CN110286130A - 一种缺陷检测装置及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种缺陷检测装置，包括：载物台，其用于承载待测物；发光元件，其与待测物正对设置，其用于照射待测物；移动调节组件，其与发光元件连接，用于调节发光元件与待测物之间的相对位置；第一偏振片，其位于发光元件与待测物之间；图像采集单元，其位于发光元件远离待测物的一侧，用于采集待测物的图像；第二偏振片，其位于图像采集单元与发光元件之间，第二偏振片与第一偏振片的偏振方向互相垂直；图像处理单元，其与图像采集单元连接，用于根据图像采集单元采集的图像对待测物表面缺陷进行识别，可在多个照明角度下进行缺陷检测，并且避免在缺陷检测时出现高光，以实现提高缺陷检出率。本发明还公开了一种缺陷检测方法。

Description

一种缺陷检测装置及其方法

技术领域

本发明涉及缺陷检测技术，尤其涉及一种缺陷检测装置和一种缺陷检测方法。

背景技术

表面缺陷检测是工业生产领域的重要质量控制方法，缺陷的大小和数量对于评价产品质量具有决定性的影响。传统的缺陷检测方法通过人眼判别，由于主观因素的影响，这种方法很不稳定，使得检测的精度很低，而且速度也很慢，难以满足工业检测对于可靠性和速度的需求。

针对上述技术缺陷，基于机器视觉的表面缺陷检测技术已经成为当下生产线上检测产品质量缺陷的主要方式。其中，机器视觉探测技术受光的照明角度影响较大，在不同的照明角度下，不同的缺陷表现出的特征不同，使得不同的照明角度下检测出的缺陷数量会有不同，进而传统机器视觉探测技术中常采用单个照明角度，但由于缺陷的对比度或者亮度对照明光的方向比较敏感，在传统的单个照明角度下，可能由于亮度低或者对比度低，有些缺陷检测不出。

另外，在工业生产领域，经常会遇到光滑的表面，对这种表面进行缺陷检测时，往往会产生较强的镜面反射，在待测待测物表面出现高光，从而可能掩盖缺陷，降低缺陷检出率。

发明内容

本发明提供一种缺陷检测装置及其方法，可在多个照明角度下进行缺陷检测，并且避免在缺陷检测时出现高光，以实现提高缺陷检出率。

为实现上述目的，本发明一方面实施例提供了一种缺陷检测装置，包括：

载物台，所述载物台用于承载待测物；

发光元件，所述发光元件与所述待测物正对设置，所述发光元件用于照射所述待测物；

移动调节组件，所述移动调节组件与所述发光元件连接，用于调节所述发光元件与所述待测物之间的相对位置；

第一偏振片，所述第一偏振片位于所述发光元件与所述待测物之间；

图像采集单元，所述图像采集单元位于所述发光元件远离所述待测物的一侧，用于采集所述待测物的图像；

第二偏振片，所述第二偏振片位于所述图像采集单元与所述发光元件之间，所述第二偏振片与所述第一偏振片的偏振方向互相垂直；

图像处理单元，所述图像处理单元与所述图像采集单元连接，所述图像处理单元用于根据所述图像采集单元采集的图像对所述待测物表面缺陷进行识别。

根据本发明实施例提出的缺陷检测装置，可通过移动调节组件调节发光元件与待测物之间的相对位置，进而在检测待测物表面缺陷时，实现多角度照明，以克服单个照明角度下，部分缺陷检测不出的问题，另外，通过在发光元件和待测物之间添加第一偏振片，以及在图像采集单元和发光元件之间添加第二偏振片，并且两者的偏振通道保持互相垂直，进而消除每一个照明角度下，每一幅图像中的高光，从而提高缺陷检出率。

根据本发明的一个实施例，所述发光元件为中部镂空的光源板，所述镂空区域露出所述待测物。

根据本发明的一个实施例，所述移动调节组件包括支架和连接件，所述支架固定在所述载物台上，所述连接件的一端与所述支架连接，另一端与所述发光元件连接，所述连接件沿垂直于载物台的方向上移动。

根据本发明的一个实施例，所述图像采集单元包括物镜和相机，所述物镜位于所述第二偏振片远离所述发光元件的一侧，所述相机位于所述物镜远离所述第二偏振片的一侧，所述物镜与所述相机连接。

根据本发明的一个实施例，所述第一偏振片可绕所述发光元件的垂直中心轴线转动，所述第二偏振片可绕所述物镜光轴转动。

为实现上述目的，本发明另一方实施例提出了一种基于所述的缺陷检测装置的缺陷检测方法，包括以下步骤：

调节所述发光元件与所述待测物之间的相对位置，且所述第一偏振片和所述第二偏振片的偏振方向相互垂直时，获取多个照明角度下的待测物图像；

对获取的所述待测物图像进行降维处理，获取一个二维矩阵；

对所述二维矩阵进行主成分分析，获取Q统计图像；

对所述Q统计图像进行阈值分割，获取所述待测物的缺陷信息。

根据本发明实施例提出的一种基于的缺陷检测装置的缺陷检测方法，首先，按照前述元件的位置以及连接关系，装配好检测装置，接着调节发光元件与待测物之间的相对位置，调节好所述第一偏振片和所述第二偏振片，使得两者的偏振方向相互垂直，获取多个照明角度下的待测物图像；接着对获取的待测物图像进行降维处理，获取一个二维矩阵；并对二维矩阵进行主成分分析，获取Q统计图像；从而对Q统计图像进行阈值分割，获取待测物的缺陷信息，由此，不但在检测待测物表面缺陷时，实现多角度照明，以克服单个照明角度下，部分缺陷检测不出的问题，而且可消除每一个照明角度下，每一幅图像中的高光，从而提高缺陷检出率。

根据本发明的一个实施例，所述调节所述发光元件与所述待测物之间的相对位置为垂直距离，且所述第一偏振片和所述第二偏振片的偏振方向相互垂直时，获取多个照明角度下的待测物图像包括以下步骤：调节所述发光元件与所述待测物之间的距离为第一距离h₁，获取待测物图像；调节所述发光元件与所述待测物的之间的距离为第i距离h_i；获取待测物图像；继续调节所述发光元件与所述待测物的之间的距离直至获取M幅待测物图像，i∈M，M为大于等于2的正整数。

根据本发明的一个实施例，所述第一偏振片可绕所述发光元件的垂直中心轴线转动，所述第二偏振片可绕所述物镜光轴转动。所述调节所述发光元件与所述待测物之间的相对位置为垂直距离，且所述第一偏振片和所述第二偏振片的偏振方向相互垂直时，获取多个照明角度下的待测物图像包括以下步骤：调节所述发光元件与所述待测物之间的距离为第一距离h₁，获取第一偏振通道的待测物图像；沿同一旋转方向旋转所述第一偏振片以及所述第二偏振片相同角度，获取第j偏振通道的待测物图像；调节所述发光元件与所述待测物的之间的距离为第i距离h_i；获取第一偏振通道的待测物图像；沿同一旋转方向旋转所述第一偏振片以及所述第二偏振片相同角度，获取第j偏振通道的待测物图像；继续调节所述发光元件与所述待测物的之间的距离，以及沿同一旋转方向旋转所述第一偏振片以及所述第二偏振片相同角度直至获取jM幅待测物图像，i∈M，M为大于等于2的正整数；j为偏振通道的数量，且j为大于等于2的正整数。

根据本发明的一个实施例，所述对获取的所述待测物图像进行降维处理，包括以下步骤：将获取每个所述待测物图像数据通过逐行编码的方式转变为列向量，并将获取的列向量组合在一起，形成一个二维矩阵。

根据本发明的一个实施例，所述对所述二维矩阵进行主成分分析，获取Q统计图像，包括以下步骤：将所述二维矩阵分解为A个主成分分量，其中，A≤M，获取每个所述主成分分量的残差，对所述残差进行平方和计算，获取所述Q统计图像。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：(1)通过移动调节组件的设置，可调节发光元件与待测物之间的相对位置，以调节照明光源与待测物之间的相对位置，进而改变照明角度，克服单个照明角度下的漏检率；(2)通过在发光元件与待测物之间设置第一偏振片，以及在图像采集单元与发光元件之间设置第二偏振片，并且两者的偏振方向互相垂直，使得在多个照明角度的检测光路中增加了交叉偏振成像系统，形成交叉偏振成像通道，以消除每一个照明角度下每一幅图像中的高光，避免高光掩盖缺陷，从而提高缺陷检出率；(3)通过设置第一偏振片可绕发光元件的垂直中心轴线转动，第二偏振片可绕物镜光轴转动，在保持两者的偏振方向处于垂直状态下，同时旋转第一偏振片和第二偏振片，进而在一个光照角度下，可增加多个交叉偏振成像通道，从而可获取一个光照角度下的多幅待测物图像，以提高缺陷检测的精准度；(4)通过在相机摄像头前设置物镜，使得采集的待测物图像分辨率更高。

附图说明

图1为本发明实施例中的缺陷检测装置的示意图；

图2是本发明一个实施例中缺陷检测装置的移动调节组件的结构示意图；

图3是本发明实施例中缺陷检测装置的移动调节组件的底座俯视图；

图4是本发明实施例中缺陷检测装置的移动调节组件的连接件的俯视图；

图5是本发明另一个实施例中缺陷检测装置的移动调节组件的结构示意图；

图6是本发明实施例中缺陷检测装置的发光元件的结构示意图；

图7为本发明实施例中的缺陷检测方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

如图1所示，根据本发明一方面实施例提出的一种缺陷检测装置100，包括：载物台1、第一偏振片3、发光元件4、移动调节组件5、图像采集单元6、第二偏振片7和图像处理单元8。

其中，载物台1用于承载待测物2；发光元件4与待测物2正对设置，发光元件4用于照射待测物2；移动调节组件5与发光元件4连接，用于调节发光元件4与待测物2之间的相对位置；第一偏振片3位于发光元件4与待测物2之间；图像采集单元6位于发光元件4远离待测物2的一侧，用于采集待测物2的图像；第二偏振片7位于图像采集单元6与发光元件4之间，第二偏振片7与第一偏振片3的偏振方向互相垂直；图像处理单元8与图像采集单元6连接，图像处理单元8用于根据图像采集单元6采集的图像对待测物2表面缺陷进行识别。

为了克服单个照明角度下，可能由于亮度低或者对比度低，有些缺陷检测不出，以及待测物表面为高反射表面，检测时高光出现影响缺陷检测率的问题。本发明提出的缺陷检测装置100，检测原理如下：

可通过移动调节组件5调节发光元件4与待测物2之间的相对位置，改变发光元件4发出的光照射到待测物表面的角度θ，进而在检测待测物2表面缺陷时，实现多角度照明，以克服单个照明角度下，部分缺陷检测不出的问题。另外，在发光元件4和待测物2之间添加第一偏振片3，以及在图像采集单元6和发光元件4之间添加第二偏振片7，并且两者的偏振方向保持互相垂直。从发光元件4发出的光经过第一偏振片3照射到有缺陷的表面之后，发生反射和散射，形成包括反射光和散射光的探测信号光，其中散色光偏振方向发生改变，而反射光的偏振方向基本保持不变，反射光和散射光进入第二偏振片7时，第二偏振片7滤掉偏振方向未改变的大量反射光，留下偏振方向改变并与第二偏振片7偏振方向相同的散射光和/或反射光进入相机62，从而相机62捕捉到少许探测信号光进行成像，进而消除每一个照明角度下，每一幅图像中的高光，从而提高缺陷检出率。

优选的，载物台1可以为承载待测物2的平面，例如为桌面或玻璃平板等。待测物2可以为具有高反射的表面(曲面、凹面或者不规则的几何形状等)。另外，发光元件4为光源板，优选为LED照明光源板，该光源板中部镂空，镂空区域露出待测物2，以便图像采集单元6可以采集到待测物2的图像。可以理解的是，镂空区域需要大于图像采集单元6的采集范围。移动调节组件5沿垂直于载物台1的方向上移动或平行于载物台1的方向上移动，带动与其连接的发光元件4在垂直于载物台1的方向上移动或平行于载物台1的方向上移动，从而调整发光元件4对待测物2的光照角度。再者，第一偏振片3位于发光元件4与待测物2之间，只允许第一偏振片3的偏振方向上的光照射到待测物2，第二偏振片7位于图像采集单元6和发光元件4之间，并与第一偏振片3的偏振方向互相垂直，进而，入射到图像采集单元6中的光只有小部分偏振方向改变并与第二偏振片7偏振方向相同的光参与成像，因此可以使得每个照明角度下采集的待测物表面图像都消除高光影响，从而提高缺陷检出率。

其中，需要说明的是，调整发光元件4与待测物2之间的相对位置可以水平调节改变发光元件4与待测物2之间水平方向上的相对位置，也可以垂直调节改变发光元件4与待测物2之间的垂直距离，进而调整发光元件4照射待测物2的照射角度。

以调整发光元件4与待测物2之间的垂直距离来调整发光元件4的照射角度详细说明如下。

具体来说，将待测物2放置在载物台上，调整移动调节组件5以调整发光元件4与待测物2之间的距离，举例来说，当发光元件4与待测物2之间的距离为第一距离时，打开发光元件4，发光元件4对待测物2进行照射，并且仅仅通过第一偏振片3的偏振方向的光照射待测物2，偏振光经过待测物2表面反射和散射之后，进入第二偏振片7，由于第二偏振片7的偏振方向与第一偏振片3的偏振方向垂直，由此，经过待测物2表面反射的光，因其偏振方向几乎保持不变，所以基本都被过滤掉，剩下偏振方向改变并与第二偏振片7偏振方向相同的探测信号光线入射到图像采集单元6的参与成像，图像采集单元6采集好待测物图像之后，与图像采集单元6电连接的图像处理单元8对其进行图像处理，以识别待测物表面的缺陷。

可以理解的是，为了检测更精确，可以继续调整移动调节组件5，改变发光元件4与待测物2之间的距离，获取多个照明角度下的待测物图像，以图1方向来说，可以向上调节发光元件4，使发光元件4远离待测物2，也可以向下调节发光元件4，使得发光元件4靠近待测物2，但发光元件4的调节范围在物镜61与待测物2之间，由此，可获取多个照明角度下的待测物图像。其中，为了图像处理单元8处理图像计算简单，一般选取5～7个高度。

根据本发明的一个实施例，如图1所示，移动调节组件5包括支架51和连接件52，支架51连接在载物台1上，连接件52的一端与支架51连接，另一端与发光元件4连接，连接件52沿垂直于载物台2的方向上移动。

其中，支架51连接在载物台1上，可以使用底座512固定的方式，也可以使用平移的方式(例如在底座512下方设置滑块，在载物台1上固定滑轨，滑块在滑轨上沿平行于载物台1的方向上移动)。

接下来以固定底座512固定在载物台1上为例来说。

如图2至图4所示，支架51可为伸缩杆511，连接件52可以固定在支架51的顶端，支架51的底端可带有底座512，例如带有可以与支架51插接的凹槽513的底座512，底座512周围可以设置螺孔，支架51可通过底座512与载物台1螺栓连接。

另外，连接件52与支架51固定的端口可以为抱箍521形状，抱箍521与支架51螺栓固定，从抱箍521上延伸出连接件52的连接杆522，再从连接杆522延伸出与发光元件4连接的部分，可以为与发光元件4形状匹配的容置槽523，其中，抱箍521、连接杆522和容置槽523可以一体成型。进而通过调节伸缩杆511，带动连接件52在沿垂直于载物台2的方向上移动。

并且，连接杆522也可以为伸缩杆，以实现平行于载物台1的方向上调节发光元件4与待测物2之间的水平相对位置。

可以理解的是，如图5所示，如果支架51不能伸缩，只是一根杆，那么拧松连接件52的抱箍521的螺栓，调整高度之后，再将连接件52的抱箍的螺栓拧紧，从而，使得连接件52可在支架51上沿垂直于载物台2的方向上移动。

需要说明的是，移动调节组件5既可以沿垂直于载物台1的方向调整发光元件4，也可以沿平行于载物台1的方向调整发光元件4，因此，沿平行于载物台1的方向上调整发光元件4需要使用可伸缩的连接杆522或可水平移动的底座512实现；沿垂直于载物台1的方向上调整发光元件4需要通过可伸缩的支架51或者调整抱箍521实现；上述仅为本发明的较佳实施例，具体使用什么方式去实现这里不作具体限制。

根据本发明的一个实施例，如图1所示，图像采集单元6包括物镜61和相机62，物镜61位于第二偏振片7远离发光元件4的一侧，相机62位于物镜61远离第二偏振片7的一侧，物镜61与相机62连接。

其中，相机62可以为CCD相机，物镜61可以为与相机型号匹配的镜头。物镜61与相机62可以通过螺纹连接。

根据本发明的一个实施例，第一偏振片3与发光元件4连接，第一偏振片3的形状与发光元件4的形状相同，第二偏振片7与物镜61连接。

其中，如图6所示，当发光元件4的形状为环形时，第一偏振片3也为环形，当发光元件4的形状为椭圆形时，第一偏振片3也为椭圆形，当发光元件4的形状为方形时，第一偏振片3也为方形，第一偏振片3可与发光元件4之间通过螺纹连接，或者插拔的方式卡接，比如，第一偏振片3的边缘沿中心轴线方向延伸出凹槽，可直接卡在发光元件4上，或者发光元件4外侧与延伸出的凹槽中设置匹配的螺纹，两者螺纹连接。另外，第二偏振片7与物镜61之间的连接方式可以为卡接，如可以为普通相机镜头前的盖与镜头连接的方式。

根据本发明的一个实施例，第一偏振片3可绕发光元件4的垂直中心轴线转动，第二偏振片7可绕物镜61光轴转动。

也就是说，为了获取多个同一个光照角度下的待测物图像，可以同时以同一个方向旋转第一偏振片3和第二偏振片7相同角度，基于发光元件4发出的光经过当前第一偏振片3之后的偏振光的偏振方向，与在同时旋转第一偏振片3和第二偏振片7之后，例如，旋转一定角度(小于180度)，发光元件4发出的光经过第一偏振片3之后的偏振光的偏振方向不同，从而，通过旋转第一偏振片3，可滤出发光元件4中不同偏振方向的光，以实现在同一个光照角度下，使用不同偏振方向的光照射待测物2，另外，需要同时旋转第二偏振片7，是由于要保持第一、二偏振片的偏振方向互相垂直，进而相机62和物镜61可以采集不同偏振通道下的待测物图像。

其中，图像处理单元8可以为计算机，计算机通过主成分分析技术对相机62和物镜61采集的待测物图像进行处理，以识别待测物表面的缺陷。

综上所述，根据本发明实施例提出的缺陷检测装置，可通过移动调节组件调节发光元件与待测物之间的相对位置，进而在检测待测物表面缺陷时，实现多角度照明，以克服单个照明角度下，部分缺陷检测不出的问题，另外，通过在发光元件和待测物之间添加第一偏振片，以及在图像采集单元和发光元件之间添加第二偏振片，并且两者的偏振通道保持互相垂直，进而消除每一个照明角度下，每一幅图像中的高光，从而提高缺陷检出率。

其中，如图7所示，计算机以主成分分析技术对待测物图像进行处理，识别待测物表面的缺陷的方法步骤如下：

S1，调节发光元件与待测物之间的相对位置，且第一偏振片和第二偏振片的偏振方向相互垂直时，获取多个照明角度下的待测物图像；

其中，需要说明的是，调整发光元件与待测物之间的相对位置可以水平调节改变发光元件与待测物之间水平方向上的相对位置，也可以垂直调节改变发光元件与待测物之间的垂直距离，进而调整发光元件照射待测物的照射角度。

以调整发光元件与待测物之间的垂直距离来调整发光元件的照射角度详细说明如下。

根据本发明的一个实施例，步骤S1还包括：调节所述发光元件与所述待测物之间的距离为第一距离h₁，获取待测物图像；调节所述发光元件与所述待测物的之间的距离为第i距离h_i；获取待测物图像；继续调节所述发光元件与所述待测物的之间的距离直至获取M幅待测物图像，i∈M，M为大于等于2的正整数。

具体来说，将待测物放置在载物台上，调整移动调节组件以调整发光元件与待测物之间的距离，举例来说，当发光元件与待测物之间的距离为第一距离h₁时，打开发光元件，发光元件对待测物进行照射，并且仅仅通过第一偏振片的偏振方向的光照射待测物，偏振光经过待测物表面反射和散射之后，进入第二偏振片，由于其偏振方向与第一偏振片的偏振方向垂直，由此，经过待测物表面反射的光因其偏振方向几乎未改变而基本都被过滤掉，剩下的偏振方向改变并与第二偏振片偏振方向相同的探测信号光线入射到图像采集单元的参与成像，图像采集单元对待测物图像进行采集，获取待测物图像。接着，调节所述发光元件与所述待测物的之间的距离为第i距离h_i；获取待测物图像，继续调节所述发光元件与所述待测物的之间的距离直至获取M幅待测物图像，图像采集单元采集好待测物图像之后，与其电连接的图像处理单元对M幅待测物图像进行图像处理，以识别待测物表面的缺陷，其中，M优选为5～7。

根据本发明的一个实施例，第一偏振片可绕发光元件的垂直中心轴线转动，第二偏振片可绕物镜光轴转动；调节发光元件与待测物之间的垂直距离，且第一偏振片和第二偏振片的偏振方向相互垂直时，获取多个照明角度下的待测物图像包括以下步骤：调节发光元件与待测物之间的距离为第一距离h₁，获取第一偏振通道的待测物图像；沿同一旋转方向旋转第一偏振片以及第二偏振片相同角度，获取第j偏振通道的待测物图像；调节发光元件与待测物的之间的距离为第i距离h_i；获取第一偏振通道的待测物图像；沿同一旋转方向旋转第一偏振片以及第二偏振片相同角度，获取第j偏振通道的待测物图像；继续调节发光元件与待测物的之间的距离，以及沿同一旋转方向旋转第一偏振片以及第二偏振片相同角度直至获取jM幅待测物图像，i∈M，M为大于等于2的正整数；j为偏振通道的数量，且j为大于等于2的正整数。

另外，为了提高检测精度，可以通过改变偏振通道，获取多个同一个光照角度下的待测物图像，即言，可同时以同一个方向旋转第一偏振片和第二偏振片，基于第一偏振通道，将第一偏振片和第二偏振片同时旋转一个角度后，(旋转的角度小于180度，比如30度)，这个位置记为第二偏振通道，再旋转一个角度，这个位置记为第三偏振通道，依次类推。进而使得发光元件经过第一偏振片之后，第一偏振片的偏振方向不同，滤出发光元件不同偏振方向的光，从而，在同一个光照角度下，相机和物镜可以采集不同偏振方向下的待测物图像，优选地，可在同一个光照角度下，获取两个偏振通道的待测物图像，即j优选为2。

优选地，以获取M个照明角度，两个偏振通道下的待测物图像为例，可在同一个光照角度下，即当发光元件与待测物之间的距离为h₁时，获取第一偏振通道的待测物图像，并且优选地将第一偏振片和第二偏振片旋转90度后，获取第二偏振通道下待测物的图像接着，改变发光元件与待测物之间的距离，例如距离为第二距离h₂时获取第一偏振通道的待测物图像，并且优选地将第一偏振片和第二偏振片旋转90度后，获取第二偏振通道下待测物的图像。依次类推，直至获取M个距离下的2M幅待测物图像。

详细来说，调整环形LED光源和环形偏振片到第1个高度位置h₁，高度h的选择使得光源处于待测物和物镜之间，并且不影响待测物表面图像的正常采集。调整第二偏振片，使其偏振方向与环形偏振片的偏振方向相互垂直，然后采集待测物图像L₁₁(x,y；h₁,P₁),并存储到计算机中，P₁表示第一偏振通道。然后，同时将环形偏振片和第二偏振片同时旋转90°，使二者的偏振方向旋转90°，且同时保持相互垂直，然后采集待测物图像L₁₂(x,y；h₁,P₂)，并存储到计算机中，P₂表示第二偏振通道，其中，x，y表示每幅待测物图像在相机成像中的坐标位置。

然后，调整环形LED光源和环形偏振片到第2个高度位置h₂，同样高度h的选择使得光源处于待测物和物镜之间，并且不影响待测物表面图像的正常采集。调整第二偏振片，使其偏振方向与环形偏振片的偏振方向相互垂直，然后采集待测物图像L₂₁(x,y；h₂,P₁),并存储到计算机中，P₁表示第一偏振通道。然后，同时将环形偏振片和第二偏振片同时旋转90°，使二者的偏振方向旋转90°，且同时保持相互垂直，然后采集待测物图像L₁₂(x,y；h₂,P₂)，并存储到计算机中，P₂表示第二偏振通道。

循环进行上述过程，直至获取所有M个高度对应的2个偏振通道的2M幅图像，采集的待测物图像集可以表示为{L₁₁(x,y；h₁,P₁),L₁₂(x,y；h₁,P₂),…,L_M1(x,y；h_M,P₁),L_M2(x,y；h_M,P₂)}。M的取值根据实际的待测物检测需求确定，M值越大，检测结果越好，但是对应的计算量也越大，对于一般的待测物检测，取5～7个高度。如果在5个高度下进行检测，则在物镜和待测待测物之间的高度范围内，保证待测物图像能够正常采集的前提下，将高度均分为5段，从下到上逐个光源高度进行检测。

可以理解的是，上述获取图像的方法同样适用于平行于载物台方向调整发光元件的情况。

S2，对获取的待测物图像进行降维处理，获取一个二维矩阵；

根据本发明的一个实施例，S2包括以下步骤：将获取每个待测物图像数据通过逐行编码的方式转变为列向量，将获取的列向量组合在一起，形成一个二维矩阵。

仍以M个照明角度，两个偏振通道采集的2M待测物图像来说，为了从这2M幅图像中获取缺陷特征信息，使用主成分分析技术。为了对2M幅图像进行主成分分析，需要对数据进行降维处理。采集的每一幅图像都是一个二维的矩阵数据，2M幅图像叠加在一起就是一个三维矩阵数据。为了进行主成分分析，将三维矩阵数据转变为二维矩阵数据。转变方法是将每一幅二维图像数据通过逐行编码的方式转变为一个列向量L，即将一个I×J的矩阵数据转变为一个(I×J)×1的列向量，I和J为表示相机在水平和垂直方向上的像素数。将2M个列向量组合在一起，形成一个(I×J)×2M的二维矩阵数据。

具体操作过程如下：所有的2M图像放在一起得到一个三维数据Y，

Y＝[L_1，1(x,y；h₁,P₁)L_1，2(x,y；h₁,P₂)L_2,1(x,y；h₂,P₁)L_2,1(x,y；h₂,P₂)...L_M,1(x,y；h_M,P₁)L_M,2(x,y；h_M,P₂)]单幅图像的I×J个像素L_m,1(x,y；h_m,P₁)可以变为1行或者1列Y_m,1，数据维度为N×1，N＝I×J，于是三维数据Y可以变成二维矩阵X，即X＝[Y_1,1,Y_1,2,Y_2,1,Y_2,2,…,Y_M,1,Y_M,2],Y是I×J×2M的三维数据，而X是N×2M的二维矩阵。

S3，对二维矩阵进行主成分分析，获取Q统计图像；

根据本发明的一个实施例，S3包括以下步骤：将二维矩阵分解为A个主成分分量，其中，A≤M，获取每个主成分分量的残差，对残差进行平方和计算，获取Q统计图像。

对二维矩阵X进行主成分分析，将X_N×2M分解为一组A(A≤M)个主成分分量，即其中t_a(a＝1,…,A)是N×1的score矢量，p_a(a＝1，…，A)是2M×1的loading矢量，E是2M×N残余阵列，包含残余信息，如果没有残余信息，A＝M，则E＝0。对N×1个score矢量t_a的每一个元素，在I×J的图像里都存在一个对应的像素。所以score矢量可以重新对应回I×J的2维图像中，获得score图像T_a。这些score图像是原始图像Y的线性组合。T₁是包含最大变化的图像。T₂是包含第二大变化的图像。得到有A个不同的score图像，在方程t_a＝Xp_a中，通过选择一些特定的主成分分量t_a，展开的数据矩阵X^*可以得到，相应的残差可以得到，

残差E可以用于得到一些统计特性，这些统计特性反映了缺陷信息。

接下来，从残差E中获取Q统计图像。

使用Q统计方法提取有用信息，Q统计通过计算残差平方和得到(RSS)。Q统计用于获取消除一些特定主成分分量后的多变量图像的潜在信息。残差E是N×2M阵列，阵列的每一行是1个像素的2M个变量。因此，矩阵E可以写为E＝[e₁,e₂,…,e_n,…,e_N]^T,e_n＝[e_n1,e_n2,…,e_nm,e_n2M]^T,(n＝1,…,N)。其中e_n(1×M)是每个像素的残差矢量。通过下式计算残差矢量的平方和q是N×1矢量，通过q矢量可以重新反推回I×J的2维图像，得到Q统计图像。主成分分解后，T₁表示所有多角度照明图像的权重平均，缺陷信息很明显的包含在T₂和T₃中。T₄包含较少的缺陷信息，T₅到T₇主要包含噪声信息。关于缺陷的有意义的信息主要包含在T₂，T₃和T₄中。相应的残差E可以通过减去第一个主成分分量和噪声得到Q统计从E中计算得到。Q统计值与无缺陷图像的表现并不相同。因此，表面缺陷可以从Q统计图像中精确获得。

S4，对Q统计图像进行阈值分割，获取待测物的缺陷信息。

具体来说，在保证待测物图像能够被相机正常采集的条件下，将光源在待测物和物镜之间的距离均分为5等份，在光源位置分别位于h₁、h₂、h₃、h₄、h₅五个高度位置时采集待测物图像，每个高度位置下，调整环形偏振片和第二偏振片，在两者偏振方向相互垂直时进行一次测量，然后将两者的偏振方向同时旋转90°，进行第二次测量，获得该高度下的两个待测物图像，相机像素为5120×5120。通过上述步骤共采集到10幅图像，然后对这10幅图像进行主成分分析。首先将10幅图像进行降维处理，每一幅图像变为(5120×5120)×1的列向量，然后10幅图像组合在一起，变为一个(5120×5120)×10的二维矩阵。对这个二维矩阵进行主成分分析，保留主成分中的第二到第四个主成分，其余的主成分去掉，从而获得Q统计图像，对Q统计图像进行阈值分割操作，获取待测物的表面缺陷信息。

可以理解的是，上述处理图像的方法同样适用于平行于载物台方向调整发光元件的情况。

需要说明的是，还可以同时沿平行于载物台方向以及垂直于载物台方向调整发光元件，其中，h包含上述两个参量，前述获取待测物图像以及处理待测物图像最后识别待测物缺陷的方法仍然适用，这里不再赘述。

由此，对于光滑的、易产生较强镜面反射的待测物，在缺陷检测过程中，可以消除每一个照明角度下每一幅图像中的高光，避免高光影响缺陷检出率，另外，通过调节光源与待测物之间的垂直距离，改变照明角度，从多个照明角度下的待测物图像中提取待测物表面的缺陷信息，可克服单角度照明下，部分缺陷检测不出的问题，提高缺陷检出率。

综上所述，根据本发明实施例提出的一种基于的缺陷检测装置的缺陷检测方法，首先，按照前述元件的位置以及连接关系，装配好检测装置，接着调节发光元件与待测物之间的相对位置，获取多个照明角度下的待测物图像；接着对获取的待测物图像进行降维处理，获取一个二维矩阵；并对二维矩阵进行主成分分析，获取Q统计图像；从而对Q统计图像进行阈值分割，获取待测物的缺陷信息，由此，不但在检测待测物表面缺陷时，实现多角度照明，以克服单个照明角度下，部分缺陷检测不出的问题，而且可消除每一个照明角度下，每一幅图像中的高光，从而提高缺陷检出率。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种缺陷检测装置，其特征在于，包括：

载物台，所述载物台用于承载待测物；

发光元件，所述发光元件与所述待测物正对设置，所述发光元件用于照射所述待测物；

移动调节组件，所述移动调节组件与所述发光元件连接，用于调节所述发光元件与所述待测物之间的相对位置；

第一偏振片，所述第一偏振片位于所述发光元件与所述待测物之间；

图像采集单元，所述图像采集单元位于所述发光元件远离所述待测物的一侧，用于采集所述待测物的图像；

第二偏振片，所述第二偏振片位于所述图像采集单元与所述发光元件之间，所述第二偏振片与所述第一偏振片的偏振方向互相垂直；

图像处理单元，所述图像处理单元与所述图像采集单元连接，所述图像处理单元用于根据所述图像采集单元采集的图像对所述待测物表面缺陷进行识别。

2.根据权利要求1所述的缺陷检测装置，其特征在于，所述发光元件为中部镂空的光源板，所述镂空区域露出所述待测物。

3.根据权利要求1所述的缺陷检测装置，其特征在于，所述移动调节组件包括支架和连接件，所述支架连接在所述载物台上，所述连接件的一端与所述支架连接，另一端与所述发光元件连接，所述连接件沿垂直于载物台的方向上移动。

4.根据权利要求1所述的缺陷检测装置，其特征在于，所述图像采集单元包括物镜和相机，所述物镜位于所述第二偏振片远离所述发光元件的一侧，所述相机位于所述物镜远离所述第二偏振片的一侧，所述物镜与所述相机连接。

5.根据权利要求1所述的缺陷检测装置，其特征在于，所述第一偏振片可绕所述发光元件的垂直中心轴线转动，所述第二偏振片可绕所述物镜光轴转动。

6.一种基于权利要求1-5任一项所述的缺陷检测装置的缺陷检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

调节所述发光元件与所述待测物之间的相对位置，且所述第一偏振片和所述第二偏振片的偏振方向相互垂直时，获取多个照明角度下的待测物图像；

对获取的所述待测物图像进行降维处理，获取一个二维矩阵；

对所述二维矩阵进行主成分分析，获取Q统计图像；

对所述Q统计图像进行阈值分割，获取所述待测物的缺陷信息。

7.根据权利要求6所述的缺陷检测方法，其特征在于，所述调节所述发光元件与所述待测物之间的相对位置为垂直距离，且所述第一偏振片和所述第二偏振片的偏振方向相互垂直时，获取多个照明角度下的待测物图像包括以下步骤：

调节所述发光元件与所述待测物之间的距离为第一距离h₁，获取待测物图像；

调节所述发光元件与所述待测物的之间的距离为第i距离h_i；获取待测物图像；

继续调节所述发光元件与所述待测物的之间的距离直至获取M幅待测物图像，i∈M，M为大于等于2的正整数。

8.根据权利要求6所述的缺陷检测方法，其特征在于，所述第一偏振片可绕所述发光元件的垂直中心轴线转动，所述第二偏振片可绕所述物镜光轴转动；

所述调节所述发光元件与所述待测物之间的相对位置为垂直距离，且所述第一偏振片和所述第二偏振片的偏振方向相互垂直时，获取多个照明角度下的待测物图像包括以下步骤：调节所述发光元件与所述待测物之间的距离为第一距离h₁，获取第一偏振通道的待测物图像；

沿同一旋转方向旋转所述第一偏振片以及所述第二偏振片相同角度，获取第j偏振通道的待测物图像；

调节所述发光元件与所述待测物的之间的距离为第i距离h_i；获取第一偏振通道的待测物图像；

沿同一旋转方向旋转所述第一偏振片以及所述第二偏振片相同角度，获取第j偏振通道的待测物图像；

继续调节所述发光元件与所述待测物的之间的距离，以及沿同一旋转方向旋转所述第一偏振片以及所述第二偏振片相同角度直至获取jM幅待测物图像，i∈M，M为大于等于2的正整数；j为偏振通道的数量，且j为大于等于2的正整数。

9.根据权利要求7或8所述的缺陷检测方法，其特征在于，所述对获取的所述待测物图像进行降维处理，包括以下步骤：

将获取的每个所述待测物图像数据通过逐行编码的方式转变为列向量，并将获取的列向量组合在一起，形成一个二维矩阵。

10.根据权利要求7或8所述的缺陷检测方法，其特征在于，所述对所述二维矩阵进行主成分分析，获取Q统计图像，包括以下步骤：

将所述二维矩阵分解为A个主成分分量，其中，A≤M，获取每个所述主成分分量的残差，并对所述残差进行平方和计算，获取所述Q统计图像。