CN102822867B - 检测透明物体中的光学缺陷 - Google Patents

Abstract

本发明涉及检测透明物质中光学缺陷的方法，其包括如下步骤：提供具有多个图像像素的透明物质的数字图像，检测至少一个候选缺陷。候选缺陷可通过如下操作检测，即确定每个图像像素的灰度强度并跨邻近图像像素对计算强度梯度。为每个图像像素分配梯度值，包括与图像像素关联的强度梯度绝对值的最大值。可构建梯度图像，其包括分配给相应图像像素的梯度值。如果图像像素的梯度值超过梯度阈值，则该图像像素可识别为候选像素。候选像素可包括光学缺陷。

Description

检测透明物体中的光学缺陷

技术领域

本公开一般涉及检测系统，且更特别地，涉及检测透明物体中光学缺陷的方法。

背景技术

透明物体用于多种不同应用，包括交通工具应用，如海洋、陆地、空中和/或空间交通工具，还包括非交通工具应用，如建筑物或其他静止结构。在交通工具应用，如在商用飞机，透明物质可沿机舱和绕飞机飞行甲板设置，并可包括挡风玻璃和其他前窗、侧窗和天窗。透明物质可有玻璃和聚合物材料形成，或形成为玻璃与聚合物材料的层压组合。用于透明物质的聚合物材料可包括但不限于丙烯酸和聚碳酸酯组合物。

当制造聚碳酸酯材料的透明物质时，在形成工艺中可发生某些光学缺陷。例如，在形成聚碳酸酯透明物质过程中可出现碳颗粒，并可呈现为嵌在透明物质内的相对小的黑斑。当从透过透明物质察看时，嵌入的碳颗粒可被误解为长距离物体。

现有技术包括几种检查透明物质光学缺陷的方法。例如，某些飞机透明物质，如飞机座舱盖可通过以天空为背景背光照明透明物质，透过座舱盖向上看检查缺陷。该检查技术一般要求澄清（如无云）大气条件，以便提供匀质光背景，检查人员可以该光背景查看整个透明物质。如可预期的那样，该检查技术可导致显著的飞机停工等待适当的大气条件。

虽然汽车工业已经开发了照相机驱动的方法用于自动检查透明物质，如自动的照相机方法可缺少航空透明物质要求的分辨率。例如，用于汽车工业的检查方法通常针对生产线上高速检查，其中汽车透明物质中可允许的缺陷尺寸通常比航空透明物质中可允许的缺陷尺寸（如，0.30英寸）大。这方面，为了大量生产，会牺牲检查汽车透明物质的分辨率。

而且，用于汽车工业的检查方法通常是针对透明物质的，其与飞机透明物质，如具有较小半径的更复杂曲线的飞机座舱盖和挡风玻璃相比具有轻微曲率。此外，飞机透明物质，如飞机挡风玻璃的横截面覆层（layup）通常比汽车透明物质更复杂，这是由于飞机挡风玻璃较高强度要求和增加的厚度（如，高达1英寸厚或更大），这是耐受飞鸟撞击和操纵结构复杂所要求的。

如可看到的那样，现有技术需要精确检测相对小尺寸（如，约0.010英寸或更小）缺陷的方法。此外，现有技术还需要快速方式检测透明物质中光学缺陷的方法，以便减少检查时间。而且，现有技术还需要检测透明物质中光学缺陷的方法，其提供自动装置记载光学缺陷尺寸和位置，以便表征缺陷源。精确量化飞机透明物质中光学缺陷（如，测量缺陷尺寸和记载位置）的需求是必须的，这是由于相比取代汽车挡风玻璃的成本，取代飞机挡风玻璃相对高成本。

发明内容

与检查透明物质关联的上述需求是通过本公开解决和减轻的，其提供检测相对小尺寸（如，0.10英寸）的光学缺陷尺寸和位置的光学缺陷检测方法。

该缺陷检测系统的技术效果包括相对现有技术手动检查方法，改进检查透明物质光学缺陷的可靠性、速度和精度。此外，该缺陷检测系统提供可靠检测相对小尺寸的光学缺陷并记录和记载至少这类光学缺陷的尺寸和/或位置的装置。

在实施例中，该检测透明物质中光学缺陷的方法可包括以下步骤：提供透明物质的数字图像，其中数字图像包括多个图像像素，其每个都具有一定灰度。该方法可进一步包括通过计算跨相邻图像像素对的强度梯度，检测透明物质中至少一个候选缺陷。此外，每个图像像素可分配以梯度值，其可包括与图像像素关联的强度梯度绝对值的最大值。构建的梯度图像可包括分配给相应图像像素的梯度值。梯度值超过梯度阈值的图像像素可识别为候选像素。这样的候选像素可包括一个候选缺陷。

在进一步的实施例中，本发明公开了表征透明物质中光学缺陷的方法，其包括提供透明物质数字图像的步骤和从图像像素中识别候选像素的步骤。候选像素可包括至少一个候选缺陷。每个候选像素的位置可识别。候选像素可基于相对位置分类为像素聚类。每个像素聚类中候选像素的数量可与像素数量阈值比较，从而识别候选缺陷为光学缺陷或图像缺陷。

该方法额外的实施例可包括优化图像记录设备的设置以便记录透明物质的数字图像。设置可基于透明物质的参数，如透明物质的平均色调（hue）。设置的选择可包括选择F设置，ISO设置和色彩设置，如每种原色（红色、绿色、和蓝色-RGB），其可由图像记录设备记录。F设置表示f光阑（f-stop）或相对光圈，并且是图像记录设备透镜的焦距长度除以透镜有效光圈直径的度量。ISO设置（即，胶片速度）是数字成像系统的光学灵敏度的度量，如这里公开的图像记录设备。

该方法可进一步包括记录透明物质的数字图像，如以彩色格式，和转换数字图像从一种彩色格式到灰度格式。数字图像中每种图像像素的灰度都可确定。该方法可进一步包括通过选择观察部分的预定周边检测或通过比较跨一系列预定量的图像像素的灰度变化（即强度梯度），检测透明物质观察部分的周边。跨系列像素的灰度变化可与阈值强度变化速率比较，或灰度强度变化可与系列强度梯度的阈值均匀值（uniformityvalue）比较以便识别观察部分的周边。

所讨论的特征、功能、和优点可在本公开的不同实施例中独立实现，或可在其他实施例中组合，其进一步的细节可参考下面的描述和附图看出。

附图说明

本发明的这些和其他特征可在参考附图后更明显地看出，其中相似标识号表示相似部件：

图1是具有一个或更多透明物质飞机的透视图；

图2是光学缺陷检测系统实施例的透视图，其可用于记录透明物质的数字图像；

图3是图2中示出的缺陷检测系统的分解透视图，并示出可安装图像记录设备的透明物质夹具（fixture）；

图4是缺陷检测系统的侧剖视图；

图5是沿图4中线5-5截取的光学缺陷检测系统的俯视剖视图，其示出配置为全景照相机的图像记录设备；

图6是流程图，其示出记录透明物质图像的方法；

图7是光学缺陷检测系统的剖视图，其略去漫射器、光源、反射器和外壳，并示出透明物质和图像记录设备的相对位置；

图8是透明物质的全景数字图像文件，其可由图7中图像记录设备记录；

图9是沿图8中剖面9截取的透明物质观察部分周边附近区域的部分数字图像的放大示图，其示出多个具有相对灰度的图像像素；

图10是提供256个强度水平的8位系统的灰度范围表；

图11是沿图8中剖面11截取的部分数字图像的示图，其示出每个图像像素被分配以一定灰度，并进一步示出一对包括灰度值为0的图像像素的候选缺陷；

图12是图11中示出的图像像素的表示，其中计算了跨邻近图像像素对中每个的强度梯度；

图13是图11中示出的图像像素的梯度图像，其中梯度图像的每个图像像素都包括含与图像像素关联的强度梯度的绝对值的最大值的梯度值；

图14是图11中示出的图像像素的表示，其中梯度值超出梯度阈值的图像像素分入由候选像素组成的聚类中；

图15是图11中示出的图像像素的表示，其进一步示出叠加在每个像素聚类上的计算机生成的曲线；

图16是图11中示出的图像像素的表示，其进一步示出汇聚在候选像素定义的各光学缺陷边界上的计算机生成的曲线；

图17是沿图8中剖面17截取的数字图像的部分，并示出灰度为0并被具有更高灰度的图像像素包围的单个图像像素；

图18是图17中示出的图像像素的表示，其进一步示出跨每个邻近图像像素的多个强度梯度；

图19是图17中示出的图像像素的表示，其示出包括相应于与每个像素关联的强度梯度绝对值的最大值的梯度值的梯度图像；

图20是图17中示出的图像像素的表示，其示出由灰度为0的单个图像像素组成的像素聚类；

图21是透明物质的数字图像示图，其示出数字图像中多个光学缺陷的相对位置；

图22是图1中飞机的驾驶舱的侧视图，其示出设计眼（即，飞行员眼睛位置）参考点，用于通过以第一固定坐标变换将数字图像中光学缺陷变换到透明物质中表征透明物质中光学缺陷的位置；

图23是沿图22中线23截取的挡风玻璃的示图，其示出在使用固定坐标变换的变换后透明物质中光学缺陷的相对位置；

图24是缺陷检测系统的侧视图，其示出关于通过利用第二固定坐标变换表征透明物质中光学缺陷尺寸，从图像记录设备的光学中心到透明物质中光学缺陷位置的距离差；

图25是沿图24中线25截取的缺陷检测系统的剖面图，其进一步示出图像记录设备的光学中心和光学缺陷之间差；

图26A-26C示出表征光学缺陷形状的模型函数f(x,y)（图26A），等价函数g(x,y)（图26B），和两维卷积矩阵f*g（图26C）；以及

图27A-27B共同示出检测透明物质中光学缺陷方法实施例的流程图。

具体实施方式

下面参考附图，该示图是为了说明本公开优选和不同实施例，而非为了限制本公开，图2-5中示出光学缺陷检测系统10，其用于记录透明物质104的图像，如飞机100透明物质104，如图1所示。图像可包括如图8所示的数字图像150，并可与图8-26中示出的缺陷检测方法一起使用，用于以下面更详细描述的方式检测数字图像150中光学缺陷162。

参考图2-5，光学缺陷检测系统10可包括检测夹具12，其可包括漫射器48，该漫射器48的轮廓或形状与透明物质104的几何形状互补。透明物质104可安装在透明物质夹具70上，其可与成像记录设备22对齐，如全景照相机24。成像记录设备22可经配置记录透明物质104的观察部分122的详细的（即，高分辨率）图像。

透明物质104可包括透明或相对澄清的面板16，如用于交通工具或非交通工具应用中的那样。例如，图1示出飞机100具有几个透明物质104，对于该飞机100可采用缺陷检测系统10记录透明物质104的图像，以便检测光学缺陷106。图1中示出的飞机100包括机身102，其具有驾驶舱，该驾驶舱具有一个或更多透明物质104，如座舱盖112或在飞机100前端132的挡风玻璃110。挡风玻璃110的透明物质104可包括透明机身116，其具有机身尾部拱形元件120用于支撑透明物质104。挡风玻璃110的透明物质104可包括观察部分122，飞行员通过该观察部分122可观察挡风玻璃110外部物体。这方面，观察部分122包括不被如图4-5所示的透明物质框架116阻挡的澄清或透明部分的透明物质104。

这里公开的缺陷检测系统10提供检测光学缺陷106的装置，例如但不限于，可能嵌入挡风玻璃110的聚碳酸酯层内的碳颗粒。应该指出，图中示出并在这里说明的飞机100挡风玻璃110的透明物质104不能解读为限制其他类型的透明物质104，对于该透明物质，缺陷检测系统10可用于检测缺陷106。这方面，缺陷检测系统10可用于为不同应用记录图像并检测多种透明物质104中光学缺陷106。例如，缺陷检测系统10可用于记录任何海洋、陆地、空中和/或空间交通工具中透明物质104的图像，以及用于记录非交通工具应用中的透明物质104中的图像，包括窗口面板或用于建筑物和结构中的上釉材料（glazingmaterials）和其他组件或系统，如仪器、照明组件、透镜和任何玻璃器具和/或塑料或聚合物组合物，其中需要光学缺陷的检测。

有利地，缺陷检测系统10允许检查具有轮廓或弯曲形状的透明物质104，但具有一般平坦或平面构型的透明物质104可用缺陷检查系统10检查。对于有轮廓或弯曲透明物质104，漫射器48和光源54可与透明物质104的轮廓互补形成。例如，对于具有如图1所示一个或更多曲线的飞机100的挡风玻璃110和/或飞机100的座舱盖112，漫射器48优选形成这样的形状，其与透明物质104的形状成镜像并与透明物质104隔开一定距离，以便透明物质104的观察部分122基本均匀地通过光源54和漫射器48背光照亮。

参考图2-5，光源54可配置为一个或更多照明元件56布局，其可经配置照亮漫射器48。以该方式，有光源54发射的光基本均匀地被漫射或分布在整个漫射器48上，从而在透明物质104的整个观察部分122背后提供均匀分布的背景照明。此外，光源54和漫射器48优选设置成整个观察部分122是在图像记录设备22的视场内照明的。类似于以放大的尺寸在图2-5中示出的光学缺陷106可通过缺陷检测系统10可靠地检测。

参考图4-5，图像记录设备22可包括照相机24，如上述全景照相机24，其可包括具有垂直视场30的广角透镜26（即，鱼眼透镜），该视场可包括从透镜26伸出或延伸的透明物质104的上下边缘124、126，如由矢量34所示。然而，图像记录设备22的垂直视场30（即透镜26）可以是这样的，仅上下边缘124、126之间的部分区域被捕获。

如前面所述，从图像记录设备22伸出或延伸的矢量34表示从透镜26观察物体的方向。从透镜26延伸的矢量34落入透镜26的角度视场。通过在记录图像时移动（如平移、旋转）图像记录设备22，视场可增加。例如，在记录图像时，通过绕旋转88的垂直轴旋转图像记录设备22，水平视场32增加。类似地，通过绕旋转的水平轴（未示出）旋转图像记录设备22，垂直视场30可增加。也考虑了图像记录设备22绕其他轴的旋转。图像记录设备22的平移，如图像记录设备22的垂直或水平运动导致类似的视场增加。

图像记录设备22可具有水平视场32，其包围透明物质104的相对透明侧壁，如矢量34所示的透明物质34的每个侧边上的最侧（extremelateral）边缘128。为此，图像记录设备22可绕旋转88的轴旋转，从而使得能够记录透明物质104的相对侧边128之间整个观察部分122。通过绕旋转88的轴旋转图像记录设备22，图像记录设备22提供垂直视场30和水平视场32，从而使得能够检测透明物质104的物理边缘之间并包括物理边缘的光学缺陷106。

参考图2-5，其示出包括光源54、漫射器48和图像记录设备22的光学缺陷检测系统10。光源54经配置发射光，且这方面，可包括能够提供或发出光供漫射器48漫射的任何合适的照明设备。例如，光源54可由一个或更多白炽灯和/或荧光灯62或灯泡组成。如图3所示，多个荧光照明元件56或荧光管可彼此平行以弓形方式布置并间隔设置。然而，照明元件56可配置为能够发出光但不产生过量热的任何合适设备，否则可损坏漫射器48和/或透明物质104。

此外，虽然白炽灯或气体光源54，如发光二极管（LED）可用于光源54，荧光灯管是优选配置，这是由于其相比白炽灯泡或灯，相对高的强度或亮度（即，发光度）、减小的热输出和延长的工作寿命。虽然图3中示为多个伸长的荧光灯62，但光源54可以多种替换结构制造或配置，如以白炽灯和/或LED阵列，或作为可提供为单个光源54或作为多个发光元件56的任何其他发光元件56的组合。

进一步，这方面，光源54可由任何合适发光元件56配置组成，优选发射相对高强度光和低热输出。不受限制的发光元件配置的例子包括：氙气短弧灯、汞灯、钨照相灯、钨卤素灯、高压钠和任何其他合适的照明元件配置。图像记录设备可包括考虑光源产生的光的色温和光的颜色或色调（tint）并考虑透明物质的自然色彩调节图像白平衡的装置。

参考图3-5，荧光灯62可安装在垂直取向的多个光夹具58中。光夹具58可固定地安装到检测夹具12的外壳14上。每个发光元件56（即，荧光灯62）可等距离地沿漫射器48隔开，从而提供均匀分布的光输出到漫射器48。每个光夹具58可经配置在每个等夹具58的上下灯座（holder）60中安装一个或更多（如，一对）荧光灯62。在实施例中，灯夹具58可配置为120/277伏夹具用于驱动85瓦荧光灯62，每个都具有5500流明荧光发光的能力。然而，任何电压、电流或流明的荧光灯62都可使用。均匀隔开的荧光灯62提供对漫射器48的均匀光分布作为透明物质104的记录图像的背景。然而，如上所述，任何配置的发光元件56都可用于照明漫射器48。

还参考图3-5，缺陷检测系统10可包括邻近光源54设置的反射器64。如图4-5所示，反射器64可设置在光夹具58和荧光灯62之间。在该布局中，反射器64设置在与漫射器48相对的发光元件56一侧，以便反射器64反射由光源54发出的光。光优选在向漫射器48的方向上反射，以便最大化提供给漫射器48的总光量。这方面，反射器64促进漫射器48的均质照明，其中光基本均匀分布在整个漫射器上。

而且，反射器64通过以消除漫射器48中阴影、亮斑和/或热斑发生的方式反射光为漫射器48服务。反射器64可固定或临时安装在检测夹具12的外壳14上。反射器64可设置在光源54的后面，并可在外壳14的上面板和下面板16之间延伸，如图4中最佳看到的那样。在一个实施例中，反射器64可由金属材料片组成，其固定安装在光夹具58上和/或形成匹配漫射器48轮廓和/或光源54的弓形，如图3所示。此外，反射器64优选与发光元件56以稍微隔开的关系设置，从而最大化反射的光量，该反射光引导至漫射器48。如可理解的那样，反射器64可包括任何合适反射材料，并可以许多不同结构配置，包括但不限于纸片、塑料片、金属片，或其中的组合。此外，反射器64可配置为任何合适反射颜色或漆面的漆层。而且，反射器64可仅由应用于光夹具58的反射涂层或处理和/或设置在与漫射器48相对的透明物质104的侧面108上的背衬（backing）组成。

还参考图3-5，其示出漫射器48，该漫射器优选设置在光源54和透明物质104之间，且其轮廓或形状可与透明物质104互补，从而促进当有图像记录设备22观看或成像时均匀背光照明。为此，漫射器48可由具有所需透射率的合适玻璃和/或聚合物材料制造。漫射器48可经热处理从而在将漫射器48形成为相对小半径的曲率时，避免裂纹和/或裂隙，相对小半径曲率是符合具有紧曲率，如小尺寸高速飞机的飞机100座舱盖112和挡风玻璃110的某些透明物质104要求的。在所需半径形成之前热处理漫射器408也是防止漫射器向更平或更大半径回弹或蠕变必须的。

为此，漫射器48可提供有漫射器框架50从而保持漫射器48的曲率。漫射器框架50可具有任何构造，包括但不限于金属和/或聚合物构造，但其他材料可用于形成漫射器框架50从而保持漫射器48的曲率。这方面，考虑了漫射器48可固定到外壳14的每个上下面板16中形成的切口18，以便保持漫射器48的位置和曲率。

虽然示为具有独有弯曲构型，但漫射器48可以复杂或有轮廓形状形成。例如，为了检查弯曲飞机100座舱盖112，如图1所示，对于给定的材料成分和厚度，漫射器48可在复合弯曲形状中形成，并取决于最小可允许弯曲半径，并可要求热处理从而将漫射器48形成为小半径座舱盖112。

漫射器48可配置为材料片，如能够透射所需百分比光的聚合物材料。例如，漫射器48可配置成透射约25-75%的光，如由光源54发出的光和/或反射器64反射的光。在进一步实施例中，漫射器48可配置成透射至少约50%由光源54发出和/或反射器64反射的光。然而，漫射器48可经配置透射任何量的光。

关于漫射器48的材料，可使用热塑透明材料片，如丙烯酸，但其他聚合成分包括但不限于聚碳酸酯也可使用。更进一步，考虑了漫射器48可由具有适当漫射特性的玻璃制造，以便在整个漫射器48的区域上均匀分布光。然而，由于相对易于将聚合物片形成为复杂或有轮廓的旋转，所以优选聚合物成分。这方面，漫射器48可由具有合适范围的光透射率的材料制造或构造，该透射率足够均匀照明透明物质104的观察部分122，其也消除漫射器48中亮斑。

在一个实施例中，漫射器48可配置为Plexiglas片，其厚度范围在约0.30到0.25英寸之间，但也可使用任何合适厚度。一般地，片厚度优选保持在最小值，从而当形成轮廓时减小漫射器48中弯曲应力，且最小化漫射器48的热处理量，这是减小或除去残余应力必须的，该残余应力否则会使漫射器48回弹到其初始平面或平坦形状。例如，漫射器48可提供为0.63英寸厚的材料片，其具有足够的光透射率，同时最小化形成有轮廓形状的漫射器48所要求的热处理程度。然而，可用性和/或承包可规定更大的材料厚度，如0.118英寸厚Plexiglas片，其可提供为在上下面板16之间和外壳14相对侧之间连续延伸的长度和宽度，从而避免透明物质104被照亮的背景中的不连续性或中断。在所示实施例中，其中透明物质104包括飞机100挡风玻璃110，漫射器48可作为Plexiglas片提供，该Plexiglas片具有0.118英寸的厚度和适当的长度和宽度（如6英尺乘8英尺），从而为透明物质104提供连续背景。Plexiglas的可见光透射率为50%，但漫射器48可由具有任何光透射率的任何材料构造。

参考图4-5，其示出漫射器48，该漫射器固定安装在外壳14上并优选相对光源54隔开设置，由漫射器间隙52所示。这方面，漫射器48优选与光源54隔开，从而避免过度加热，这会损坏漫射器48和/或透明物质104。而且，将漫射器48与光源54隔开可消除漫射器48中发生亮斑。在一个实施例中，漫射器48可与光源54以约1英寸的漫射器间隙52隔开，但漫射器48和光源54可以任何尺寸的漫射器间隙52隔开。

下面参考图2、3和5，其示出包括一个或更多互连上下面板16的垂直框架元件20的外壳14。外壳14可经配置以相对彼此固定或可调节方式安装光源54、漫射器48和/或反射器64。在外壳14的实施例中，光夹具58的上下端可安装到面板16上，如通过机械固定、粘接或其他合适方法。类似地，反射器64和/或漫射器48可沿在面板16中形成的切口18安装到面板16上，如图3中最佳示出。外壳14可配置为部分封闭的构型，以便能够接触外壳14的内部，如接触光夹具58或电气布线，以便从电源（未示出）提供功率给光夹具58。也可提供线路输送电力至图像记录设备22，和/或处理器或控制器，如可用于控制图像记录设备22的个人计算机或膝上型计算机。

外壳14可选包括一个或更多用于提供电力至辅助元件的电力出口84。此外，一个或更多开关86可包括在外壳14的外部上，以便激活光源54和/或用于激活或提供功率给图像记录设备22。例如，检测夹具12可包括安装在外壳14上的开关86对，用于激活照明元件56的不同部分。一个开关86可适于激活外壳14左侧上的照明元件56，同时其他光开关86可适于激活外壳14右侧上的照明元件56。

虽然所示的具有在上下面板16中带切口18的一般直角形状，外壳14可配置为多种替换构型且不限于所示结构。例如，考虑了外壳14可制造为安装发光元件56、反射器64和/或漫射器48的半硬壳构造结构或作为管状元件布局。此外，考虑外壳14可装配有轮子78，以便促进输运到不同位置，如在组装或维护设施中。

再参考图2-5，其示出用于以相对彼此成固定关系安装透明物质104和图像记录设备22的透明物质夹具70。透明物质夹具70可相对漫射器48设置，以便整个观察部分122上的任何点在通过图像记录设备22观察时具有漫射器48在背景中。更特别地，图像记录设备22，透明物质104和漫射器48经配置和/或设置，以便从图像记录设备22衍射并通过观察部分122中任何点的矢量34与漫射器48相交或碰撞。

由于漫射器48的均匀照明，缺陷检测系统10适于促进记录详细的透明物质104观察部分122的照片和/或视频图像。利用均匀照明的漫射器48实现透明物质104的背景照明促进照明对激光驱动的机构不可见的相对小缺陷106。而且，透明物质夹具70优选设置图像记录设备22，以便透镜26可捕获透明物质104极上部边缘124和极下部边缘126的详细图像，以及在透明物质104的相对侧边缘128的详细图像。例如，在图2示出的飞机100的挡风玻璃110中，挡风玻璃110的鼻形件130定义上部边缘124，而拱形元件120定义挡风玻璃110的下部边缘126。极限相对的侧边缘128是由拱形元件120和透明物质框架116相交定义的。

虽然透明物质104示为飞机100的挡风玻璃110，这里公开的缺陷检测系统10可适于检测任何尺寸、形状和构型的任何透明物质104中光学缺陷106。而且，这里公开的缺陷检测系统10不限于检查具有轮廓或弯曲形状的透明物质104。例如，考虑了缺陷检测系统10，且更特别地，漫射器48可适于促进光学检查一般为平面的、平坦的或稍微弯曲的透明物质104，以便漫射器48可以平面形状提供。类似地，对于平面透明物质104，反射器64和/或光源54也可配置成与漫射器48互补。而且，虽然检测夹具12照明相对图像记录设备22固定安装的透明物质104，考虑了图像记录设备22可安装到外壳14上。类似地，检测夹具12可一起被消除，且透明物质104可简单相对漫射器48和图像记录设备22设置，以便任何通过图像记录设备22的透镜26并延伸通过透明物质104的观察部分122的矢量34与漫射器48碰撞或相交。这方面，如图4和5所示的矢量表示通过具有给定视场的给定透镜的可见程度。

参考图4，透明物质夹具70可配置，以便图像记录设备22可安装到照相机安装座（mount）42上。可设置图像记录设备22，以便透镜26的光轴28近似位于沿透明物质104高度的中间，以便促进以足够的分辨率检查观察部分122的极限上部边缘124和下部边缘126。这方面，图像记录设备22优选提供有垂直视场30，其包围上部边缘124和下部边缘126。如从图4中看到的那样，从透镜26延伸并通过观察部分122的上部边缘124和下部边缘126的矢量34与漫射器48相交。如可理解的那样，由水平取向的光轴28相交的透明物质104的区域相比透明物质104的剩余部分，可以最优水平的分辨率成像。如图4所示的图像记录设备22的垂直视场30被指示为约175°，这是由于合作支撑图像记录设备22的偏移臂36和垂直臂38干扰导致的。然而，垂直视场30可延伸通过180°，但图像记录设备22可定义其他值的视场。

参考图5，图像记录设备22也定义水平视场32，其根据透镜26的焦距长度可延伸180°或更大。然而，根据图像记录设备22的旋转能力，图像记录设备22绕旋转88的轴沿旋转90的方向旋转会增加水平视场32到360°并稍微超出。对于图5中示出的透明物质104的构型，图像记录设备22沿旋转90的方向的总旋转可限制在225°。图像记录设备22这样受限的旋转结合合适鱼眼透镜26的静态180°视场可足够捕获整个观察部分122，其在透明物质104的相对侧上透明物质框架116之间延伸。随着旋转360°，图像记录设备22将提供基本球形视场。

图像记录设备22也可适于平移从而成像所需物体。例如，图像记录设备22可适于垂直、水平、对角或其中任何组合方式移动，以便记录物体，如透明物质104。类似地，图像记录设备22可适于结合旋转平移，以便促进物体的成像，如透明物质104。这方面，图像记录设备22可适于在其他物体的透明物质104的成像过程中，以任何方式移动，包括旋转、平移、倾斜和滚动、以及其他运动或运动组合。例如，为了成像相对大高度且窄宽度的物体，图像记录设备22可适于在物体高速成像过程中垂直平移，如从物体的底部到物体的顶部。对于具有相对大宽度但小高度的相对平坦物体，图像记录设备22可适于在高速成像过程中从物体一端到相对端水平平移。而且，对于在透镜26的最大视场外部的物体，要求递增成像步骤的组合以捕获整个物体，然后后处理从而将多个图像缝合到一起从而形成单个全景图像。

图像记录设备22可配置为任何足够高分辨率的设备，且其可绕轴旋转。例如，图像记录设备22可配置为全景照相机24，如可从加利福尼亚的VanNuys的Panoscan公司商业购得的全景照相机，其已知为PanoscanMK-3照相机。当装配广角透镜26时，图像记录设备22能够记录透明物质104的360°全景图像。当图像与已知的无这类缺陷106的基线图像相比时，检测光学缺陷106，如碳颗粒可逐个像素精确定位。无缺陷基线图像可通过扫描漫射器48且使用与记录透明物质104图像相同的光源54、漫射器48和/或反射器64记录，其中图像记录设备22具有相同的透镜26。存储的或实时基线图像可逐个像素与存储的或实时检查的透明物质104的图像比较，从而检测和记录潜在光学缺陷106的位置和尺寸。

图像记录设备22可包括任何合适的静止照相机24或视频照相机24以及任何数字或模拟照相机24，并可装配有具有任何焦距长度的任何透镜26。而且，图像记录设备22不限于被安装在可旋转底座（base）40上，但可配置为多个照相机24从而整体记录透明物质104或其他物体的图像。更进一步，图像记录设备22优选设置，以便光学轴28沿上部边缘124和下部边缘126之间（即，从鼻形件130到弓形元件120）的透明物质104的高度近似中间设置。然而，图像记录设备22也可以是高度可调的，从而允许扫描透明物质104和大于可被透镜26的垂直视场30包围的其他物体。例如，图像记录设备22可设置在上部位置和下部位置（未示出），从而允许透明物质104上部全景图像的记录，然后是全景成像透明物质104的下部，此后，透明物质104图像可通过将图像在每个位置缝合到一起组合。调节图像记录设备22的能力可增加透明物质104在上部位置和下部位置的图像的分辨率。

还参考图4-5，图像记录设备22可利用照相机安装座42安装到透明物质夹具70上，图中示出为安装在安装板72上。图像记录设备22的底座40可包括马达驱动机构用于促进图像记录设备22绕旋转88轴的旋转。如前面所述，可安装图像记录设备22，以便透镜26的光学中心与旋转88的轴一致，如图5所示，以便在图像记录设备22绕旋转88的轴旋转的过程中，光学中心基本静止。然而，图像记录设备22可配置以便光学中心在图像记录设备22旋转的过程中旋转。

在实施例中，图像记录设备22优选具有足够记录整个透明物质104的观察部分122上缺陷106的分辨率，该缺陷的宽度至少约为0.010英寸。例如，根据照相机24的角度旋转，照相机24可具有高达至少约9000像素的垂直分辨率和至少约65000像素的水平分辨率。然而，图像记录设备22可提供有足够记录给定尺寸缺陷106的任何分辨率。理想地，图像记录设备22配置为数字照相机24，以便允许生成缺陷106尺寸和位置的数字记录以及识别尺寸小到约0.30英寸，且更优选约0.10英寸或更小缺陷106的能力。例如，图像记录设备22可具有足够记录0.005英寸或更小缺陷106的分辨率。此外，摄像机24优选提供为高速数字摄像机24从而减小扫描和记录大透明物质104图像要求的时间量。有利地，缺陷检测系统10促进照明和检测缺陷106，该缺陷对缺陷106记录的激光驱动激光不可见。而且，漫射器48的轮廓或形状与透明物质104的轮廓互补促进沿透明物质104的极限上部边缘和下部边缘124、126和其间，以及沿相对侧边缘128和其间的可靠、精确检测相对小的光学缺陷106。

还参考图4-5，透明物质夹具70经配置支撑透明物质104，以便透明物质104一般垂直取向，以便在上部边缘和下部边缘124、126平衡从照相机24到透明物质24的距离。以该方式，观察部分122的上部和下部边缘124、126可以一般同等水平的分辨率成像。理想地，透明物质104也优选安装在透明物质夹具70上，以便透明物质104相对漫射器48平行或对齐取向，以便透明物质104的观察部分122通常为匀质的或基本均匀地被漫射器48照明。

如上所述，透明物质104相对照相机24和漫射器48的定位是优选，但非任意的，以便对于从透镜26伸出或延伸并然后通过透明物质104的观察部分122的任何位置的任何矢量34，其与漫射器48碰撞或相交。为此，透明物质104可安装在一对垫块（shimblock）76上或其他合适的高度可调机构上，以便促进透明物质104一般垂直取向。透明物质104可用穿过透明物质安装孔118插入到透明物质框架116的临时机械扣件74固定到透明物质夹具70上。虽然透明物质104在图5中示出为通过一对临时机械扣件74，如Cleco扣件固定到透明物质夹具70上，但可提供任何数目的机械扣件74和关联的夹叉（bracketry），以便固定透明物质104从而防止检查过程中的运动。例如，第三机械扣件74可延伸通过透明物质104的顶冠（crest）上弓形元件120中一个或更多透明物质安装孔118，如图4最佳示出的那样。然而，透明物质104可支撑在透明物质夹具70上，而无需机械或其他附属装置辅助。

透明物质夹具70示为包括一组互连一组水平取向的水平面板82的垂直框架80。然而，透明物质夹具70可以多种适于固定图像记录设备22和透明物质104到透明物质夹具70的替换结构配置。此外，透明物质夹具70可装配有轮子78或其他机构从而促进透明物质104相对检测夹具12的运动。然而，如上所述，透明物质104可安装到检测夹具12上，以便透明物质夹具70可省略。

应该指出，虽然透明物质夹具70示出升起（nose-up）构型的透明物质104，透明物质104可以足够允许图像记录设备22成像透明物质104的替换取向来取向。而且，缺陷检测系统10可以任意构型配置，其中数字照相机24可利用绕旋转88垂直取向的轴和/或绕旋转水平取向的轴或绕在其他方向取向的轴旋转记录透明物质104的图像。而且，缺陷检测系统10没有被构造成局限于一次检查单个透明物质104，而是可以配置为在单次成像操作中检查多个（即，两个或更多）透明物质104或其他物体。虽然上面参考检查透明物质104描述，但也考虑了缺陷检测系统10可用于检查非透明物体或不能通过可见光的物体。这方面，图像记录设备22可用来记录具有弯曲形状物体的全景图像。

参考图6中示出的流程图，并参考图1-5，其示出记录透明物质104图像的方法。如上所述，透明物质104可包括由透明物质框架116限定的观察部分122。该方法可包括步骤200，步骤200包括在透明物质104附近定位光源54。如前面所述，光源54可以多种替换结构配置，包括但不限于以彼此隔开、平行取向的拱形布置的荧光灯62组。光源54可相对透明物质104隔开的布局设置，从而避免过度辐射热透明物质104。

步骤202可包括发射来自光源54的光，以便光入射到漫射器48上。反射器64可包括在光源54后面，如图3-5所示，以便增加入射到漫射器48上的光量和/或强度。如上所述，反射器64优选经配置以下面的方式反射或重新引导光到漫射器48上，即避免漫射器48的阴影或不均匀照明，并提供均匀照明的背景，图像记录设备22可对着该背景对透明物质104成像。为了避免漫射器48中过量热累积，漫射器48可以与光源54以漫射器间隙52定义的距离隔开，如图4-5所示。漫射器48与光源54的间隔进一步通过消除漫射器48中阴影、热斑和/或亮斑而促进漫射器48基本均匀的照明。

步骤204包括漫射光到漫射器48上，以便光基本均匀地漫射或分布在整个漫射器48上，以便透明物质104均匀地成像。在优选但可选实施例中，漫射器48可经配置透射约50%的光源54发出的光，但漫射器48可经配置透射充分照明或背光照明透明物质104的任何量的光。漫射器48可由多种不同材料形成，包括但不限于聚合物材料，如丙烯酸或Plexiglas片，但也可使用任何材料。该材料优选被选择来提供所需的光透射特征。漫射器48可选形成为材料组合，或形成为经配置为观察透明物质104提供均匀照明背景的组件。

步骤206包括在与漫射器48相对的透明物质104的侧边108上设置图像记录设备22，以便通过任何部分的观察部分122的矢量34与漫射器48相交或碰撞，如图4-5所示。这方面，漫射器48优选具有与透明物质104轮廓互补的轮廓，以便整个观察部分122被漫射器48均匀背光照亮。类似地，优选设置光源54和/或反射器64以便通过透镜26可观察的观察部分122的任何区域被漫射器48的均匀照明区域背光照亮，包括漫射器48的周边（perimeteredge）背光照明。为此，漫射器48的尺寸比透明物质104的大。

记录透明物质104图像的方法可包括在合适位置定位图像记录设备22，从而最大化所有区域透明物质104的分辨率。例如，图像记录设备22可沿透明物质104的高度中间设置，从而平衡上部边缘和下部边缘124、126之间的分辨率。图像记录设备22可设置在平衡透明物质104的侧边缘128处分辨率的位置。图像记录设备22优选这样设置，即当图像记录设备22静止时，至少部分观察部分122可在透镜26的视场30、32内被捕获。对于具有通常在视场30、32外部的相对大透明物质104（即，当照相机24静止时），整个观察部分122的成像可在记录图像时要求移动图像记录设备22。对于图4中示出的透明物质，观察部分122的上部和下部边缘124、126落入图像记录设备22的垂直视场30内。

然而，如图5所示，观察部分122的侧边缘128在视场30、32的外部（即，当照相机24静止时），且因此，图像记录设备22的运动被要求从一个侧边缘128到相对侧边缘128成像整个观察部分122。对于有轮廓弯曲透明物质104，步骤208可包括绕旋转88的轴旋转图像记录设备22，同时记录观察部分122的图像，如图5所示。然而，图像记录设备22可以任何合适方式移动，以便成像整个观察部分122。图像记录设备22的运动可包括平移、旋转、滚动、倾斜或其他运动和其中的组合。图像记录设备22的运动可进一步包括图像记录设备22绕旋转至少一个轴旋转，如图4中示出的旋转轴88，其被示为旋转88的垂直轴。然而，图像记录设备22可绕旋转的其他轴旋转。此外，图像记录设备可结合旋转运动平移，同时记录图像。如前面所述，透明物质104的不同区域的多个图像可缝合到一起，或拼装形成透明物质104的单个复合或全景图像。

如上所述，漫射器48可具有优选但可选与透明物质104的轮廓互补形成的轮廓。图像记录设备22优选相对透明物质104和漫射器48设置，以便图像记录设备22绕旋转88的轴的旋转允许从透镜26到上部边缘和下部边缘124、126之间的透明物质104的距离的最小变化，以便图像质量（即，分辨率）基本等于上部边缘和下部边缘124、126。类似地，图像记录设备22优选相对透明物质104设置，以便在相对侧边缘128的分辨率基本相等。然而，考虑了图像记录设备22可相对透明物质104设置，以便在透明物质104的某些区域的分辨率相比其他区域较高。光学缺陷检测系统10优选设置成允许在透明物质104的整个观察部分122上记录宽度至少约为0.010英寸或更小的缺陷。为此，图像记录设备22可配置为数字照相机24，以便可定位和记载缺陷106的数字记录。

参考图27A-27B，并参考图7-26C，其示出检测透明物质104中光学缺陷162的方法。如前面指出的那样，透明物质104包括观察部分122，其可包括基本未被透明物质框架116和/或弓形元件120阻挡的透明物质104的澄清或透明部分，如图4-5所示。有利地，所公开的方法提供在逐个像素基础上分析透明物质104的图像文件和检测透明物质104中多种不透明和/或半透明缺陷或物质的过程，包括但不限于可嵌入透明物质104的碳颗粒缺陷。而且，这里公开的方法提供生成关于透明物质104内这类光学缺陷162的尺寸、形状和/或位置的详细信息的方法。而且，本公开描述了在最优成像设定下，扫描透明物质104图像文件中候选缺陷160的自动化方法，以便提供检测和分类这类光学缺陷162的方法。

参考图27A-27B，方法的步骤300可初始包括相对要成像的透明物质104优化图像记录设备22的设定（图7）。例如，照相机设定，如F设定（即，f光阑），ISO设定（即胶片速度）、以及色彩设定（即，红色、绿色、蓝色）可根据透明物质104的色调调节（图7）。F设定可调节从而控制到达照相机24的传感器的光量。例如，上述可从Panoscan公司得到的全景照相机24可调节，以便F设定等于30，以便允许足够的光实现透明物质104内缺陷的检测。

类似地，ISO设定或胶片速度可根据要成像的透明物质104和照明环境调节。ISO设定可调节约小于400，从而补偿透明物质104的滋润平均色调，但ISO设定可调节为任意值。类似地，红色（R）、绿色（G）和蓝色（B）中每一种的色彩设定可根据透明物质104的色调设定。设定可根据透明物质104的成分改变。例如，飞机100的挡风玻璃110可由多层丙烯酸、聚氨酯、聚碳酸酯和一个或更多涂层组成，所有这些都影响图像记录设备22的设定。

还参考图27A-27B，步骤302可包括记录透明物质104的数字图像150。图6示出记录透明物质104的数字图像150的方法，如上面更详细的描述。最终数字图像150文件可通过以与图7所示的方式扫描图像记录设备22记录，如图2-5所示，以便生成图8中示出的数字图像150。

如图8所示，数字图像150可由多个RGB（即，原色）格式的图像像素152组成。然而，在图27A的步骤304中，数字图像150可转换为灰度格式。在缺陷检测方法的实施例中，色彩数字图像150可用合适软件包转换为灰度格式。数字图像150文件可8位每采样像素存储，从而提供如图27A中步骤306确定的图像像素152的256灰度强度（即，灰色阴影）。图10示出图像像素152的相对灰度表，其包括8位系统中，从黑色的I-0的强度水平到白色的最大灰度强度I-255。然而，其他文件格式包括但不限于16位格式，也可以这里公开的缺陷检测方法实施。

如图8中可以看出，图像记录设备22捕获透明物质104的数字图像，该透明物质安装在透明物质框架116内并由弓形元件120在下部边缘126限定边界，且具有向上超透明物质104的鼻形件130延伸的相对侧边缘128。框架可定义透明物质122的观察部分122的周边136。图8还示出几个候选缺陷160，其可包括在透明物质104中且可在透明物质104成像过程中被记录。这样的候选缺陷160可识别为光学缺陷162。如前面所示，这样的光学缺陷162可包括任何数目的多种不同类型缺陷，包括但不限于嵌入在透明物质104中的颗粒物质，如碳颗粒。然而，任何数目的不同类型缺陷可发生在透明物质104中，并可由本发明方法检测。

本公开可额外促进透明物质104中非颗粒缺陷的检测。例如，所公开的方法可适于确定透明物质104的雾霾(haze)和/或光透射率。如本领域已知，雾霾通常包括光散射通过透明物质104，其可减小可通过透明物质104观察的物体的对比。光透射率可定义为可通过透明物质104的光量相对入射到透明物质104上光量的测度。

根据数字图像150的逐个像素分析，这里公开的设备和方法实施例可促进雾霾、光透射率和透明物质104不同的其他光学因子的测量。这方面，图像文件可以色彩文件（即，RGB格式）分析，从而促进这类光学参数的测量。为了检测缺陷，如通常为黑色的碳颗粒，数字图像150可从彩色格式转换为灰度格式，如上所述，以便减小计算强度。

参考图8-10，图27A-27B中公开的方法步骤308包括检测透明物质104的周边136。周边136的检测可通过选择观察部分122的预定周边138和/或通过逐个像素分析图像像素152执行。然而，周边136的检测可通过使用任何合适边缘检测技术执行。关于通过选择预定周边138检测周边136，方法可包括使用前面定义的观察部分122的周边136的位置坐标。

参考图8中数字图像150，观察部分122的周边136可定义为该部分透明物质104，其从透明物质框架116过渡到透明物质104一般透明的观察部分122。这方面，预定的周边138可通过变换透明物质104的三维文件为两维投影确定，该两维投影可关联到图像记录设备22记录的全景数字图像150。对于相对简单的几何构型，如图1-5中示出的飞机100的挡风玻璃110的直立圆锥，透明物质104的观察部分122的周边136可通过几何构型从三维投影到与数字图像150相对紧密匹配的两维投影确定。

可替换地，步骤308中观察部分122的周边136的检测可包括逐个像素分析数字图像150的图像像素152，其中相对均匀的灰度过渡可相应于周边136的检测。例如，参考图9，其示出包括多个图像像素152的数字图像150的一部分，其中每个图像像素152具有灰度强度。跨预定系列（即数量）像素的邻近像素灰度相对均匀的变化（即，强度梯度）可相应于透明物质104的观察部分122的周边136。在图9示出的非限制性例子中，该部分数字图像150的左手侧包括灰度为I-0的像素，且其沿从图9中该部分数字图像150左手侧向图9中该部分数字图像150的右手侧的方向以相对均匀的方式增加梯度值I-10。

相比，邻近图像像素152的灰度不均匀或突变可以是缺陷指示，如碳颗粒，而非观察部分122的周边136的指示。在进一步的非限制性例子中，沿灰度强度在I-200的系列像素的灰度变化突变到个位数（即，I-0），灰度强度可用是缺陷的表示且不必表示透明物质104的周边136。这方面，方法考虑了检测周边136的参数调节或选择，如在周边136的检测过程中调节或选择要考虑数量的系列像素152。

参考图11-16，图27A-27B中方法的步骤310包括检测观察部分122中候选缺陷160，以便确定是否这类候选缺陷160定性为光学缺陷162，或是否候选缺陷160包括图像缺陷158。这类图像缺陷158可包括在具有相对低灰度（如I-0）的透明物质104的局部区域中相对小数目的图像像素152（如，小于三个图像像素）。这样的图像像素152可由图像像素152包围，其具有相对高灰度（如，在200内）。

在分析候选缺陷160时，方法可包括计算跨数字图像150中每个邻近图像像素152对的强度梯度（即，△210）的步骤312（图27A）。例如，对于图11中示出的数字图像150的部分，每个图像像素152都具有与其中关联的灰度。如从图11中看出的那样，几个图像像素152可具有相对低的灰度并可聚类成一个或多个组。相似组的图像像素152可分散在整个透明物质104中。根据数字图像150中像素相对彼此的结构，可跨如图12所示的水平（如，x）和垂直（如，y）方向，或在其他方向上每个邻近对的图像像素152计算强度梯度。例如，对于灰度为I-0的图12中的一个图像像素152，与其邻近的四个图像像素152具有灰度I-0、I-15、I-240和I-15。

参考图13，方法的步骤314（图27A）可包括为每个图像像素152分配梯度值。为每个图像像素152选择的梯度值可包括与每个图像像素152关联的强度梯度的最大绝对值。对于上述例子，图像像素152可分配四个邻近图像像素152的灰度（I-0、I-15、I-240、I-15）的最大梯度值（即，△240）。分配梯度值给像素的替换方法可在x方向中记录关联的梯度强度，记录在y方向的梯度强度，且然后分配较大的x方向梯度值和y方向梯度值作为分配给图像像素152的值。为每个图像像素152选择梯度值后，图27A的步骤316可包括构建由分配给每个图像像素152的梯度值组成的梯度图像154，如图13所示。

图27A中步骤318包括识别梯度值超过预定梯度值的图像像素152。例如，每个梯度值至少为△100的图像像素152可识别，且其中的位置可标记或标注。以该方式，梯度阈值提供识别灰度强度中相对突变的方法，其可相应于与观察部分122的周边136相对的光学缺陷162的位置。如可理解的那样，梯度阈值可设定为任何适于被检查的透明物质104的理想值。在识别具有超过梯度阈值的梯度值的图像像素152后，这样的图像像素152可指示为候选像素156。候选像素156可包括一个或更多候选在透明物质104中的缺陷160。

参考图14，方法的步骤320（图27B）可包括分类候选缺陷160，其可包括识别在步骤318中指定的每个候选像素156的位置。作为分类候选缺陷160的一部分，每个候选像素156的位置可在步骤322中识别（图27B）。候选像素156的位置可根据数字图像150的原点和坐标系统识别，如图8所示。还参考图14，分类操作的步骤324（图27B）可包括基于候选像素156的相对位置聚类或划分候选像素156为一个或更多像素聚类164。例如，图14示出在步骤318中标记或识别的两组像素作为相对高梯度值的区域。

一旦识别，候选像素156可通过合适聚类技术在步骤324中聚类。此外，可为候选像素156的每个像素聚类164定义重心166。以该方式，候选像素156的位置可与相对靠近的其他候选像素156分组。候选像素156的分组或聚类可包括划分数字图像150为多个像素聚类164。图14示出分离两个像素聚类164的划分168。然而，在透明物质104的整个数字图像150上，图像像素152可包括可聚类成多个像素聚类164的候选像素156，这些像素聚类可由划分168分开。

在实施例中，聚类候选像素156的步骤可用k均聚类或利用任何其他合适的聚类技术执行。在k均聚类中，k包括相应于k个聚类的整数。K值可在起动聚类过程之前预选择，或k值可指定为至少等于数字图像150中的图像像素152的总量，或任何其他合适值。如图14所示，每个像素聚类164可包括与其关联的重心166。重心166可表示包括在像素聚类164内的候选像素156的自然中心。

方法步骤326（图27B）可进一步包括比较每个像素聚类164中候选像素156的量和像素量阈值，以便确定是否候选缺陷160包括光学缺陷162或图像缺陷158。在实施例中，像素量阈值可选择为相对小数目的图像像素152（如，超过三个图像像素152可定义为光学缺陷162）。例如，在图14中，最下一个像素聚类164包括七个候选像素152。类似地，上部一个像素聚类164包括五个候选像素156，以便图14中示出的每个像素聚类164应用示例性像素量阈值定义为光学缺陷162。

相比并参考图17-20，图17中示出的部分数字图像150包括单个图像像素152，其具有相对低的灰度强度值（即，I-0），且其被具有相对高灰强度值（即，I-240）的图像像素152包围。图17-20中示出的分析该部分数字图像150的过程类似于上面关于图8-16示出的数字图像150部分的描述。这方面，该过程包括检测候选缺陷160的步骤310对图17中示出的数字图像150的部分执行，且其导致步骤312中计算强度梯度，如图18所示。

该过程进一步包括在步骤314中为每个图像像素152分配梯度值，如图19所示，并识别梯度值超过步骤318中梯度阈值的候选像素156，以便标记图20中示出的图像像素152为高梯度区域和潜在光学缺陷162的指示。在上面例子中指出的像素量阈值标准（即，超过三个图像像素152定义为光学缺陷126）中，比较图20中示出的候选像素156的量导致分类单个图像像素152为图像缺陷158，而非光学缺陷162。图20中示出的单个候选像素156可源自坏像素，这是由于对透明物质104成像过程的异常导致的。

参考图15，方法的步骤328（图27B）可包括确定光学缺陷162的边界174（图16）。这方面，边界174可利用具有与其关联的动态轮廓184（图15）的能量函数确定。能量函数可包括内部能量和外部能量。动态轮廓184可以迭代方式在边界174上收敛，直到内部和外部能量函数的能量被最小化。在实施例中，能量函数可通过叠加曲线，如计算机生成的曲线170（即，圆、椭圆、等等）到表示光学缺陷162的候选像素156聚类而促进确定边界174。计算机生成的曲线170可包括控制点172，且一般可表示通过操作控制点172可在光学缺陷162的边界174上收敛的闭合轮廓。

例如，图15示出一般为叠加在每个像素聚类164上的圆形动态轮廓184。在每个像素聚类164中，动态轮廓184（即圆）的尺寸适于拟合到包括像素聚类164的候选像素156的外缘（outerlimit）内。动态轮廓184可以预定方式扩展。例如，图15中上部像素聚类164的动态轮廓184的控制点172可操作，以便维持动态轮廓184的预定曲率。可替换地，可选择动态轮廓184限制包括像素聚类164的候选像素156的外缘。动态轮廓184可以预定方式减小尺寸或收缩到像素聚类164的边界174上。

如上所述，动态轮廓184与包括内部能量和外部能量的能量函数关联。内部能量可为特定应用剪裁，并可包括在动态轮廓184中相对低程度的曲率能力，以便轮廓抵抗弯曲。可替换地，对于源自低硬度动态轮廓184的动态轮廓184，内部能量可相对高。此外，动态轮廓184的内部能量可包括动态轮廓184尺寸扩展或收缩的倾向。例如，在图15中示出的动态轮廓184中，每个动态轮廓184的内部能量可倾向于尺寸增加，直到动态轮廓184接近像素聚类164的边界174。类似地，动态轮廓184包括相应于由图15中候选像素156表示的光学缺陷162的内部能量函数。

在图15的例子中，随着动态轮廓184向光学缺陷162的边界174扩展，动态边界174的形状可根据邻近光学缺陷162的图像像素152的强度梯度受到影响。例如，低能量区可由位于光学缺陷162的边界174外部上的图像像素152相对低的强度梯度定义。可替换地，高能量区可与邻近边界174的图像像素152关联，且因此可具有相对高强度梯度。动态轮廓184可以迭代方式在边界174上收敛，直到内部能量和外部能量函数的能量最小化，如上所述。图16示出在各光学缺陷162的边界上收敛的动态轮廓184。

参考图21-23，在确定数字图像150中光学缺陷162的边界174后，步骤330（图27B）可包括表征光学缺陷162相对透明物质104的位置。更具体地，数字图像150中光学缺陷162的两维位置可用第一固定坐标变换来变换，以便在三维透明物质104上表征和定位光学缺陷162。以该方式，光学缺陷162的位置可相对透明物质104、交通工具、结构或气体参考点上已知的或预选择的参考点识别。例如，光学缺陷162可相对飞机100的设计眼140定位。设计眼140可包括机组成员（如，飞行员）的眼睛附近位置，从该位置可观察或察觉光学缺陷162，如图22所示。

这方面，图21示出相对图21中示出的数字图像原点176和数字图像坐标系统178的第一、第二和第三光学缺陷162、OD1、OD2、OD3，其位于透明物质104的数字图像150上。第一固定坐标变换可用于将第一、第二和第三光学缺陷162、OD1、OD2、OD3中每一个的位置从各自在图21中数字图像150上的位置变换为物理三维透明物质104上的相应位置，如图22所示。图22中光学缺陷162的位置可根据透明物质原点180和透明物质坐标系统182定义，如图22所示。然而，任何合适的参考位置或原点都可用于表征光学缺陷162的位置。图23示出从图21的数字图像150中识别的第一、第二、和第三光学缺陷162、OD1、OD2、OD3并变换到透明物质104的位置。

参考图24-25，方法的步骤332（图27B）可包括表征光学缺陷162相对透明物质104的尺寸。更具体地，步骤332可包括与从光学缺陷162到用于成像透明物质104的图像记录系统的光学中心142的距离成比例地缩放图21中透明物质104的数字图像150中识别的光学缺陷162。例如图24示出安装在透明物质夹具70上并示出从图像记录设备22的光学中心142到第四光学缺陷162，OD4和第五光学缺陷162，OD5的距离的图像记录设备22的侧视图。图25类似地示出从图像记录设备22的光学中心142到第四和第六光学缺陷162，OD4、OD6的横向距离。

这方面，步骤332可利用第二固定坐标变换和/或缩放变换，根据物理尺寸并与光学缺陷162到图像记录设备22上位置（如，光学中心142）的距离成比例地表征光学缺陷162的尺寸。以该方式，数字图像150中光学缺陷162的尺寸可与图像记录设备22和透明物质104之间的相对距离成比例地放大或缩小。此外，变换可相对可在三维透明物质104中观察光学缺陷162的角度，补偿光学缺陷162被图像记录设备22成像的角度，如从图22中示出的飞行员的设计眼140位置。以该方式，步骤332提供从给定参考点，从大量像素映射数字图像150中识别的光学缺陷162到测量单位的方法，如长度单位（即，英寸、毫米），或面积单位（即，平方英寸、平方毫米）。

在步骤334（图27B）中，方法可包括表征光学缺陷162的形状。更特别地，相对步骤330和332中位置和尺寸表征的光学缺陷162可选相对形状表征。形状表征可促进光学缺陷162的形状和其他作为跟踪后续分析的透明物质104中光学缺陷162出现的方法的相关参数的比较。

在实施例中，表征光学缺陷162形状的步骤334可采用两维卷积，如图26A-26C所示，其中模拟函数可卷积成等价函数，该等价函数可表示动态段，如透明物质104的数字图像150的观察部分。在基于类似或相同构型的其他透明物质104中光学缺陷162的形状特征的检查下，源自卷积的输出结果可促进预测透明物质104中光学缺陷162的类型。

这方面，基于与某些形状或形状类型（如圆形、椭圆形、等等）关联的某些类型缺陷（如碳颗粒）的预定分类，表征光学缺陷162形状的步骤可促进识别上述方法中检测的特殊物质的类型，因为某些类型的颗粒可与某些形状关联。例如，含颗粒类型的列表及其关联形状的数据库可在进行中的基础上，在检查给定构型，如给定的透明物质层布局的系列透明物质的过程中记录。例如，如上所述，飞机100的挡风玻璃110（图24）可由多层便丙烯酸、聚氨酯、聚碳酸酯组成，其中一个或更多层包括某些类型的颗粒物质，如在聚碳酸酯层中的聚碳酸酯颗粒。通过以光学缺陷表征的形状和与其关联的颗粒物质的类型或类别连续更新数据，随着每个透明物质104都被检查，在额外的透明物质104中检测光学缺陷162的能力可得到改善。此外，光学缺陷的表征也可提供这类缺陷源或这类光学缺陷162在给定透明物质构型中发生的方式的指示。

参考图26A-26C，分类光学缺陷162形状的方法可包括使用两维卷积，其中模拟函数f(x,y)（图26A）可表示预定的缺陷形状，如圆形。然而，模拟函数f(x,y)可表示多种不同预定缺陷形状中的任何一种，且不限于圆形。例如，模拟函数f(x,y)可表示椭圆形，其可进一步根据椭圆形的纵横比定义。等价函数g(x,y)（图26B）可定义为数字图像150的给定段的部分，如上述和图8中示出的数字图像150的观察部分122。然而，等价函数g(x,y)可定义为一段数字图像150的完整部分，且不限于数字图像150的特定部分。

在表征光学缺陷162形状的两维卷积计算的非限制性例子中，并参考图26A-26C，其示出两个分别表示模拟函数f(x,y)和等价函数g(x,y)的输入矩阵。图26A中示出的模拟函数f(x,y)矩阵可表示圆形光学缺陷162，其类似于示为图16中示出的上部光学缺陷162。矩阵f(x,y)中的值可相应于透明物质104的图像像素152的归一化灰度强度，其类似于图11中所示的灰度强度。函数g(x,y)可表示图8中透明物质104的部分数字图像150，并可包括包含相应于图像像素152的归一化灰度强度值的矩阵，其类似于图11所示的矩阵。函数g(x,y)可表示图8中透明物质104的部分数字图像150，并可包括包含相应于图像像素152的归一化灰度强度的矩阵，其类似于图11所示的矩阵。

如图26A-26C所示，两维卷积可定义为f(x,y)和g(x,y)矩阵的卷积矩阵f*g(x,y)。在非限制性例子中，卷积矩阵f*g(x,y)的值可由等式f*g(x,y)={f(x-1,y-1)g(1,1)+f(x,y-1)g(2,1)+f(x+1,y-1)g(3,1)+f(x-1,y)g(1,2)+f(x,y)g(2,2)+f(x+1,y)g(3,2)+f(x-1,y+1)g(1,3)+f(x,y+1)g(2,3)+f(x+1,y+1)g(3,3)}/9确定，其中x和y是矩阵指数，其指示矩阵值的相对位置。在上述例子中，在每个矩阵中，x和y矩阵指数沿从左到右和从上到下的方向递增。

输出卷积矩阵f*g(x,y)可与光学缺陷162的数据库比较，从而识别透明物质104中颗粒物质的形状和关联的类型或类别。以该方式，形状表征步骤可促进类似或相同构型中其他透明物质中出现的光学缺陷162的类型预测。在图26C中，输出卷积矩阵f*g(x,y)的局部最大值（如，5/9）可相应于光学缺陷162的中心。这方面，局部最大值可与光学缺陷162的给定形状关联，如由图26A中模拟函数f(x,y)矩阵表示的那样。如上所述，随着每个透明物质104被检查，连续更新光学缺陷162形状的数据库可促进光学缺陷162的检测，并可提供关于这类缺陷源和/或制造过程中发生这类光学缺陷162方式的指示。

本公开额外的修改和改进对本领域技术人员来说是显然的。因此，这类所述和所示的部件的特定组合倾向于仅代表本公开的某些实施例，且不用于限制在本公开精神和范畴内的替换实施例或设备。

Claims (13)

1.一种检测透明物质中光学缺陷的方法，其包括如下步骤：

提供所述透明物质的数字图像，所述数字图像包括多个图像像素，每个都具有灰度强度；

通过执行如下操作检测至少一个候选缺陷：

确定每个所述图像像素的灰度强度；

跨邻近图像像素对计算强度梯度；

为每个图像像素分配梯度值，其包括与所述图像像素关联的强度梯度的最大绝对值；

构建梯度图像，所述梯度图像包括分配给所述图像像素中相应像素的梯度值；以及

识别梯度值超过梯度阈值的图像像素作为候选像素，所述候选像素包括至少一个候选缺陷；

通过执行如下操作识别所述候选缺陷中的光学缺陷：

识别每个所述候选像素的位置；

基于所述候选像素的相对位置聚类所述候选像素到至少一个像素聚类；

比较每个像素聚类中的所述候选像素的量和像素量阈值以确定所述候选缺陷是否包括光学缺陷或图像缺陷；以及

利用第一固定坐标变换将所述数字图像上的所述光学缺陷的二维位置变换成所述透明物质上的三维位置。

2.根据权利要求1所述的方法，进一步包括以下步骤：

检测所述透明物质的观察部分的周边的步骤；

其中检测至少一个候选缺陷的步骤包括检测所述观察部分内的候选缺陷。

3.根据权利要求2所述的方法，其中检测所述透明物质的观察部分的周边的步骤包括：

选择所述观察部分的预定周边的步骤。

4.根据权利要求2所述的方法，其中检测所述透明物质的观察部分的周边的步骤包括：

确定每个所述图像像素的灰度强度的步骤；以及

将跨一系列像素的灰度强度的变化与阈值强度变化率比较的步骤。

5.根据权利要求1所述的方法，进一步包括以下步骤：

提供包括多个图像像素的所述透明物质的数字图像；

将所述数字图像从彩色格式转换为灰度格式；以及

提供所述透明物质的图像，其包括每个都具有相应灰度强度的图像像素。

6.根据权利要求1所述的方法，其中所述提供所述透明物质的数字图像的步骤包括：

提供所述透明物质的数字图像，其包括彩色格式的多个图像像素；以及

将所述数字图像从彩色格式转换为灰度格式。

7.根据权利要求1所述的方法，其中比较每个像素聚类中的所述候选像素的量和像素量阈值的步骤包括：

如果所述像素聚类包含至少三个所述图像像素，则识别所述候选缺陷为光学缺陷；以及

如果所述像素聚类包含少于三个所述图像像素，则识别所述候选缺陷为图像缺陷。

8.根据权利要求1所述的方法，其中：

基于所述候选像素的相对位置聚类所述候选像素到至少一个像素聚类的步骤是用k均值聚类执行的，其中k包括对应于在使用聚类过程之前确定的k个聚类的整数，其中每个所述像素聚类包括一个重心。

9.根据权利要求8所述的方法，其中：

k包括至少对应于所述数字图像中的图像像素总量的整数。

10.根据权利要求1所述的方法，进一步包括以下步骤：

在识别所述光学缺陷之后利用能量函数确定所述光学缺陷的边界。

11.根据权利要求10所述的方法，其中所述能量函数包括动态轮廓，并且利用能量函数确定所述光学缺陷的边界的步骤包括：

在所述边界上汇聚计算机生成的曲线；以及

操纵所述计算机生成的曲线的控制点从而将所述曲线汇聚在所述边界上。

12.根据权利要求1所述的方法，进一步包括通过执行下述步骤中相应一个步骤，利用位置、尺寸和形状中的至少一个表征所述光学缺陷的步骤：

使用坐标变换表征所述光学缺陷相对透明物质的位置；

使用比例变换表征所述光学缺陷相对所述透明物质的尺寸；以及

使用卷积积分表征所述光学缺陷的形状。

13.一种检测具有观察部分的透明物质中光学缺陷的方法，所述方法包括如下步骤：

提供所述透明物质的数字图像，所述数字图像包括多个图像像素，每个都具有灰度强度；

通过执行至少一项下列操作检测所述观察部分的周边：

选择所述观察部分的预定周边；

比较跨一系列像素的灰度强度变化和阈值强度变化率；通过执行下列操作检测所述观察部分中的候选缺陷：

跨每个邻近图像像素对计算强度梯度，所述强度梯度表示所述邻近图像像素对的灰度强度差；

为每个图像像素分配梯度值，其包括与所述图像像素关联的强度梯度的最大绝对值；

构建梯度图像，所述梯度图像包括分配给相应图像像素的所述梯度值；

识别梯度值超过梯度阈值的图像像素为候选像素，所述候选像素包括所述候选缺陷；

通过执行下列操作分类所述候选缺陷：

识别每个所述候选像素的位置；

基于所述候选像素的位置聚类所述候选像素到至少一个像素聚类中；

比较所述像素聚类中候选像素的量和像素量阈值，从而确定所述候选缺陷是否包括光学缺陷和图像缺陷中的至少一个；

利用能量函数确定所述光学缺陷的边界；以及

以位置、尺寸和形状中的至少一个表征所述光学缺陷；

比较所述候选像素的量和像素量阈值以识别所述候选缺陷为光学缺陷；以及

利用第一固定坐标变换将所述数字图像上的所述光学缺陷的二维位置变换成所述透明物质上的三维位置。