CN108885181B - 用于通过多方向照射检测表面上的缺陷的方法和相关装置 - Google Patents

Abstract

一种用于检测表面(12)上缺陷的方法，该方法包括以下步骤：‑使用具有光轴的光学装置(14)获取表面(12)的多个图像，每个图像是利用沿着针对表面(12)的每个点给定的照射方向(E,E’)的表面的照射以及光学方向(O)而获取的，各图像是利用不同的照射方向(E,E’)或不同的组合和/或利用不同的光学方向(O)而获取的；‑针对每个点，计算参数，各参数包括根据照射方向(E,E’)和观察方向(B,B’)表征表面的所述点的响应的等式的系数；‑从计算出的参数推断表面(12)在所述点处是否具有缺陷。

Description

用于通过多方向照射检测表面上的缺陷的方法和相关装置

【技术领域】

本发明涉及一种用于检测表面上的缺陷的方法。

它还涉及相关的检测装置。

【背景技术】

一种当前方法在于获取表面的图像或胶片。接下来由操作者查看所述图像或胶片，操作者指示他已标识的缺陷。

但是，由于缺乏注意力，操作者可能未能标识缺陷。更进一步地，使得可以判断缺陷的标准是主观的，即，什么构成缺陷的定义可以取决于操作者而变化。

通常被实施以弥补这些问题的一种解决方案是使胶片或图像由若干个操作者查看。更进一步地，使用表面图像示例以便示出什么是缺陷或不是缺陷。

但是，示出的示例既不详尽又不可重复。

在出现缺陷的情况下，将咨询专家。然后专家之间进行许多讨论，专家们相互不一定同意。

表面的分析可能是耗时且复杂的。

【发明内容】

特别地，本发明目的在于通过提供一种简单且安全的方法来解决该缺点，以便检测表面上的缺陷。

为此，本发明特别涉及一种用于检测表面上缺陷的方法，该方法包括以下步骤：

-使用具有光轴的光学装置获取表面的多个图像，每个图像是利用沿着针对表面的每个点给定的照射方向的表面的照射并且利用光学装置沿着给定光学方向的光轴而获取的，各图像是利用不同的照射方向或照射方向的不同组合和/或不同的光学方向而获取的；

-针对表面的每个点，从获取的图像计算多个参数，各参数包括根据照射方向和观察方向表征表面的所述点的响应的等式的系数；

-从计算出的参数推断表面在所述点处是否具有缺陷。

根据本发明的检测方法可以进一步包括单独考虑或根据任何技术上可能的(多个)组合而考虑的以下特征中的一个或多个：

-针对多个图像，光学方向是相同的；

-光学方向基本上垂直于表面；

-照射是由照射装置完成的，照射装置包括第一数量的光源，第一数量大于6，每个光源具有不同的照射方向，针对每个获取的图像，单个光源或源的限定的组合被点亮，单个光源或组合针对每个获取的图像是不同的；

-光源具有相同的照射强度；

-光源围绕表面以半球形布置；

-照射装置包括一个或若干个光源，这些光源能够相对于表面在第一数量的位置中移动；

-针对表面的每个点，参数的计算包括以下步骤：

·定义根据获取的图像而演变的数量，

·取决于照射方向和/或观察方向来选择表面模型，用于数量的演变，模型包括系数，以及

·通过数量的演变的回归来计算系数；

-数量对应于表面点的灰度强度，模型取决于照射方向；

-当在所述点处的至少一个参数不包括在限定的间隔中时，在所述点处检测到缺陷；

-当所述点处的至少一个参数不包括在以所述表面的点的集合上的所述参数的平均值为中心的区间中时，在所述点处检测到缺陷；和

-当所述点处的至少一个参数不同于相对于相邻点处的所述参数的背景噪声被选择作为检测阈值的值时，在所述点处检测到缺陷，该表面在相邻点处没有缺陷。

本发明还涉及一种用于检测表面上缺陷的装置，该检测装置包括：

-具有光轴的光学装置，该光学装置能够沿给定的光学方向获取表面的图像，

-具有若干各不同的照射方向的照射装置，以及

-电子计算装置，该电子计算装置被配置为：

·通过光学装置获取表面的多个图像，每个图像是在针对每个图像的不同的照射方向或照射方向的不同组合的情况下，沿着给定的光学方向以而获取的，

针对表面的每个点，从获取的图像计算多个参数，各参数包括根据照射方向和观察方向表征表面的所述点的响应的等式的系数；和

从计算出的参数推断表面在所述点处是否具有缺陷。

【附图说明】

使用仅作为示例而提供的并且参考所附的各图做出的以下描述将更好地理解本发明，其中：

-图1是在本发明的检测方法中使用的示例装置的示意图；

-图2是本发明方法的实施例的步骤图；

-图3是应用检测方法的表面的示例图像；

-图4是图3表面的线上三个参数的演变的示例；

-图5是图3表面上的示例缺陷检测；以及

-图6是具有缺陷的点处和没有缺陷的点处的参数的示例。

【具体实施方式】

图1中示出了用于检测表面12上的缺陷的示例装置10。

检测装置10包括光学装置14，包括第一数量的(多个)光源16的照射装置15和电子计算装置18。

光学装置14具有与给定光学方向O对准的光轴。它具有采集场。

光学装置14能够沿给定光学方向O获取表面12的图像。采集场与待检查表面12重合，使得所获取的图像代表表面12。

针对表面的每个点，观察方向B、B’被限定在光学装置14与表面12的点之间。

此处的采集场是固定的。

光学方向O典型地基本上垂直于表面12。替代地，光学方向O基本上不垂直于表面12。

光学装置14例如是照相机。

替代地，采集场仅与表面12的部分重合，并且能够相对于表面12移动，以便能够以若干个部分来获取全部的表面12。

每个获取的图像由尺寸为i*j的像素的矩阵组成，其中i是水平线的数量，并且j是矩阵的垂直线的数量，其中两个参数(i，j)中的至少一个参数大于1。该像素例如是尺寸表示为h*L的矩形，其中h是其高度并且L是其宽度。高度h等于宽度L。替代地，高度与宽度不同。

在下文中，“表面的点”无差别地指获取的图像的像素或像素中的获取的表面的部分。

光源16能够照射表面12。

针对表面的每个点，光源16各自具有将光源连接到表面12的点的给定的照射方向E、E’。针对每个光源，照射方向是不同的。

光源16典型地布置在围绕表面12的半球20中。

第一数量例如大于6，更特别地大于20。第一数量例如在32与128之间，更特别地等于96。

光源16例如是发光二极管(LED)。

它们可能会被关闭或打开。它们被配置为能够彼此独立地打开。

光源16典型地具有相同的照射强度。

替代地，照射装置15包括一个或若干个光源，这些光源能够例如在半球20上相对于表面在第一数量的位置上移动。

替代地，照射装置15包括可能不相同的一个或若干个灯。当照射装置完全打开时，这例如提供获取的表面的非均匀的照射。采集系统和表面具有相对运动。

电子计算装置18例如是计算机、计算器、计算模块、至少一个可编程逻辑组件，诸如FPGA(现场可编程门阵列)、或至少一个专用的集成电路，诸如ASIC(专用集成电路)。

电子计算装置18例如连接到光学装置14和照射装置15。

电子计算装置18能够彼此独立地打开或关闭每个光源16。

进一步提供电子计算装置18以触发由光学装置14获取表面的至少一个图像。

因此，其被配置为由光学装置14来驱动对表面的多个图像的采集，每个图像是沿着给定的光学方向O并且利用单个光源或针对每个图像的不同的点亮的独特的源的限定的组合而获取的。

针对表面的每个点，电子计算装置18被配置为从所获取的图像计算多个参数，各参数包括根据照射方向和观察方向表征表面的点的响应的等式的系数，然后从计算出的参数推断表面在所述点处是否具有缺陷。

下面结合用于检测缺陷的方法详细描述该最后一点。

现在将根据图2描述用于检测表面中的缺陷的方法。

该方法在此通过先前描述的装置执行，更具体地，使用电子计算装置18执行。

该方法包括以下步骤：

-采集100，

-计算参数102，和

-推断缺陷104的存在。

在采集100期间，由光学装置14获取表面的多个图像200。图3中示出了一个这样的图像。

每个图像200是利用针对表面的每个点沿着给定的照射方向E，E’的表面12的照射并且利用光学装置14沿着给定的光学方向O的光轴而获取的。

各图像200是利用不同的照射方向E，E’或照射方向的组合而获取的。

替代地，各图像200是利用不同的光学方向O而获取的。

替代地，各图像200是利用不同的照射方向E，E’或照射方向的组合并且利用不同的光学方向O而获取的。

在图示的实施例中，照射方向E，E’对于每个获取的图像而言是不同的，并且光学方向O是不变的并且基本上垂直于表面12。

针对每个获取的图像，照射装置的独特的光源或独特的光源16的限定的组合被点亮，独特的光源或组合对于每个获取的图像而言是不同的。

依次点亮该组光源或组合，以便每个光源或每个组合获取一个图像。替代地，某些源或组合不被点亮。

然后，在参数102的计算期间，针对表面的每个点202，即，在此针对获取的图像的每个像素，从获取的图像计算多个参数。

各参数是从根据照射方向E，E’和观察方向B，B’表征表面的所述点的响应的等式的系数而计算的。

针对表面200的每个点202，这里各参数102的计算包括以下步骤：

-定义数量106，

-选择模型108，和

-计算系数110。

在数量106的定义期间，定义了根据获取的图像而演变的数量。

例如，这里的数量是表面的点的灰度强度，灰度强度是取决于获取的图像而变化的。

并行地，选择108描绘数量的演变的模型。该模型取决于照射方向E，E’和/或观察方向B，B’。该模型包括系数。

这里的模型单独地取决于照射方向。例如，它采用以下形式：G(E)＝a₀×D_u ²+a₁×D_v ²+a₂×D_u×D_v+a₃×D_u+a₄×D_v+a₅，其中G为数量，E为照射方向，a₀、a₁、a₂、a₃、a₄和a₅为系数，并且D_u和D_v是将光源连接到表面的点的矢量的坐标。

这里的系数a₀，a₁，a₂，a₃，a₄和a₅是未确定的。

然后，在系数110的计算期间，完成数量在模型上的应用，以便计算a₀，a₁，a₂，a₃，a₄和a₅的值。

这里的参数等于如此计算的系数a₀，a₁，a₂，a₃，a₄和a₅。

针对表面的每个点，定义了相同的数量和相同的模型。因此，针对表面的每个点，获得参数a₀，a₁，a₂，a₃，a₄和a₅。例如，获得表面的图，该图其示出针对表面的每个点的参数的值。

图4示出了沿着图3中示出的表面的点的线204的三个参数的演变。

替代地，参数是从系数计算出的其它值。

当推断出缺陷104的存在时，从计算出的参数推断出表面在所述点处是否具有缺陷。

在图6中，例如，利用在没有缺陷的点处的曲线C1并且利用在具有缺陷的点处的曲线C2而示出了各参数。

在步骤104中针对每个点获得的结果例如是布尔值，其以二进制方式示出在所述点处是否检测到缺陷。

图5示出了沿着线204的布尔值：如果布尔值等于0，则没有检测到缺陷；如果布尔值等于1，则检测到缺陷。

因此，在图5中，检测到单个缺陷300并且在几个相邻点上延伸。

使用一个或若干个准则来从各参数推断缺陷的存在。在下面描述这些准则，并且单独地或组合地使用这些准则以检测缺陷。例如，当验证了至少两个准则时，检测到缺陷。

第一准则是当所述点处的至少一个参数未包括在间隔中时，在所述点处检测到缺陷。

更特别地，该间隔以表面的一组点上的所述参数的平均值为中心。

替代地，间隔是给定的间隔。

替代地，当在所述点处的至少给定的数量的参数不包括在相应的间隔中时，在所述点处检测到缺陷。

第二准则是当所述点处的至少一个参数不同于相对于相邻点处的所述参数的背景噪声被选择作为检测阈值的值时，在所述点处检测到缺陷，在相邻点处该表面没有缺陷。

因此，从一个到下一个地对表面进行分析。

于是适当的是，限定不存在缺陷的表面的至少第一点。

替代地，电子计算装置18认为表面的位置没有缺陷，并且从一个到下一个地检测表面中的缺陷。如果结果被认为是不可接受的，例如，如果大部分的表面被检测为具有缺陷，则考虑到与前一个不同的另一个位置没有缺陷，重复该步骤。

第三准则基于信号的几何形状。

这里的信号是在限定的一组点上的一个或若干个参数的演变。在此该组中的点是相邻的。该组点例如是以中心点为中心的区域。

对应于其中检测到缺陷和/或其中未检测到缺陷的情况而定义图案。将信号的形状与图案进行比较，以决定是否检测到缺陷。在包括中心点并包括在该组点中的区域中或在该组点中的中心点处检测缺陷。

因此，针对表面的每个点，从各参数推断出是否存在缺陷。

这例如是能够在表面的二值图上而描绘的，以便容易地查看缺陷。

替代地，光源16不具有相同的照射强度。于是完成装置的校准。

在另一实施例中，光学装置的光学方向变化，表面和光源在每个获取的图像之间保持静止。替代地，光学方向和照射方向是相对于表面可移动的。

替代地，各参数102的计算基于另一数学模型，诸如双向反射分布函数(BRDF)或离散模态分解(DMD)或多项式纹理映射(PTM)。

特别是从获取的图像计算出的参数的直接推断使得可以消除对基于操作者而变化的缺陷的存在的敏感性。因此，该方法可以获得独特且客观的结果。因此，该方法变得更简单且安全。

Claims (13)

1.一种用于检测表面(12)上缺陷的方法，所述方法包括以下步骤：

-使用具有光轴的光学装置(14)获取(100)所述表面(12)的多个图像，每个图像(200)是利用沿着针对所述表面(12)的每个点给定的照射方向(E,E’)的所述表面的照射并且利用所述光学装置沿着给定的光学方向(O)的光轴而获取的，各图像(200)是利用不同的照射方向(E,E’)或照射方向的不同组合和/或不同的光学方向(O)而获取的；

-针对所述表面(12)的每个点(202)，从获取的图像(200)计算多个参数，各参数包括根据照射方向(E,E’)和观察方向(B,B’)表征所述表面的所述点(202)的响应的等式的系数；

-从计算出的参数推断(104)所述表面在所述点(202)处是否具有缺陷。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，针对多个图像(200)，所述光学方向(O)是相同的。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述光学方向(O)基本上垂直于所述表面(12)。

4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述照射是由照射装置(15)完成的，所述照射装置(15)包括第一数量的光源(16)，第一数量大于6，每个光源(16)具有不同的照射方向(E,E’)，针对每个获取的图像，单个光源或源的限定的组合被点亮，所述单个光源或组合针对每个获取的图像(200)是不同的。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述光源(16)具有相同的照射强度。

6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述光源(16)围绕所述表面(12)以半球形(20)布置。

7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述照射装置(15)包括一个或若干个光源，所述一个或若干光源能够相对于所述表面在第一数量的位置中移动。

8.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，针对所述表面的每个点，所述参数的计算包括以下步骤：

-定义根据获取的图像而演变的数量(106)，

-取决于所述照射方向(E,E’)和/或观察方向(B,B’)来选择所述表面的模型，用于所述数量的演变，所述模型包括所述系数，并且

-通过所述数量的演变的回归来计算所述系数(110)。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述数量对应于所述表面(12)的所述点(202)的灰度强度，所述模型取决于所述照射方向(E,E’)。

10.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，当在所述点处的至少一个参数不包括在限定的间隔中时，在所述点(202)处检测到缺陷。

11.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，当所述点处的至少一个参数不包括在以所述表面(12)的点的集合上的所述参数的平均值为中心的区间中时，在所述点(202)处检测到缺陷。

12.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，当所述点处的至少一个参数不同于相对于相邻点处的所述参数的背景噪声被选择作为检测阈值的值时，在所述点(202)处检测到缺陷，所述表面(12)在相邻点处没有缺陷。

13.一种用于检测表面上缺陷的装置(10)，所述检测装置(10)包括：

-具有光轴的光学装置(14)，所述光学装置(14)能够沿给定的光学方向(O)获取所述表面(12)的图像(200)，

-具有若干个不同的照射方向(E,E’)的照射装置(15)，以及

-电子计算装置(18)，该电子计算装置被配置为：

·通过所述光学装置(14)获取所述表面(12)的多个图像(200)，每个图像(200)是在针对每个图像(200)的不同的照射方向(E,E’)或照射方向的不同组合的情况下，沿着给定的光学方向(O)而获取的，

·针对所述表面(12)的每个点(202)，从获取的图像(200)计算多个参数，各参数包括根据照射方向(E,E’)和观察方向(B,B’)表征所述表面(12)的所述点(202)的响应的等式的系数；

·从计算出的参数推断所述表面(12)在所述点处是否具有缺陷。

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