CN108918529A - 一种透明介质的表面划痕成像检测装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种透明介质的表面划痕成像检测装置及其检测方法，检测装置包括平行光源模块、第一傅里叶透镜、空间滤波模块、成像镜头、探测器模块以及数据处理模块；所述平行光源模块输出平行光束，平行光束先后通过被测样品以及第一傅里叶透镜形成汇聚光束，汇聚光束先后通过空间滤波模块以及成像镜头到达探测器模块，所述空间滤波模块置于第一傅里叶透镜的焦平面上，所述探测器模块输出端与数据处理模块输入端通信连接。本发明通过空间滤波模块，去除采集图像的背景光强干扰，做到对透明介质的表面划痕单独成像，划痕检测精度高，同时由于是对透明介质的表面划痕单独成像分析，数据处理量低，有效提高检测精度。本发明用于检测透明介质的表面划痕。
Description
技术领域
本发明涉及光学成像装置技术领域。
背景技术
随着高新技术的飞速发展，各种玻璃产品，如电子产品的显示屏，高精度的镜头透镜，波片，激光谐振腔等得到广泛的运用，玻璃的应用范围越来越广。与之对应的是对玻璃品质的更高要求，其中对玻璃进行划痕检查显得尤为重要，划痕检测就是其中重要的一项。
目前国外的一些设备虽然能够实现对玻璃划痕进行检测，但是这些仪器普遍价格高昂，检测范围小。而国内市场上的玻璃划痕检测仪器，其检测主要是靠后期的图像处理，并没有对前期的成像系统进行设计和改进，这导致仪器采集到的原始图像受到了背景光强的干扰，划痕信息并不清晰，就算是靠后期的图像处理也很难把玻璃划痕信息提取并展现出来。即这类划痕检测仪器由于仪器配置的成像系统没有做到去除背景光强的干扰，所以导致划痕成像质量不高。
公开号为CN 107024488的文本公开了一种玻璃缺陷检测方法，该方法是利用共轭上的一对环形光澜滤掉玻璃缺陷的散射光，然后根据探测器灰度值的变化判断是否存在划痕，该成像方式很难把细小的玻璃缺陷信息呈现出来，会直接导致玻璃划痕检测精度极大降低。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：在透明介质的划痕检测中如何同时兼顾检测速度以及检测精度。
本发明解决其技术问题的解决方案是：
一种透明介质的表面划痕成像检测装置，包括平行光源模块、第一傅里叶透镜、空间滤波模块、成像镜头、探测器模块以及数据处理模块；所述平行光源模块输出平行光束，平行光束先后通过被测样品以及第一傅里叶透镜形成汇聚光束，汇聚光束先后通过空间滤波模块以及成像镜头到达探测器模块，所述空间滤波模块置于第一傅里叶透镜的焦平面上，所述成像镜头安装在探测器模块上，所述探测器模块输出端与数据处理模块输入端通信连接。
作为上述技术方案的进一步改进，所述平行光源模块包括输出波长为632.8nm激光的氦氖激光器以及第二傅里叶透镜，所述氦氖激光器置于第二傅里叶透镜的焦点处，所述氦氖激光器输出的扩散光束经过第二傅里叶透镜后形成平行光束。
作为上述技术方案的进一步改进，所述平行光源模块还包括用于调节平行光束功率密度的偏振片组，所述偏振片组包括两个偏振片，从第二傅里叶透镜出射的平行光束先后通过两个偏振片。
作为上述技术方案的进一步改进，所述空间滤波模块包括内部介质均匀的透明玻璃基底，所述透明玻璃基底上涂有一黑色涂层，所述黑色涂层位于第一傅里叶透镜的焦点处，所述黑色涂层的形状尺寸与汇聚光束在焦点处形成光斑的形状尺寸一致。
作为上述技术方案的进一步改进，所述空间滤波模块包括反射镜，所述反射镜上设置有通孔，所述通孔位于第一傅里叶透镜的焦点处，所述通孔的孔径与汇聚光束在焦点处形成光斑的半径一致。
本发明的有益效果是：本发明创造通过空间滤波模块，去除采集图像的背景光强干扰，做到对透明介质的表面划痕单独成像，检测精度高，同时由于是对透明介质的表面划痕单独成像分析，数据处理量低，有效提高检测速度。本发明创造用于检测透明介质的表面划痕。
本发明创造同时还公开了一种透明介质划痕成像检测方法，包括以下步骤：
步骤1，生成并输出平行光束，使平行光束通过待测样品；
步骤2，对平行光束中所含有的光信息进行傅里叶变换；
步骤3，滤除平行光束中所含有的低频光信息；
步骤4，采集平行光束中剩余的光信息，生成待测图像；
步骤5，对所述待测图像进行平滑去噪处理；
步骤6，对所述待测图像进行图像分割处理；
步骤7，对所述待测图像进行形态学处理；
步骤8，对所述待测图像中的划痕信息进行提取，得到划痕区域；
步骤9，计算出划痕区域的长度以及宽度，根据划痕区域的长度以及宽度对待测样品上的划痕进行等级分类。
作为上述技术方案的进一步改进，所述步骤1中还需要调节平行光束的光功率密度。
本发明的有益效果是：本发明创造利用平行光束穿透待测样品，之后滤除平行光束中所含有的低频光信息，去除待测图像的背景光强干扰，做到对透明介质的表面划痕单独成像，检测精度高，同时由于是对透明介质的表面划痕单独成像分析，数据处理量低，有效提高检测速度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单说明。显然，所描述的附图只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他设计方案和附图。
图1是本发明创造的第一实施例结构示意图(待测样品置于第一傅里叶透镜一倍焦距以外)；
图2是本发明创造的第一实施例结构示意图(待测样品置于第一傅里叶透镜一倍焦距以内)；
图3是本发明创造的第二实施例结构示意图；
图4是本发明创造的第三实施例结构示意图；
图5是本发明创造的空间滤波模块实施例原理图；
图6是图1所示情况下采集到的待测图像；
图7是图2所示情况下采集到的待测图像；
图8是图3所示情况下采集到的待测图像；
图9是图4所示情况下采集到的待测图像；
图10是图5所示情况下采集到的待测图像。
图11是本发明创造的检测方法流程图。
具体实施方式
以下将结合实施例和附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整的描述，以充分地理解本发明的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本发明保护的范围。另外，文中所提到的所有联接/连接关系，并非单指构件直接相接，而是指可根据具体实施情况，通过添加或减少联接辅件，来组成更优的联接结构。本发明创造中的各个技术特征，在不互相矛盾冲突的前提下可以交互组合。
参照图1，本发明创造公开了一种透明介质的表面划痕成像检测装置，包括平行光源模块1、第一傅里叶透镜2、空间滤波模块3、成像镜头4、探测器模块5以及数据处理模块6；所述平行光源模块1输出平行光束，平行光束先后通过被测样品以及第一傅里叶透镜2形成汇聚光束，汇聚光束先后通过空间滤波模块3以及成像镜头4到达探测器模块5，所述空间滤波模块3置于第一傅里叶透镜2的焦平面上，所述成像镜头4安装在探测器模块5上，所述探测器模块5输出端与数据处理模块6输入端通信连接。具体地，本发明创造通过空间滤波模块3，去除采集图像的背景光强干扰，做到对透明介质的表面划痕单独成像，检测精度高，同时由于是对透明介质的表面划痕单独成像分析，数据处理量低，有效提高检测速度。
本发明创造具体检测原理如下所示：首先平行光源模块1输出平行光束，当平行光束通过待测样品时，待测样品相当于一个衍射光栅，平行光束通过待测样品后会在第一傅里叶透镜2的后焦平面上形成夫琅禾费衍射图样，这个图样是待测样品结构分解的空间频谱，不同的成分对应不同的频谱，其对应焦平面的位置坐标也不一样。假设待测样品的透射率为g(x,y)，在第一傅里叶透镜2的焦平面上形成图样的频谱如式1所示：
其中λ表示光源模块输出光的波长，F表示第一傅里叶透镜2的焦距，第一傅里叶透镜2的后焦平面上的坐标(u,v)与空间频率(fx,fy)的关系为
在第一傅里叶透镜2焦平面上的光强分布是[G(u,v)]2，其每个子波对应待测样品本身结构的一个基本成分，而空间滤波模块3是比较均一的物质，除了待测样品的划痕信息外，待测样品中其他均匀无划痕的信息都分布在夫琅禾费衍射图样的低频范围，空间滤波模块3能够滤除夫琅禾费衍射图样中低频的信息，非低频信息可以继续向前传播，最后在像面上叠加，将待测样品的划痕信息整合在一起，形成待测样品划痕信息的图像，最后由探测器模块5对待测样品划痕信息的图像进行采集。
参照图1和图2，从图1和图2可以看出，本装置对待测样品的放置并没有具体要求，只要保证待测样品置于平行光源模块1与第一傅里叶透镜2之间即可，图2中虽然将待测样品置于第一傅里叶透镜2一倍焦距以内，但是并不影响成像效果；参照图3，图3中显示的是反射的成像模式，在实际检测时利用图3所示的成像模块改变平行光束传播路径；参照图4，图4中添加了半反半透镜7，通过半反半透镜7的作用，使平行光束的一半到达待测样品，再将反射回来的光束通过半反半透镜7到达空间滤波模块4中。
进一步作为优选的实施方式，由于平行光束质量的优劣严重影响着空间滤波模块3的滤波效果，因此为得到质量较佳的平行光束，本发明创造具体实施方式中，所述平行光源模块1包括输出波长为632.8nm激光的氦氖激光器11以及第二傅里叶透镜12，所述氦氖激光器11置于第二傅里叶透镜12的焦点处，所述氦氖激光器11输出的扩散光束经过第二傅里叶透镜12后形成平行光束。
进一步作为优选的实施方式，本发明创造所述平行光模块还配置有调节平行光束光强的功能，以适应不同的应用环境。具体地，所述平行光源模块1还包括用于调节平行光束功率密度的偏振片组，所述偏振片组包括两个偏振片13，从第二傅里叶透镜12出射的平行光束先后通过两个偏振片13。
进一步，本发明创造中所述空间滤波模块3主要用于滤除夫琅禾费衍射图样中低频的信息，同时使夫琅禾费衍射图样中非低频信息可以继续向前传播。作为所述空间滤波模块3的第一实施例，所述空间滤波模块3包括内部介质均匀的透明玻璃基底31，所述透明玻璃基底31上涂有一黑色涂层32，所述黑色涂层32位于第一傅里叶透镜2的焦点处，所述黑色涂层32的形状尺寸与汇聚光束在焦点处形成光斑的形状尺寸一致。
图1至图4中所显示的都是空间滤波模块3的第一实施例，参照图5，图5所示的是所述空间滤波模块3的第二实施例，所述空间滤波模块3包括反射镜33，所述反射镜33上设置有通孔34，所述通孔34位于第一傅里叶透镜2的焦点处，所述通孔34的孔径与汇聚光束在焦点处形成光斑的半径一致。
参照图6至图10，图6至图10分别对应着图1至图5所示情况下成像检测装置所采集到的待测图像，从图6到图10中可以看出，图1至图5所示情况下成像检测装置均能够实现透明介质表面划痕检测，证明了成像检测装置的各个实施方式的可行性，其中图6到图10中的各个待测图像上，白色的条状区域表示的是透明介质上的表面划痕，白色的点状区域表示的是透明介质上的杂质成份，背景部分表示的是将空间滤波模块3将透明介质的背景光虑除的效果，背景部分的灰度值较低，图6至图10所示的各个待测图像的背景部分灰度值可以不同，主要是看具体检测过程中设置的阈值参数。
参照图11，本发明创造同时还公开了一种透明介质划痕成像检测方法，包括以下步骤：
步骤1，生成并输出平行光束，使平行光束通过待测样品；
步骤2，对平行光束中所含有的光信息进行傅里叶变换；
步骤3，滤除平行光束中所含有的低频光信息；
步骤4，采集平行光束中剩余的光信息，生成待测图像；
步骤5，对所述待测图像进行平滑去噪处理；
步骤6，对所述待测图像进行图像分割处理；
步骤7，对所述待测图像进行形态学处理；
步骤8，对所述待测图像中的划痕信息进行提取，得到划痕区域；
步骤9，计算出划痕区域的长度以及宽度，根据划痕区域的长度以及宽度对待测样品上的划痕进行等级分类。
具体地，本发明创造利用平行光束穿透待测样品，获取待测样品上的划痕信息以及无缺陷信息，待测样品相当于一个衍射光栅，平行光束通过待测样品后，再进行傅里叶变换，会形成夫琅禾费衍射图样，这个图样是待测样品结构分解的空间频谱，不同的成分对应不同的频谱，其对应在夫琅禾费衍射图样的位置坐标也不一样。假设待测样品的透射率为g(x,y)，经过傅里叶变换形成图样的频谱如式1所示：
夫琅禾费衍射图样上的光强分布是[G(u,v)]2，其每个子波对应待测样品本身结构的一个基本成分。除了待测样品的划痕信息外，待测样品中其他无缺陷信息都分布在夫琅禾费衍射图样的低频范围，本方法利用空间滤波模块3实现步骤3的操作，滤除夫琅禾费衍射图样中低频的信息，非低频信息可以继续向前传播，最后在像面上叠加，将待测样品的划痕信息整合在一起，形成待测样品划痕信息的图像，定义为待测图像。
在步骤5至步骤9属于图像处理过程，图像处理过程中，虽然前面已经滤除平行光束中所含有的低频光信息，但是待测图像中仍然存在一些杂质和噪声，因此为提高检测精度，需要对待测图像中的杂质和噪声滤除，之后对待测图像进行图像分割以及形态学处理，以便提取待测图像中的划痕区域，最后计算出划痕区域的长度以及宽度，根据划痕区域的长度以及宽度对待测样品上的划痕进行等级分类，根据等级分类判断待测样品是否合格。
本发明创造利用平行光束穿透待测样品，之后滤除平行光束中所含有的低频光信息，去除待测图像的背景光强干扰，做到对透明介质的表面划痕单独成像，检测精度高，同时由于是对透明介质的表面划痕单独成像分析，数据处理量低，有效提高检测速度。
进一步作为优选的实施方式，本发明创造具体实施方式中，所述步骤1中还需要调节平行光束的光功率密度。具体地，本方法利用偏振片组实现调节平行光束功率密度的功能，以调节平行光束光强的功能。
以上对本发明的较佳实施方式进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出种种的等同变型或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。
Claims (7)
1.一种透明介质的表面划痕成像检测装置，其特征在于，包括平行光源模块(1)、第一傅里叶透镜(2)、空间滤波模块(3)、成像镜头(4)、探测器模块(5)以及数据处理模块(6)；所述平行光源模块(1)输出平行光束，平行光束先后通过被测样品以及第一傅里叶透镜(2)形成汇聚光束，汇聚光束先后通过空间滤波模块(3)以及成像镜头(4)到达探测器模块(5)，所述空间滤波模块(3)置于第一傅里叶透镜(2)的焦平面上，所述成像镜头(4)安装在探测器模块(5)上，所述探测器模块(5)输出端与数据处理模块(6)输入端通信连接。
2.根据权利要求1所述的一种透明介质的表面划痕成像检测装置，其特征在于：所述平行光源模块(1)包括输出波长为632.8nm激光的氦氖激光器(11)以及第二傅里叶透镜(12)，所述氦氖激光器(11)置于第二傅里叶透镜(12)的焦点处，所述氦氖激光器(11)输出的扩散光束经过第二傅里叶透镜(12)后形成平行光束。
3.根据权利要求2所述的一种透明介质的表面划痕成像检测装置，其特征在于：所述平行光源模块(1)还包括用于调节平行光束功率密度的偏振片组，所述偏振片组包括两个偏振片(13)，从第二傅里叶透镜(12)出射的平行光束先后通过两个偏振片(13)。
4.根据权利要求1所述的一种透明介质的表面划痕成像检测装置，其特征在于：所述空间滤波模块(3)包括内部介质均匀的透明玻璃基底(31)，所述透明玻璃基底(31)上涂有一黑色涂层(32)，所述黑色涂层(32)位于第一傅里叶透镜(2)的焦点处，所述黑色涂层(32)的形状尺寸与汇聚光束在焦点处形成光斑的形状尺寸一致。
5.根据权利要求1所述的一种透明介质的表面划痕成像检测装置，其特征在于：所述空间滤波模块(3)包括反射镜(33)，所述反射镜(33)上设置有通孔(34)，所述通孔(34)位于第一傅里叶透镜(2)的焦点处，所述通孔(34)的孔径与汇聚光束在焦点处形成光斑的半径一致。
6.一种透明介质划痕成像检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，生成并输出平行光束，使平行光束通过待测样品；
步骤2，对平行光束中所含有的光信息进行傅里叶变换；
步骤3，滤除平行光束中所含有的低频光信息；
步骤4，采集平行光束中剩余的光信息，生成待测图像；
步骤5，对所述待测图像进行平滑去噪处理；
步骤6，对所述待测图像进行图像分割处理；
步骤7，对所述待测图像进行形态学处理；
步骤8，对所述待测图像中的划痕信息进行提取，得到划痕区域；
步骤9，计算出划痕区域的长度以及宽度，根据划痕区域的长度以及宽度对待测样品上的划痕进行等级分类。
7.根据权利要求6所述的检测方法，其特征在于：所述步骤1中还需要调节平行光束的光功率密度。
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