CN110736751A - 一种表面缺陷检测方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种表面缺陷检测方法及装置，涉及表面检测技术，表面缺陷检测方法包括：采用显示屏作为发光光源，并使得所述显示屏依次显示多幅亮暗相间图案照射待测物体；收集所述待测物体在所述多幅亮暗相间图案照射下产生的发射光及散射光以获取多幅图像；根据所述多幅图像获取待测物体的表面缺陷；其中，所述亮暗相间图案中的亮图案作为表面缺陷检测的光源，且任意两幅亮暗相间图案中亮图案在显示屏中的位置不同。本发明提供一种表面缺陷检测方法及装置，以获取缺陷对比度增强的图像，提高表面缺陷的检出率。

Description

一种表面缺陷检测方法及装置

技术领域

本发明涉及表面检测技术，尤其涉及一种表面缺陷检测方法及装置。

背景技术

工业领域中的质量控制非常重要，有效的、灵敏度高的质量控制方法可以让厂商更具竞争力。机器视觉技术是一种客观的、可靠的缺陷检测技术，而且具有速度快、重复性高的优点，因此在工业领域中具有非常重要的应用。AOI(Automatic Optical Inspection,自动光学缺陷检测设备)具有代替人眼的主观检测的趋势，虽然现在很多工业领域仍然依赖人工检测。理想的AOI系统是可靠的、快速的、稳定的、低成本的，而且适用于各类的表面和待测物。在对具有镜面反射性质的表面进行缺陷检测时，其产生的强反射光给后续的图像处理造成很大的影响，最终会导致表面缺陷检测中出现缺陷误判、漏判,降低了检测系统的效率和性能。

条状散射结构光常用于镜面反射表面的缺陷检测，为了增加图像缺陷的对比度，研究人员采用对暗场图像进行求和或者平均的图像融合技术。为了增强图像，即增强缺陷的对比度，需要对待融合的图像进行过曝。这种技术对于探测散射型的缺陷具有较好的效果，但是对于不会产生暗场信号的吸收型缺陷却效果不佳。

发明内容

本发明实施例提供一种表面缺陷检测方法及装置，以实现获取缺陷对比度增强的图像，提高表面缺陷的检出率。

第一方面，本发明实施例提供一种表面缺陷检测方法，包括：

采用显示屏作为发光光源，并使得所述显示屏依次显示多幅亮暗相间图案照射待测物体；

收集所述待测物体在所述多幅亮暗相间图案照射下产生的反射光以获取多幅图像；

根据所述多幅图像获取待测物体的表面缺陷；

其中，所述亮暗相间图案中的亮图案作为表面缺陷检测的光源，且任意两幅亮暗相间图案中亮图案在显示屏中的位置不同。

可选地，显示屏相邻两次显示的所述亮暗相间图案中亮图案交叠。

可选地，所述亮暗相间图案中亮图案包括多个沿第一方向延伸并沿第二方向排列的第一亮条纹和多个沿第二方向延伸并沿第一方向排列的第二亮条纹，多条所述第一亮条纹和多条所述第二亮条纹交叉形成棋盘状。

可选地，所述第一亮条纹的宽度等于所述第二亮条纹的宽度，相邻两条第一亮条纹之间的间距等于相邻两条第二亮条纹之间的间距。

可选地，所述亮暗相间图案中亮图案包括多个同心设置的圆环状亮条纹。

可选地，根据所述多幅图像获取待测物体的表面缺陷，包括：

对所述多幅图像进行融合获得合成图像；

从所述合成图像中获取待测物体的表面缺陷；

其中，所述合成图像的融合方法为：

是所述合成图像中第(i,j)个像素点的强度值，

是所述多幅图像中第k幅图像的第(i,j)个像素点的强度值，N是所述多幅图像的数量，i、j、k和N均为正整数。

第二方面，本发明实施例提供一种表面缺陷检测装置，包括：

载物台，用于承载待测物体；

显示屏，用作发光光源，位于所述待测物体上方；

探测器，与所述显示屏位于所述待测物体的同一侧，用于收集所述待测物体在多幅亮暗相间图案照射下产生的反射光及散射光以获取所述多幅图像；

其中，所述显示屏依次显示多幅亮暗相间图案，所述亮暗相间图案中的亮图案作为表面缺陷检测的入射光源，且任意两幅亮暗相间图案中亮图案在显示屏中的位置不同。

可选地，所述显示屏为矩形显示屏；

所述亮暗相间图案中亮图案包括多个沿第一方向延伸并沿第二方向排列的第一亮条纹和多个沿第二方向延伸并沿第一方向排列的第二亮条纹，多条所述第一亮条纹和多条所述第二亮条纹交叉形成棋盘状。

可选地，所述显示屏为圆环状显示屏，所述圆环状显示屏的中心区域透明，所述显示屏位于所述探测器与所述载物台之间；

所述亮暗相间图案中亮图案包括多个同心设置的圆环状亮条纹。

可选地，还包括处理器和物镜；

所述处理器与所述显示屏以及所述探测器电连接，用于控制所述显示屏显示图案的形状，以及用于根据所述探测器获取的多幅图像获取待测物体的表面缺陷；

所述物镜位于所述载物台与所述探测器之间。

本发明实施例提供的表面缺陷检测方法中，显示屏显示一幅亮暗相间图案，探测器根据被待测物体反射的光形成一幅图像，该图像记录了待测物体的表面形貌。然后显示屏显示另一幅亮暗相间图案，探测器再形成另一幅图像，以此类推，可以获取多幅记录了被待测物体表面形貌的图像，故而可以根据多幅图像获取待测物体的表面缺陷。由于多幅图像是亮暗相间图案中亮条纹多次移动后形成的，任意两幅亮暗相间图案中亮图案在显示屏中的位置不同，因此对于待测物体的某一表面缺陷而言，该表面缺陷在多幅图像中一部分图像中表现为亮点(称之为暗场检测)，该表面缺陷在多幅图像中的另一部分图像中表现为暗点(称之为明场检测)，所以本发明实施例提供的表面缺陷检测方法中组合了明场检测与暗场检测，并可以通过图像融合算法将明场检测与暗场检测的多幅图像融合，提高了缺陷的对比度，从而提高了缺陷的检出率。另一方面，因为本发明实施例提供的表面缺陷检测方法中结合了明场检测与暗场检测，因此不仅能够检出散射型缺陷，也能检测出吸收型缺陷。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种表面缺陷检测方法的流程图；

图2为表面缺陷检测的示意图；

图3为显示屏依次显示多幅亮暗相间图案的示意图；

图4为本发明实施例提供的另一种亮暗相间图案的示意图；

图5为本发明实施例提供的另一种亮暗相间图案的示意图；

图6为本发明实施例提供的一种表面缺陷检测装置的结构示意图；

图7为本发明实施例提供的一种表面缺陷检测装置的结构示意图。

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。

图1为本发明实施例提供的一种表面缺陷检测方法的流程图，图2为表面缺陷检测的示意图，图3为显示屏依次显示多幅亮暗相间图案的示意图，参考图1、图2和图3，表面缺陷检测方法包括如下步骤：

S110、采用显示屏3作为发光光源，并使得显示屏3依次显示多幅亮暗相间图案100照射待测物体。

显示屏3例如可以为液晶显示面板、有机发光显示面板或者量子点显示面板等，显示屏3包括多个阵列排布的像素，可以通过控制各个像素是否发光以使显示屏3显示亮暗相间图案100。显示屏3每次显示一幅亮暗相间图案100，并且获取多幅亮暗相间图案100。

其中，亮暗相间图案100中的亮图案110作为表面缺陷检测的光源，且任意两幅亮暗相间图案100中亮图案110在显示屏3中的位置不同。也就是说，使亮暗相间图案100中的亮图案110在显示屏3的多次显示中，沿着一个方向步进以获得多幅亮暗相间图案100。

S120、收集待测物体2在多幅亮暗相间图案照射下产生的反射光及散射光以获取多幅图像。

亮暗相间图案100中的亮图案110作为表面缺陷检测的光源，光源发出的光照射到待测物体2上，并被待测物体2反射至探测器5。其中，探测器5为光电器件，例如可以为相机，用于根据接收到的携带有待测物体2表面信息的光形成图像。需要说明的是，显示屏3每显示一幅亮暗相间图案100并照射至待测物体2，探测器5对应获取的一幅图像，也就是说，亮暗相间图案100在显示屏3中的位置每移动一次，探测器5采集一幅图像。

S130、根据多幅图像获取待测物体的表面缺陷。

在一亮暗相间图案100的亮图案110的照射下，有的缺陷表现为明场图像，有的缺陷表现为暗场图像。示例性地，参考图2，缺陷B的散射光未进入相机，只有正常反射的光进入相机，因此缺陷表现为明场图像，即缺陷为较暗区域，而缺陷周围为较亮区域。缺陷D的散射光进入了相机，而正常反射的光则未进入相机，因此缺陷D表现为暗场图像，即缺陷为较亮区域，而缺陷周围为较暗区域。

本发明实施例提供的表面缺陷检测方法中，显示屏显示一幅亮暗相间图案照射待测物体，探测器根据待测物体反射的光形成一幅图像，该图像记录了待测物体的表面形貌。然后显示屏显示另一幅亮暗相间图案，探测器再形成另一幅图像，以此类推，可以获取多幅记录了被待测物体表面形貌的图像，故而可以根据多幅图像进行比较以获取待测物体的表面缺陷。由于多幅图像是亮暗相间图案中亮条纹多次移动后形成的，任意两幅亮暗相间图案中亮图案在显示屏中的位置不同，因此对于待测物体的某一表面缺陷而言，该表面缺陷在多幅图像中一部分图像中表现为亮点(称之为暗场检测)，该表面缺陷在多幅图像中的另一部分图像中表现为暗点(称之为明场检测)，所以本发明实施例提供的表面缺陷检测方法中组合了明场检测与暗场检测，并通过图像融合算法将明场检测与暗场检测的多幅图像融合，提高了缺陷的对比度，从而提高了缺陷的检出率。另一方面，因为本发明实施例提供的表面缺陷检测方法中结合了明场检测与暗场检测，因此不仅能够检出散射型缺陷，也能检测出吸收型缺陷。

可选地，显示屏3相邻两次显示的亮暗相间图案100中亮图案110交叠。本发明实施例中，显示屏3相邻两次显示的亮暗相间图案100中亮图案110交叠，亮暗相间图案100中亮图案110经过多次的移动后可以覆盖显示屏3的全部区域，从而避免了某些表面缺陷在所有的图像中为明场图像，或者在所述的图像中为暗场图像的情况，保证了对待测物体表面的所有缺陷而言，均可以采集到明场图像和暗场图像，进一步地提高了缺陷的检出率。

图4为本发明实施例提供的另一种亮暗相间图案的示意图，参考图4，亮暗相间图案100中亮图案110包括多个沿第一方向X延伸并沿第二方向Y排列的第一亮条纹111和多个沿第二方向Y延伸并沿第一方向X排列的第二亮条纹112，多条第一亮条纹111和多条第二亮条纹112交叉形成棋盘状。可以理解的是，亮图案110延伸方向与缺陷延伸方向相同时获得的图像，与亮图案110延伸方向垂直于缺陷延伸方向时获得的图像是不同的，且亮图案110延伸方向垂直于缺陷延伸方向时获得的图像中，缺陷容易被识别分辨出来。同样地，本发明实施中，亮暗相间图案100中的亮图案110不仅包括第一方向X延伸的第一亮条纹111，还包括第二方向Y延伸的第二亮条纹112，第一亮条纹111提供了一个光源的照明方向，第二亮条纹112提供了另一个不同的照明方向，增加了对待测物体的照明方向，提高了表面缺陷的检出率。

可选地，参考图4，第一亮条纹111的宽度等于第二亮条纹112的宽度，相邻两条第一亮条纹111之间的间距等于相邻两条第二亮条纹112之间的间距。本发明实施例中，通过设置第一亮条纹111的宽度等于第二亮条纹112的宽度，相邻两条第一亮条纹111之间的间距等于相邻两条第二亮条纹112之间的间距，简化了第一亮条纹111和第二亮条纹112的设置难度，以及降低了第一亮条纹111和第二亮条纹112的移动难度。在其他实施方式中，第一亮条纹111的宽度可以不等于第二亮条纹112的宽度，相邻两条第一亮条纹111之间的间距可以不等于相邻两条第二亮条纹112之间的间距，本发明实施例对此不作限定。

示例性地，参考图4，第一亮条纹111和第二亮条纹112的宽度都为δ，相邻两条第一亮条纹111之间的间距以及相邻两条第二亮条纹112之间的间距都为Δ。例如，表面缺陷检测的过程中可取Δ＝3δ，步进尺寸d＝δ/4，共拍摄12幅图片。这几个参数在实际检测中可以根据待测物体表面的大小和形状进行优化，不是固定不变的。

图5为本发明实施例提供的另一种亮暗相间图案的示意图，参考图5，亮暗相间图案100中亮图案110包括多个同心设置的圆环状亮条纹。本发明实施例中，采用环带照明，相比于直条状光源，不再是单一的照明方向，照明方向能够覆盖360度，适用于各个延伸方向的表面缺陷，能够进一步地提高表面缺陷检出率。

可选地，参考图5，多个同心设置的圆环状亮条纹可以具有相同的宽度，圆环状亮条纹可以沿着径向的方向移动，以使亮暗相间图案100中亮图案110经过多次的移动后覆盖显示屏3的全部区域，从而避免了某些表面缺陷在所有的图像中为明场图像，或者在所述的图像中为暗场图像的情况，保证了对待测物体表面的所有缺陷而言，均可以采集到明场图像和暗场图像，进一步地提高了缺陷的检出率。

可选地，参考图4，第一亮条纹111和第二亮条纹112的宽度可调，从而可以应对曲率不同的各种弯曲表面的外观检查。参考图5，圆环状亮条纹的宽度可调，从而可以应对曲率不同的各种弯曲表面的外观检查。

可选地，根据多幅图像获取待测物体的表面缺陷(即步骤S130)包括如下步骤：

对多幅图像进行融合获取合成图像；

根据合成图像获取待测物体的表面缺陷。

其中，合成图像的融合方法为：

是合成图像中第(i,j)个像素点的强度值，

是多幅图像中第k幅图像的第(i,j)个像素点的强度值，N是多幅图像的数量，i、j、k和N均为正整数。

本发明实施例中，对每幅图像中每个像素点的强度值减去平均值，取绝对值后再求和，从而根据多幅图像获取合成图像中该位置像素点的强度值。对于没有缺陷的区域，明场图像是全亮的，暗场图像是全暗的，明场图像和暗场图像的强度会有很大的差异。然而，明场图像中像素点在有缺陷的区域中的强度值低于无缺陷区域的强度值。暗场图像中像素点在有缺陷的区域的强度值高于无缺陷区域的强度值。最终的合成图像中无缺陷区域很亮，而有缺陷区域较暗，因此缺陷对比度得到了增强，也就是说，表面缺陷的相对强度降低了。然后，例如可以通过阈值分割算法从合成的图像中提取缺陷，该提取方法为成熟的现有技术，在此不作详细说明。

图6为本发明实施例提供的一种表面缺陷检测装置的结构示意图，参考图6，本发明实施例提供的表面缺陷检测装置包括载物台1、显示屏3和探测器5。载物台1用于承载待测物体2。显示屏3位于待测物体2的上方。显示屏3用作发光光源。探测器5与显示屏3位于待测物体2的同一侧，探测器5，用于收集待测物体在多幅亮暗相间图案照射下产生的反射光及散射光以获取多幅图像。其中，显示屏3依次显示多幅亮暗相间图案100，亮暗相间图案100中的亮图案110作为表面缺陷检测的入射光源，且任意两幅亮暗相间图案100中亮图案110在显示屏3中的位置不同。

可选地，参考图6，显示屏3为矩形显示屏。亮暗相间图案100中亮图案110包括多个沿第一方向X延伸并沿第二方向Y排列的第一亮条纹111和多个沿第二方向Y延伸并沿第一方向X排列的第二亮条纹112，多条第一亮条纹111和多条第二亮条纹112交叉形成棋盘状。

图7为本发明实施例提供的一种表面缺陷检测装置的结构示意图，参考图7，显示屏3为圆环状显示屏，圆环状显示屏的中心区域透明，显示屏3位于探测器5与载物台1之间。亮暗相间图案100中亮图案110包括多个同心设置的圆环状亮条纹。其中，待测物体2反射及散射的光可以通过圆环状显示屏的中心区域后，被探测器5接收。

可选地，表面缺陷检测装置还包括处理器6和物镜4。处理器6与显示屏3以及探测器5电连接，用于控制显示屏3显示图案的形状，以及用于根据探测器5获取的多幅图像获取待测物体2的表面缺陷。物镜4位于载物台1与探测器5之间。物镜4可以提高光线收集能力，将更多携带有待测物体2表面形貌信息的光线投射至探测器5。

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，本发明不限于这里所述的特定实施例，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、相互结合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)

1.一种表面缺陷检测方法，其特征在于，包括：

采用显示屏作为发光光源，并使得所述显示屏依次显示多幅亮暗相间图案照射待测物体；

收集所述待测物体在所述多幅亮暗相间图案照射下产生的反射光及散射光以获取多幅图像；

根据所述多幅图像获取待测物体的表面缺陷；

其中，所述亮暗相间图案中的亮图案作为表面缺陷检测的光源，且任意两幅亮暗相间图案中亮图案在显示屏中的位置不同。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，显示屏相邻两次显示的所述亮暗相间图案中亮图案交叠。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述亮暗相间图案中亮图案包括多个沿第一方向延伸并沿第二方向排列的第一亮条纹和多个沿第二方向延伸并沿第一方向排列的第二亮条纹，多条所述第一亮条纹和多条所述第二亮条纹交叉形成棋盘状。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述第一亮条纹的宽度等于所述第二亮条纹的宽度，相邻两条第一亮条纹之间的间距等于相邻两条第二亮条纹之间的间距。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述亮暗相间图案中亮图案包括多个同心设置的圆环状亮条纹。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述多幅图像获取待测物体的表面缺陷，包括：

对所述多幅图像进行融合获得合成图像；

从所述合成图像中获取待测物体的表面缺陷；

其中，所述合成图像的融合方法为：

是所述合成图像中第(i,j)个像素点的强度值，

是所述多幅图像中第k幅图像的第(i,j)个像素点的强度值，N是所述多幅图像的数量，i、j、k和N均为正整数。

7.一种表面缺陷检测装置，其特征在于，包括：

载物台，用于承载待测物体；

显示屏，用作发光光源，位于所述待测物体上方；

探测器，与所述显示屏位于所述待测物体的同一侧，用于收集所述待测物体在多幅亮暗相间图案照射下产生的反射光及散射光以获取所述多幅图像；

其中，所述显示屏依次显示多幅亮暗相间图案，所述亮暗相间图案中的亮图案作为表面缺陷检测的入射光源，且任意两幅亮暗相间图案中亮图案在显示屏中的位置不同。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述显示屏为矩形显示屏；

所述亮暗相间图案中亮图案包括多个沿第一方向延伸并沿第二方向排列的第一亮条纹和多个沿第二方向延伸并沿第一方向排列的第二亮条纹，多条所述第一亮条纹和多条所述第二亮条纹交叉形成棋盘状。

9.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述显示屏为圆环状显示屏，所述圆环状显示屏的中心区域透明，所述显示屏位于所述探测器与所述载物台之间；

所述亮暗相间图案中亮图案包括多个同心设置的圆环状亮条纹。

10.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，还包括处理器和物镜；

所述处理器与所述显示屏以及所述探测器电连接，用于控制所述显示屏显示图案的形状，以及用于根据所述探测器获取的多幅图像获取待测物体的表面缺陷；

所述物镜位于所述载物台与所述探测器之间。

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