CN107884414A - 一种剔除灰尘影响的镜面物体表面缺陷检测系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种剔除灰尘影响的镜面物体表面缺陷检测系统及方法，属于光学成像技术领域。本发明在传统基于调制度分析原理的斜投斜拍式检测系统中引入检偏装置，基于线偏振结构光经灰尘散射发生偏振态改变的原理，实现了识别镜面物体的表面灰尘信息，故而通过与缺陷及灰尘分布信息图对比分析，即可得到剔除灰尘影响的待测镜面物体表面缺陷信息。本发明检测系统结构紧凑，克服了传统检测需要大量人工检测的局限性；避免了复杂的标定过程，也无需积分重建待测物体的高度信息，避免了积分算法带来的误差；同时，解决了传统基于调制度原理的检测系统存在点缺陷与灰尘点难以区分的问题；因此本发明检测系统和检测方法具有准确、简单、快速和实用的优势。

Description

一种剔除灰尘影响的镜面物体表面缺陷检测系统及方法

技术领域

本发明属于光学成像技术领域，特别涉及一种剔除灰尘影响的镜面物体表面缺陷检测系 统及方法。

背景技术

随着玻璃技术的日益成熟，玻璃已经成为我们衣食住行生活中不可或缺的一部分。玻璃 由于具有很高的硬度(莫氏硬度为8H)使之抗划伤、极佳的透光性能、较好的表面强度使之 抗摔抗压、极好的表面光洁度、极好的金属质感。玻璃面板在电子显示屏中的应用越来越广 泛，如液晶显示屏的基板，电视、笔记本电脑、pad、手机的保护玻璃等。

在玻璃盖板的生产中，由于材料、制作工艺等原因，会产生一定比例的缺陷玻璃盖板。 对于玻璃盖板厂家来说，产品质量是其要考虑的重要环节。玻璃盖板表面缺陷直接影响产品 质量，质量过关，该厂家才能占领更大的市场份额。如何在玻璃盖板生产过程中运用高科技 提高玻璃盖板质量，检测系统所能发挥的作用直接决定着玻璃盖板质量。检测系统能避免次 品进入后序工序中，降低成本，提高质量，高速稳定非接触的检测系统对玻璃盖板厂家来说 是不可或缺的。根据检测到的缺陷特征分析缺陷是由哪一步引入的，可改进玻璃盖板生产工 艺，减少生产过程中的缺陷，提高玻璃盖板性能和成品率。

目前，电子显示屏玻璃盖板在生产线上较多依靠人眼检测，人眼在强光下检测缺陷既费 时，又受主观因素影响，不同视力的人检测的结果会有较大差异，缺乏统一的评判标准。人 眼在暗室环境中长时间受强光刺激，短期内视力就会大幅下降，电子显示屏玻璃盖板生产企 业通常几个月就会更换一批工人。人眼检测既不利于工人的健康，也不利于企业的利益。而 现有基于调制度分析进行表面缺陷检测的系统，由于无法区分灰尘和缺陷，致使检测结果不 够准确，无法很好地得到玻璃盖板的表面缺陷分布信息。因此，亟需发展一种识别灰尘与表 面缺陷以获取更为精准的表面缺陷分布信息的方法。

发明内容

本发明提供一种检测镜面物体表面缺陷的系统和方法，本发明提出的检测系统及方法解 决了传统基于调制度原理的检测系统存在点缺陷与灰尘点难以区分的问题，提高了检测的准 确度，而且操作简单、快速。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一方面本发明公开一种剔除灰尘影响的镜面物体表面缺陷检测系统，其特征在于：包括： 结构光照明模块，检偏模块，和图像采集模块和图像数据处理设备；结构光照明模块、待测 物体表面及图像采集模块三者在空间上的位置构成斜投斜拍方式，使得光线在待测物体表面 成像；图像采集模块与待测物体之间设置有检偏模块，结构光照明模块能够分步输出线偏振 结构光和编码结构光，图像采集模块能够分步采集经检偏模块输出的线偏振结构光和经待测 物体调制后的变形编码结构光，并通过后端图像数据处理模块处理。

进一步地，本发明中结构光照明模块包括结构光照明设备和起偏装置。

进一步地，本发明中检偏模块至少包括检偏镜。

进一步地，本发明中图像采集模块至少包括图像采集设备。

进一步地，本发明中图像数据处理模块可采用具有图像数据处理功能软件的计算机或者 其他智能终端设备。

进一步地，本发明中斜投斜拍方式具体为：结构光照明模块投影于待测物体表面，待测 物体表面反射的光线进入图像采集模块且成像于图像采集模块的成像靶面。

进一步地，本发明中编码结构光为具有对比度的结构光，包括：具有相移的编码结构光 和不具有相移的编码结构光中任一种；根据本发明实施例，所述具有相移的编码结构光为标 准N步相移正弦条纹；本领域中所述不具有相移的编码结构光包括线偏振结构光和非线偏振 结构光中任一种，比如正交条纹。

另一方面本发明公开一种剔除灰尘影响的镜面物体表面缺陷检测方法，其特征在于，包 括如下步骤：

步骤A：搭建检测系统；

将结构光照明模块和图像采集模块分别倾斜置于待测物体表面的上方，调整结构光照明 模块、待测物体表面和图像采集模块三者在空间中的位置使其满足反射定律；在待测物体与 图像采集模块之间的光路上设置检偏模块；

步骤B：检测灰尘信息；

控制结构光照明模块产生线偏振结构光并成像于待测物体表面，调节检偏模块的偏振方 向与所述线偏振结构光的偏振方向相垂直，被待测物体表面反射的线偏振结构光经检偏模块 进入图像采集模块且成像于图像采集模块的成像靶面，图像采集模块将采集得到的图片交由 后续图像数据处理模块处理，得到待测物体表面的灰尘信息图；

步骤C：检测灰尘及缺陷信息；

控制结构光照明模块产生编码结构光并成像于待测物体表面，调节检偏模块的偏振方向 与所述编码结构光的偏振方向相平行，经待测物体表面调制得到的变形编码结构光进入图像 采集模块且成像于图像采集模块的成像靶面，图像采集模块将采集得到的图片交由后续图像 数据处理模块处理，得到待测物体表面的灰尘及缺陷信息图；通过图像数据处理模块进行数 据分析，即可获得剔除灰尘影响的待测镜面物体的表面缺陷信息。

进一步地，本发明中结构光照明模块包括结构光照明设备和起偏装置。

进一步地，本发明中检偏模块至少包括检偏镜。

进一步地，本发明中图像采集模块至少包括图像采集设备。

进一步地，本发明中图像数据处理模块可采用具有图像数据处理功能软件的计算机或者 其他智能终端设备。

进一步地，本发明中编码结构光为具有相移的编码结构光或者不具有相移的编码结构光； 根据本发明实施例，所述具有相移的编码结构光为标准N步相移正弦条纹；本领域中所述不 具有相移的编码结构光包括任何具有对比度的线偏振结构光，比如正交条纹。

本发明的工作原理具体如下：

待测镜面物体表面通常都会存在缺陷和灰尘，二者均会造成光线偏折，从而引起缺陷及 灰尘处的调制度值不同于周围正常区域的调制度值，并且调制度对环境光的变化不敏感，使 得检测系统在环境光变化后结果仍然较稳定，因此通过分析调制度，即可得到缺陷及灰尘的 分布。然而由于传统基于调制度分析原理得到的检测结果无法区分镜面物体表面灰尘和缺陷， 因此这一方法下测得的表面缺陷信息不够准确，为了剔除灰尘对于待测镜面物体表面缺陷的 影响，本发明采用结构光照明模块产生线偏振结构光，所述线偏振结构光经过待测镜面物体 表面的灰尘反射后将发生散射现象，并且对光线的散射呈白色，根据经典散射理论，在发生 散射的同时，光线的偏振态也会改变，当线偏振结构光入射到单个微粒上时，粒子散射会使 一部分线偏振结构光的偏振方向发生变化，而这部分光线可以通过检偏镜，最终被图像采集 模块接收，此时图像采集模块接收的灰尘散射后光强图中在存在灰尘的位置为白色亮点，其 余位置为暗场。而基于调制度原理得到缺陷及灰尘分布信息图为现有技术，通过结合灰尘分 布信息图和缺陷及灰尘分布信息图二者进行分析、处理，即可得到剔除灰尘影响的镜面物体 表面缺陷信息。

本发明的有益效果是：本发明提出了一种非接触式镜面物体表面缺陷的检测系统及检测 方法，本发明在传统基于调制度检测镜面物体表面缺陷的系统中引入检偏模块，并且基于线 偏振结构光经灰尘散射发生偏振态改变的原理，实现了识别镜面物体的表面灰尘分布信息， 进而达到在检测镜面物体表面的缺陷时剔除灰尘影响的目的。本发明检测系统结构紧凑，克 服了传统检测需要大量人工检测的局限性；避免了复杂的标定过程，也无需积分重建待测物 体的高度信息，避免了积分算法带来的误差；解决了传统基于调制度原理的检测系统存在点 缺陷与灰尘点难以区分的问题；因此，本发明具有准确、简单、快速和实用的优势。本发明 提出的检测系统及检测方法适用于任何镜面物体的外观缺陷检测，尤其适用于电子显示屏玻 璃盖板的外观缺陷检测，在电子显示屏领域的实际应用中具有广阔前景。

附图说明

图1是本发明具体实施例提供的检测系统检测玻璃盖板表面灰尘的原理示意图。

图2是本发明具体实施例提供的检测系统检测玻璃盖板表面灰尘的原理示意图。

图3是本发明提出的检测方法的流程示意图；

图4是本发明基于调制度测量缺陷及灰尘的原理示意图。

图中：1为结构光照明模块，2为检偏模块，3为图像采集模块，4为待测玻璃盖板。

具体实施方式

下面结合具体实施方式和说明书附图对本发明的原理和特性进行详细说明：

结合图1和图2，本实施例提供了一种剔除灰尘影响的玻璃盖板表面缺陷检测系统，其 特征在于：包括：结构光照明模块1，检偏模块2，图像采集模块3和图像数据处理模块；结 构光照明模块1、待测玻璃盖板4的表面及图像采集模块4三者在空间上的位置构成斜投斜 拍方式，图像采集模块3与待测玻璃盖板4之间设置有检偏模块2，结构光照明模块1分步 输出线偏振结构光和编码结构光，光线在待测玻璃盖板4的表面成像，图像采集模块3分步 采集经检偏模块2输出的线偏振结构光和经待测玻璃盖板4调制后的变形编码结构光，并通 过后端图像数据处理模块处理。

如图3所示，本发明提供了基于上述检测系统进行玻璃盖板表面缺陷的流程示意图，具 体包括如下步骤：

步骤1：搭建检测系统；

本发明中结构光照明模块可使用任何结构光照明设备，本实施例直接选用能够产生线偏 振光的LCD液晶显示屏作为结构光照明模块1，结构光照明模块1还包括与LCD液晶显示 屏相连的控制系统，从而实现控制结构光照明模块1产生不同模式的结构光；本发明也可以 采用能够产生非线偏振结构光的照明设备与起偏镜来产生线偏振光，同样照明设备也与控制 系统相连形成能够产生多种模式结构光的结构光照明模块1；将结构光照明模块1和图像采 集模块3分别倾斜置于待测玻璃盖板4的表面的上方，调整结构光照明模块1、待测玻璃盖 板4的表面和图像采集模块3三者在空间中的位置使其满足反射定律；在待测玻璃盖板4与 图像采集模块3之间的光路上设置检偏模块2；本实施例中图像采集模块选用CCD相机， CCD相机为Allied Vision Technologies MG-505B，相机镜头为焦距为25mm的定焦镜头 (ComputarM2514-MP2)；

步骤2：

控制结构光照明模块1产生纯色线偏振结构光并成像于待测玻璃盖板4的表面，需要特 别说明的是，由于灰尘对光线存在散射致使散射后的光强比较小为了使入射的光强较大， 本发明选择纯色线偏振结构光，并通过调节检偏模块2的偏振方向与所述纯色线偏振结构光 的偏振方向相垂直，使得被待测玻璃盖板4的表面反射后的纯色线偏振结构光能够经检偏模 块2进入图像采集模块3，并且成像于图像采集模块3的成像靶面，从而获取被玻璃盖板上 灰尘散射后的图像，得到灰尘点的光强图；

本步骤中图像采集模块采集接收的纯色线偏振结构光的光强表示为：

I＝I₀cos²θ (1)

式中：I₀为结构光照明模块1产生纯色线偏振结构光的光强度，θ为散射角，即观察的 方向与光线入射角所呈的夹角。由上式可知，当θ＝90°时，I＝0。

本步骤中图像采集模块采集接收的灰尘散射光强表示为：

其中，n﹤4，n的具体取值取决于微粒尺寸，θ为散射角，即观察的方向与光线入射角所呈的夹角。

散射光的光强随波长的变化规律是与波长的较低次幂成反比，散射光的偏振度随d/λ的 增加而减少，d为散射粒子的直径，λ为入射光波长。

根据经典散射理论，在发生散射的同时，光线的偏振态也会改变，当线偏振结构光入射 到单个微粒上时，粒子散射会使一部分线偏振结构光的偏振方向发生变化，发生变化这部分 光线能够通过检偏镜，从而被图像采集模块接收，图像采集模块3将采集得到的图片交由后 续图像数据处理模块处理，通过对光强图进行数据分析，得到玻璃盖板4的表面灰尘信息图， 由于灰尘属于大粒子散射，对光线的散射呈白色，在所得表面灰尘信息图中可观察到灰尘点 为白色亮点。

步骤3：对灰尘点的光强图进行数据分析，得到玻璃盖板表面的灰尘信息；

为了提高测量精度，本实施例中控制结构光照明模块1产生具有特定相移的正弦条纹， 所述正弦条纹成像于待测玻璃盖板4的表面，调节检偏模块2的偏振方向与所述正弦条纹的 偏振方向相平行，经待测玻璃盖板4的表面调制得到的变形正弦条纹进入图像采集模块3且 成像于图像采集模块3的成像靶面，图像采集模块3将采集得到的图片交由后续图像数据处 理模块处理，得到玻璃盖板4的表面灰尘及缺陷信息图；如图4所示，当玻璃盖板表面存在 缺陷或者灰尘时，会造成光线偏折，从而引起缺陷及灰尘处的调制度值不同于周围正常区域 的调制度值。故通过分析调制度，可以得到缺陷及灰尘的分布。一般地，本领域采用N步相 移法求解调制度，图像采集模块3接收被玻璃盖板表面调制的某帧变形条纹可表示为：

I_n(x，y)＝A(x，y)+B(x，y)·cos[2πf₀x+δ_n] (3)

式中：A(x，y)是背景光强，B(x，y)表示条纹对比度，δ_n为相移大小，

图像采集模块所拍摄的变形条纹图表示为：

式中：是由待测物体引入的附加相位。

步骤4：利用调制度公式计算得到变形条纹的调制度分布，对调制度分布进行数据分析， 得到玻璃盖板表面的缺陷信息；

调制度公式为：

合并式(4)(即条纹光强表达式)与式(5)(即调制度公式)得到：

由此可以看出，调制度与背景光强A(x，y)无关，仅仅与B(x，y)有关。

根据如下处理：

I_max(x，y)＝A(x，y)+B(x，y) (7)

I_min(x，y)＝A(x，y)-B(x，y) (8)

得到：

式(8)说明调制度仅仅由光强的最大值与最小值之差决定，背景光对调制度无影响，通过 上述分析也可以看出，调制度对环境光的变化不敏感，使得测试系统在环境光变化后结果仍 然较稳定。

步骤5：通过结合灰尘分布信息图和缺陷及灰尘分布信息图二者进行数据分析、处理， 即可得到剔除灰尘影响的玻璃盖板表面缺陷信息图。

以上为结合具体实施例对本发明进行的具体、详细的描述，上述内容仅用于对本发明的 进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，所属技术领域的技术人员根据本发明内 容作出的任何非本质性的改进、替换和调整均应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (3)

1.一种剔除灰尘影响的镜面物体表面缺陷检测系统，其特征在于：包括：结构光照明模块，检偏模块，和图像采集模块和图像数据处理设备；结构光照明模块、待测物体表面及图像采集模块三者在空间上的位置构成斜投斜拍方式，使得光线在待测物体表面成像；图像采集模块与待测物体之间设置有检偏模块，结构光照明模块能够分步输出线偏振结构光和编码结构光，图像采集模块能够分步采集经检偏模块输出的线偏振结构光和经待测物体调制后的变形编码结构光，并通过后端图像数据处理模块处理。

2.根据权利要求1所述的一种剔除灰尘影响的镜面物体表面缺陷检测系统，其特征在于：所述检偏模块至少包括检偏镜。

3.一种剔除灰尘影响的镜面物体表面缺陷检测方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤A：搭建检测系统；

将结构光照明模块和图像采集模块分别倾斜置于待测物体表面的上方，调整结构光照明模块、待测物体表面和图像采集模块三者在空间中的位置使其满足反射定律；在待测物体与图像采集模块之间的光路上设置检偏模块；

步骤B：检测灰尘信息；

控制结构光照明模块产生线偏振结构光并成像于待测物体表面，调节检偏模块的偏振方向与所述线偏振结构光的偏振方向相垂直，被待测物体表面反射的线偏振结构光经检偏模块进入图像采集模块且成像于图像采集模块的成像靶面，图像采集模块将采集得到的图片交由后续图像数据处理模块处理，得到待测物体表面的灰尘信息图；

步骤C：检测灰尘及缺陷信息；

控制结构光照明模块产生编码结构光并成像于待测物体表面，调节检偏模块的偏振方向与所述编码结构光的偏振方向相平行，经待测物体表面调制得到的变形编码结构光进入图像采集模块且成像于图像采集模块的成像靶面，图像采集模块将采集得到的图片交由后续图像数据处理模块处理，得到待测物体表面的灰尘及缺陷信息图；通过图像数据处理模块进行数据分析，即可获得剔除灰尘影响的待测镜面物体的表面缺陷信息。