CN104813184A - 对用于检测生产流中的缺陷的动态数字成像系统的校准 - Google Patents

Abstract

一种用于动态数字成像系统的校准系统和方法，该动态数字成像系统用于检测运动的产品流中的缺陷。该校准系统有一个位于输送单元上方的高架平台，用于接纳具有参考颜色的瓷砖。高架平台可使在下方输送单元表面上的待检验产品通过，以使得在图像获取期间可连续进行校准和再校准过程，而无需中断产品流。

Description

对用于检测生产流中的缺陷的动态数字成像系统的校准

技术领域

一般而言，本发明涉及数字图像分析，更具体而言，涉及一种对用于检测连续运动的生产流的数字图像中的异常或缺陷的动态数字成像系统的校准。

背景技术

已经在多个领域中使用图像分析来进行异常或缺陷检测。具体而言，食品加工行业已经将数字图像分析与自动化食品筛选系统中的连续输送机结合使用。例如，一些现有技术中的方法可对食品及其他质量凭目视可确定的产品或物品进行检查。如同任何先进的成像或光谱分析一样，所检测到的图像需要与一个参考(reference)进行比较，这意味着系统需要校准，以确保测量的一致性。然而现有图像分析技术中已知的系统和方法所需要的校准步骤经常要中断用于缺陷检测的图像获取。这在该缺陷检测系统与连续生产线(例如，输送待检测缺陷的产品的连续输送系统)配合使用时会存在问题。

因此，需要有一种无需使生产输送系统减速或停机即可对数字式缺陷检测系统进行校准和再校准的系统和方法。此外，经过改进的数字式缺陷检测系统需要能够对现有的产品输送系统进行改装。最后，还需要有在连续生产期间对图像采集和分析系统提供精确和实时的校准的数字式缺陷检测系统和方法

发明概要

根据本发明的一个方面，提供了一种对用于检测生产流中的缺陷的动态数字成像系统进行校准的方法，该方法可基本消除或减少与之前的静态校准方法相关的缺点。在一个实施例中，该方法包括的步骤有：(a)在摄像机视场内的升高到输送机上方的平台上放置一块校准颜色瓷砖；(b)获取该校准颜色的光吸收数据；(c)计算该校准颜色的光吸收数据的成分颜色强度；(d)对该校准颜色的成分颜色强度进行归一化；(e)将平台移出摄像机的视场；(f)获取产品的光吸收数据；(g)计算这些产品的光吸收数据的成分颜色强度；(h)对这些产品的成分颜色强度进行归一化；以及(i)根据该校准颜色和这些产品的成分颜色强度，计算这些产品的质量指数分值。

根据本发明的另一方面，披露了一种用于对用于检测生产流中的缺陷的动态数字成像系统进行校准的校准系统。在一些实施例中，该校准系统包括：输送单元，其有一个沿输送单元的至少一部分宽度延伸的第一框架；平台，其在至少一个支座上被提升至输送单元的上方，所述支座以可移动方式耦合至第一框架内的轨道；以及该平台内的狭槽，用于接纳包含多个参考颜色段的彩色瓷砖。一些实施例还包括直接横跨输送单元的宽度而耦合到第一框架的第二框架；成像单元，其包括具有视场的摄像机、摄像机窗口和控制/数据线；和/或控制单元，其包含处理器、存储器和显示设备，其中该成像单元还通过该控制/数据线与该控制单元通信连接。

本发明的某些实施例可提供多种技术优势。例如，根据本发明的一个实施例，对数字成像系统的校准基本上可以与物体沿输送系统的运动同时进行。而与本发明的一个实施例相关的另一项技术优势是其具有多种用途。本发明所提供的特征可被应用于需要质量保证的材料生产的任何输送系统。尽管本文所述的实施例采用了食品输送系统的示例，但本披露内容中的系统和方法可以很容易地适应任何连续生产环境。所披露方法和系统的工业和应用类型的实例包括但不限于：烘焙甜品、咸味零食、糖果(例如，果冻豆、巧克力、糖衣巧克力、太妃糖和彩色果味零食)、木制品、纸制品、纺织品，以及其他许多领域。

本发明的某些实施例可以具有上述一部分或全部优点。通过以下附图、说明及权利要求，本领域技术人者将很容易地了解其他技术优势。

简要说明

为了更加全面地理解本发明及其优势，可参考以下说明及附图，其中：

图1所示为根据一个特定实施例，对用于检测生产流中的缺陷的动态数字成像系统进行校准的校准系统的透视图。

图2所示为根据一个特定实施例，对用于检测生产流中的缺陷的动态数字成像系统进行校准的校准系统的透视图。

图3所示为根据一个特定实施例，对用于检测生产流中的缺陷的动态数字成像系统进行校准的校准系统的透视图。

图4所示为根据一个特定实施例，对用于检测生产流中的缺陷的动态数字成像系统进行校准的校准方法的流程图。

图5A和5B示出了根据一个实施例，分别位于输送带高度和一个更高高度处的校准参考单元的示范行扫描。

图6A和6B所示分别为根据一个实施例的示范行扫描原始数据和归一化图。

图7所示为根据一个可替代实施例，对用于检测生产流中的缺陷的动态数字成像系统进行校准的校准系统的透视图。

图8所示为根据一个可替代实施例，对用于检测生产流中的缺陷的动态数字成像系统进行校准的校准系统的顶视图。

详细说明

图1示出了根据一些实施例的用于检测生产流中的缺陷的动态数字成像系统。在本文中，“动态数字成像系统”这一术语是指任何能够被操作以获取连续移动物体(例如，连续移动的生产流)的数字图像的系统。系统100包括一个控制单元、一个输送单元、一个校准参考单元、一个照明单元和一个成像单元。每个单元均在下文进一步详述。

在至少一个实施例中，控制单元是一台具有处理器、存储器、显示设备(例如，监视器)和输入设备(例如，键盘、鼠标或触摸板)的计算机。在一些实施例中，控制单元还配有网络接口，并被连接至网络。这种实施例的一个优势是能够在远程位置对系统100进行控制。在一些实施例中，控制单元控制输送单元、校准参考单元、照明单元160和成像单元。在其他实施例中，输送单元由操作者或另一系统单独控制。如下文进一步详述，校准参考单元也可由操作者手动控制。在一些实施例中，照明单元160和成像单元由相互通信的独立系统进行控制。而在另一个实施例中，由操作者根据来自所获取图像的数据手动调整光源162强度。在一个替代实施例中，照明单元160是一个静态单元，控制单元通过应用比例因数的方式调整光照强度数据。

在一些实施例中，输送单元为输送带102。在其他实施例中，输送单元为能够支承和输送连续产品流的任何系统。在一些实施例中，成像单元、照明单元和参考颜色单元被置于一个可从输送带102上随生产流移动到达另一位置的便携式壳体(如图1所示)内。该便携式壳体具备可容易地对现有输送系统进行改装的优势。

在图1所示的一个实施例中，校准参考单元包括平台104、框架106、轨道108、支柱110、沿平台104的狭槽112，以及一块或多块彩色瓷砖120。应该注意，尽管图1的实施例示出了两个支柱110，但在一个实施例中，校准参考单元仅包含一个支柱110。由此，一般而言，校准参考单元包含至少一个支柱110。在图2中以更近距离示出的一个实施例中，平台104由带有轨道108的框架106支承，支柱110在轨道108内可自由滑动。在这种实施例中，校准参考单元可沿垂直或平行于输送带102移动方向的方向移动。这样就使校准参考单元能够根据需要被移入成像单元的视场或从成像单元的视场移出。例如，当系统100不处于校准程序中时，校准参考单元的支柱110以平行于输送带移动的方向，沿轨道108滑出成像单元的视场，使成像单元可以获取输送带102上的产品流的图像。反过来，当系统100处于校准或再校准模式时，校准参考单元滑入成像单元的视场。在一些实施例中，系统100的操作者以手动方式将校准参考单元移入或移出视场，而在其他实施例中，控制单元根据系统100处于校准模式还是检测模式，自动对其进行移动。尽管图1示出了沿轨道108滑动的简单支柱110，但可采用能够将校准参考单元移入或移出成像单元的视场的任何机械装置将其取代。一些实例包括滚筒、轮脚、车轮、磁性轨道或更为复杂的机器人控制件。

一般而言，平台104可以具有一个可定义的高度，在该高度处，能够通过一个或多个支柱110或合适的替代物将平台升高到输送带102的上方。支柱110的高度可以调整，例如根据输送带102上所输送的产品的尺寸和形状进行调整。在一个实施例中，支柱110的高度足够高，以使输送带102表面与平台104的底部之间至少有3英寸(约7至8cm)的间隙。其有利之处在于，能对系统100进行校准，而无需中断产品流的连续流动。

平台104有一个狭槽112，一块或多块彩色瓷砖120可以在其内滑动并获得支承。彩色瓷砖120可以是具有一种颜色的单块瓷砖，具有多种颜色的单块瓷砖，或者是具有多种颜色的多块瓷砖。彩色瓷砖120由任何适用材料制成，包括纸、聚合物(包括超高分子量聚乙烯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)、聚甲醛、尼龙、聚四氟乙烯等)、金属、陶瓷、复合材料或木材等。彩色瓷砖120的尺寸也可根据成像单元的需求而改变。在一个实施例中，彩色瓷砖120的宽度与输送带102的宽度相同，并垂直于输送带102上的产品流放置。在图1所示的特定实施例中，彩色瓷砖120的宽度约48英寸(约122cm)，长度在6至8英寸之间(约15至20cm)。在一个实施例中，当将一个彩色瓷砖垂直于输送带行进方向滑动时，彩色瓷砖可以相对较小，因为单个像素尺寸大约为0.023平方英寸。为防止与反射自周围区域的光发生干涉，在一个实施例中优选采用较小的彩色瓷砖。采用较小彩色瓷砖的另一个优点是能够灵活地采用较小和较轻的支承机构。在一些实施例中，彩色瓷砖的尺寸范围从0.1平方英寸到0.25平方英寸左右。应该注意，采用较小的瓷砖时，支承机构对于成像单元而言应几乎为“不可见”，因为它有可能影响瓷砖区域内的局部照明。在另一个实施例中，一块宽度较窄的彩色瓷砖120平行于输送带102的方向延伸。在一个实施例中，彩色瓷砖120可垂直于输送带的方向滑动。在另一个实施例中，彩色瓷砖120还可以平行于输送带的方向滑动。在一些实施例中，相对于输送带上的产品流方向，彩色瓷砖既能够垂直移动，又能够平行移动。在一些实施例中，彩色瓷砖120可能包括无光表面，由此可避免在其表面被照亮时，在光源或光线周围出现眩光。作为替代方式，在一个实施例中，照明光源可能包含一个沿校准参考单元的长度方向的反射条带或反射器164。

照明单元160(在图1中以最佳方式示出)包括光源162，并可选择地包括反射器164。光源162可以是能够对参考校准单元和在输送单元102上的产品流进行足够照明的任何适用的光源。适用光源的一些实例包括白炽灯(例如，常规白炽灯泡或卤钨灯)、场致发光光源(例如，发光二极管(LED))、荧光光源(例如，小型荧光灯或等离子灯)、高强度放电灯、电弧灯等。在一个实施例中，照明单元160被安装在系统100壳体的侧壁上，如图1所示。在一个实施例中，壳体的壁按图中所示成角度，以使得在图像获取过程中，不会在所成像物体上投射出阴影或眩光。由于输送带102上的产品流与校准参考单元相对于光源处于不同的高度上，固定的照明单元可能在一个高度上投射出阴影或眩光，而在另一个上则不会。反射器164可通过对光的转向减轻任何阴影或眩光问题。反射器164是能够反射光的任何适用装置，例如镜子或金属表面。反射器164的表面不需要抛光，因为在一些实施例中，其对“白色”光不透明并可反射白光已足够。在其他实施例中，例如，在进行特定的颜色测量时，会采用有选择地吸收波长不需要的光的反射器164。在对荧光进行测量的其他实施例中，反射器164可能会接收一种光波长，并将其转换为一个随后可被检测的优选波长。对于前述示例，可能需要采用具备特定属性的彩色瓷砖120，其将能够模拟被测的特征。彩色瓷砖120及反射器164的设计和加工可采用诸如现有技术中已知的用于在基底中掺入呈现所需性质的化学物质的半导体类技术。

在一些实施例中，反射器164和/或整个照明单元160均由控制单元进行操控。应该注意，输送带102与校准参考单元之间的高度差还会造成光强差异的问题。在光源162基本高于被照射物体的情况下，校准参考单元接收的光强度要高于输送带102上的校准参考单元下方的产品流。由此，在一些实施例中，控制单元会根据系统100是处于校准模式还是检测模式来调整光源162的输出强度。在其他实施例中，会根据光照强度与距光源的距离之间的关系来计算和校正光照强度。此关系可通过理论或经验加以确定，然后纳入到校准算法中。

图3所示为成像单元的一个实施例的细部详图。在一些实施例中，成像单元包括摄像机窗口150、行扫描摄像机300和控制/数据线350。在其他实施例中，行扫描摄像机300被能够获取产品流和校准参考单元的彩色图像的任何设备所取代。成像单元基本被置于成像物(例如，输送带102和校准参考单元)上方。摄像机窗口150由任何能够以无损耗或以产生最少量因其自身吸收的损耗来透射光的任何材料(例如，玻璃或聚合物)制成。摄像机窗口150的一个作用是保护行扫描摄像机300和控制/数据线350免受生产线周围环境影响(例如灰尘颗粒)，并可实现高效率的清洁。

在图1至3所示的特定实施例中，摄像机窗口150会横跨输送带102的宽度延伸。在此类实施例中，行扫描摄像机300移动横跨摄像机窗口350，由此获取物体的行图像(即，像素的线性阵列)。行扫描摄像机300以通常连续的方式来回摆动横跨摄像机窗口350，以产生一个二维图像(即，像素线性阵列的累积)。在其他实施例中，行扫描摄像机300不摆动，而是呈现为对单独像素进行采样的相邻传感器元件的线性阵列。在一个实施例中，2,048个单独传感器元件采用直线型布置，同时分别对像素0至2047进行采样。这种采样可以连续重复进行，以形成一个连续的二维图像。在一个实施例中，此二维图像基本可以被分为4个1024×1024像素的方帧，每个方帧均被用于分析。帧的尺寸并不局限于任何特定值，并可根据系统的需求进行调整。例如，在一些实施例中，帧可小到2048×1像素，也可以大到仅受控制单元所用存储器所限的程度，例如2048×100,000像素。行扫描摄像机300所获取的图像数据经数据/控制线350传输至控制单元。数据/控制线350还可驱动行扫描摄像机300的移动。在一个实施例中，行扫描摄像机300以每秒约4000次的速率对全部2048个像素进行采样。这一采样速率可在约600英尺每分的下部输送机速率下基本形成一个方帧。在采用不同的图像获取设备的实施例中，如果摄像机的视场宽度足以在输送带102的整个宽度上获取图像(例如，广角摄像机或视频摄像机)，则摄像机可无需移动。在一些实施例中，行扫描摄像机300配有一个或多个光传感器，例如电荷耦合器件(CCD)、反向偏置发光二极管(LED)、光敏二极管、互补金属氧化物半导体(CMOS)、视频摄像管(例如，视像管)，或者是可以将图像和输入数字化为控制单元的处理器内的数字阵列格式的其他任何适用的图像获取设备。

图4示出了运行中的系统100的所述方法400的一个实施例。方法400示出了校准模式和检测模式序列的一个实施例。在本文中，“校准”一词是指包括以下方面的过程：获取一种或多种预先选择的参考颜色的光吸收数据，对光吸收数据进行归一化，并形成一组最终的光吸收数据，检测扫描数据将比照最终光吸收数据进行参考和比较。应该注意，“归一化”一词不能与“校准”互换，因为在一些实施例中，校准数据组和检测扫描数据组均会被归一化。如下文中的进一步解释(在随图5A和5B的说明中)，归一化通常是一个数学过程，其中将一组数据乘以一个因数，以使之精简为一个较简单的形式，以协助数据组彼此之间的比较。在有若干参考颜色被扫描的实施例中，校准过程包括获取每种参考颜色的光吸收数据，对每组数据进行归一化，并对最终完成的数据组进行累计，检测扫描数据将比照此最终数据组进行参考和比较。即使是在仅使用一个参考颜色的实施例中，“校准”一词也不能与“归一化”互换，因为校准过程还可能包括对光源162的调整(如下文所述)。在光源162从校准扫描调整为检测扫描、以说明在所提升的高度上的光强度差异的实施例中，“校准”一词也可能还包含乘以一个相应的比例因数的含义。换言之，“归一化”通常是指对一组或多组光吸收数据，基于一个从该组数据内部得出的比例因数，所进行的数学操作，而“校准”通常是指获得最终完成的参考颜色光吸收数据组的全过程。参见图4所示的实施例，校准模式通常包括步骤404至420(步骤436用于再校准)，而检测模式包括步骤422至434(其中一个或多个步骤为可选的，下文进一步详述)。归一化过程可以被概念化为：调整传感器的每个单独像素的增益，使它们能够以相同的方式对照明光场作出响应。例如，位于照明光场边缘的光强度较低，因为在视场(例如，输送带)边缘之外没有照明光源。这可以在诸如图5A和5B的示例中看出，图中示出了一个实施例中一个行扫描的“左”侧(例如，2048×1像素帧的像素0至1023)。强度水平从像素0的相当低的水平开始逐渐提高，而其在从像素512左右到像素1023之间则基本稳定。“右”侧扫描(例如，像素1024至2047)将从像素1024至像素1536左右将类似地呈现相当平稳的强度水平，当接近扫描的右边缘时，强度将逐渐降低。这称为“长面包”效应，因为行扫描看起来像一个长面包的顶部。归一化操作处理这种现象的方式是：调整从边缘区所产生的摄像机信号的增益，以提高信号水平，使响应变平。当不是所有光源162都能精确地发出的相同的能量或甚至相同的光谱成分时，在视场内也可能出现类似的效应。在这种情况下，归一化就是要让成像器件的每个像素对给定的激励具有即使不能完全相同也要类似的颜色响应。归一化目标在其宽度和长度上的光谱响应稍有不同，因此，尽管归一化是试图解决摄像机记录光照的方式中的系统误差，但其仅能达到使归一化目标具有一致性的效果。在一个实施例中，归一化目标是被粘贴在一金属垫板上的一块颜色均匀的富美家(formica)板。另一方面，校准涉及让已知的颜色(例如，蒙赛尔彩色瓷砖)穿过照明光场，并调整颜色校正表，以确保观察到的颜色等同于该瓷砖的标准化颜色。通过引入被称为“全色域”(gamut)的许多颜色的瓷砖(代表给定机器的整个关注范围的颜色)，对于在照明光场内呈现给摄像机的一个给定颜色，有可能确保，在与本过程中的各步骤的变化所强加的限度相符的精度水平内，对图像加以再现。

以下各段将介绍系统100在薯片质量保证检验场合下的应用。但应该注意，以下说明仅仅是之前所述的系统100的替代实施例可实现的许多变化形式中的一个实例。系统100能够在适合通过数字图像分析来检验产品质量的任何领域或行业(例如，在最终产品的外观(颜色、形状或尺寸)是考量因素的场合)应用，包括但不限于食品加工、消费品、时装或汽车领域。

返回图4所示的方法，方法400从步骤402开始，在此，通过启动照明单元160，对扫描区域(即成像物体)进行照射。在步骤404，系统100在预先确定或选择的一组颜色中选择一个具有特定校准颜色的彩色瓷砖120。校准颜色可以是在电磁波谱的可见光范围内的任何波长/频率。在一个实施例中，系统100配有多块彩色瓷砖120，其数目范围可从两块一直到多达数千块。尽管较大的颜色范围可以使系统100更好地对全光谱进行校准，但操作者(或系统)可能会选择或预先选择在本应用场合中高度关注的少数几种颜色。参考颜色瓷砖120的预先选择可以根据被检产品的特定需求进行，或者以涵盖全部颜色光谱为目的进行预先选择。

在步骤406，所选的彩色瓷砖120被置于一个高架平台104上。彩色瓷砖120通过滑入狭槽112内或与之啮合，被置于高架平台104上。在步骤408，通过控制单元或由操作者手动操作，高架平台104被移入视场内。在步骤410，行扫描摄像机300获取对颜色校准瓷砖120的一个扫描，并将其发送至控制单元，后者接收扫描数据并将其存入存储器内。在步骤412，控制单元的处理器对行扫描摄像机300内的传感器所吸收的光的强度和颜色成分加以确定。

如图5A和5B所示，行扫描数据可以被可视化为一个二维曲线图，像素编号(沿线性像素阵列的位置)为x轴，光强度为y轴。行扫描数据可以被进一步分解为每个像素的单色成分(例如红、绿、蓝，即RGB成分)的强度水平。如前所述，在校准参考单元升至高于输送带102的位置时，会出现一个问题，因为即使是对同一物体进行扫描，在每个高度上被吸收或反射的光强度也会有差异。例如，图5A示出了在输送带102高度上对灰色瓷砖120进行的一次扫描的颜色成分强度分析；图5B则示出了在高架平台104高度上进行的相同分析。显而易见，图5B中的强度要比图5A中的强度高得多，几乎达到了使光传感器饱和和达到极限的程度。当将校准数据与产品流的扫描信息进行比较时，这可能会导致误差。

由此，返回图4所示的一般方法，在一个实施例中，在控制单元确定颜色成分的强度后，在步骤414，系统100决定是否调整光源162。一个调整是提高或降低光源162的强度。在一个实施例中，如果测得的强度高于或低于一个预先确定的阈值，控制单元处理器会自动调整光源162的强度。在另一个实施例中，控制单元处理器向系统100的操作者发送一个提示(例如，通过显示设备)，以手动调整光源162。而在其他实施例中，系统100的操作者在没有来自控制单元的这样做的提示的情况下，根据扫描观察结果调整光源162的强度。在一些实施例中，414步还包括调整光源162的方向。从图5A和5B中可以看出，在扫描开始时(靠近像素0处)，强度曲线的值很低，随着扫描的继续而逐渐稳定。这种结果的出现可能源自于物体(在本例中为灰色瓷砖120)表面上的阴影或眩光，或者上文所述的“长面包”效应。在一些实施例中，由控制单元调整光源162的角度或方向，而在其他实施例中，则由系统100的操作者手动进行这些操作。在调整光源162(可能是调整强度、方向或两者均调整)之后，方法400会返回步骤410，获取一个新的校准行扫描。应该注意，414步为可选步骤，在一些实施例中，本方法可以从步骤412直接前进到归一化步骤416。事实上，在归一化步骤之后，任何特定的强度曲线的形状可能都不再重要。

在图4中的步骤414对光源进行可选的调整之后，在步骤416，控制单元的处理器对颜色成分强度曲线进行归一化。如图6A和6B所示，来自校准扫描的原始数据(图6A)被乘以一个比例因数(例如，RGB曲线的y_max)，以得出一组归一化曲线(图6B)，从而进行更为有效的比较。经归一化的RGB曲线基本为线性，这样就可以更容易地比较R、G和B成分的相对强度。此外，归一化图可以更容易地被想象为成像物体的吸收图线(与成像单元所获取的反射光的强度数据相反)。当与产品流的扫描进行比较时，由归一化步骤416提供的一个更为线性的曲线有助于更容易地检测出缺陷。

在归一化之后，在步骤418，系统100可以有选择地决定是否应对附加颜色进行校准。如果有更多颜色需要校准，方法400将返回步骤404。如果已经有足够数量的颜色被校准，方法400将前进到下一步。在步骤420，系统100将高架平台104移出行扫描摄像机300的视场(通过控制单元或由操作者手动进行)。由于每种颜色的校准顺序(例如，步骤404至420)可以短到仅几分之一秒，校准和再校准的进行可无需中断生产流程。确认或校准颜色的处理时间可能需要1分钟左右，而系统的运行在此时间内不会受到影响。如果在校准模式期间输送带102移动的速度没有快到使产品流量大到会影响质量控制的程度，则连续生产流程在校准中无需停止。

在退出校准模式时，系统100会进入缺陷检测模式。在步骤422，成像单元会获取输送带102表面上产品的一次行扫描。如同校准扫描一样，所采集的数据通过控制/数据线350被传送至控制单元，并被保存在控制单元存储器内。在步骤424，控制单元处理器会对缺陷检测扫描的颜色成分强度进行归一化。随后在步骤426，控制单元处理器决定是否继续扫描输送带102表面上的产品。如果426步的决定为肯定，则重复进行步骤422和424。如果426步的决定为否定，处理器将在步骤428对保存在存储器内的缺陷检测扫描进行累积。在一些实施例中，系统100将连续重复步骤422至426，同时将较早前获取的数据传输至控制单元存储器。

在步骤430，处理器确定所累积的扫描数据中是否存在缺陷。在一个实施例中，基于包含多种因素的算法，步骤430的缺陷被自动确定，所述的多种因素包括缺陷的颜色、形状或尺寸。并非所有可能有缺陷的像素均被同样对待，而是会对每一簇或每一组可能有缺陷的像素指定一个质量指数分值。在一些实施例中，该算法包括针对每种类型的缺陷而给出的一组质量指数分值的阈值水平。例如，在一个给定薯片上的一组300个橙色像素可能会像一组10个黑色像素那样被视为缺陷。由此，黑色缺陷的阈值水平可能为最多15个像素，而橙色缺陷的阈值可能为500个像素。这一点不同于现有技术中的一些质量控制方法，在现有技术中的方法中，出现的任何一个缺陷(或表征缺陷的像素)都被同等对待。阈值根据特定应用的需要进行选择。算法被保存在控制单元存储器内，在步骤432，处理器调用所保存的算法，以确定缺陷尺寸是否高于相关的阈值。如果缺陷尺寸高于相关的阈值，系统100将向筛选器发送一个信号，以筛选出可能有缺陷的产品，进行进一步检验。如果不是，方法400将进行后续步骤。在步骤434步，系统100确定是否继续扫描输送带102表面上的产品流。如果决定为肯定，方法400将返回步骤422，检测模式将继续。

应该注意，来自成像单元的数据可能会受到环境或条件的细微变化的影响。例如，即使行扫描摄像机300聚焦于颜色校准瓷砖120上，如果周围区域(例如输送带102)的颜色发生改变，行扫描结果也会改变。例如，延长使用时间输送薯片后的输送带102可能变为橙色到褐色。光源162所发出的光中有一部分被输送带102吸收。由此，当将在洁净输送带102为背景下对彩色瓷砖120进行的校准扫描(如图5B所示)与在使用过的褐色输送带102为背景下进行的校准扫描(如图6A所示)做比较时，可以看出，图6A的蓝色强度曲线明显较低。由此，随着输送带102的老化和颜色改变，系统100可能需要再校准。在步骤436，处理器确定是否需要再校准。如果决定为肯定，方法400将返回步骤404。如果决定为否定，方法400将进行后续步骤。

尽管上文在一个实施例中对方法400进行了介绍，但采用系统100的方法还是有许多种可能的实施例和变化形式。例如，如上文所述，步骤414对光源162的调整可以是一个可选的步骤。再校准步骤436可在步骤422的初始缺陷检测扫描之后或者在任何后续检测扫描之间进行；在步骤432之后，无需进行再校准步骤436。此外，无需在每次和每个扫描之后均对检测扫描数据进行归一化步骤424。缺陷检测扫描的归一化步骤424可在步骤428所有检测数据均被累计之后进行。本领域普通技术人员应可以理解，在不超出本披露内容范围的条件下，方法400中的许多步骤的顺序可以调整、作为可选步骤或基本同时进行。

此外，系统100也可以有变化。具体而言，校准参考单元不需要包括颜色条带120。例如，如图7所示，在一个实施例中，参考颜色被置于一个旋转滚筒700上。旋转滚筒700有多个颜色段702、704、706、708、710，可根据检验过程的特定需求对其进行选择。在一个实施例中，滚筒700停置于在其任何一端处的一组支柱750上。在一个实施例中，控制单元使旋转滚筒700作足够的旋转，以将下一颜色段置于摄像机的视场内。在一个实施例中，旋转轴线经过滚筒柱体的中心。但颜色段并不需要是如图7所示、沿旋转滚筒700的长度方向的水平条带。在另一个实施例(未示出)中，颜色段以对角线方式布置，使得在成像单元连续获取各种颜色的校准扫描时，旋转滚筒700可以连续转动。

而在又一个实施例中，彩色瓷砖120平行于输送带102行进方向固定，如图8所示。在一些实施例中，平行颜色条带800包括多个平行于输送带102的方向延伸的颜色段802、804、806、808、810。随着行扫描摄像机沿虚线所示路径行进，它将获取输送带102上的产品流缺陷检测扫描以及参考颜色条带800的校准扫描。由此，对每次缺陷检测扫描，均可比照参考进行校准。在一些实施例中，在系统100壳体内有一个障碍物将输送带102与平行颜色条带800隔开，以防止平行颜色条带800上累积任何灰尘或废料。在一些实施例中，平行颜色条带800不需要沿输送带102的整个长度布设，只需足够覆盖成像单元的视场即可。本领域普通技术人员应可理解，在采用平行颜色条带800的实施例中，方法400中的许多步骤可以被取消或同时进行。

尽管本发明的说明中参照了若干实施例，但本领域技术人者应可提出种类不限的变化、变形、变更、改型和改动，且旨在本发明涵盖属于所附权利要求的精神和范围内的此类变化、变形、变更、改型和改动。通过对实施例的特征加以组合、集成或省略而得出的替代实施例也属于本披露内容的范围。

为协助美国专利和商标局(USPTO)及针对本申请所授权的任何专利的任何读者理解本文所附的权利要求，申请人希望指出，申请人(a)无意要求对所附权利要求的任何内容援引在本申请提交之日有效的35U.S.C.第112节的第六(6)款，除非在具体权利要求中明确使用了“用于…的手段”或“用于…的步骤”等字句；(b)无意通过本说明书中的任何陈述，以未在所附权利要求中反映的任何方式对本发明进行限制。

Claims (20)

1.一种用于对动态数字成像系统进行校准的方法，所述动态数字成像系统用于检测在输送机上的具有多件产品的生产流中的缺陷，其中所述方法包括：

a)将校准颜色瓷砖放置在成像单元的视场内的升高到输送机的上方的平台上；

b)使用成像单元获取所述校准颜色的光吸收数据；

c)使用处理器计算所述校准颜色的所述光吸收数据的成分颜色强度；

d)对所述校准颜色的所述成分颜色强度进行归一化；

e)将所述平台移出所述成像单元的视场；以及

f)使用所述成像单元获取所述产品的所述光吸收数据。

2.如权利要求1所述的方法，还包括：

g)使用所述处理器计算所述产品的所述光吸收数据的一个或多个成分颜色强度；

h)对所述产品的所述成分颜色强度进行归一化；以及

i)根据所述校准颜色和所述产品的所述成分颜色强度计算所述产品的质量指数分值。

3.如权利要求2所述的方法，还包括：

j)调用保存在存储器内的缺陷阈值数据；和

k)将所述质量指数分值与所述缺陷阈值数据进行比较。

4.如权利要求1所述的方法，其中所述平台通过沿平行于所述输送机的生产流的方向移动而被移出所述成像单元的视场。

5.如权利要求1所述的方法，其中所述平台通过沿垂直于所述输送机的生产流的方向移动而被移出所述成像单元的视场。

6.如权利要求1所述的方法，还包括调整照明光源的输出强度。

7.如权利要求6所述的方法，其中所述照明光源的所述输出强度是基于所述校准颜色的光吸收数据进行调整。

8.如权利要求6所述的方法，其中所述照明光源的所述输出强度是基于所述产品的所述光吸收数据进行调整。

9.如权利要求1所述的方法，还包括使用反射器调整所述照明光源的方向。

10.如权利要求9所述的方法，其中所述照明光源的方向是基于所述校准颜色的所述光吸收数据进行调整。

11.一种用于对动态数字成像系统进行校准的校准系统，所述动态数字成像系统用于检测生产流中的缺陷，所述校准系统包括：

输送单元，其具有沿所述输送单元的至少一部分宽度延伸的第一框架；

平台，其在第一支座上被提升至所述输送单元的上方，所述第一支座以可移动方式耦合至所述第一框架内的轨道；以及

狭槽，其位于所述平台内，用于接纳具有参考颜色的瓷砖。

12.如权利要求11所述的系统，其中所述具有参考颜色的瓷砖包括多个参考颜色段。

13.如权利要求11所述的系统，还包括第二框架，所述第二框架直接横跨所述输送单元宽度耦合到所述第一框架，其中所述平台由第二支座提供进一步支承，所述第二支座以可拆卸方式耦合至所述第二框架内的轨道。

14.如权利要求11所述的系统，其中所述平台被提升至距所述输送单元的上表面至少约7厘米高处。

15.如权利要求11所述的系统，还包括成像单元，所述成像单元包括具有视场的摄像机、摄像机窗口和控制/数据线。

16.如权利要求15所述的系统，其中所述摄像机为光传感器的线性阵列。

17.如权利要求11所述的系统，还包括照明单元，所述照明单元包括光源和反射器。

18.如权利要求11所述的系统，其中所述支座为可操作地在所述轨道内移动的横梁。

19.如权利要求11所述的系统，还包括控制单元，所述控制单元包括处理器、存储器和显示设备，其中所述系统还包括通过所述控制/数据线与所述控制单元通信连接的成像单元。

20.如权利要求11所述的系统，其中所述彩色瓷砖包括可操作地绕其纵轴旋转的滚筒。