CN110031482A - 一种基于反射式结构光照明的玻璃瑕疵检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于反射式结构光照明的玻璃瑕疵检测方法，其配置简单、检测方便，不仅瑕疵增强效果明显，且可实现面阵检测，待检玻璃样品通过成像模组成像，所得图像中的待检玻璃样品被结构光光源调制，进而获得调制度分布图和相位梯度分布图，通过调制度分布图和相位梯度分布图可实现增强各种玻璃内外部的瑕疵，从而实现了面阵探测，提高了瑕疵检测效率。

Description

一种基于反射式结构光照明的玻璃瑕疵检测方法

技术领域

本发明涉及一种在线玻璃瑕疵检测方法，具体为一种基于反射式结构光照明的玻璃瑕疵检测方法。

背景技术

在玻璃的生产、组装过程中，玻璃内、外部会产生气泡、结石、扭曲、碎裂以及划痕等缺陷，这些缺陷会影响玻璃产品的功能和美观程度。其中，对于大尺寸的玻璃瑕疵，可使用高亮度线光源与线阵相机的配合实现明场和暗场的照明结构，其可以显著增强图像中的瑕疵特征，从而实现了很好的检测效果。

但是，这种方法有如下缺陷：1)其需要根据瑕疵特征来相应调整照明角度、光源尺寸等参数，在实际使用中还需要大量的验证试验方可确认最优工作状态，比较繁琐；2)而对于玻璃内部的小尺寸瑕疵，由于散射光强度较弱，这种明场、暗场配合的检测方法依然无法得到高对比度的瑕疵图像，也就需要对后端的瑕疵检测算法提出极高的要求；3)需要配合线阵相机和直线模组使用，且无法实现面阵探测。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种基于反射式结构光照明的玻璃瑕疵检测方法，其配置简单、检测方便，不仅瑕疵增强效果明显，且可实现面阵检测。

其技术方案是这样的：其特征在于：其包括如下步骤：

S1、结构光光源设置于待检玻璃样品上方，所述结构光光源上的光强呈条纹分布，所述待检玻璃样品放置于运动扫描机构上；

S2、成像模组安装于所述待检玻璃样品斜上方，调节所述成像模组的镜头，以使其对所述待检玻璃样品清晰成像；

S3、所述结构光光源的结构光条纹沿法向平移，平移距离为所述结构光光源周期的1/N，N＝3,4,5…；

S4、所述成像模组对所述待检玻璃样品成像，所得图像中的所述待检玻璃样品被所述结构光光源调制，使得所述待检玻璃样品图像上出现明显的条纹结构；

S5、重复N次所述步骤S3和S4，获得N幅调制后的待检玻璃样品图像，记图像为I_j(j＝1，2，3，…N)；随后根据获得的N幅图像计算出每个像素对应的调制度和相位梯度，获得调制度分布图和相位梯度分布图；

S6、通过机器视觉算法或者深度学习算法，分析调制度分布图、相位梯度分布图和原始灰度图之间的特征形式，即可实现玻璃表面瑕疵的全类型检测。

其进一步特征在于：

所述步骤S5中，重复4次所述步骤S3和S4，获得4幅调制后的待检玻璃样品图像，记图像为I₁、I₂、I₃、I₄，根据获得的4幅图像计算出每个像素对应的调制度和相位梯度，其中，调制度和相位梯度θ的计算公式为：

I₁＝I₀+Icos(θ)

I₃＝I₀+Icos(θ+π)

根据上述公式,I₁-I₃＝2I cos(θ),I₂-I₄＝2I sin(θ)

得到

其中，I₀为图像光强分布的基频信息，I为图像光强分布中波动信息的幅值；

所述结构光光源的光强呈正弦型、矩形、锯齿形或者其他形式的周期条纹分布；

所述条纹的平移次数大于3次，所述条纹为等间距或变间距平移。

本发明的有益效果是，其配置简单方便，可避免现有繁琐的打光验证试验，待检玻璃样品通过成像模组成像，所得图像中的待检玻璃样品被结构光光源调制，进而获得调制度分布图和相位梯度分布图，通过调制度分布图和相位梯度分布图可实现增强各种玻璃内外部的瑕疵，从而实现了面阵探测，提高了瑕疵检测效率，而通过分析调制度分布图、相位梯度分布图和原始灰度图之间的特征形式，即可实现玻璃表面瑕疵的全类型检测。

附图说明

图1是本发明实施例一的光路结构示意图；

图2是本发明实施例二的光路结构示意图；

图3是普通照明图像的玻璃瑕疵效果图；

图4是结构光照明图像的玻璃瑕疵效果图。

具体实施例

实施例一

如图1、图3、图4所示，本发明包括如下步骤：

S1、结构光光源通过液晶显示器1产生，成像模组2和液晶显示器1均放置于待检玻璃样品3上方200mm处，液晶显示器1显示正弦结构条纹，作为结构光照明光源，待检玻璃样品3放置于运动扫描机构4上；运动扫描机构4可采用输送机；

S2、成像模组2安装于待检玻璃样品3斜上方，调节成像模组2的镜头，以使其对待检玻璃样品3清晰成像；

S3、液晶显示器1显示不同相位的图像，以控制显示条纹的平移，结构光条纹平移4次，每次平移距离为结构光光源周期的1/4，结构光条纹根据情况等间距或变间距平移；

S4、成像模组2对待检玻璃样品3成像，所得图像中的待检玻璃样品3被结构光光源调制，使得待检玻璃样品3图像上出现明显的条纹结构；

S5、重复4次步骤S3和S4，则在液晶显示器1显示每副图像后，成像模组2采集待检玻璃样品3图像，采集4次后获得4幅不同调制相位的的待检玻璃样品3图像，记图像为I₁、I₂、I₃、I₄，随后根据获得的4幅图像计算出每个像素对应的调制度和相位梯度，获得调制度分布图和相位梯度分布图；

其中，调制度和相位梯度θ的计算公式为：

I₁＝I₀+I cos(θ)

I₃＝I₀+I cos(θ+π)

根据上述公式,I₁-I₃＝2I cos(θ),I₂-I₄＝2I sin(θ)

得到I₀为图像光强分布的基频信息，I为图像光强分布中波动信息的幅值；

S6、通过机器视觉算法或者深度学习算法，分析调制度分布图、相位梯度分布图和原始灰度图之间的特征形式(特征形式就是：调制度分布图用于检测具有散射特性的瑕疵，相位梯度分布图用于检测导致折射率变化的瑕疵或者玻璃上的凹凸，原始灰度图像则用于检测引起玻璃透射率变化的瑕疵)，即可识别出待检玻璃样品3表面的瑕疵，实现玻璃表面瑕疵的全类型检测。

实施例二

如图2～图4所示，条纹投影模组5向毛玻璃屏6表面投影正弦结构的条纹，作为结构光照明光源，毛玻璃屏6放置于待检玻璃样品3上方200mm处，成像模组2安装于待检玻璃样品3斜上方，待检玻璃样品3放置于皮带输送机构4上，条纹投影模组5位于毛玻璃屏6上方，成像模组2中使用的镜头为沙姆镜头，镜头的物面正好位于待检玻璃样品3的表面，镜头的沙姆角可以调节，以适应不同的物方工作距；条纹投影模组5投影不同相位的条纹图像，以控制显示条纹的平移，每次平移条纹周期的1/4，然后通过成像模组2采集4次后得到4幅不同调制相位的待检玻璃样品3图像，具体地，实现玻璃表面瑕疵的全类型检测方法同实施例一，不再赘述。

本发明中，在不改变反射式照明、成像方式的情况下，实施例一和实施例二中的结构可根据实际需求变换安装方向；该瑕疵检测方法可兼容各种不同的瑕疵类型(扭曲、划痕、碎裂、灰尘、指纹等)的特点，具体地，调制度分布图反应了待检玻璃样品3表面的散射和反射特性：散射越强烈，调制度越小；散射越弱，调制度越高；一般正常的玻璃表面是光滑且连续的，不会发生散射，但是在瑕疵位置上，玻璃上会出现不连续的边界，而边界处会发生明显的散射，则实现了对待检玻璃样品3中的划痕、碎裂、灰尘、指纹等散射缺陷进行显著增强，从而可以根据调制度分布图判断待检玻璃样品3哪一处有瑕疵；相位梯度分布图反应了待检玻璃样品3表面的3D形貌变化，相位或者相位梯度的变化反应了待检玻璃样品3表面结构的变化，则对于待检玻璃样品3表面的灰尘、裂痕、碎裂以及凹陷等玻璃瑕疵，使用相位梯度分布图可以进行明显区分，综上，通过调制度分布图和相位梯度分布图，可有效实现面阵检测，提高瑕疵检测效率。

Claims (4)

1.一种基于反射式结构光照明的玻璃瑕疵检测方法，其特征在于：其包括如下步骤：

S1、结构光光源设置于待检玻璃样品上方，所述结构光光源上的光强呈条纹分布，所述待检玻璃样品放置于运动扫描机构上；

S2、成像模组安装于所述待检玻璃样品斜上方，调节所述成像模组的镜头，以使其对所述待检玻璃样品清晰成像；

S3、所述结构光光源的结构光条纹沿法向平移，平移距离为所述结构光光源周期的1/N，N＝3,4,5…；

S4、所述成像模组对所述待检玻璃样品成像，所得图像中的所述待检玻璃样品被所述结构光光源调制，使得所述待检玻璃样品图像上出现明显的条纹结构；

S5、重复N次所述步骤S3和S4，获得N幅调制后的待检玻璃样品图像，记图像为I_j(j＝1，2，3，…N)；随后根据获得的N幅图像计算出每个像素对应的调制度和相位梯度，获得调制度分布图和相位梯度分布图；

S6、通过机器视觉算法或者深度学习算法，分析调制度分布图、相位梯度分布图和原始灰度图之间的特征形式，即可实现玻璃表面瑕疵的全类型检测。

2.根据权利要求1所述的一种基于反射式结构光照明的玻璃瑕疵检测方法，其特征在于：所述步骤S5中，重复4次所述步骤S3和S4，获得4幅调制后的待检玻璃样品图像，记图像为I₁、I₂、I₃、I₄，根据获得的4幅图像计算出每个像素对应的调制度和相位梯度，其中，调制度和相位梯度θ的计算公式为：

I₁＝I₀+Icos(θ)

I₃＝I₀+Icos(θ+π)

根据上述公式,I₁-I₃＝2Icos(θ),I₂-I₄＝2Isin(θ)

得到

其中，I₀为图像光强分布的基频信息，I为图像光强分布中波动信息的幅值。

3.根据权利要求1所述的一种基于反射式结构光照明的玻璃瑕疵检测方法，其特征在于：所述结构光光源的光强呈正弦型、矩形、锯齿形或者其他形式的周期条纹分布。

4.根据权利要求1所述的一种基于反射式结构光照明的玻璃瑕疵检测方法，其特征在于：所述条纹的平移次数大于3次，所述条纹为等间距或变间距平移。