基于机器视觉的太阳能电池片缺陷检测算法综述
刘玉淇,吴一全 (南京航空航天大学电子信息工程学院)
摘要:太阳能电池片(Photovoltaic, PV)表面缺陷检测是光伏组件生产中不可或缺的流程。基于机器视觉的自动缺陷检测方法因其高精度、实时性、低成本等优点得到了广泛应用。本文综述了基于机器视觉的太阳能电池片表面缺陷检测方法的研究进展。首先,阐述了太阳能电池片表面成像方式,列举了典型缺陷类型。然后重点分析了基于传统机器视觉算法及基于深度学习算法进行太阳能电池片表面缺陷检测的原理。将传统机器视觉算法分为图像域分析法、变换域分析法进行综述;从无监督学习、有监督学习和弱监督及半监督学习三个方面分别概述了近几年来基于深度学习的太阳能电池片表面缺陷检测的研究现状。对太阳能电池片表面缺陷检测各种典型方法进一步细分归类和对比分析,总结了每种方法的优缺点。随后,介绍了9 种太阳能电池片表面缺陷图像数据集及缺陷检测性能评价指标。最后,系统总结了太阳能电池片缺陷检测常见的关键问题及其解决方法,对太阳能电池片表面缺陷检测的未来发展趋势进行了展望。
关键词:太阳能电池;缺陷检测;机器视觉;深度学习;检测网络
目录介绍
1 引言
2 太阳能电池片表面成像方式及缺陷类型
2.1 太阳能电池片表面成像方式
2.2 太阳能电池片表面缺陷检测类型
3 基于传统机器视觉算法的太阳能电池片缺陷检测方法
3.1 图像域分析法
3.1.1 基于特征的太阳能电池片缺陷检测方法
3.1.1.1 基于梯度特征的太阳能电池片缺陷检测方法
3.1.1.2 基于其他特征的太阳能电池片缺陷检测方法
3.1.2 基于区域的太阳能电池片缺陷检测方法
3.2 变换域分析法
3.2.1 基于矩阵分解的太阳能电池片缺陷检测方法
3.2.2 基于傅里叶变换的太阳能电池片缺陷检测方法
3.2.3 基于小波变换的太阳能电池片缺陷检测方法
3.2.4 基于独立成分分析的太阳能电池片缺陷检测方法
3.3 小结
4 基于深度学习的太阳能电池片缺陷检测方法
4.1 有监督学习
4.1.1 分类网络
4.1.1.1 直接利用分类网络
(1)单类别分类
(2)多类别分类
4.1.1.2 利用网络做特征提取器
4.1.2 检测网络
4.1.2.1 基于两阶段的缺陷检测网络
4.1.2.2 基于单阶段的缺陷检测网络
4.1.2.3 基于Transformer 网络
4.1.3 分割网络
4.1.3.1 FCN 方法
4.1.3.2 Mask R-CNN 方法
4.1.4 混合网络及轻量化网络
4.1.4.1 混合网络
4.1.4.2 轻量化网络
4.2 无监督学习
4.2.1 生成对抗网络
4.2.2 深度置信网络
4.2.3 自编码器
4.3 弱监督及半监督学习
4.4 小结
5 太阳能电池片数据集及评价指标
5.1 数据集概述
5.2 缺陷检测评价指标
5.2.1 分类网络和检测网络评价指标
5.2.2 分割网络评价指标
5.3 性能评估
6 现存问题及进一步研究工作的展望
6.1 现存问题
6.2 进一步研究工作的展望
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