PreCaCycleGAN: Perceptual Capsule Cyclic Generative Adversarial Network for Industrial Defective Sample Augmentation

计算机科学 稳健性(进化) 人工智能 一般化 模式识别(心理学) 生成对抗网络 样品(材料) 机器学习 数据挖掘 深度学习 数学 数学分析 生物化学 化学 色谱法 基因
作者
Jiaxing Yang,Wang Ke,Fengkai Luan,Yong Yin,Hu Zhang
出处
期刊:Electronics [Multidisciplinary Digital Publishing Institute]
卷期号:12 (16): 3475-3475 被引量:5
标识
DOI:10.3390/electronics12163475
摘要

Machine vision is essential for intelligent industrial manufacturing driven by Industry 4.0, especially for surface defect detection of industrial products. However, this domain is facing sparse and imbalanced defect data and poor model generalization, affecting industrial efficiency and quality. We propose a perceptual capsule cycle generative adversarial network (PreCaCycleGAN) for industrial defect sample augmentation, generating realistic and diverse defect samples from defect-free real samples. PreCaCycleGAN enhances CycleGAN with a U-Net and DenseNet-based generator to improve defect feature propagation and reuse and adds a perceptual loss function and a capsule network to improve authenticity and semantic information of generated features, enabling richer and more realistic global and detailed features of defect samples. We experiment on ten datasets, splitting each dataset into training and testing sets to evaluate model generalization across datasets. We train three defect detection models (YOLOv5, SSD, and Faster-RCNN) with original data and augmented data from PreCaCycleGAN and other state-of-the-art methods, such as CycleGAN-TSS and Tree-CycleGAN, and validate them on different datasets. Results show that PreCaCycleGAN improves detection accuracy and rate and reduces the false detection rate of detection models compared to other methods on different datasets, demonstrating its robustness and generalization under various defect conditions.
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