CN106068450B - 用于检测特别是折射缺陷的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于检验容器(3)的方法，所述容器(3)在线性摄像头与沿着至少一个变化方向(D)呈现具有周期性图案(7₁)的连续变化光强度的光源(7)之间移动。根据本发明：对于容器的每个移动增量，周期地采集所述容器的一序列N个连续图像线，使得对于每条图像线：利用所述光源(7)照射所述容器(3)；采集所述容器的图像线；以及为下一条线将所述周期性图案(7₁)沿着变化方向(D)位移；对于所述容器(3)的每个增量，计算至少一条相位图像线；以及分析所述相位图像线(LP(k))。

Description

用于检测特别是折射缺陷的方法和装置

技术领域

本发明涉及诸如例如瓶或烧瓶的透明或半透明容器的在线检验的技术领域，例如以便确定这种容器所呈现的特性，用于质量控制的目的。

背景技术

特别地，本发明试图检验容器，以便检测容器的潜在缺陷，该缺陷呈现折射或偏转光的特性，诸如例如：褶皱、橘皮皱、研磨、微褶皱等的缺陷。在下面的说明中，这些缺陷被称为折射性缺陷或折射缺陷。

在使用诸如挤-吹和吹-吹的已知方法的中空玻璃容器的工业制造中，即使对于诸如圆柱形瓶子的简单形状的物品，也可能经常发现玻璃的厚度在容器的壁中局部地变化。在成型过程中，与模具接触的外表面通常具有所期望的形状。其结果是，内表面的变形显现出玻璃的分布的变化以及因此壁的厚度的变化。当这种变形较小时，其对容器的强度或外观没有影响。然而，材料的较差分布可以导致有缺陷的外观，这有时很麻烦，甚至更糟的是其可以导致某些位置没有玻璃。人们认为玻璃的良好分布是厚度均匀的分布，使得内表面和外表面自始至终大致是平行的。在常规方法中，通过测量玻璃的厚度来表征和检测玻璃的不良分布，其中这种测量通常是点测量或者局部测量。

在现有技术中，已经提出各种解决方案来检测光折射缺陷。例如，专利FR 2794241提出一种无需转动容器的适于检测折射缺陷的机器。

这种机器包括被设计为将用于检验的容器送至检验站的传送器。检验站具有位于传送器的一侧并且适于拍摄容器的图像的摄像头。检验站还具有位于传送器的另一侧的光源，并且该光源与用于限定光强度的器件相关联，光强度以低于检测缺陷所需速率的变化速率、以周期性的方式在光源的黑暗极端与明亮极端之间的空间中连续地变化。容器的折射缺陷具有透镜效果，这意味着其向摄像头提供具有压缩形式的一部分光源。这种光源的压缩图像具有大大提高速率的强度变化，通过增强其对比度改善了对折射性缺陷的检测。

在实践中，该技术不能检测具有小折射能力的光折射缺陷。

例如，专利US 5004909中描述了另一种已知技术，它提出了用于检验容器的壁的一种装置，该装置包括用于穿过被旋转驱动的容器来观察光图案的摄像头，该光图案由交替的白色和黑色条纹组成。在考虑由于存在光折射缺陷造成的白色和黑色条纹变形的同时分析容器的图像，由此可以检测光折射缺陷。

在实践中，发现该技术对构成容器的材料的分布是高度敏感的。如果玻璃是以非均匀但仍可接受的方式分布，则由内表面的斜面引起的折射具有使图案大大变形的效果，使得实际上不能识别图像中的图案、测量图案和分析图案。因此，对于这种产品，似乎不能区分容器的折射缺陷与容器的壁厚的不规则性。似乎只能够检测容器的壁厚的不规则性是频繁的和可接受的生产中的折射缺陷。

从专利申请FR 2907553还已知一种包括光源的方法和装置，该光源被控制为产生均匀的第一类照明以及由带有不连续空间变化的交替黑暗区域和明亮区域组成的第二类照明。该装置还具有用于拍摄物品的图像的器件，由第一类照明和第二类照明进行照射物品，以便分别检测高对比度缺陷和低对比度缺陷。

尽管这种装置能够使用单一光源来检测两类缺陷，但是主要因为使用第二类照明仅拍摄一个图像，所以发现该装置难以检测一些类别的折射性缺陷。具体而言，使用均匀光源来检测高对比度缺陷。此外，使用当光源呈现为具有明显边缘并且从而具有不连续变化的交替黑色和白色条纹时获得的单个图像来检测低对比度缺陷。在图像中分析条纹状图案的明显边缘的变形以及由折射性缺陷产生的局部对比度，如专利申请US5004909中所做的一样。当容器具有厚度变化并且因此玻璃为不良分布时，图案的变形是相当大的，并且不能够有效地检测出低对比度的缺陷。

专利申请FR 2958040描述了一种用于检测光学组件中缺陷的存在和程度的方法和设备，该方法包括产生穿过在检验站中保持静止的光学组件而透射的周期性光图案、在穿过周期性图案的组件的透射过程中采集连续图像(其中在每次采集时周期性图案的相位被位移)、从连续图像计算相位图像、以及分析所述相位图像，以便从中推断出缺陷的存在。

在实践中，因为该技术需要被检验物品停留相当长的时间以便采集多个图像，所以该技术不适合于以高速率在光源与系统之间行进的透明或半透明容器的在线检验。

发明内容

因此，本发明试图通过为透明或半透明容器的在线检验提出新颖的技术来弥补先前技术的缺点，该技术适于独立于材料分布的均匀性来至少检测光折射缺陷。

本发明的另一个目的是提出一种能够检验以高速在线行进的容器的方法，以便具有高可靠性地检测至少光折射缺陷、以及至少还确定构成容器的材料的分布的质量。

本发明试图提出一种用于在线光学检验透明或半透明容器的方法，所述容器在线性摄像头光源之间以高速行进，所述光源与沿着至少一个变化方向呈现具有空间周期的周期性图案的光强度的连续变化，所述光源和所述线性摄像头被连接至控制和图像处理单元。

根据本发明，执行如下步骤：

·对于被检验容器的每个移动增量，周期地采集所述容器的一序列N个连续图像线，i位于1到N的范围，其中N不小于3，使得对于每条图像线，执行以下步骤：

·利用所述光源照射所述容器；

·采集所述容器的图像线；以及

·为下一条线将所述周期性图案在变化方向上位移经过一段距离；

·对于所述容器的每个增量，计算N条图像线中的至少一条相位图像线；以及

·分析所述相位图像线，以便从中推断出至少光折射缺陷的存在或者构成所述容器的材料的分布的质量，作为所述容器的特性。

另外，本发明的方法还可以呈现以下额外特性中的一个或多个：

·分析所述相位图像线包括：确定局部相位变化的速度和/或幅值，以及将所述速度和/或幅值与阈值相比较，以便确定光折射缺陷的存在或者构成所述容器的材料的分布的质量；

·为了分析所述相位图像线并且在试图为每个容器获得相位图像线的操作之后，所述方法包括相位展开的操作；

·对于所述容器的每个移动增量，使用所述N条图像线来计算至少一条光强度图像线；

·将为连续移动增量所获得的多条光强度图像线并置，以便获得所述容器或所述容器的一部分的透射图像；

·分析包含关于由所述容器透射的光的质量的信息的所述透射图像，以便从中推断出至少光吸收缺陷的存在，作为所述容器的特性；

·所述周期性图案的变化方向相对于所述线性摄像头的传感器阵列是平行的、垂直的或倾斜的；

·为了分析相位图像线，所述方法包括将为连续移动增量获得的图像线或相位图像线或被展开相位图像线并置，以便得到所述容器的至少一部分的相位图像；以及

·分析所述相位图像线包括几何校正步骤，以便减小在所述容器移动过程中所述容器振动的效果、和/或由于观察点相对于移动方向不正交而导致的透视效果。

本发明还试图提供一种用于在透明或半透明容器的生产线上高吞吐检验的光学装置，所述容器在线性摄像头与光源之间移动，所述光源在至少一个变化方向上呈现具有空间周期的周期性图案的光强度的连续变化，所述光源和所述线性摄像头被连接至控制和图像处理单元。

根据本发明：

·所述光源适合于呈现在至少一个强度变化方向上具有空间周期的周期性图案的在暗光水平与亮光水平之间的连续强度变化；并且特征在于

·所述控制和图像处理单元：

·为每个移动增量，由所述线性摄像头采集所述容器的一序列N个连续图像线，i从1变化到N，N不小于3，并且为每条图像线重复以下操作

·控制所述光源，使得所述周期性图案在一个位置中呈现光强度周期性变化；

·采集所述容器的所述图像线；以及

·使所述周期性图案为下一条线沿着所述变化方向位移经过一段距离，以便取一个位置；

·为所述容器的每个增量，基于N条图像线计算至少一条相位图像线；以及

·分析所述相位图像线，以便从中推断出至少光折射缺陷的存在或者构成所述容器的材料的分布的质量，作为所述容器的特性。

另外，本发明的装置还可以呈现以下额外特性中的一个或多个：

·所述光源包括可能位于漫射板后方并且被独立地控制或被独立组控制的一组单独的光源，来自所述控制单元的信号能够使得单独的光源导通，并且对于每个单个光源和对于所述线性摄像头的每个积分(integration)周期，来自所述控制单元的信号使得能够控制照明时间或者电压或电流，以便调节在摄像头积分时间内所发射的光的强度；

·所述光源包括被逐一导通的N个单独的光源，当被导通时，每个呈现在至少一个变化方向上具有空间周期的相同周期性图案的光变化，但是在各个光源之间偏移在所述变化方向上经过一段距离，并且所述光源还具有混合 N个光源的光学装置，使得当从一个照明导通至另一个照明时，从所述摄像头的视点看仅有的可感知差别是沿着所述变化方向(D)的所述图案的位移；以及

·所述控制和处理单元被连接至：

·传感器的系统，用于考虑进所述容器的行进速度或旋转速度，以便适应所述摄像头的读取速度和所述所述光源的各种图案的显示速度；和/或

·排出器装置，用于排出缺陷容器；和/或

·计算机系统，用于监督、用于对缺陷进行计数、或者用于测量玻璃的分布。

附图说明

从下文参照附图的描述中可见各种其他特性，附图示出本发明的实施例，作为非限制性示例。

图1是用于检验平移移动的容器的机器的平面图，所述机器实施根据本发明的方法。

图2是用于检验旋转移动的容器的机器的平面图，所述机器实施根据本发明的方法。

图3是根据本发明的机器的侧视图。

图4示出当利用为每个图像线位移的光图案来照明容器时，为容器的移动增量得到的四个图像线的序列，其中光强度的变化与容器的竖直轴平行。

图5示出当利用为每个图像线位移的光图案来照明容器时，为容器的移动增量得到的四个图像线的序列，其中光强度的变化与容器的竖直轴垂直。

图6A和图6B是示出根据本发明组成光源的连续单独的光源的操作的示例。

图7A示出用于揭示光折射缺陷的被展开的相位图像的示例。

图7B示出图7A所示的图像的、并且沿着该图像的线(如附图标记14 表示)所取的信号的值。

图7C示出借助于高通滤波器处理如图7B所示的信号的结果的示例。

具体实施方式

从图1可以看出，本发明的检验机器1包括沿着箭头F指示的路径 (即，图1所示示例中的线性水平行进方向)用于移动透明或半透明容器3 的移动器件2。以高速率在直立或竖立位置运输容器3，即，通常以每分钟 50至600件物品，即以可能高达1.2米每秒(m/s)的速度行进。因此，使得多个容器3以高速率接连不断地通过检验站5。

图2是用于检验容器3的机器1的视图，其中沿着圆周路径F旋转地驱动容器3。通常，由任何已经类型的移动器件2旋转地驱动每个容器3，使得每个容器3绕其自身竖直对称轴Y旋转至少一个回转。多个容器3被自动接连不断地带到检验站5并且使用任何常规器件将其从检验站5带走。

检验站5包括布置在容器3的一侧上的至少一个光源7以及布置在容器 3的另一侧上的用于拍摄容器的图像的系统9。因此，如图1至图3可以更精确地看出，每个容器3被驱使在光源7与系统9(其与光源7相关联来拍摄容器3的图像)之间移动。

图像拍摄系统9包括具有镜头12的线性摄像头11，其被连接至用于提供控制并且用于处理所拍摄图像的单元13。控制和处理单元13用于拍摄和分析容器的图像，以便从中推断出每个容器的至少一个特性。如下详细描述地，此控制和处理单元13能够推断出光折射缺陷的存在和/或构成容器的材料的分布的质量，作为容器的特性。

根据本发明的特性，摄像头11是线性类型的，即，它发送在直线方向 X上延伸的单行像素。线性摄像头可以拍摄彩色照片或黑白照片，它可以是对紫外线、可见光或红外光敏感的，并且通过示例的方式，其可以是时间位移和积分类型。线性摄像头以合理的价位提供高分辨率，具体地，在1024 到4096像素范围内的分辨率。然而，线性摄像头被读取的速度是非常高的，达到40千赫兹(kHz)，其远远大于例如使用相同的技术可以被读取的矩阵摄像头的频率。

线性摄像头11占据被适配为覆盖容器3的一部分的观察视野。有利地，摄像头11被适配为在容器3的整个高度上拍摄其图像。为此，光源7具有足够大程度的发光表面以向对应于待检验的容器的区域(并且特别是沿着容器整个高度的容器的壁)的观察视野的至少一部分反光。应该观察到，检验站5可以具有结合有光源的多个图像拍摄系统，以当容器经过检验站5时，能够在容器的圆周的全部或部分上检验容器。

应该观察到，当容器3的移动是沿着确定方向F的平移移动时，线性摄像头11 的传感器阵列的方向X与行进方向F不平行。当容器3的移动是绕每个容器3的竖直对称轴Y的旋转时，线性摄像头11 的传感器阵列的方向 X与每个容器3的竖直对称轴Y不垂直。

根据本发明的特性，光源7呈现具有被适配为穿过容器3透射的周期性图案7₁的光强度的连续变化。因此可以通过透射穿过容器3看到周期性图案7₁。沿着至少第一变化方向D，光源7呈现空间周期为T的周期性光强度图案。由图4和图5的示例示出的光源的周期性图案7₁对应于所发射光的强度的空间变化。因此，光源7的不同点发射或多或少的光。

光源7的光强度的变化(或总体对比度)可以至少沿着第一变化方向从预定黑暗水平延伸至预定明亮水平。在这个第一方向D上，光强度的变化是周期性函数，例如准正弦函数，并且优选地为正弦函数。假设它可以用不改变位移形式的方式再现，则能够使用非正弦周期性函数，尽管这样具有以下缺点：相位计算更复杂和/或需要采集更大数量的图像，并且因此使得使用本发明来在线检验透明或半透明容器更昂贵。

当光源7的周期性变化不是严格正弦时，图像的处理可以仍然保持相同，即，它可以具有假设变化是正弦时计算相位图像的步骤。这导致在确定相位时的局部误差，并且相位位移值不是严格精确的。这意味着不能测量光穿过的表面或交界面的三维形状，而这在任何情形下是受到光穿过四个交界面的事实所限制的。然而，它仍然能够具有检测折射性缺陷和/或玻璃分布缺陷的良好的辨别能力，只是将仅仅检测相位的较强的局部变化(即，快速和/或大幅值的变化)，这是本发明的主要目的。

根据优选的实施方式特性，周期性图案7₁在变化方向D上呈现为正弦的光强度变化。在图4所示的示例中，变化方向D平行于容器3的竖直对称轴Y，然而在图5所示的示例中，变化方向D垂直于容器3的竖直对称轴Y。在这些示例中，光源的强度值或亮度值沿着方向D在最小值(L_O-A) 与(L_O+A)之间变化，适用下式：

其中：

L(x)是在横坐标点x处发射的光强度；

L_O是平均强度；

A是变化的幅值；

ω是角频率；

是x＝0处的相位。

在图4和图5所示的示例中，周期性光图案7₁呈现直线光条纹(fringe) 的结构。在图4和图5中，光源7呈现具有周期性图案的光强度变化，其在方向D上具有最大值并且在与直线光条纹延伸的方向垂直的方向上为零。

在下面的描述中，相对于参考系0、x、y中的水平和竖直方向考虑光强度变化方向D。在图4所示的示例中，光源7的光强度变化方向D对应于其是竖直(轴y)的光强度的最大变化，使得在水平方向(轴x)上，光源的光强度是恒定的。在图5所示的示例中，光源7的光强度变化方向D 被示为相对于水平方向(轴x)是平行的。应该观察到，在光源的光强度中最大变化的方向可以相对于水平方向(轴x)呈现倾斜角度α。因此，周期性图案的变化方向D相对于线性摄像头的传感器阵列的方向可以是平行的、垂直的或倾斜的。

在图4和图5所示的示例中，光源7呈现平行于单个方向的光条纹的阵列。应该观察到，可以设想到光源7在多个方向上呈现条纹。因此，光源7 可以呈现诸如曲线形状、同心圆、V形等其他形状的条纹。考虑到由于图案定向的方式从而检测是各向异性的，光图案的这些复杂性具有使检测敏感性适应于物品的不同区域的优势。

光源7基本上根据待确定的容器特性的性质以及容器的形状来选择，从下面的说明书中可以理解。

根据本发明的有利特性，应该观察到检验站5可以具有多个光源7，这些光源具有呈现在不同方向上延伸的光强度变化的周期性图案。

控制和处理单元13控制光源7和摄像头11，以便采集放置在光源7前方的每个容器3的一序列连续图像，为容器的每个移动增量(以下写为k) 周期地重复上述采集。对于每个移动增量k，容器3沿着行进路径F占据不同的位置。在实际中，容器3在摄像头11前方连续不断地移动，并且行进增量对应于沿着其行进方向F的容器的不同位置。假定由线性摄像头11采集图像，则在下文中，被拍摄的图像被称为容器的图像线Li(k)，i在1 到N的范围内变化。

根据本发明的特性，对于每个移动增量k，控制和图像处理单元从线性摄像头采集被称为容器的图像线Li(k)(i在1到N的范围内变化，其中 N大于2，即，不小于3)的一序列N个连续线性图像，给出L1(k)到LN (k)。对于每个图像线Li(k)，以如下方式拍摄对于移动增量的这种一序列N个图像线：

·由光源7照射容器3；

·采集容器的图像线Li(k)；以及

·为下一行Li+1(k)在变化方向D上将周期性图案7₁位移经过距离T/N，其中周期性图案7₁具有光图案的空间周期。

在图4和图5所示的示例中，对于每个移动增量k，利用具有沿着变化方向D被位移经过距离T/4的周期性图案7₁的光源来产生4个照明的序列。对于这些照明中的每个，在所示示例中采集四条图像线L1(k)、L2(k)、 L3(k)和L4(k)，如图4和图5中的虚线所呈现的。

在一序列图像线的每次采集之间，在容器3与光源7的周期性图案7₁之间沿着周期性图案变化方向D存在相对空间位移。因此，对于每个序列，周期性图案7₁在变化方向D上从穿过容器3的一个图像被位移到下一个图像，容器3被认为是静止的。

具体地，容器3的移动在两个连续采集之间可以被认为是可忽略的。因此，可以假定N个连续读取对应于读取容器的相同部分。例如，对于以 1m/s行进的容器，40kHz摄像头每毫米(mm)读取40行。例如，四个连续采集的图像线(在每个场景下光源的图案被位移)可以被认为是读取四次具有0.1mm宽度的相同图像线的容器。

可以由任何合适的方式来位移光源7的周期性图案。因此，光源7可以包括一组单独的光源，其可能位于光漫射板后方，并且被独立地控制或作为独立组，来自控制单元的信号用于将单独的光源导通，并且对于每个单独的光源和对于线性摄像头的每个积分周期，来自所述控制单元的信号使得能够控制光源导通的时间或者控制电压或电流以便调节在摄像头的积分时间内所发射的光强度。

在图6和图6A所示的另一实施方式中，光源7包括N个(所示示例中为四个)单独的光源7a、7b、7c和7d，其适合于被逐一导通，并且当被导通时，每个呈现沿着至少一个变化方向D具有空间周期为T的相同周期性图案7₁的光变化，但是在各个光源之间具有沿着变化方向D经过距离T/N 的位移。光源7还具有混合N个光源的光学装置7e，使得当导通一个或另一个单独的电源时可以从摄像头11的视角感知到的仅有的差别是周期性图案沿着变化方向D的位移。在所示示例中，光学装置7e包括收集由单独的光源发送的光束的半反射光学板。

使用摄像头11，控制和处理单元13采集通过每个容器3透射的一序列至少三个图像线L1(k)到LN(k)，并且对于每个移动增量，每个图像线呈现沿着周期性图案变化方向D相对于容器的周期性图案的位移。由此，对于每个移动增量，控制和处理单元13具有至少三个图像线，其中周期性图案相对于容器被移相。

然后控制和处理单元13使用N条图像线L1(k)到LN(k)来为每个容器以及为容器3的每个移动增量k构造至少一个相位图像线LP(k)。对于容器的每个点，N条图像线中其灰度的变化是已知的并且其对应于周期性图案的相对位移。由此，能够计算容器的每个点的相位。可以使用各种技术，尤其根据例如专利EP 1 980 843来计算相位图像线。

为了为相位图像线LP(k)的每个像素实现相位计算，有必要采集至少三条图像线L1(k)、L2(k)和L3(k)。具体地，当图案被认为是正弦的时候，对于摄像头的每个像素，每次采集之间图案的位移产生其灰度的时间变化，并且这个时间函数同样是正弦的。为了确定它并且由此找到其相位，需要知道正弦波的至少三个值。通过知道在图案的相移过程中的至少三个值，由此确定沿着线LP(k)的每个像素的相位。如果正在被检验的容器不反射光，则对于沿着线LP(k)的所有像素，以这种方式确定的相位是恒定的，例如当光源与摄像头之间无容器时，或者当容器由平面的且平行的表面构成时，可能发生上述情况。相反地，如果待检验的容器具有使穿过它的光偏转的位置，则在这些偏转位置处，沿着线LP(k)引起相位变化。具有更多数值(N>3)的信息，使得可以通过丢弃错误数值、或者通过执行更高阶回归，在存在噪声或各种干扰时能够更精确地确定正弦波。由此，通过增大所采集的图像LN(k)的数目N，对于每个移动增量k，可以得到理论上更好质量的相位图像线LP(k)。然而，在本发明中，对于线性摄像头的给定最小读取时间(Ti)，采集更大数目的线LN(k)将需要对于这些N个图像的更长的采集持续时间，使得在持续时间(N×Ti)内容器的移动将不再是可忽略的。这将导致系统分辨率的下降、或者对导致系统吞吐率的限制、或者导致错误的相位图像线LP(k)。有利地，为每个移动增量所采集的图像线的数目为3至5。例如，当N为5时，使用在50kHz(每秒采集50,000 行)的线频率下操作的摄像头，并且对于以1m/s的速度在传送器上行进的容器，移动增量为0.1mm，从而在行进方向上相位图像IP的分辨率为每毫米10个像素。

根据为每个容器的每个移动增量采集的N条图像线，如上所述计算相位图像LP(k)(图4和图5)。对于每个容器，控制和处理单元13具有至少一个并且一般地为更多的多个N条图像线，每个由N条线Li(k)构成，i＝1到N，对于i的每个值具有光源的图案的周期性位移，并且对于k的每个值，具有物品的连续或增量式移动。相位计算算法被单独地应用至容器的每个点。从可用的各种算法中选择哪个相位计算算法具体取决于容器、周期性图案、计算的速度、期望的精确度等。

在本发明的变型中，分析相位图像线LP(k)的方法包括在得到每个容器的相位图像线的操作之后，相位展开的操作。具体地，考虑到光源7的周期性，所获得的相位也是周期性的，以便被唯一地限定在-π与π的范围之间。能够设想展开相位以便当获得相位变化信息Ld(k)时避免2π间断。如图4所示，当方向D与由摄像头发送的图像线平行时，相位线LP(k)中获得的相位周期地变化并且呈现幅值2π的间断点。在单个LP(k)中可以识别折射性缺陷15。在展开之后，在被展开相位Ld(k)中将发现缺陷15₂。图7B示出在首先并置连续k值的线并且其次展开相位而获得的2维被展开相位图像中，相对于缺陷位置的所述被展开相位图像Ld(k)的示例。

然后，控制和处理单元13用于分析每个相位图像线，并且更确切地来说，分析相位变化，以便从中推断出容器3的至少一个特性。在第一变型实施方式中，相位图像线的分析包括确定相位图像线中信号变化的速度和/或幅值并且包括将速度和/或幅值与阈值相比较，以便确定存在光折射缺陷或者构成容器的材料的分布的质量。可以使用各种已知方法实施每个相位图像线的处理。例如，可以规定例如通过将图像线的每个点的相位与相邻点的相位进行比较，来检测局部相位变化(或位移)。另一个技术包括计算每个点处的相位变化斜率以及包括将每个点的结果与阈值进行比较。这个变化斜率可以在一个或多个合适的方向上计算。

如果相位变化是快速的并且幅值大于给定阈值，那么能够从中推断出容器的至少一个特性，即光折射缺陷的存在。如果相位变化是慢速的并且幅值大于给定阈值，那么能够从中推断出容器的至少一个其他特性，即构成容器的材料的较差分布。

在第二变型实施方式中，实施相位图像的频率分析，以便根据其空间频率选择变化，并且因此检测折射性缺陷的存在并且甚至可以通过高频率的幅值来评价玻璃的表面质量，并通过低频率的幅值来评价材料分布的质量。

在折射缺陷以及玻璃分布的效果下，相位变化直接取决于被容器偏转或折射的光。

在本发明的一个变型中，控制和处理单元13为每个序列的N条图像线 Li(k)(i＝1到N)直接计算相位图像线LP(k)，并且它分析每条所述相位线LP(k)，单独地执行展开并且然后搜索缺陷。当方向D不与图像线正交时这是可能的，因为之后能够对相位进行展开。在这个阶段，能够检测被展开图像线中的缺陷，或者能够将为连续移动增量(k)获得的被展开相位图像线并置，以便得到2维被展开相位图像，然后可以对其进行分析。

在有利实施方式中，其不管相对于图像线的方向D进行操作，控制和处理单元13为每个序列的N条图像线Li(k)(i＝1到N)计算相位图像线LP(k)，并且然后控制和处理单元13将为连续移动增量k获得的相位图像线LP(k)并置，以便构成至少一部分容器的相位图像IP，然后分析所述相位图像。只要本发明能够准确地叠置(像素在像素之上)N条图像线 Li(k)，它自然地等效于分析相位图像线LP(k)，用于控制和处理单元 13来并置在N个2维图像中为连续增量k获得的图像线Li(k)，每个对应于图案的N个位移位置中的一个，并且然后合并N个2维图像，以便计算至少一部分容器的相位图像IP，然后分析所述相位图像。

因此，以一般的方式，为了分析相位图像线LP(k)，该方法包括将为连续移动增量k获得的图像线Li(k)或相位图像线LP(k)或被展开相位图像线并置，以这种方式来获得至少一部分容器的相位图像IP。图像线的并置使得能够最迟在展开相位之前优选地执行采集和分析二维图像，使得这个步骤可以考虑进更完整的信息。

图7A示出被展开相位图像的示例，例如，通过微分相位图像IP，用于揭示光折射缺陷。在图7A的这个图像中，附图标记15₁指示容器上存在褶皱。附图标记16₁指示由于被玻璃的非均匀分布偏转的光造成的相位的慢速变化，并且其是由明亮区域和黑暗区域所揭示的。

折射性缺陷，即所示示例中的褶皱15₁，由其标记15₂(其出现在图7B 所示的被展开相位图像线的信号中，其对应于给定附图标记14的图像中的列)很容易地定位。折射性缺陷在信号中产生陡峭的局部变化斜率。在沿线 14所取的被展开相位图像线的这个信号中，还可以看出慢速变化与玻璃的非均匀分布相关联，由图7B的信号中的附图标记16₂标识这些慢速变化。

图7C通过示例方式示出使用高通滤波器处理图7B中所示的被展开相位图像线的结果其为在方向D(在这个示例中等于方向Y)上偏导数的形式。因为信号中局部变化的幅值较大，所以在图7C所示的信号(附图标记15₃)很容易检测到在图7A的图像线中可见的缺陷15₁。

在图7C所示的信号中，附图标记16₃标识与玻璃的非均匀分布相关联的慢速变化。应该观察到因为玻璃的这种非均匀分布不对信号产生明显修改，所以玻璃的分布的非均匀性质不破坏对折射缺陷的检测，如从附图标记16₃的附近可以看出的。

应该考虑的是，周期性图案7₁是穿过容器观察到的，并且因此通过以下四个连续交界面对于中央区域中观察到：空气-玻璃、玻璃-空气、空气- 玻璃以及玻璃-空气，分别对应于光通过其穿入的外、内、内和外四个表面。考虑到材料的非均匀分布、以及表面缺陷、气泡等的存在，这些表面不彼此一致地平行，所以它们像棱镜一样偏转光。因而当通过透明容器观察周期性光图案7₁时，周期性光图案7₁是变形的。与试图在点的这种图案或者局部对比度的区域内仅检测图案和外观的变形的技术不同，相位位移方法使得可以计算相位，从而提供光线受到的偏转的测量值，从而使得能够进行精确的和有差别的分析，其能够表征对缺陷的折射力以及表征材料分布的质量。

在上述示例中，规定使用在变化方向D上呈现光强度变化的光源来照射每个容器。在另一个变型实施方式中，应该观察到可以设想使用在不同于第一变化方向D的第二变化方向上呈现具有周期为T₂的周期性图案的光强度变化的光源来照射每个容器。

根据有利的实施方式特性，控制和处理单元13控制光源7。控制和处理单元13将光源7控制为使得对于由线性摄像头对图像线的每次采集，在给定方向上位移周期性光图案7₁，如上所述。

根据实施方式特性，控制和处理单元13根据光源前方的容器的精确位置来触发采集。为此，控制和处理单元13可以被连接至用于感测存在和/ 或移动的传感器，诸如增量编码器和单元。

在检验站的第二实施例中，控制和处理单元13还具有用于计算来自图像拍摄系统9的容器的每个序列的N条图像线中至少一个强度图像的器件。在有利的实施方式变型中，为k个连续移动增量所获得的这些光强度图像线被并置，以便获得容器或一部分容器的透射图像。控制和处理单元13还具有用于分析强度图像或透射图像的器件，以便从中推断出吸收光的缺陷的存在，和/或容器的容积，作为容器3的特性。

控制和处理单元13以常规的方式被连接至：

·传感器的系统，以便考虑进容器3的行进速度或旋转速度，以便适应摄像头的读取速度和显示光源7的各个图案的速度；和/或

·排出器装置，用于排出缺陷容器；和/或

·计算机系统，用于提供监督，用于对缺陷进行计数，或者用于测量玻璃的分布。

根据有利的实施方式特性，线性摄像头根据测量容器行进速度而变化的频率来发送图像线Li(k)，使得相位图像IP的空间分辨率是恒定的。

根据另一个有利的实施方式特性，分析相位图像线LP(k)包括几何校正步骤，该几何校正步骤用于减小当容器移动时其振动的效果，和/或用于减小由于观察点不与行进方向正交而导致的透视效果。

因为可以对本发明进行各种修改而不超出其范围，所以本发明不限于所述和所示示例。

Claims (11)

1.一种用于在线光学检验透明或半透明容器(3)的方法，所述容器(3)在线性摄像头(11)与光源(7)之间以高速行进，所述光源(7)沿着至少一个变化方向(D)呈现具有空间周期T的周期性图案(7₁)的光强度的连续变化，所述光源和所述线性摄像头(11)被连接至控制和图像处理单元(13)，所述方法的特征在于包括如下步骤：

·对于被检验容器的每个移动增量k，周期地采集所述容器的一序列N个连续图像线Li(k)，i位于1到N的范围，其中N不小于3，使得对于每条图像线Li(k)，执行以下步骤：

·利用所述光源(7)照射所述容器(3)；

·采集所述容器的图像线Li(k)；以及

·为下一条线Li+1(k)将所述周期性图案(7₁)在变化方向(D)上位移经过距离T/N；

·对于所述容器(3)的每个增量k，由N条图像线L1(k)到LN(k)计算至少一条相位图像线LP(k)；以及

·分析所述相位图像线LP(k)，以便从中推断出至少光折射缺陷的存在或者构成所述容器的材料的分布的质量，作为所述容器(3)的特性。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，分析所述相位图像线LP(k)包括：确定局部相位变化的速度和/或幅值，以及将所述速度和/或幅值与阈值相比较，以便确定光折射缺陷的存在或者构成所述容器的材料的分布的质量。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，为了分析所述相位图像线LP(k)并且在试图为每个容器获得相位图像线的操作之后，所述方法包括相位展开的操作。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

·对于所述容器(3)的每个移动增量k，使用所述N条图像线L1(k)到LN(k)来计算至少一条光强度图像线LT(k)；

·将为连续移动增量k所获得的多条光强度图像线LT(k)并置，以便获得所述容器或所述容器的一部分的透射图像；以及

·分析包含关于由所述容器透射的光的质量的信息的所述透射图像，以便从中推断出至少光吸收缺陷的存在，作为所述容器(3)的特性。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述周期性图案的变化方向(D)相对于所述线性摄像头的传感器阵列是平行的、垂直的或倾斜的。

6.根据权利要求1至5中任何一项所述的方法，其特征在于，为了分析相位图像线LP(k)，所述方法包括将为连续移动增量k获得的图像线Li(k)或相位图像线LP(k)或被展开相位图像线并置，以便得到所述容器的至少一部分的相位图像IP。

7.根据权利要求1至5中任何一项所述的方法，其特征在于，分析所述相位图像线LP(k)包括几何校正步骤，以便减小在所述容器移动过程中所述容器振动的效果、和/或由于观察点相对于移动方向是不正交的而导致的透视效果。

8.一种用于在透明或半透明容器(3)的生产线上高吞吐检验的光学装置，所述容器(3)在线性摄像头(11)与光源(7)之间移动，所述光源(7)在至少一个变化方向(D)上呈现具有空间周期T的周期性图案的光强度的连续变化，所述光源(7)和所述线性摄像头(11)被连接至控制和图像处理单元(13)，所述装置的特征在于：

·所述光源(7)适合于呈现在至少一个强度变化方向(D)上具有空间周期T的周期性图案(7₁ )的在暗光水平与亮光水平之间的强度的连续变化；并且其特征在于

·所述控制和图像处理单元：

·为每个移动增量k，由所述线性摄像头采集所述容器的一序列N个连续图像线Li(k)，i从1变化到N，N不小于3，并且为每条图像线Li(k)重复以下操作：

·控制所述光源(7)，使得所述周期性图案(7₁ )在位置Pi中呈现光强度周期性变化；

·采集所述容器的图像线Li(k)；以及

·使所述周期性图案(7)为下一条线Li+1(k)沿着所述变化方向(D)位移经过距离T/N，以便取位置Pi+1；

·为所述容器(3)的每个增量k，基于N条图像线L1(k)到LN(k)计算至少一条相位图像线LP(k)；以及

·分析所述相位图像线LP(k)，以便从中推断出至少光折射缺陷的存在或者构成所述容器的材料的分布的质量，作为所述容器(3)的特性。

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述光源(7)包括位于漫射板后方并且被独立地控制或被独立组控制的一组独立光源，来自所述控制和图像处理单元(13)的信号能够使得单独的光源导通，并且对于每个单独的光源和对于所述线性摄像头的每个积分周期，来自所述控制和图像处理单元(13)的信号使得能够控制照明时间或者电压或电流，以便调节在摄像头积分时间内所发射的光的强度。

10.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述光源(7)包括被逐一导通的N个单独的光源( 7a、7b、7c) ，当被导通时，每个呈现在至少一个变化方向(D)上具有空间周期T的相同周期性图案(7₁)的光变化，但是在各个光源之间在所述变化方向(D)上偏移经过距离T/N，并且所述光源(7)还具有混合N个光源的光学装置( 7e) ，使得当从一个照明导通至另一个照明时，从所述摄像头的视点能够感知到的仅有的差别是沿着所述变化方向(D)的所述图案的位移。

11.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述控制和图像处理单元(13)被连接至：

·传感器的系统，用于考虑进所述容器的行进速度或旋转速度，以便适应所述摄像头的读取速度和所述所述光源(7)的各种图案的显示速度；和/或

·排出器装置，用于排出缺陷容器；和/或

·计算机系统，用于监督、用于对缺陷进行计数、或者用于测量玻璃的分布。