論文の概要: Voxel-wise classification for porosity investigation of additive manufactured parts with 3D unsupervised and (deeply) supervised neural networks

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2305.07894v1
• Date: Sat, 13 May 2023 11:23:00 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-05-16 18:59:32.936559
• Title: Voxel-wise classification for porosity investigation of additive manufactured parts with 3D unsupervised and (deeply) supervised neural networks
• Title（参考訳）: 3次元非教師付き(深く)教師付きニューラルネットワークを用いた多孔質部品のボクセルワイズ分類
• Authors: Domenico Iuso, Soumick Chatterjee, Jan De Beenhouwer, Jan Sijbers
• Abstract要約: 本研究は,X-CT画像からのAMサンプルの容積解析のための最近の教師付き (UNet, UNet++, UNet 3+, MSS-UNet) と教師なし (VAE, ceVAE, gmVAE, vqVAE) DLモデルを再検討する。 3次元入力データを3次元パッチパイプラインで受け入れるように拡張し、計算要求を低くし、効率と一般化性を改善した。 VAE/ceVAEモデルは、特に後処理技術を利用した場合、優れた性能を示した。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 6.407946291544722
• License: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
• Abstract: 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.
• Abstract（参考訳）: アダプティブ・マニュファクチャリング(AM)は、デジタルモデルからサンプルを直接生産できる製造プロセスとして登場した。 バッチのすべての製造サンプルで品質基準が満たされることを保証するため、X線CT(Computerd Tomography)が自動異常検出と組み合わせられることが多い。 後者では、画像品質の低下に対して分析され、耐性がある材料に対して堅牢であるように訓練できるため、ディープラーニング(DL)異常検出技術が増えている。 残念なことに、最近のDLモデルは2次元画像処理のために開発されており、貴重なボリューム情報を無視している。 本研究は,X-CT画像からのAMサンプルのポロシティ解析のための非教師付き (UNet, UNet++, UNet 3+, MSS-UNet) と非教師付き (VAE, ceVAE, gmVAE, vqVAE) DLモデルを再検討し, 3次元パッチパイプラインを用いて3次元入力データを受け入れるように拡張した。 教師付きモデルはFocal Tversky損失を用いてトレーニングされ、トレーニングデータセットの低いポロシティから生じるクラス不均衡に対処した。 教師なしモデルの出力は、オブジェクト表面を適切に表現できないことによる誤分類を減らすために後処理される。 その結果,DLモデルの性能ベンチマーク,ポストプロセッシングアルゴリズムの評価,教師なしモデルの出力による教師なしモデルのトレーニング効果の評価など,5倍の精度で検証された。 画像品質の悪いテストセットの最終的なパフォーマンスベンチマークでは、最高のパフォーマンス教師付きモデルは平均精度0.808$\pm$0.013のMSS-UNetであり、最も優れた教師なしモデルは処理後のceVAE 0.935$\pm$ 0.001である。 VAE/ceVAEモデルは特に後処理技術を活用する際に優れた性能を示した。

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