基于扇形条纹的镜平面缺陷检测系统及方法
【技术领域】
本发明涉及表面缺陷检测技术领域,尤其涉及一种基于扇形条纹的镜平面缺陷检测系统及方法。
【背景技术】
随着信息技术的飞速发展,人们对于液晶显示屏、手机屏、平板电脑等电子领域的需求日益增强,与此同时,消费者除了关于产品价格、性能及知名度的考虑外,对产品的外观形象要求也越发严格,而产品外形表面有无表面缺陷,直接影响着产品的外观形象。
传统的检测方法存在时效性低、成本高、硬件需求高、方法复杂等问题。
【发明内容】
为克服现有的问题。本发明提供一种基于扇形条纹的镜平面缺陷检测系统及方法。
本发明解决技术问题的技术方案是提供一种基于扇形条纹的镜平面缺陷检测系统,其包括条纹投影设备、图像采集装置及控制模块。控制模块控制所述条纹投影设备,投影扇形条纹至待测物体上,图像采集装置用于接收从所述待测物体反射的扇形条纹图像,并将采集到的扇形条纹图像以图像信号的形式传输给所述控制模块。控制模块通过编码以控制所述条纹投影设备输出扇形条纹,并对图像采集装置采集到的扇形条纹进行解码,利用扇形条纹图像解码后的数据求解扇形条纹调制度得到灰度分布图,利用所述灰度分布图解码后的数据与输出前编码的扇形条纹进行对比,得到可观察缺陷的调制度图。
优选地,控制模块还可以对所述调制度图重新上色增强色差,以形成缺陷显示图。
优选地,条纹投影设备为LCD显示屏。
优选地,图像采集装置为CCD相机,相机镜头为可调焦距为12-30mm的远心镜头。
优选地,控制模块为计算机。
一种基于扇形条纹的镜平面缺陷检测方法,其特包括,构建初始扇形条纹,并将扇形条纹投影至待测物体上。采集待测物体上反射的扇形条纹图像,并将采集到的反射的扇形条纹以图像信号的形式传输。对采集的图像进行解码,求解扇形条纹调制度,求解出调制度值,根据调制度值整合解码数据,获取灰度分布图和调制度图,根据调制度图的色差判断待测物体是否存在缺陷。
优选地,在投影扇形条纹前要先进行编码并储存,以作为与变形后条纹比对的参照。
优选地,还包括增加调制度图对比度得到缺陷显示图的步骤。
优选地,调整调制度图对比度是通过使缺陷和背景颜色的色差更明显的方法实现。
优选地,调整色差的方式为将背景颜色更换,缺陷颜色不变。
与现有技术相比,算法改进,通过投影扇形条纹,较于普通横竖条纹,扇形条纹无需考虑各个方向条纹的影响,比普通横竖条纹需要投影的数量更少,调制度计算也得到简化,检测速度得到很大的提高。
进一步的,精度提高,通过投影扇形条纹,较于普通正弦环形条纹,其优点体现在将扇形条纹投影在待测镜平面上,通过采集装置在控制装置解码时,扇形条纹无需像环形条纹那样考虑圆心对解码时的影响,极大的提高投影条纹利用率,极大的减少了投影条纹对实验的误差影响,检测精度得到很大的提高。
进一步的,误差减少,较于基于相位展开的缺陷检测方法,本发明具有无阴影、遮挡等优点,避免了相位展开难题,可以测量表面有精密物体,本发明基于用来测量镜平面缺陷,极大地降低了数据计算误差对检测结果的影响,提高了精度。
进一步的,缺陷显示更直观,可以通过处理出来的缺陷显示图,直观的看到表面的刮痕和缺陷。
进一步的,需求的装置简单,无需太多的辅助装置。
以上所述仅为本发明较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明原则之内所作的任何修改,等同替换和改进等均应包含本发明的保护范围之内。
【附图说明】
图1为本发明所提供的一种基于扇形条纹的镜平面缺陷检测系统及方法结构原理示意图。
图2为本发明所提供的一种基于扇形条纹的镜平面缺陷检测系统及方法步骤流程图。
图3为本发明所提供的一种基于扇形条纹的镜平面缺陷检测系统及方法得出的灰度分布图。
图4为本发明所提供的一种基于扇形条纹的镜平面缺陷检测系统及方法得出的调制度图。
图5为本发明所提供的一种基于扇形条纹的镜平面缺陷检测系统及方法缺陷显示图。
附图标记说明:20、条纹投影设备;30、图像采集装置;40、控制模块。
【具体实施方式】
为了使本发明的目的,技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实施实例,对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
请参阅图1,本发明提供的一种基于扇形条纹的镜平面缺陷检测系统10,该系统包括条纹投影设备20、图像采集装置30及控制模块40。条纹投影设备20投影的条纹形状可被控制模块40控制,控制模块40控制条纹投影设备20投影扇形条纹至待测物体M表面上。图像采集装置30采集被待测物体M反射的扇形条纹,并将采集到的扇形条纹转换为图像信号,传送给控制模块40。控制模块40对图像采集装置30传送的扇形条纹图像信号进行解码并求出解调解制度,最终得到可直观显示的待测物体M的缺陷的调制度图和缺陷显示图。
具体的,待测物体M在平行于地面的方向上水平设置,将条纹投影设备20设置于待测物体M正上方,且与待测物体M有一定的距离,以使得条纹投影设备20投影的条纹能够到达待测物体M上。控制模块40对条纹投影设备20进行编码,以控制条纹投影设备20输出的条纹为扇形条纹。编码为在控制模块40内构件平面坐标系,然后用多个点组成扇形图像,其中每一点都有与坐标系原点对应的坐标位置,条纹投影设备20按照组成的扇形图像投影出扇形条纹至待测物体M上,即在控制模块40内部通过多个坐标点组成图像的过程。
在本实施例里,待测物体M为一笔记本电脑背面板,该背面板存在多处刮痕,背面板的尺寸为32CM*22CM,将该背面板平行于地面放置,有刮痕的一面朝上,通过固定件固定,该固定件可以是支架,也可以是夹具,只要能保持其稳定性即可。条纹投影设备20为LCD显示屏,通过控制模块40控制可输出扇形条纹图像,本实施例采用的是四步相移法,即总共输出4幅扇形条纹图像。
图像采集装置30设置于与条纹投影设备20同一平面上,图像采集装置30与地面方向形成45°-90°之间的夹角,以使条纹投影设备20发出的扇形条纹经待测物体M反射后能被图像采集装置30接收,并以图像的方式保存起来,将采集到的扇形条纹以图像信号的格式传输到控制模块40内进行解码,由于条纹投影设备20共投影4幅扇形条纹,即图像采集装置30共接收到4幅条纹投影图像。解码为在控制模块40内建立一个平面坐标系,将图像采集装置30采集到的扇形条纹看作是由多个点组成的图像,将每一点都在平面坐标系上给一个对应的坐标,即在控制模块40内部将图像分解为多个带有坐标的点的过程。
在本实施例里,图像采集装置30为CCD相机,优选地,相机镜头为可调焦距为12-30mm的远心镜头。
编码及解码的作用为将图像与数据相互转换,以便于精确的比对图像及计算数据。
控制模块40为计算机,其具备上述编码及解码的功能,条纹投影设备20通过控制模块40来进行编码,数据采集装置通过控制模块40来进行解码。
控制模块40还具备将接收到的图像解码后对应的数据求解调制度的功能,即消除图像采集装置30在采集条纹图像时产生的误差,整合条纹图像解码后的数据,将整合后的数据编码为图像,最终得到待测物体M表面的真实图像,也就是灰度分布图。得到灰度分布图后,控制模块40将灰度图解码,将解码后的数据与条纹投影设备20输出前编码的扇形条纹进行对比,比较灰度分布图上每一点的坐标相对于输出的扇形条纹上每一点的坐标有哪些点发生了偏移,而偏移的点即为缺陷点。进行比对分析的这一个过程称为求解调制度,将坐标重合的点给一种颜色,将不重合的点,即发生偏移的点给相较于重合点的颜色更深的颜色,使其产生色差,进而编码形成可观察到缺陷的图片,也就是调制度图。可以理解,为了增加对比度控制模块40还可以增加重合的点与发生偏移的点之间的色差,即选取色差明显的两种颜色重新给调制度图上色,得到使缺陷看起来更明显的图片,即缺陷显示图。
在本实施例里,控制模块40为计算机,优选地,计算机上安装数据处理软件MATLAB2016来进行数据处理。
请参阅图2-5,本发明提供的一种基于扇形条纹的镜平面缺陷检测方法,该方法包括以下步骤:
步骤S1:构建初始扇形条纹,并将扇形条纹投影至待测物体上;
具体的,在投影之前,先对要输出的条纹进行编码工作,即控制条纹投影设备输出的条纹为扇形,然后将扇形条纹投影至待测物体上。
普通的编码方法为横竖条纹,即利用平面坐标系,标出正弦条纹上每一点的横坐标及纵坐标,然后利用这些点组成条纹。扇形条纹的编码方法为利用扇形上每一点的横坐标及纵坐标,求出扇形条纹的外径值R,然后利用外径R范围和外径R对应的中心角θ的范围,截取在外径R及中心较θ组成的扇形形状范围以内的坐标点组成扇形条纹。
具体公式为:
式中R为扇形外圆的半径,i及j为扇形上对应点的横纵坐标,x0、y0为坐标原点,此方法编码的条纹投影无需考虑相互垂直的X轴和Y轴方向的条纹投影。
中心角θ范围取0°≤θ≤60°,在这个角范围内的坐标点灰度值保留,范围外坐标点的灰度值设为0,此方法输出的条纹即为扇形条纹。
步骤S2,采集待测物体上反射的扇形条纹,并将采集到的反射的扇形条纹以图像信号的形式传输;
具体的,由于扇形条纹实质上是一种具有特定图案的光线,投影到待测物体上之后,会被反射出去,同时因为待测物体的表面不是绝对平整,即带有缺陷的,所以经过反射后的扇形条纹会发生变形。将这些反射出去的扇形条纹采集到,以图像信号的形式传输至控制模块。
步骤S3,对图像进行解码,求解扇形条纹调制度,求解出调制度值,根据调制度值整合解码数据,获取灰度分布图;
具体的,先对接收到的图像进行解码,由于拍摄失误或其它不可控因素,会使解码结果存在误差,所以通常投影的条纹为等步长相位正弦。上述条纹投影设备投影的为四步相移扇形条纹,故共需投影4幅等步长的正弦扇形条纹,等步长即投影的4幅相邻条纹之间相位差为一个定值,本实施例相位差取值
采集到经过反射的扇形条纹也应该有4幅,将这4幅图像分别进行解码,然后求解出形条纹的调制度值。调制度值能够反映相位跃动或者噪声区域的条纹形变量,相邻像素的调制度,对调制度进行求解并分析,即可确认出待测镜平面存在缺陷的位置,整合4幅扇形条纹的调制度数据,生成灰度分布图,如图3所示。
具体求解相位的方法为相位移算法,如散步相位移、四步相位移、五步相位移等,本实施例利用四步相移公式,具体公式为:
由于扇形条纹的光强近似是余弦函数分布,其光强分布函数为:Ix=a+b*cos(θ+δi)
式中Ix为每一幅扇形条纹的光强,由条纹投影设备控制。a为背景光强,即环境中的自然光,b为振幅,θ为相位值,δi为条纹的相位移,由于本实施例采用的是等步长相移法,故相位移量为
四步相移公式为:
Step1:
Step2:
Step3:
Step4:I4=a+b*cos(θ+2π)
式中Ix为每一幅扇形条纹的光强分布,振幅b与背景光强a的比值即为调制度M,又称为对比度,进而可推导出调制度公式:
式中,In为第n次相机采集到的反射条纹图像光强,由上述公式可得出扇形条纹的调制度。
由于是通过扇形条纹进行投影,相较于普通的横竖等编码条纹,无需考虑各个方向的影响,即无需考虑x、y坐标轴方向的影响,需要投影的条纹数减少一半。
步骤S4,对灰度分布图进行解码,求解调制度,得到调制度图,根据调制度图的色差判断待测物体是否存在缺陷。
具体的,得到扇形条纹的灰度分布图后,将灰度分布图进行解码,然后与利用条纹投影设备输出前编码的扇形条纹进行对比,即比较灰度分布图上每一点的坐标相对于输出的扇形条纹上每一点的坐标有哪些点发生了偏移,而偏移的点即为缺陷点。进行比对分析的这一个过程称为求解调制度,将坐标重合的点给一种颜色,将不重合的点,即发生偏移的点给相较于重合点的颜色更深的颜色,使其产生色差,进而形成可观察到缺陷的调制度图,如图4所示。
由于扇形条纹相较于普通的横竖等编码条纹,需要投影的条纹减少一半,所以在解调制度时,相较于普通的横竖等编码条纹计算量会减少。
优选地,还可以包括步骤S5,增加调制度图对比度得到缺陷显示图。
具体的,将得到的调制度图进行重新上色,使得缺陷的颜色与背景颜色的色差更加明显,得到缺陷显示图,使得观测的效果更加直观,如图5所示,优选地,将背景的颜色更换,缺陷的颜色不变,能更好的提高颜色差异,更便于观察。
与现有技术相比,本发明所述提供的具有以下优点:
1.算法改进,通过投影扇形条纹,较于普通横竖条纹,扇形条纹无需考虑各个方向条纹的影响,比普通横竖条纹需要投影的数量更少,调制度计算也得到简化,检测速度得到很大的提高。
2.精度提高,通过投影扇形条纹,较于普通正弦环形条纹,其优点体现在将扇形条纹投影在待测镜平面上,通过采集装置在控制装置解码时,扇形条纹无需像环形条纹那样考虑圆心对解码时的影响,极大的提高投影条纹利用率,极大的减少了投影条纹对实验的误差影响,检测精度得到很大的提高。
3.误差减少,较于基于相位展开的缺陷检测方法,本发明具有无阴影、遮挡等优点,避免了相位展开难题,可以测量表面有精密物体,本发明基于用来测量镜平面缺陷,极大地降低了数据计算误差对检测结果的影响,提高了精度。
4.缺陷显示更直观,可以通过处理出来的缺陷显示图,直观的看到表面的刮痕和缺陷。
5.需求的装置简单,无需太多的辅助装置。
以上所述仅为本发明较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明原则之内所作的任何修改,等同替换和改进等均应包含本发明的保护范围之内。