基于LIRE圖像檢索在焊接工藝規(guī)程編制應(yīng)用中的研究與實(shí)現(xiàn)

連光富

（中國鐵建高新裝備股份有限公司，云南 昆明650215）

鐵建裝備于2012年通過EN15085焊接體系CL1級認(rèn)證，取得了走向國際市場的通行證。該體系經(jīng)過近9年的有效運(yùn)行，建立了一套完善的焊接質(zhì)量控制和生產(chǎn)管理體系，也培養(yǎng)了一支掌握國際先進(jìn)制造理念的產(chǎn)品設(shè)計(jì)及工藝研發(fā)人員隊(duì)伍，全面提升了鐵路大型養(yǎng)路機(jī)械的焊接水平和焊接質(zhì)量。在焊接生產(chǎn)的過程中建立一套符合焊接體系認(rèn)證的焊接工藝規(guī)程，不僅能有效提高焊接產(chǎn)品的質(zhì)量，而且能提高工作效率。

在焊接工藝規(guī)程的編制過程中，不僅要大量翻閱原有的焊接工藝規(guī)程文件，還要比對焊接頭的重復(fù)性及相似性。焊接接頭信息比對及查重是一項(xiàng)比較煩瑣的工作。通過查重，可有效防止焊接工藝規(guī)程重復(fù)生成，以保證其唯一性。通過比對，可將相似的規(guī)程加以引用，少量調(diào)整參數(shù)即可編制出新的焊接工藝規(guī)程。焊接接頭知識庫為焊接工藝規(guī)程編制提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，通過對知識庫的檢索，焊接工藝編制人員可以快速定位到目標(biāo)焊接接頭信息。焊接接頭信息含圖號、圖紙版本、焊縫標(biāo)識、接頭形式、焊接順序、焊接方法等。其中，接頭形式以圖片方式存儲(chǔ)，為本文研究實(shí)現(xiàn)“以圖搜圖”提供了數(shù)據(jù)接口。

圖像檢索技術(shù)分為基于文本的圖像檢索技術(shù)和基于內(nèi)容的檢索技術(shù)?；谖谋镜膱D像檢索沿用了傳統(tǒng)的文本檢索技術(shù)，從圖像的名稱、圖像尺寸、壓縮類型、作者、年代等方面標(biāo)引圖像，一般以關(guān)鍵詞形式查詢圖像。基于內(nèi)容的圖像檢索技術(shù)根據(jù)圖像、圖像內(nèi)容語義以及上下文聯(lián)系進(jìn)行查找，以圖像語義特征為線索從圖像數(shù)據(jù)庫中檢出具有相似特性的其他圖像。本文結(jié)合LIRE基于圖像內(nèi)容的檢索技術(shù)進(jìn)行研究與實(shí)現(xiàn)。

1 背景知識

1.1 焊接工藝規(guī)程

焊接工藝規(guī)程(WPS)是把焊接工藝評定(WPQR)[3]當(dāng)作基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，將具體的產(chǎn)品當(dāng)作焊接對象，來指導(dǎo)焊接生產(chǎn)過程的一整套經(jīng)過評定合格的焊接工藝文件。目前，鐵建裝備的焊接工藝規(guī)程通過焊接工藝智能化系統(tǒng)生成。焊接工藝智能化系統(tǒng)由基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫、焊接工藝規(guī)程及用戶權(quán)限三部分構(gòu)成，如圖1所示。

圖1 焊接工藝智能化系統(tǒng)

1.2 LIRE

LIRE（Lucene Image Retrieval）是一個(gè)在Lucene基礎(chǔ)上開發(fā)的全文檢索的開源Java庫。提供了基于內(nèi)容的圖像檢索API，可以實(shí)現(xiàn)對圖像特征提取和建立索引[1]。LIRE一方面實(shí)現(xiàn)了對圖像特征的提取，另一方面克服了傳統(tǒng)基于數(shù)據(jù)庫線性查找不方便的問題。LIRE中封裝的圖像特征有：①RGB和HSV空間的顏色直方圖；②MPEG-7的顏色特征；③Tamura紋理特征；④顏色和邊緣的方向性描述符；⑤模糊顏色和紋理直方圖；⑥顏色關(guān)聯(lián)圖；⑦尺度不變特征變換。LIRE在實(shí)現(xiàn)特征提取和建立索引的同時(shí)還具有高度的擴(kuò)展性，用戶可以根據(jù)圖像類型自定義特征提取方法[2]。

2 焊接接頭知識庫

焊接接頭知識庫為焊接工藝規(guī)程編制提供了數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，也是焊接工藝智能化系統(tǒng)的重要組成部分。用戶通過焊接智能化工藝系統(tǒng)的人機(jī)交互界面，可對焊接接頭知識庫進(jìn)行信息管理，以維護(hù)焊接接頭信息的準(zhǔn)確性。接頭信息如圖2所示。

圖2 焊接接頭信息

2.1 數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)

根據(jù)焊接智能化工藝系統(tǒng)的焊接接頭知識庫功能需求，焊接接頭信息包括接頭圖號、圖紙版本、圖示焊縫位置、焊縫標(biāo)識、接頭形式、焊接順序、焊道數(shù)量、焊縫位置標(biāo)識、焊接方法、焊縫性能等級、焊縫檢驗(yàn)等級、焊縫接收等級、焊材型號、保護(hù)氣體、焊縫檢驗(yàn)VT、焊縫檢驗(yàn)PT、焊縫檢驗(yàn)UT、焊縫檢驗(yàn)MT、焊縫檢驗(yàn)RT、T1母材厚度、T1材料組別、T1母材名稱及尺度、T2母材牌號、T2母材厚度、T2材料組別、T2母材名稱及尺度、WPS No.WPQR No.等，焊接接頭信息數(shù)據(jù)庫如表1所示。

表1 焊接接頭信息表

2.2 知識庫功能開發(fā)

焊接接頭知識庫功能由焊接接頭信息的增加、編輯、刪除等功能應(yīng)用組成。用戶通過功能應(yīng)用對知識庫進(jìn)行維護(hù)管理，以保證接頭信息準(zhǔn)備無誤。其中包含接頭形式的信息管理，接頭信息以圖片格式存儲(chǔ)，為本文在焊接工藝規(guī)程編制應(yīng)用中的“以圖搜圖”功能研究與實(shí)現(xiàn)提供前提條件。知識庫管理界面如圖3所示。

圖3 焊接接頭知識庫應(yīng)用界面

3 圖像檢索系統(tǒng)

焊接工藝智能化系統(tǒng)旨在編制焊接工藝規(guī)程。在編制過程中，可通過如焊縫標(biāo)識、焊縫類別、焊縫位置及焊接接頭形式圖片等已知的接頭信息來檢索焊接接頭數(shù)據(jù)。其中，通過焊接接頭形式圖片檢索是最常用的方式。

3.1 圖像檢索系統(tǒng)設(shè)計(jì)

圖像檢索系統(tǒng)由用戶交互界面、數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)傳輸服務(wù)、圖像索引創(chuàng)建服務(wù)及圖像檢索服務(wù)等組成。用戶交互界面提供檢索請求入口操作及檢索結(jié)果信息反饋界面；數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)傳輸服務(wù)負(fù)責(zé)將檢索請求按約定的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議發(fā)送至圖像檢索服務(wù)并返回圖像檢索服務(wù)檢索的結(jié)果信息；圖像索引服務(wù)在定時(shí)任務(wù)的驅(qū)動(dòng)下，創(chuàng)建焊接接頭知識庫中焊接接頭形式的圖片索引；圖像檢索服務(wù)負(fù)責(zé)通過索引查找圖片并將結(jié)果反饋至數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)傳輸服務(wù)。如圖4所示。

圖4 圖像檢索系統(tǒng)功能

圖5 LayUI人機(jī)交互事件源碼

圖6 “以圖搜圖”前后臺交互請求處理源碼

3.2 圖像檢索系統(tǒng)開發(fā)

圖像檢索系統(tǒng)采用前后臺分離的架構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，“以圖搜圖”人機(jī)交互功能界面采用LayUI進(jìn)行開發(fā)，后臺焊接接頭信息服務(wù)、圖像索引創(chuàng)建服務(wù)及圖像檢索服務(wù)均采用spring boot微服務(wù)技術(shù)進(jìn)行開發(fā)。數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)傳輸服務(wù)采用C/S通信模型進(jìn)行設(shè)計(jì)，該服務(wù)器和圖像檢索服務(wù)根據(jù)通信協(xié)議使用Socket通信。

3.3 “以圖搜圖”功能使用

在使用“以圖搜圖”圖像檢索系統(tǒng)功能時(shí)，由用戶點(diǎn)擊搜圖上傳焊接接頭形式圖片，后臺服務(wù)經(jīng)過查找圖像特征索引，最后返回相同或相似度較高的3張圖片并傳輸至用戶界面。如圖7所示：

圖7 “以圖搜圖”人機(jī)交互功能界面

4 結(jié)語

本文從構(gòu)建焊接接頭知識庫出發(fā)，結(jié)合焊接工藝智能化中焊接工藝規(guī)程編制應(yīng)用，并基于LIRE圖像檢索技術(shù)設(shè)計(jì)了圖像檢索系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了通過焊接接頭形式圖片從焊接接頭知識庫中檢索相同或相似焊接接頭信息的功能，替代人工比對圖片來獲取目標(biāo)圖片的方式，以滿足焊接工藝智能化系統(tǒng)的需求，提高焊接工藝規(guī)程的編制效率。