L ời cảm ơn
3.1. Thiết kế hệ thống thiết bị đỏnh giỏ độ nhăn đường may đơn 301
3.1.4. Mạng nơron đỏnh giỏ độ nhăn đường may
Để đỏnh giỏ khỏch quan độ nhăn đường may đơn 301 theo cỏc cấp độ của tiờu chuẩn 88B-2001 AATCC, chương trỡnh đỏnh giỏ độ nhăn đường may Seam Pucker Tester ứng dụng ANN ó đ được thiết lập. Phần mềm mạng nơron ới du v ng lượng 17,02MB được viết bằng ngụn ngữ Visual Basic 6.0 trờn mụi trường Windows (mục 6.2, phụ lục 6). Đầu vào của chương trỡnh Seam Pucker Tester là tệp dữ liệu đo được trờn bề mặt đường may đơn 301 nhờ thiết bị quột đó thiết kế ở phần trờn. Đầu ra là cấp độ SS khỏch quan của đường may.
3.1.4.1 Cấu trỳc mạng nơron đỏnh giỏ khỏch quan độ nhăn đường may:
Mạng được thiết kế thu loộc ại mạng nơron truyền thẳng 3 ớpl với cấu trỳc 63 (+1), 8 (+1), 5. L vào ớp là cỏc nơron nhận cỏc biến đầu vào xi, với i=1 63 và một nơron bias cú giỏ trị bằng 1. ớp ẩn ồm nơron y L g 8 j, j=1ữ8 và một nơron bias cú giỏ trị bằng 1 để tăng khả năng học thớch nghi của mạng. Cỏc nơron lớp ẩn nhận tớn hiệu từ cỏc nơron lớp vào qua trọng số uji và tớn hiệu từ nơron bias bj. L ra là cỏc ớp
nơron chứa ết quả đầu ra k Zk, với k=1 5. Cỏc nơron lớp ra nhận tớn hiệu từ cỏc
nơron lớp ẩn và nơron bias ck qua cỏc trọng số wkj.
Tệp dữ liệu thu được từ thiết bị quột laser gồm cỏc chuỗi dữ liệu rời rạc với 17x128 giỏ trị đo được chuyển sang miền tần số bằng biến đổi FFT. Khảo sỏt cỏc mẫu cho thấy, 9 tần số đầu tiờn là vựng mà năng lượng tớn hiệu tập trung nhiều nhất (Hỡnh 3-18a). Vỡ vậy, loại bỏ cỏc tần số thứ 10 trở đi. Điều này cú nghĩa là cỏc tần số thấp đặc trưng cho hỡnh dạng mẫu tốt hơn cỏc tần số cao.
Hỡnh 3- 18a. Đồ ị ểu ễn ần số và ph th bi di t ổ biờn độ của dữ liệu quột (SS = 4)
Tần số Biờn độ
Để giảm số nơron đầu vào của mạng một lần nữa, biờn độ của 9 tần số đầu tiờn được khảo sỏt và chia thành 7 khoảng như trờn hỡnh 3-18b. Từ đú, đầu ra của xử lý FFT được tập hợp dưới dạng ma trận biờn độ theo tần số ới kớch thước 9x7. Sau đú, mẫu ữ liệu v d này được biến đổi tuyến tớnh về [0,1] để phự hợp với hàm kớch hoạt Sigmoid. Như vậy, thụng tin đầu vào của mạng nơron gồm 63 giỏ trị ứng với 63 nơron ớpl vào.
Hỡnh 3-18b. Ma trận đầu vào của ANN đỏnh giỏ độ nhăn đường may (SS = 1)
Số nơron tối đa của ớp ẩnl được xỏc định bởi cụng thức Kolmogrov[24]:
Nẩn < 2*Nvào + 1 ; Nẩn ≤ 2* 63 +1 = 127 (3-5) Lần lượt thử cỏc giỏ trị số nơron ớp ẩn trongl [0,127] bằng phương phỏp thử - sai, tỡm ra số nơron ớp ẩn ll à 8.
ự h
Để ph ợp với giỏ trị của hàm Sigmoid đơn cực (từ 0ữ1) và thuận lợi cho việc thiết kế mẫu đầu ra mong muốn phục vụ quỏ trỡnh huấn luyện ANN, l ra ớp được thiết lập gồm 5 nơron tương ứng với 5 cấp độ SS của tiờu chuẩn 88B AATCC. Độ nhăn khỏch quan (SS khỏch quan) của mẫu đo được xỏc định từ cỏc giỏ trị Zk (k =1 5) của cỏc nơron l ra theo cụng thớp ức:
5 1 5 1 * k k k k Z Z k SS (3-6) Cỏc ma trận trọng số Uji, Wkj, bj và ck thu được sau khi huấn luyện mạng được trỡnh bày trong phụ lục 9.
3.1.4.2 Mẫu học và cỏc tham số cho g ải thuật i lan truyền ngược lỗi:
ANN đỏnh giỏ độ nhăn đường may sử dụng giải thuật lan truyền ngược lỗi với cỏc ẫu học vm à tham số học đ được thiết kế. ó
- Mẫu học:
Một tập 15 mẫu học {x(m), d(m)} với m=1 15, x(m) là vectơ đầu vào, d(m) là
Khoảng biờn độ Vị trớ từ đường may < 0.08 0.08 0.12 0.12 0.16 0.16 0.20 0.2 0.4 0.4 0.8 > 0.8 cỏch 40 mm 1 0 1 2 2 9 3 cỏch 35 mm 0 2 1 1 2 7 5 cỏch 30 mm 0 1 0 1 5 7 4 cỏch 25 mm 0 0 1 0 7 5 5 cỏch 20 mm 0 0 0 1 6 7 4 cỏch 15 mm 0 0 2 0 5 6 5 cỏch 10 mm 0 1 2 2 6 2 5 cỏch 5 mm 2 0 2 3 2 4 5 đường may 0 0 0 1 3 4 1
vectơ đầu ra mong muốn, đó được thiết kế (5 cấp độ, mỗi cấp độ 3 mẫu) ừ t 165 mẫu đo sao cho cỏc mẫu học phải là những mẫu mà cả 3 thớ nghiệm viờn đỏnh giỏ theo tiờu chuẩn 88B-2001 AATCC đều thống nhất cựng một cấp độ SS. 15 mẫu học trờn đảm bảo bao trựm khụng gian đầu vào của mạng bởi cỏc mẫu từ cấp độ 1đến 5 và cú tớnh phõn lớp cao. Cỏc mẫu học được đo bằng thiết bị quột 3D đó thiết kế. Dữ liệu được xử lý FFT và tạo ra cỏc ma trận đầu vào với kớch thước 9x7 cho quỏ trỡnh huấn luyện của mạng.
(a) (b)
Hỡnh 3-19. Mẫu học (a) và đầu ra mong muốn của mạng (b)
Xử lý FFT là quỏ trỡnh tiền xử lý dữ liệu đầu vào nờn mẫu học (Hỡnh 3-19a) được định dạng theo kiểu tệp text với giỏ trị đầu tiờn chớnh là độ nhăn đường may của mẫu học này. Tiếp theo là ma trận kớch thước 17x128 chớnh là dữ liệu thu được sau khi quột mẫu đú (phụ lục 8). Khi huấn luyện mạng, nhận được giỏ trị đầu tiờn (cấp độ SS đỏnh giỏ theo tiờu chuẩn 88B AATCC của mẫu) mạng sẽ gỏn cỏc giỏ trị đầu ra mong muốn tương ứng với 5 nơron đầu ra theo giỏ trị của cấp độ này (4 giỏ trị = 0 và 1 giỏ trị = 1 như trờn Hỡnh 3-19b), từ đú tớnh sai số của lớp ra và điều chỉnh trọng số ngược trở lại cỏc lớp trờn theo cụng thức của giải thuật lan truyền ngược lỗi được trỡnh bày ở chương 2 .
- Cỏc tham s thiố ết kế cho quỏ trỡnh học của mạng nơron:
+ Khởi tạo bộ trọng số của mạng [24]: [ 3/ ;3/ ]
[ 3/ ;3/ ] i i i i wji k k bj k k , ki là số nơron tầng trước. + Hệ số ọc ban đầu h 2 2 2 1 2 1.5 0.225 ... m N N N
và được điều chỉnh thớch nghi theo tỷ lệ thay đổi của giỏ trị hàm sai số.
Trong đú, tập mẫu học được chia thành m = 5 tập con chứa cỏc mẫu giống nhau và số lượng cỏc mẫu trong mỗi tập con lần lượt là Ni = 3, với i = 1,2,…,5.
+ Hệ số mụmen khởi tạo α = 0,9 [12]; tỷ lệ thay đổi ủa giỏ trị h c àm sai số sau một
bước học so với bước trước đú để ỏp dụng điều chỉnh hệ số học thớch nghi là = 5% ; nhõn tử = 0,5 [141].
+ Giỏ tr àm sai sị h ố cực đại cho phộp Emax = 0,01 ; đặt hàm sai s ố ban đầu E = 0. + Số bước lặp tối đa của giải thuật học là 500 do dữ liệu học cú tớnh phõn lớp tốt.
Chương trỡnh cho phộp thực hiện quỏ trỡnh huấn luyện mạng trờn giao diện Neural Network Training (Hỡnh 3-20) và đỏnh giỏ độ nhăn mẫu đường may đơn 301 bất kỳ trờn giao
diện Seam Pucker Evaluation (Hỡnh 3- 21). Giao diện này cho phộp nhập cấu trỳc mạng với số nơron cỏc l và tham ớp s hố ọc ủa giải thuật c lan truyền ngược lỗi. Quỏ trỡnh huấn luyện
mạng được thực hiện bằng cỏch chọn Train sau khi đó nhập đủ dữ liệu học và kiểm th vử ới định dạng đó thiết kế trong cựng thư mục với phần mềm mụ hỡnh mạng.
Giao diện dành cho quỏ trỡnh kiểm tra độ nhăn mẫu đường may cho phộp đỏnh giỏ độ nhăn của đường may đơn 301 nh sờ ử dụng kết quả quỏ
trỡnh học ở trờn. Muốn đỏnh giỏ độ nhăn khỏch quan ủa ột mẫu nào đú, chỉ việcc m chọn Browse, chọn tệp dữ liệu của mẫu định đỏnh giỏ, chọn Result, ta sẽ cú kết quả cỏc giỏ trị của nơron ớpl ra và độ nhăn AATCC khỏch quan. Cỏc giỏ trị này được tự
Hỡnh 3-20. Giao diện huấn luyện ạng m
động ghi lại trong tệp kết quả đỏnh giỏ.
Với cỏc giao diện này cho phộp huấn luyện mạng và đỏnh giỏ mẫu một cỏch đơn giản, nhanh chúng mà khụng đũi hỏi những chuyờn gia lành nghề hoặc cú nhiều kinh nghiệm.
3.1.4.3. Kết quả đỏnh giỏ khả năng nhận dạng mẫu của mạng nơron đỏnh giỏ độ nhăn đường may
- Kết quả học:
Quỏ trỡnh học của mạng được thực hiện với 15 mẫu học và cỏc tham số học đó thiết kế. Mạng hội tụ ở bước học 61 ới số nơron lớp ẩn l v à 8 và kết quả học được trỡnh bày trờn bảng 3.1. ết quả học cho thấy sai lệch trung bỡnh của cỏc mẫu trờn khi K đỏnh giỏ độ nhăn bởi hệ thống đưa ra là 0,0407 so với đỏnh giỏ theo tiờu chuẩn 88B- 2001 AATCC. Giỏ trị của cỏc nơron lớp ra Zi, i = 1ữ5 rất phự hợp với dạng mẫu đầu ra mong muốn trờn Hỡnh 3-19b.
Bảng 3.1. Kết quả cỏc nơron đầu ra và độ nhăn của 15 mẫu học
Chỉ số đầu ra M ẫu h ọc Z1 Z2 Z3 Z4 Z5 Độ nhăn AATCC chủ quan (SS chủ quan) Độ nhăn ANN Khỏch quan (SS khỏch quan) 1 0,9612 0,0097 0, 0180 0,0330 0,0009 1 1,1449 2 0,9767 0,0079 0, 0158 0,0006 0,0093 1 1,0777 3 0,9890 0,0193 0, 0057 0,0007 0,0036 1 1,0463 4 00134 0,9834 0, 0001 0,0134 0,0159 2 2,0596 5 0,0115 0,9762 0, 0053 0,0009 0,0105 2 2,0269 6 0,0095 0,9792 0, 0126 0,0153 0,0005 2 2,0346 7 0,0115 0,004 0, 9728 0,0021 0,0214 3 3,0176 8 0,0049 0,0037 0, 9699 0,0287 0,0106 3 3,0357 9 0,0200 0,0081 0, 9839 0,0000 0,0173 3 2,9868 10 0,0289 0,0073 0, 0073 0,9733 0,0086 4 3,9024 12 0 0080 0 0155 0 0152 0 9752 0 0094 4 3 9405 13 0,0005 0,0095 0, 0099 0,0080 0,9848 5 4,9424 14 0,0026 0,0045 0, 0231 0,0073 0,9692 5 4,9231 15 0,0002 0,0158 0, 0104 0,0127 0,9834 5 4,9200
- Kết quả kiểm ửth : ki kh
Để ểm tra ả năng đỏnh giỏ độ nhăn ủa mạng đ c ó thiết lập, tương quan
giữa kết quả phõn loại của mạng và kết quả đỏnh giỏ theo tiờu chuẩn 88B-2001 AATCC được xỏc định trờn tập 10 mẫu kiểm th . ử
Bảng 3.2 cho thấy cỏc kết quả đỏnh giỏ độ nhăn đường may trờn tập mẫu kiểm thử ằng hệ thống đ b ó thiết kế và tiờu chuẩn 88B-2001 AATCC. Kết quả này cho thấy sai lệch trung bỡnh của cỏc mẫu kiểm thử khi đỏnh giỏ độ nhăn bởi hệ thống đưa ra là 0,1224 so với đỏnh giỏ theo tiờu chuẩn 88B- 2001 AATCC.
Giỏ tr àm sai sị h ố của mạng nơron trờn tập mẫu học và tập mẫu kiểm thử được thể hiện trờn hỡnh 3-23. Hệ số tương quan đạt được giữa độ nhăn đỏnh giỏ chủ quan theo tiờu chuẩn 88B-2001 AATCC và độ nhăn đỏnh giỏ qua mạng trờn 45 mẫu khỏc là R2 = 0,9795 (hỡnh 3-22). Sai số trung bỡnh trờn tập 45 mẫu này là 0,1823 là hoàn toàn
cú thể chấp nhận được trong đỏnh giỏ độ nhăn.
Bảng 3.2 Kết quả cỏc nơron đầu ra và độ nhăn ủac 10 mẫu kiểm thử
Mẫu kiểm thử
Cỏc giỏ trị nơron lớp ra Độ nhăn
AATCC chủ quan (SS chủ quan) Độ nhăn ANN khỏch quan (SS khỏch quan) Z1 Z2 Z3 Z4 Z5 1 0,9929 0,0025 0,0025 0,0025 0,0002 1 1,0157 2 0,9926 0,0043 0,0021 0,0015 0,0003 1 1,0141 3 0,0006 0,9961 0,0345 0,0128 0,0000 2 2,0569 4 0,0049 0,9957 0,0116 0,0002 0,0000 2 2,0070 5 0,0007 0,0080 0,9498 0,0051 0,0041 3 3,0040 6 0,0020 0,0131 0,9943 0,0930 0,0005 3 3,0697 7 0,0002 0,0017 0,0726 0,8688 0,0025 4 3,9216 8 0,0018 0,0196 0,0075 0,9971 0,0009 4 3,9501 9 0, 0,0012 0,058 0,1192 0,7723 5 4,7476 10 0,0002 0,0001 0,0676 0,0020 0,9683 5 4,8661
Kết quả này hoàn toàn phự hợp với yờu cầu huấn luyện và đỏnh giỏ của ANN. Điều đú cho thấy mạng đó thiết kế là đủ tin cậy để đỏnh giỏ khỏch quan độ nhăn đường may.
y = 0.9373x + 0.3421 R2 = 0.9795 0 1 2 3 4 5 6 0 1 2 3 4 5 6
Độ nhăn AATCC chủ quan
Đ ộ nh ăn A N N .
- Kết quả so sỏnh cấp độ SS khỏch quan với cấp độ SS chủ quan của cỏc mẫu được trỡnh bày trong bảng P11.3, P11.4. Giả thiết thống kờ được kiểm định bằng phương phỏp phi tham số với trắc nghiệm trung vị và trắc nghiệm Kruskal-Wallis. Hai trắc nghiệm này đều cho ết luận như nhau là kết quả đỏnh giỏ bằng hệ thống thiết bị đk ó thiết kế hoàn toàn thống nhất với kết quả đỏnh giỏ của cỏc thớ nghiệm viờn theo tiờu chuẩn 88B AATCC.