenzmenge zur Verfügung stehen -, das Verfahren für Anwendungen im Labor oder im Messraum vorzusehen, bei der die Referenzmenge in aller Regel aus wenigen Beispielen, im Extremfall aus einem einzigen guten Beispiel gewonnen werden kann. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, das Referenzmodell über eine Abbildungssimulation, zum Beispiel unter Zuhilfenahme eines CAD-Modells zu berechnen.In addition to the main application for inline and at-line quality inspection, in which many sample data are available for a reference quantity, it is also possible to provide the procedure for applications in the laboratory or in the measuring room, in which the reference quantity is used in all Usually from a few examples, in extreme cases from a single good example. Another possibility is to calculate the reference model via a mapping simulation, for example with the aid of a CAD model.
Im Folgenden werden weitere Ausführungsformen des erfinderischen Konzeptes für das Verfahren, welche gleichermaßen und entsprechend für das entsprechende System gelten können, vorgestellt:In the following, further embodiments of the inventive concept for the method, which can apply equally and correspondingly to the corresponding system, are presented:
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens kann das zweite Referenzbild durch eine voxel-weise Differenzbildung von Helligkeitswerten des empfangenen digitalen Bildes und ersten Referenzbildes ermittelt werden. Gegebenenfalls können auch Gewichtsfaktoren für die Bilder oder für Teilbereiche der Bilder genutzt werden. Die Differenzbildung erfordert vergleichsweise geringe Berechnungsressourcen und lässt sich auch bei großen Voxel-Mengen schnell durchführen.According to an advantageous embodiment of the method, the second reference image can be determined by forming the difference between the brightness values of the received digital image and the first reference image by voxel. If necessary, weighting factors can also be used for the images or for partial areas of the images. The formation of the difference requires comparatively little computing resources and can be carried out quickly even with large quantities of voxels.
Gemäß einer möglichen Ausführungsform des Verfahrens können das erste Referenzbild und das zweite Referenzbild identisch sein. D.h., dass auf eine Differenzbildung vollständig verzichtet werden könnte, was wiederum zu einer Beschleunigung des Verfahrens führen würde. Die zusätzliche Interpretationsleistung könnte dann von dem Klassifikatorsystem übernommen werden.According to a possible embodiment of the method, the first reference image and the second reference image can be identical. This means that it would be possible to completely dispense with the formation of a difference, which in turn would accelerate the process. The additional interpretation service could then be taken over by the classifier system.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens kann das empfangene Referenzbild voxel-weise Verteilungsparameterwerte - insbesondere bezogen auf die Trainingsdatenmenge - von Helligkeitswerten enthalten und das zweite Referenzbild kann hinsichtlich der Verteilungsparameterwerte normiert sein. Auf diese Weise lassen sich elegant vergleichbare Prüfungsergebnisse ableiten.According to a further advantageous embodiment of the method, the received reference image can contain voxel-wise distribution parameter values - in particular based on the training data set - of brightness values and the second reference image can be normalized with regard to the distribution parameter values. In this way, elegantly comparable test results can be derived.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens können für die Klassifikation eines Voxel der räumliche - insbesondere die Anzahl von Umgebungspixel in einer vorgegebenen Richtung - oder der zeitliche Kontext - insbesondere ein gleitendes Fenster der letzten N Volumen - des Voxel bei der Klassifikation einbezogen werden. Auf diese Weise lassen sich insbesondere Drift-Effekte eliminieren.According to a further advantageous embodiment of the method, the spatial - in particular the number of surrounding pixels in a predetermined direction - or the temporal context - in particular a sliding window of the last N volumes - of the voxel can be included in the classification for the classification of a voxel. In this way, drift effects in particular can be eliminated.
Gemäß einer weiter entwickelten Ausführungsform des Verfahrens kann das erste Referenzbild im zeitlichen Verlauf - beispielsweise mittels eines gleitenden Mittelwertes - angepasst sein. Auch hierdurch lassen sich unvermeidbare Drift-Effekte proaktiv adressieren.According to a further developed embodiment of the method, the first reference image can be adapted over time, for example by means of a moving average. In this way, too, unavoidable drift effects can be proactively addressed.
Ausführungsformen des Verfahrens können hinsichtlich des Klassifikatorsystems u.a., mittels Support Vector Machine, Random Forest, Boosting, Gradient Boosting, Gaussian Process, Nearest Neigbor, Logistische Regression, Lineare Regression und neuronales Netzwerk implementiert sein. Weitere, alternative Klassifikatorsysteme sind möglich.Embodiments of the method can be implemented with regard to the classifier system, inter alia, by means of support vector machine, random forest, boosting, gradient boosting, Gaussian process, nearest neighbors, logistic regression, linear regression and neural network. Further, alternative classifier systems are possible.
Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens kann das neuronale Netzwerk ein Deep Neural Network (DNN) sein. Derartige neuronale Netzwerke eignen sich besonders für eine Verarbeitung von digitalen Bildern. Insbesondere in seiner Ausführungsform als Convolutional Neural Network (CNN) ist eine schnelle und effiziente Verarbeitung von digitalen Bildinformationen möglich.According to a particularly advantageous embodiment of the method, the neural network can be a deep neural network (DNN). Such neural networks are particularly suitable for processing digital images. Fast and efficient processing of digital image information is possible, particularly in its embodiment as a convolutional neural network (CNN).
Gemäß einer weiterentwickelten Ausführungsform des Verfahrens kann eine Eingangsschicht des Deep Neural Network gegenüber der Menge an Eingangskanälen - d.h. der künstlichen Neuronen am Eingang des DNN - die für eine Verarbeitung des digitalen Bildes erforderlich sind, erweitert sein, so dass Voxel-Daten des ersten und/oder des zweiten Referenzbildes an zusätzlichen Eingangskanälen des Klassifikatorsystems geführt werden. Es kann also eine Kaskadierung der Pixelinformation der Eingangsdaten (aufgenommenes digitales Bild, Referenzbild(er)) vorgenommen werden.According to a further developed embodiment of the method, an input layer of the deep neural network can be expanded with respect to the set of input channels - ie the artificial neurons at the input of the DNN - which are required for processing the digital image, so that voxel data of the first and / or or the second reference image can be fed to additional input channels of the classifier system. The pixel information of the input data (recorded digital image, reference image (s)) can therefore be cascaded.
Gemäß einer optionalen Ausführungsform des Verfahrens können Bildauflösungen des empfangenen digitalen Bildes und des ersten Referenzbildes und/oder des zweiten Referenzbildes unterschiedlich sein. Damit ist das Verfahren auch unabhängig von Aufnahmesystemen für das empfangene digitale Bild und das Referenzbild. Beide können mit unterschiedlichen Aufnahmesystemen aufgenommen worden sein. Außerdem ist eine Vorverarbeitung des Referenzbildes in praktisch jeglicher Hinsicht möglich.According to an optional embodiment of the method, image resolutions of the received digital image and of the first Reference image and / or the second reference image be different. This means that the method is also independent of recording systems for the received digital image and the reference image. Both could have been recorded with different recording systems. In addition, preprocessing of the reference image is possible in practically every respect.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens kann das Klassifikatorsystem ein erstes Klassifikatorsystem und ein zweites Klassifikatorsystem aufweisen. Dabei kann das erste Klassifikatorsystem mit einer ersten Anzahl von Parameterwerten - insbesondere beispielsweise Gewichtsparameter der DNN bzw. eine geringere Auflösung - arbeiten; und das zweite Klassifikatorsystem kann mit einer zweiten Anzahl von Parameterwerten arbeiten - insbesondere beispielsweise einer höheren Auflösung - wobei die zweite Anzahl von Parameterwerten höher als die erste Anzahl ist. Diese Flexibilität erlaubt eine Berücksichtigung unterschiedlicher Anforderungen während unterschiedlicher Phasen des Qualitätsprüfungsprozesses. Insbesondere geht mit einer geringeren Anzahl von Parameterwerten eine schnellere Verarbeitung einher.According to a further embodiment of the method, the classifier system can have a first classifier system and a second classifier system. The first classifier system can work with a first number of parameter values - in particular, for example, weight parameters of the DNN or a lower resolution; and the second classifier system can work with a second number of parameter values - in particular, for example, a higher resolution - wherein the second number of parameter values is higher than the first number. This flexibility allows different requirements to be taken into account during different phases of the quality inspection process. In particular, a smaller number of parameter values is accompanied by faster processing.
Gemäß einer weiteren der vorher dargestellten Ausführungsform kann das zweite Klassifikatorsystem beispielsweise nur dann aktiviert werden, wenn das erste Klassifikatorsystem eine zusammenhängende Gruppe - deren Größe einem Schwellwertvergleich unterliegt, so dass nur eine Mindestmenge berücksichtigt wird - von Voxel als zu einer Defektklasse gehörig klassifiziert hat. Vereinfacht ausgedrückt wird das zweite aufwändigere Klassifikatorsystem erst aktiv, wenn von dem ersten einfacheren und schnelleren Klassifikatorsystem ein Signal erzeugt wird, welches darauf hinweist, dass ein Verdacht auf Qualitätsprobleme vorliegt, woraufhin mittels des zweiten genaueren Klassifikatorsystems eine detailliertere Untersuchung - insbesondere mittels höherer Auflösung - durchgeführt wird, um zu entscheiden, ob tatsächlich ein Qualitätsproblem hinsichtlich des Bauteils vorliegt.According to a further embodiment shown above, the second classifier system can only be activated, for example, if the first classifier system has classified a coherent group - the size of which is subject to a threshold comparison so that only a minimum amount is taken into account - of voxels as belonging to a defect class. In simple terms, the second, more complex classifier system is only active when a signal is generated by the first, simpler and faster classifier system, which indicates that there is a suspicion of quality problems, whereupon a more detailed investigation is carried out using the second, more precise classifier system, in particular using a higher resolution to decide whether there is actually a quality problem with regard to the component.
Gemäß möglicher Ausführungsformen des Verfahrens kann das empfangene digitale Bild und Elemente des Trainingsdatensatzes für das Klassifikatorsystem aus einem Bildaufnahmeverfahren abgeleitet sein. Dabei kann das Bildaufnahmeverfahren ausgewählt sein aus der Gruppe bestehend aus einem Elektronenmikroskop, einem Fluoreszenzmikroskop, einem Lichtmikroskop, einem optischen Kohärenztomographen, einem Interferometer, einem Spektrometer, einem Operationsmikroskop und einem Computertomographen. Prinzipiell lassen sich also alle gängigen Qualitätsprüfungsansätze durch das hier vorgeschlagene Verfahren erweitern.According to possible embodiments of the method, the received digital image and elements of the training data set for the classifier system can be derived from an image recording method. The image recording method can be selected from the group consisting of an electron microscope, a fluorescence microscope, a light microscope, an optical coherence tomograph, an interferometer, a spectrometer, a surgical microscope and a computer tomograph. In principle, all common quality inspection approaches can be expanded by the method proposed here.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird das erste Referenzbild durch eine Mittelwertbildung einer Mehrzahl von Musterbauteilen - insbesondere „guten“, d.h. defektfreien oder defektreduzierten Mustern - des Bauteils gebildet oder ist aus einem CAD-Modell des Bauteiles abgeleitet ist, oder wird das durch Simulation des Bildaufnahmeverfahrens aus einem oder mehreren Objektmodellen erzeugt - beispielsweise aus einem CAD-System - z.B. mit Voxel-Metadaten „0“, „1“, bzw. „grau“ - oder aus einem oder mehreren Objektmodellen regelbasiert abgeleitet.According to a further embodiment of the method, the first reference image is formed by averaging a plurality of sample components - in particular "good", ie defect-free or defect-reduced samples - of the component or is derived from a CAD model of the component, or is obtained by simulating the component Image acquisition process generated from one or more object models - for example from a CAD system - eg with voxel metadata “0”, “1” or “gray” - or derived from one or more object models based on rules.
Dabei ist es auch möglich, dass man bei dem Verfahren die Verteilungsparameterwerte durch eine Bestimmung der Standardabweichung gegenüber mittleren Helligkeitswerten über einem Mittelwert einer Mehrzahl von „guten“ Musterbauteilen des Bauteils erhält. Es gibt also eine Reihe von Möglichkeiten, ein Referenzbild zu erhalten, von denen hier nur beispielhaft einige aufgeführt sind.It is also possible, in the method, to obtain the distribution parameter values by determining the standard deviation from mean brightness values above a mean value of a plurality of “good” sample components of the component. So there are a number of ways to get a reference image, some of which are only listed here as examples.
Übersicht über die FigurenOverview of the figures
Es sei darauf hingewiesen, dass Ausführungsbeispiele der Erfindung mit Bezug auf unterschiedliche Implementierungskategorien beschrieben sein können. Insbesondere sind einige Ausführungsbeispiele in Bezug auf ein Verfahren beschrieben, während andere Ausführungsbeispiele im Kontext von entsprechenden Vorrichtungen beschrieben sein können. Unabhängig davon ist es einem Fachmann möglich, aus der hier vorstehenden und nachfolgenden Beschreibung - wenn nicht anderweitig darauf hingewiesen - mögliche Kombinationen der Merkmale des Verfahrens sowie mögliche Merkmalskombinationen mit dem entsprechenden System zu erkennen und zu kombinieren, auch, wenn sie zu unterschiedlichen Anspruchskategorien gehören.It should be noted that exemplary embodiments of the invention can be described with reference to different implementation categories. In particular, some exemplary embodiments are described in relation to a method, while other exemplary embodiments can be described in the context of corresponding devices. Regardless of this, it is possible for a person skilled in the art to recognize and combine possible combinations of the features of the method and possible combinations of features with the corresponding system from the description above and below - unless otherwise indicated - even if they belong to different claim categories.
Bereits oben beschriebene Aspekte sowie zusätzliche Aspekte der vorliegenden Erfindung ergeben sich unter anderem aus den beschriebenen Ausführungsbeispielen und aus den zusätzlichen weiteren, durch Bezug auf die Figuren beschriebenen, konkreten Ausgestaltungen.Aspects already described above and additional aspects of the present invention emerge, inter alia, from the exemplary embodiments described and from the additional further specific configurations described by reference to the figures.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden beispielhaft und mit Bezug auf die folgenden Figuren beschrieben:
-
1 stellt ein Blockdiagramm eines Ausführungsbeispiels des erfinderischen computer-implementierten Verfahrens zur Vermessung von Defekten von Bauteilen in einem Qualitätsprüfungsverfahren dar. -
2 stellt eine Prinzipskizze eines Vorgehens dar, das den hier vorgestellten Konzepten zugrunde liegt. -
3 stellt ein Blockdiagramm eines Ausführungsbeispiels des Systems zur Vermessung von Defekten von Bauteilen in einem Qualitätsprüfungsverfahren dar. -
4 stellt ein Blockdiagramm eines Computersystems dar, welches zusätzlich das System gemäß3 ganz oder teilweise aufweisen kann.
-
1 shows a block diagram of an embodiment of the inventive computer-implemented method for measuring defects of components in a quality inspection method. -
2 represents a basic sketch of a procedure on which the concepts presented here are based. -
3 shows a block diagram of an embodiment of the system for measuring defects of components in a quality inspection process. -
4th FIG. 11 is a block diagram of a computer system that additionally incorporates the system according to3 may have wholly or partially.
Detaillierte FigurenbeschreibungDetailed description of the figures
Im Kontext dieser Beschreibung sollen Konventionen, Begriffe und/oder Ausdrücke folgendermaßen verstanden werden:In the context of this description, conventions, terms and / or expressions should be understood as follows:
Der Begriff „Werkstück“ beschreibt ein Bauteil bzw. einen Prüfling, welches/welcher einen Qualitätsprüfungsprozess durchläuft.The term “workpiece” describes a component or a test item which is going through a quality inspection process.
Der Begriff „Defekt“ beschreibt eine Anomalie auf einer Oberfläche oder im Volumen des Werkstücks. Defekte können durch Poren, Vertiefungen, Inhomogenität, Einschlüsse usw. ausgelöst werden. In aller Regel sind sie optisch - auf der Oberfläche oder im Volumen des Bauteils - detektierbar.The term “defect” describes an anomaly on a surface or in the volume of the workpiece. Defects can be caused by pores, depressions, inhomogeneity, inclusions, etc. As a rule, they can be detected optically - on the surface or in the volume of the component.
Der Begriff „digitales Bild“ beschreibt eine Abbildung oder das Ergebnis einer Erzeugung einer Datenmenge in Form von Pixel- oder Voxel-Daten eines real existierenden Gegenstandes, hier eines Bauteils beispielsweise in einem Inline- oder At-Line-Prüfprozess.. Verallgemeinert kann ein „digitales Bild“ ein Signal unterschiedlicher Dimensionalität (1-D, 2-D, 3-D, ..., n-D) sein, solange Ausschnitte (räumliche Punkte auf dem Objekt) aus unterschiedlichen „digitalen Bildern“ einander eindeutig zugeordnet werden können. Prinzipiell würde das Verfahren auch auf Audiospektren funktionieren, solange man eine 1:1-Zuordnung von Raumpunkten zum Signal herstellen kann.The term "digital image" describes an image or the result of generating a quantity of data in the form of pixel or voxel data of a real existing object, here a component, for example in an in-line or at-line inspection process. digital image ”can be a signal of different dimensions (1-D, 2-D, 3-D, ..., nD) as long as sections (spatial points on the object) from different“ digital images ”can be clearly assigned to one another. In principle, the method would also work on audio spectra, as long as a 1: 1 assignment of spatial points to the signal can be established.
Der Begriff „erstes Referenzbild“ - insbesondere erstes digitales Referenzbild - beschreibt einen Datensatz, der ein Bild beschreibt, welches als Referenz für das aufgenommene digitale Bild herangezogen wird. Das erste Referenzbild entspricht im Wesentlichen einem Ideal eines fehlerfreien Prüflings.The term “first reference image” - in particular first digital reference image - describes a data record that describes an image that is used as a reference for the recorded digital image. The first reference image essentially corresponds to an ideal of an error-free test object.
Der Begriff „zweites Referenzbild“ - insbesondere zweites digitales Referenzbild - beschreibt einen Datensatz, der abgeleitet ist aus einer Kombination des aufgenommenen digitalen Bildes und des ersten Referenzbildes. Für die Kombination kommen unterschiedliche mathematische Verfahren zur Verknüpfung entsprechender Pixel- bzw. Voxel-Daten in Frage. Beispiele sind Abweichung vom Mittelwert des Referenzbildes, Standardabweichung usw.The term “second reference image” - in particular a second digital reference image - describes a data record that is derived from a combination of the recorded digital image and the first reference image. Different mathematical methods for linking corresponding pixel or voxel data can be used for the combination. Examples are deviation from the mean value of the reference image, standard deviation, etc.
Der Begriff „Klassifizieren“ beschreibt den Prozess des Zuordnens eines aufgenommenen Bildes oder Teilen davon - hier insbesondere einzelner Pixel des aufgenommenen Bildes - zu Pixelklassen. Eine Pixelklasse kann beispielsweise beschreiben, dass das entsprechende Pixel zu einem Bildsegment gehört, welches defektfrei ist, während eine andere Pixelklasse beschreiben kann, dass es sich um einen Defekt an/in dem Prüfling handelt. Außerdem kann ein Wahrscheinlichkeitswert für diese Aussage angegeben werden. Das Instrument zur Durchführung des Klassifizierens ist im Kontext dieses Textes das Klassifikatorsystem.The term “classifying” describes the process of assigning a recorded image or parts thereof - here in particular individual pixels of the recorded image - to pixel classes. One pixel class can describe, for example, that the corresponding pixel belongs to an image segment which is free of defects, while another pixel class can describe that there is a defect on / in the test object. A probability value for this statement can also be specified. In the context of this text, the instrument for performing the classification is the classifier system.
Der Begriff „Klassifikatorsystem“ - im Kontext des maschinellen Lernens (machine learning) auch als Classifier oder Klassifikationssystem bezeichnet - beschreibt ein Machine-Learning basierendes System, welches durch ein Training mit Trainingsdaten in die Lage versetzt wird, Eingangsdaten - hier insbesondere Bilddaten von aufgenommenen digitalen Bildern - Merkmale der Bilder einer bestimmten Klasse (z.B. defekt/nicht defekt) zuzuordnen.The term "classifier system" - also referred to as a classifier or classification system in the context of machine learning - describes a machine learning-based system that is enabled through training with training data to input data - here in particular image data from recorded digital Images - assign features of the images to a certain class (e.g. defective / not defective).
Dabei ist auch anzumerken, dass ein Klassifikator typischerweise in eine vorgegebene Anzahl von Klassen klassifiziert. Dies geschieht normalerweise dadurch, dass ein Klassifikationswert der Eingabedaten für jede Klasse bestimmt wird und ein WTA-Filter (winner takes it all) die Klasse mit dem höchsten Klassifikationswert als die klassifizierte Klasse auswählt. Bei Klassifikatoren wird die Abweichung zu einem 100%-Klassifikationswert häufig als Qualitätsparameter der Klassifikation bzw. als Wahrscheinlichkeit für die Richtigkeit der Klassifikation genutzt.It should also be noted here that a classifier typically classifies into a predetermined number of classes. This is usually done by determining a classification value of the input data for each class and a WTA (winner takes it all) filter selecting the class with the highest classification value as the classified class. In the case of classifiers, the deviation from a 100% classification value is often used as a quality parameter of the classification or as a probability for the correctness of the classification.
Beispiele für Klassifikatorsysteme, welche für die Gegenstände der hier vorgestellten erfinderischen Konzepte einsetzbar sind, sind Systeme, die auf folgenden Prinzipien basieren: Support Vector Machine, Random Forest, Boosting, Gradient Boosting, Gaussian Process, Nearest Neigbor, Logistische Regression, Lineare Regression und neuronales Netzwerk. Weitere Algorithmen sind selbstverständlich auch möglich.Examples of classifier systems that can be used for the subjects of the inventive concepts presented here are systems based on the following principles: Support Vector Machine, Random Forest, Boosting, Gradient Boosting, Gaussian Process, Nearest Neigbor, Logistic Regression, Linear Regression and Neural Network. Further algorithms are of course also possible.
Der Begriff „Machine-Learning“ (bzw. maschinelles Lernen) ist ein Grundbegriff bzw. eine Grundfunktion der künstlichen Intelligenz, wobei z.B. statistische Verfahren verwendet werden, um Computersystemen die Fähigkeit des „Lernens“ zu geben. Beispielsweise werden dabei bestimmte Verhaltensmuster innerhalb eines spezifischen Aufgabenbereiches optimiert. Die verwendeten Verfahren versetzen trainierte Systeme des maschinellen Lernens in die Lage, Daten zu analysieren, ohne, dass es dazu einer expliziten prozeduralen Programmierung bedarf. Typischerweise handelt es sich z.B. bei einem NN (neuronales Netzwerk) oder CNN (Convolutional Neural Network) um ein Beispiel für ein System für maschinelles Lernen, um ein Netzwerk von Knoten zu bilden, welche als künstliche Neuronen agieren, und um künstliche Verbindungen zwischen den künstlichen Neuronen - sogenannte Links - wobei den künstlichen Verbindungen Parameter - zum Beispiel Gewichtsparameter für die Verbindung - zugeordnet werden können. Während des Trainings des neuronalen Netzes passen sich die Gewichtsparameterwerte der Verbindungen automatisch auf Basis von Eingangssignalen zur Erzeugung eines gewünschten Ergebnisses an. Beim überwachten Lernen werden die als Eingabewerte (Trainingsdaten) gelieferten Bilder - allgemein (Eingangs-)Daten - durch gewünschte Ausgabedaten (Annotationen) ergänzt, um einen gewünschten Ausgabewert (gewünschte Klasse) zu erzeugen. Ganz allgemein betrachtet wird eine Abbildung von Eingangsdaten auf Ausgangsdaten gelernt.The term “machine learning” (or machine learning) is a basic term or a basic function of artificial intelligence, whereby, for example, statistical methods are used to give computer systems the ability to “learn”. For example, certain behavior patterns are optimized within a specific task area. The methods used enable trained machine learning systems to analyze data without the need for explicit procedural programming. Typically, for example, an NN (Neural Network) or CNN (Convolutional Neural Network) is an example of a machine learning system to form a network of nodes that act as artificial neurons and artificial connections between the artificial ones Neurons - so-called links - whereby parameters - for example weight parameters for the connection - can be assigned to the artificial connections. During the training of the neural network, the weight parameter values of the connections are automatically adapted on the basis of input signals in order to generate a desired result. In supervised learning, the images - generally (input) data - supplied as input values (training data) are supplemented by desired output data (annotations) in order to generate a desired output value (desired class). In general terms, a mapping of input data to output data is learned.
Der Begriff „Trainieren des Klassifikationssystems“ bedeutet hier, dass z.B. ein Machine-Learning-System (maschinelles Lernsystem) durch eine Mehrzahl von Sätzen von Beispieldaten - d.h. Referenzdaten - in einem beispielsweise neuronalen Netz durch teilweise wiederholtes Auswerten der Beispieldaten so justiert wird, um nach der Trainingsphase auch unbekannte Bilder bzw. einzelne Pixel oder Voxel - einer oder mehrerer Klassen zuzuordnen, mit denen das Lernsystem trainiert worden ist. Die Beispieldaten sind typischerweise annotiert - d.h. mit Metadaten versehen - um basierend auf den Eingangsbildern gewünschte Ergebnisse zu erzeugen; z.B. Defekt-Klasse, nicht-Defekt-Klasse.The term “training the classification system” here means that, for example, a machine learning system (machine learning system) is adjusted by a plurality of sets of example data - ie reference data - in a neural network, for example, by partially repeated evaluation of the example data, so that after to assign unknown images or individual pixels or voxels to one or more classes with which the learning system has been trained. The sample data is typically annotated - i.e. provided with metadata - in order to generate desired results based on the input images; e.g. defect class, non-defect class.
Der Begriff „semantische Segmentierung“ beschreibt im Kontext dieses Textes eine Segmentierung von Teilen der Daten, die ein digitales Bild beschreiben, in Bereiche gleicher Klassen eines digitalen Bildes durch das Klassifikatorsystem.In the context of this text, the term “semantic segmentation” describes a segmentation of parts of the data that describe a digital image into areas of the same classes of a digital image by the classifier system.
Der Begriff „Convolutional Neural Network“ (CNN) - als ein Beispiel für einen Klassifikator/ein Klassifikatorsystem - beschreibt eine Klasse von künstlichen neuronalen Netzwerken, die auf Feed-Forward-Techniken basieren. Sie werden häufig für Bildanalysen mit Bildern bzw. deren Pixeln als Eingangsdaten eingesetzt. Hauptbestandteil von Convolutional Neural Networks sind dabei Faltungsschichten (daher der Name), welche eine effiziente Auswertung durch Parameter-Sharing ermöglicht. Typischerweise wird jeder Pixel des aufgenommenen Bildes einem künstlichen Neuron des neuronalen Netzwerkes als Eingangswert zugewiesen.The term "convolutional neural network" (CNN) - as an example of a classifier / a classifier system - describes a class of artificial neural networks based on feed-forward techniques. They are often used for image analysis with images or their pixels as input data. The main component of convolutional neural networks are convolution layers (hence the name), which enable efficient evaluation through parameter sharing. Typically, each pixel of the recorded image is assigned as an input value to an artificial neuron in the neural network.
Es sei auch erwähnt, dass Deep Neural Networks aus mehreren Schichten unterschiedlicher Funktionen - beispielsweise einer Eingangsschicht, einer Ausgangsschicht und einer oder mehrerer dazwischen liegenden Schichten, beispielsweise für Faltungsoperationen, Anwendung von nichtlinearen Funktionen, einer Dimensionsreduktion, Normalisierungsfunktionen, etc. - bestehen. Die Funktionen können „in Software ausgeführt“ werden, oder es können spezielle Hardware-Baugruppen die Berechnung der jeweiligen Funktionswerte übernehmen. Darüber hinaus sind Kombinationen von Hardware- und Softwareelementen bekannt.It should also be mentioned that deep neural networks consist of several layers of different functions - for example an input layer, an output layer and one or more layers in between, for example for convolution operations, the application of non-linear functions, a dimension reduction, normalization functions, etc. The functions can be "executed in software", or special hardware modules can take over the calculation of the respective function values. In addition, combinations of hardware and software elements are known.
Der Begriff „Eingangskanal“ - insbesondere Eingangskanal des Klassifikatorsystems und noch genauer eines DNN oder CNN - beschreibt einen Eingang des Klassifikatorsystem beispielsweise in Form eines ANN (artificial neural network = künstliches neuronales Netzwerk) bei dem ein künstliches Neuron einen Eingangsknoten darstellt. Typischerweise ist jedes künstliche Neuron der Eingangsschicht des ANN als Eingangsknoten ausgelegt. In dem hier vorgestellten Konzept können nicht nur Pixel-oder Voxel-Informationen des aufgenommenen digitalen Bildes dieser Eingangsschicht zugeführt werden, sondern auch Pixel- oder Voxel-Informationen des zweiten Referenzbildes, welches typischerweise von Matrix-Daten vorliegt.The term “input channel” - in particular the input channel of the classifier system and, more precisely, a DNN or CNN - describes an input of the classifier system, for example in the form of an ANN (artificial neural network) in which an artificial neuron represents an input node. Typically, each artificial neuron in the input layer of the ANN is designed as an input node. In the concept presented here, not only pixel or voxel information of the recorded digital image can be fed to this input layer, but also pixel or voxel information of the second reference image, which is typically present as matrix data.
Im Folgenden wird eine detaillierte Beschreibung der Figuren angegeben. Dabei versteht es sich, dass alle Details und Anweisungen in den Figuren schematisch dargestellt sind. Zunächst wird ein Blockdiagramm eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen computer-implementierten Verfahrens zur Vermessung von Defekten von Bauteilen in einem Qualitätsprüfungsverfahren dargestellt. Nachfolgend werden weitere Ausführungsbeispiele bzw. Ausführungsbeispiele für das entsprechende System beschrieben:A detailed description of the figures is given below. It goes without saying that all details and instructions are shown schematically in the figures. First, a block diagram of an exemplary embodiment of the computer-implemented method according to the invention for measuring defects in components in a quality inspection method is shown. Further exemplary embodiments or exemplary embodiments for the corresponding system are described below:
Das Verfahren
Darüber hinaus weist das Verfahren
Schließlich weist das Verfahren
Nicht unerwähnt bleiben soll, dass die Informationen bzw. Daten der digitalen Bilder (egal ob empfangen oder ermittelt) typischerweise in Matrizen dargestellt werden. Daten in Matrizenform lassen sich elegant durch mathematische Verfahren verarbeiten.It should not go unmentioned that the information or data of the digital images (regardless of whether they are received or determined) are typically represented in matrices. Data in matrix form can be elegantly processed using mathematical methods.
Ein Klassifikator
Mit anderen Worten führt das hier vorgeschlagene Konzept eine direkte Segmentierung von Pixel/Voxel über ein Differenzsignal und eine Segmentierung durch eine einfache Klassifikation zusammen und macht sich dabei zu Nutze, dass die Trainingsdatenmenge in Inline- und At-Line-Prüfungsprozessen aus Bildern bzw. Volumendaten des gleichen Bauteils bzw. Werkstücks besteht.In other words, the concept proposed here combines a direct segmentation of pixels / voxels via a difference signal and segmentation by means of a simple classification and makes use of the fact that the training data volume in inline and at-line inspection processes consists of images or volume data of the same component or workpiece.
Das Computersystem
Die Komponenten des Computersystems können Folgendes aufweisen: einen oder mehrere Prozessoren oder Verarbeitungseinheiten
Das Computersystem weist zur Kommunikation eine Reihe von dedizierten Vorrichtungen (Tastatur
Darüber hinaus können mindestens Teile des Systems
Die Beschreibung der verschiedenen Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung wurde zum besseren Verständnis dargestellt, dient aber nicht einer unmittelbaren Einschränkung der erfinderischen Idee auf diese Ausführungsbeispiele. Weitere Modifikationen und Variationen erschließt sich der Fachmann selbst. Die hier genutzte Terminologie wurde so gewählt, um die grundsätzlichen Prinzipien der Ausführungsbeispiele am besten zu beschreiben und sie dem Fachmann leicht zugänglich zu machen.The description of the various exemplary embodiments of the present invention has been presented for better understanding, but does not serve to restrict the inventive idea directly to these exemplary embodiments. The person skilled in the art will find further modifications and variations himself. The terminology used here was chosen so as to best describe the basic principles of the exemplary embodiments and to make them easily accessible to the person skilled in the art.
Das hier vorgestellte Prinzip kann sowohl als System, als Verfahren, Kombinationen davon und/oder auch als Computerprogrammprodukt verkörpert sein. Dabei kann das Computerprogrammprodukt ein (oder mehrere) Computer-lesbare/s Speichermedium/-medien aufweisen, welches Computer-lesbare Programminstruktionen aufweist, um einen Prozessor oder ein Steuerungssystem dazu zu veranlassen, verschiedene Aspekte der vorliegenden Erfindung auszuführen.The principle presented here can be embodied both as a system, as a method, combinations thereof and / or as a computer program product. The computer program product can have one (or more) computer-readable storage medium (s) which have computer-readable program instructions in order to cause a processor or a control system to execute various aspects of the present invention.
Als Medien kommen elektronische, magnetische, optische, elektromagnetische, Infrarot-Medien oder Halbleitersysteme als Weiterleitungsmedium zum Einsatz; beispielsweise SSDs (solid state device/drive als Festkörperspeicher), RAM (Random Access Memory) und/oder ROM (Read-Only Memory), EEPROM (Electrically Eraseable ROM) oder eine beliebige Kombination davon. Als Weiterleitungsmedien kommen auch sich ausbreitende elektromagnetische Wellen, elektromagnetische Wellen in Wellenleitern oder anderen Übertragungsmedien (z.B. Lichtimpulse in optischen Kabeln) oder elektrische Signale, die in Drähten übertragen werden, in Frage.The media used are electronic, magnetic, optical, electromagnetic, infrared media or semiconductor systems as transmission media; For example, SSDs (solid state device / drive as solid-state storage), RAM (Random Access Memory) and / or ROM (Read-Only Memory), EEPROM (Electrically Eraseable ROM) or any combination thereof. Propagating electromagnetic waves, electromagnetic waves in waveguides or other transmission media (e.g. light pulses in optical cables) or electrical signals that are transmitted in wires can also be used as transmission media.
Das Computer-lesbare Speichermedium kann eine verkörpernde Vorrichtung sein, welche Instruktionen für eine Nutzung durch ein Instruktionsausführungsgerät vorhält bzw. speichert. Die Computer-lesbaren Programminstruktionen, die hier beschrieben sind, können auch auf ein entsprechendes Computersystem heruntergeladen werden, beispielsweise als (Smartphone-) App von einem Service-Provider über eine kabelbasierte Verbindung oder ein Mobilfunknetzwerk.The computer-readable storage medium may be an embodied device that holds or stores instructions for use by an instruction execution device. The computer-readable program instructions that are described here can also be downloaded to a corresponding computer system, for example as a (smartphone) app from a service provider via a cable-based connection or a cellular network.
Die Computer-lesbaren Programminstruktionen zur Ausführung von Operationen der hier beschriebenen Erfindung können maschinenabhängig sein oder maschinenunabhängige Instruktionen, Microcode, Firmware, Status-definierende Daten oder jeglicher Source-Code oder Objektcode, der beispielsweise in C++, Java oder ähnlichen bzw. in konventionellen prozeduralen Programmiersprachen, wie beispielsweise der Programmiersprache „C“ oder ähnlichen Programmiersprachen geschrieben sein. Die Computer-lesbaren Programminstruktionen können komplett durch ein Computersystem ausgeführt werden. In einigen Ausführungsbeispielen können es auch elektronische Schaltkreise, wie beispielsweise programmierbare Logikschaltkreise, Feld-programmierbare Gate Arrays (FPGA) oder programmierbare Logik-Arrays (PLA), sein, die die Computer-lesbaren Programminstruktionen durch Nutzung von Statusinformationen der Computer-lesbaren Programminstruktionen ausführen, um die elektronischen Schaltkreise entsprechend Aspekten der vorliegenden Erfindung zu konfigurieren bzw. zu individualisieren.The computer-readable program instructions for carrying out operations of the invention described here can be machine-dependent or machine-independent instructions, microcode, firmware, status-defining data or any source code or object code, for example in C ++, Java or similar or in conventional procedural programming languages such as the programming language "C" or similar programming languages. The computer-readable program instructions can be completely executed by a computer system. In some exemplary embodiments, it can also be electronic circuits, such as, for example, programmable logic circuits, field-programmable gate arrays (FPGA) or programmable logic arrays (PLA), which execute the computer-readable program instructions by using status information of the computer-readable program instructions, to configure or individualize the electronic circuits according to aspects of the present invention.
Darüber hinaus ist die hier vorgestellte Erfindung mit Bezug auf Flussdiagramme und/oder Blockdiagramme von Verfahren, Vorrichtungen (Systemen) und Computerprogramm-Produkten entsprechend Ausführungsbeispielen der Erfindung dargestellt. Es sei darauf hingewiesen, dass praktisch jeder Block der Flussdiagramme und/oder Blockdiagramme als Computer-lesbare Programminstruktionen ausgestaltet sein kann.In addition, the invention presented here is illustrated with reference to flow charts and / or block diagrams of methods, devices (systems) and computer program products according to exemplary embodiments of the invention. It should be noted that practically every block of the flowcharts and / or block diagrams can be designed as computer-readable program instructions.
Die Computer-lesbaren Programminstruktionen können einem General-Purpose-Computer, einem Spezialcomputer oder einem anderweitig programmierbaren Datenverarbeitungssystem zur Verfügung gestellt werden, um eine Maschine herzustellen, so dass die Instruktionen, welche durch den Prozessor oder den Computer oder andere programmierbare Datenverarbeitungsvorrichtungen ausgeführt werden, Mittel erzeugen, um die Funktionen oder Vorgänge, die in dem Flussdiagramm und/oder Blockdiagrammen dargestellt sind, zu implementieren. Diese Computer-lesbaren Programminstruktionen können entsprechend auch auf einem Computer-lesbaren Speichermedium gespeichert werden.The computer-readable program instructions can be made available to a general-purpose computer, a special purpose computer or some other programmable data processing system in order to manufacture a machine, so that the instructions which are executed by the processor or the computer or other programmable data processing device means to implement the functions or operations outlined in the flowchart and / or block diagrams. These computer-readable program instructions can accordingly also be stored on a computer-readable storage medium.
In diesem Sinne kann jeder Block in dem dargestellten Flussdiagramm oder den Blockdiagrammen ein Modul, ein Segment oder Anteile an Instruktionen darstellen, welche mehrere ausführbare Instruktionen zur Implementierung der spezifischen Logikfunktion darstellt. In einigen Ausführungsbeispielen können die Funktionen, die in den einzelnen Blöcken dargestellt sind, in einer anderen Reihenfolge - gegebenenfalls auch parallel - ausgeführt werden.In this sense, each block in the illustrated flow diagram or the block diagrams can represent a module, a segment or portions of instructions which represent a plurality of executable instructions for implementing the specific logic function. In some exemplary embodiments, the functions that are shown in the individual blocks can be carried out in a different order - possibly also in parallel.
Die dargestellten Strukturen, Materialien, Abläufe und Äquivalente aller Mittel und/oder Schritte mit zugehörigen Funktionen in den untenstehenden Ansprüchen sind dazu gedacht, alle Strukturen, Materialien oder Abläufe anzuwenden, wie es durch die Ansprüche ausgedrückt ist.The illustrated structures, materials, processes, and equivalents of all means and / or steps with associated functions in the claims below are intended to apply any structure, material, or process as expressed by the claims.
BezugszeichenlisteList of reference symbols
- 100100
- Verfahren zur Vermessung von Defekten von BauteilenMethod for measuring defects in components
- 102102
- Verfahrensschritt zu 100Process step to 100
- 104104
- Verfahrensschritt zu 100Process step to 100
- 106106
- Verfahrensschritt zu 100Process step to 100
- 108108
- Verfahrensschritt zu 100Process step to 100
- 200200
- Vorgehen des hier vorgestellten zugrunde liegendes KonzeptesProcedure of the underlying concept presented here
- 202202
- Bilddaten des PrüflingsImage data of the test item
- 204204
- DifferenzsignalDifference signal
- 206206
- ReferenzdatenReference data
- 208208
- Klassifikator/KlassifikationssystemClassifier / classification system
- 210210
- SegmentierungsergebnisSegmentation result
- 300300
- System zur Vermessung von Defekten von BauteilenSystem for measuring defects in components
- 302302
- 1. Empfangseinheit1. Receiver unit
- 304304
- 2. Empfangseinheit2. Receiver unit
- 306306
- BestimmungsmodulDetermination module
- 308308
- Klassifikator/KlassifikationssystemClassifier / classification system
- 400400
- Computer-SystemComputer system
- 402402
- Prozessorprocessor
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- SpeichersystemStorage system
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- BussystemBus system
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- RAMR.A.M.
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- ROMROME
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- LangzeitspeicherLong-term storage
- 414414
- I/O-ControllerI / O controller
- 416416
- Programmmodule, potenzielle DatenProgram modules, potential data
- 418418
- Tastaturkeyboard
- 420420
- Bildschirmscreen
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- NetzwerkadapterNetwork adapter
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