基于LIRE图像检索在焊接工艺规程编制应用中的研究与实现

连光富

（中国铁建高新装备股份有限公司，云南 昆明650215）

铁建装备于2012年通过EN15085焊接体系CL1级认证，取得了走向国际市场的通行证。该体系经过近9年的有效运行，建立了一套完善的焊接质量控制和生产管理体系，也培养了一支掌握国际先进制造理念的产品设计及工艺研发人员队伍，全面提升了铁路大型养路机械的焊接水平和焊接质量。在焊接生产的过程中建立一套符合焊接体系认证的焊接工艺规程，不仅能有效提高焊接产品的质量，而且能提高工作效率。

在焊接工艺规程的编制过程中，不仅要大量翻阅原有的焊接工艺规程文件，还要比对焊接头的重复性及相似性。焊接接头信息比对及查重是一项比较烦琐的工作。通过查重，可有效防止焊接工艺规程重复生成，以保证其唯一性。通过比对，可将相似的规程加以引用，少量调整参数即可编制出新的焊接工艺规程。焊接接头知识库为焊接工艺规程编制提供基础数据，通过对知识库的检索，焊接工艺编制人员可以快速定位到目标焊接接头信息。焊接接头信息含图号、图纸版本、焊缝标识、接头形式、焊接顺序、焊接方法等。其中，接头形式以图片方式存储，为本文研究实现“以图搜图”提供了数据接口。

图像检索技术分为基于文本的图像检索技术和基于内容的检索技术。基于文本的图像检索沿用了传统的文本检索技术，从图像的名称、图像尺寸、压缩类型、作者、年代等方面标引图像，一般以关键词形式查询图像。基于内容的图像检索技术根据图像、图像内容语义以及上下文联系进行查找，以图像语义特征为线索从图像数据库中检出具有相似特性的其他图像。本文结合LIRE基于图像内容的检索技术进行研究与实现。

1 背景知识

1.1 焊接工艺规程

焊接工艺规程(WPS)是把焊接工艺评定(WPQR)[3]当作基础数据，将具体的产品当作焊接对象，来指导焊接生产过程的一整套经过评定合格的焊接工艺文件。目前，铁建装备的焊接工艺规程通过焊接工艺智能化系统生成。焊接工艺智能化系统由基础数据库、焊接工艺规程及用户权限三部分构成，如图1所示。

图1 焊接工艺智能化系统

1.2 LIRE

LIRE（Lucene Image Retrieval）是一个在Lucene基础上开发的全文检索的开源Java库。提供了基于内容的图像检索API，可以实现对图像特征提取和建立索引[1]。LIRE一方面实现了对图像特征的提取，另一方面克服了传统基于数据库线性查找不方便的问题。LIRE中封装的图像特征有：①RGB和HSV空间的颜色直方图；②MPEG-7的颜色特征；③Tamura纹理特征；④颜色和边缘的方向性描述符；⑤模糊颜色和纹理直方图；⑥颜色关联图；⑦尺度不变特征变换。LIRE在实现特征提取和建立索引的同时还具有高度的扩展性，用户可以根据图像类型自定义特征提取方法[2]。

2 焊接接头知识库

焊接接头知识库为焊接工艺规程编制提供了数据基础，也是焊接工艺智能化系统的重要组成部分。用户通过焊接智能化工艺系统的人机交互界面，可对焊接接头知识库进行信息管理，以维护焊接接头信息的准确性。接头信息如图2所示。

图2 焊接接头信息

2.1 数据库设计

根据焊接智能化工艺系统的焊接接头知识库功能需求，焊接接头信息包括接头图号、图纸版本、图示焊缝位置、焊缝标识、接头形式、焊接顺序、焊道数量、焊缝位置标识、焊接方法、焊缝性能等级、焊缝检验等级、焊缝接收等级、焊材型号、保护气体、焊缝检验VT、焊缝检验PT、焊缝检验UT、焊缝检验MT、焊缝检验RT、T1母材厚度、T1材料组别、T1母材名称及尺度、T2母材牌号、T2母材厚度、T2材料组别、T2母材名称及尺度、WPS No.WPQR No.等，焊接接头信息数据库如表1所示。

表1 焊接接头信息表

2.2 知识库功能开发

焊接接头知识库功能由焊接接头信息的增加、编辑、删除等功能应用组成。用户通过功能应用对知识库进行维护管理，以保证接头信息准备无误。其中包含接头形式的信息管理，接头信息以图片格式存储，为本文在焊接工艺规程编制应用中的“以图搜图”功能研究与实现提供前提条件。知识库管理界面如图3所示。

图3 焊接接头知识库应用界面

3 图像检索系统

焊接工艺智能化系统旨在编制焊接工艺规程。在编制过程中，可通过如焊缝标识、焊缝类别、焊缝位置及焊接接头形式图片等已知的接头信息来检索焊接接头数据。其中，通过焊接接头形式图片检索是最常用的方式。

3.1 图像检索系统设计

图像检索系统由用户交互界面、数据网络传输服务、图像索引创建服务及图像检索服务等组成。用户交互界面提供检索请求入口操作及检索结果信息反馈界面；数据网络传输服务负责将检索请求按约定的数据传输协议发送至图像检索服务并返回图像检索服务检索的结果信息；图像索引服务在定时任务的驱动下，创建焊接接头知识库中焊接接头形式的图片索引；图像检索服务负责通过索引查找图片并将结果反馈至数据网络传输服务。如图4所示。

图4 图像检索系统功能

图5 LayUI人机交互事件源码

图6 “以图搜图”前后台交互请求处理源码

3.2 图像检索系统开发

图像检索系统采用前后台分离的架构进行设计，“以图搜图”人机交互功能界面采用LayUI进行开发，后台焊接接头信息服务、图像索引创建服务及图像检索服务均采用spring boot微服务技术进行开发。数据网络传输服务采用C/S通信模型进行设计，该服务器和图像检索服务根据通信协议使用Socket通信。

3.3 “以图搜图”功能使用

在使用“以图搜图”图像检索系统功能时，由用户点击搜图上传焊接接头形式图片，后台服务经过查找图像特征索引，最后返回相同或相似度较高的3张图片并传输至用户界面。如图7所示：

图7 “以图搜图”人机交互功能界面

4 结语

本文从构建焊接接头知识库出发，结合焊接工艺智能化中焊接工艺规程编制应用，并基于LIRE图像检索技术设计了图像检索系统，实现了通过焊接接头形式图片从焊接接头知识库中检索相同或相似焊接接头信息的功能，替代人工比对图片来获取目标图片的方式，以满足焊接工艺智能化系统的需求，提高焊接工艺规程的编制效率。