CN111179248A - 一种透明平滑曲面缺陷识别方法及检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供了一种透明平滑曲面缺陷识别方法，包括：获取针对照明装置设定的条纹参数，其中所述条纹参数包括有照明装置的亮灯区域、移动间隔以及条纹周期；根据所述条纹参数，按照所述条纹周期以及移动间隔，依次点亮所述照明装置的亮灯区域，并使所述亮灯区域的光线穿过所述透明平滑曲面；获取所述亮灯区域光线穿过所述透明平滑曲面的图像；识别所述亮灯区域光线穿过所述透明平滑曲面的图像，以确定所述透明平滑曲面上是否存在缺陷。本发明实施例还提供了一种检测装置。

Description

一种透明平滑曲面缺陷识别方法及检测装置

技术领域

本发明属于透明平滑曲面检测领域，特别涉及一种透明平滑曲面缺陷识别方法及检测装置。

背景技术

现代化的中高端制造业中，少不了玻璃、亚克力透明平滑材料制成的具有较高产品附加值的重要组件。例如，用于数码产品显示的电子玻璃盖板，或是用于汽车车灯照明的亚克力透镜等。在透明平滑组件生产过程中，由于生产工艺的某些局限，或抓取过程操作不当等因素，其表面难免出现划痕、裂纹、黑白点等外观缺陷。当缺陷组件不慎流向终端产品，会变相地增加产品的制造成本，一定程度削弱产品的市场竞争力。因此在支柱产业中，透明平滑组件的表面质量管控一直被视为企业发展的核心之本，并逐步在部分产线上导入机器视觉技术，取代传统的人工视觉检测。

在机器视觉应用中，适当和高质量的照明起着决定性作用。当照明光线可控时，能凸显感兴趣的特征，避免多余信息干扰。透明平滑曲面检测的困难之处就在于照明光线较难控制，现有商用视觉照明系统在缺陷增强方面存在一定局限。根据照明光线透过程度的不同，透明平滑表面缺陷分为遮光式和折射式两类。为避免图像中出现由元件自身引起的强反光，通常采用背向漫射式、正向漫射暗场式，或两者相结合的方式照明表面进行识别。背向漫射式能实现无方向性的均匀照明，图像背景明亮，缺陷为灰色表征。配合适当的图像处理方法，可用于揭示透明平滑平面或曲面上的遮光式缺陷。正向漫射暗场式照明，入射光线相对于表面法线向量的角度非常大，图像背景暗，仅有某些存在散射特性的缺陷呈现为高亮，适合于透明平滑平面的遮光式和折射式缺陷检测。但该照明对灰尘和脏污敏感，容易产生瑕疵误判，且只能在短照明距离下获取较好的暗场效应，空间上存在使用局限性。总结起来，在合适的照明方式下，遮光式缺陷易于增强；而折射式缺陷，当待测表面为非平面时，增强难度大。为解决这一难题，有的应用场合采用光谱共聚焦扫描法、激光扫描法和条纹分析法等技术，通过重构曲面三维轮廓，判定缺陷的存在。但三维检测方法有的涉及国外核心技术，使用、优化和维护成本高；有的需要配合高精度的扫描平台或是复杂的重构算法，应用场景受限。因此，相比透明平面而言，基于机器视觉的透明光滑曲面检测技术仍有较大的研究空间。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供了一种透明平滑曲面缺陷识别方法及检测装置。

本发明实施例提供一种透明平滑曲面缺陷识别方法，包括：

获取针对照明装置设定的条纹参数，其中所述条纹参数包括有照明装置的亮灯区域、移动间隔以及条纹周期，其中所述亮灯区域为条形；

根据所述条纹参数，按照所述条纹周期以及移动间隔，依次点亮所述照明装置的亮灯区域，并使所述亮灯区域的光线穿过所述透明平滑曲面；

获取所述亮灯区域光线穿过所述透明平滑曲面的图像；

识别所述亮灯区域光线穿过所述透明平滑曲面的图像，以确定所述透明平滑曲面上是否存在缺陷。

本发明实施例提供了一种检测装置，包括：

照明装置，其中所述照明装置用于获取针对照明装置设定的条纹参数，其中所述条纹参数包括有照明装置的亮灯区域、移动间隔以及条纹周期；并根据所述条纹参数，按照所述条纹周期以及移动间隔，依次点亮所述照明装置的亮灯区域，并使所述亮灯区域的光线穿过所述透明平滑曲面；

图像获取装置，所述图像获取装置用于获取所述亮灯区域光线穿过所述透明平滑曲面的图像；

处理装置，其中所述处理装置用于识别所述亮灯区域光线穿过所述透明平滑曲面的图像，以确定所述透明平滑曲面上是否存在缺陷。

本发明实施例提供一种检测装置，所述检测装置包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述任一方法。

本发明实施例提供的一种透明平滑曲面缺陷识别方法，能够为3D钢化手机玻璃等透明平滑曲面缺陷的成功识别提供新方法、新途径。。

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地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供背向结构光照明缺陷识别原理示意图；

图2是本发明实施例提供的二值条纹的动态照明示意图；

图3是本发明实施例提供的透明平滑曲面缺陷识别方法的流程示意图；

图4是本发明实施例提供的检测装置的框架示意图。

具体实施方式

以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本发明实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本发明。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本发明的描述。

为了说明本发明所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。

本发明实施例提供的一种透明平滑曲面缺陷识别方法，包括：

S110获取针对照明装置设定的条纹参数，其中所述条纹参数包括有照明装置的亮灯区域、移动间隔以及条纹周期，所述亮灯区域为条形。

S120根据所述条纹参数，按照所述条纹周期以及移动间隔，依次点亮所述照明装置的亮灯区域，并使所述亮灯区域的光线穿过所述透明平滑曲面。

本发明实施例所述的透明平滑曲面缺陷识别方法针对的是透明曲面待检测装置或者部件进行检测。所述待检测装置或部件的缺陷区域和完好表面在光线传播中存在方向性差异，同样角度的入射光经两者反射或透射后，分别产生不同角度分布的散射光。散射光的方向性差异有助于凸显透明平滑表面上的缺陷。在一些场景下，不时配合表面的转动或移动等动作，其目的就是为了通过这些动作改变照明条件，在不同亮度分布的过度区域最大化缺陷与完好表面之间的方向性差异，尤其是在识别透明表面上的低对比度折射式缺陷时。

本发明实施例所述的透明平滑曲面缺陷识别方法，采用连续周期的条纹参数，其中所述条纹参数包括有照明装置的亮灯区域、移动间隔以及条纹周期，所述亮灯区域为条形。

一种具体的实施例为，所述照明装内置为黑、白区域动态式背向照明，实现照明条件的动态改变。

根据几何光学定律，背向照明的入射光经透明表面后，光线传播遵从折射定律：

其中，θ_i和θ_t分别为入射角和折射角，n_iλ和n_tλ分别为指定波长λ在入射和折射介质中的折射率，此处分别为空气和透明材料折射率。将透明平滑曲面视为连续局部平面的集合，背向照明条纹经其上下表面两次折射后，成像在相机芯片上，如图1所示。当亮条纹区域的光线经无缺陷表面折射后，折射光方向与入射光保持不变，仅存在光轴的平行偏移：

其中，t为透明表面局部平面厚度。此时光线无法到达零值暗条纹区域。然而，当透明表面存在缺陷时，明暗条纹过度区域的光线经缺陷散射后，进入暗条纹成像区域。此时在零值暗条纹区域出现明显亮斑，从而揭露出表面异常。由于缺陷可能出现在表面任何位置，因此条纹需等间隔移动，让明暗过渡区覆盖整个待检视场。

一种具体的实施方案，所述照明装置的照明条纹参数，可以有由软件编译生成。根据实际的需要，可灵活设置条纹周期、亮暗宽度、移动间隔和方向。一种具体的实施方案，所述照明装置可以由显示面板或投影仪等投射出来。经待测表面透射后，相应的条纹图像采集与条纹移动依此有序进行，直到白色条纹覆盖黑色条纹宽度，采集结束。

一种具体的实施方案，所述条纹周期，亮灯区域(例如条纹的宽度以及长度)，移动间隔等参数的设置。一种具体的实施方案，所述照明装置的条纹的亮度分布为方波函数P(x)，亮条纹宽度为T_B，且亮条纹以等间隔移间隔Δ扫描方波的整个条纹周期T，如图2所示：

为获取以中等灰度值为背景的缺陷效果图，求取N幅序列移动图像的均值：

M(x)为均值图像，N与T_B、T和Δ均有关。无缺陷表面区域的均匀性对缺陷分割至关重要，因此，需选择合适的条纹参数，尽可能提供均匀的图像背景。Δ的最大值Δ_max＝T_B，取最大值时序列图像数量最少，为

取整，但背景不均匀。为提高背景的均匀性e，必须减小移动量，e与条纹参数的关系式如下:

H和V分别为图像的水平和垂直像素尺寸，f(x,y)为位置坐标(x,y)对应的图像灰度值，μ是图像的平均灰度。当e接近1时，获取的图像背景均匀性越高。当条纹函数P(x)确定后，Δ越小，生成均值图像所需的序列图像数量越多，图像背景均匀性越高。随着Δ值的增加，生成均值图像所需的序列图像数量减少，背景均匀性迅速降低。因此，在实际应用中，为保证均匀性，通常将Δ值设为1个像素。而另外两个参数T_B和T，则与图像空间分辨率(mm/pixel)有关，需根据缺陷的检测精度要求来确定。由于照明系统的灵活性，具体的值可根究检测需要，采用实验方法最终确定。

S130获取所述亮灯区域光线穿过所述透明平滑曲面的图像。

S140识别所述亮灯区域光线穿过所述透明平滑曲面的图像，以确定所述透明平滑曲面上是否存在缺陷。

本发明实施例，为进一步提高透明曲面均值图像对比度，采用基于B样条小波变换的边缘提取增强瑕疵。设θ(x,y)为一适度平滑的二维函数，定义两个小波函数为：

记

其中i＝1,2，则在尺度2^j时图像f(x,y)沿水平方向和垂直方向的二进小波变换为：

定义在尺度2^j时f(x,y)小波变换的模和幅角分别为：

由式(6)～(8)可以看出，平滑后图像的突变点对应于梯度矢量方向

上

的局部极大值点。因此只需沿方向

提取出

的局部极大值点，就可以得到图像的突变点，即边缘点。对任一点(x₀,y₀)，若

在沿

给定的梯度方向上取局部极大值，则称点(x₀,y₀)为f(x,y)的二进小波变换的模局部极大值点。所有模极大值点位置的集合构成了边缘增强多尺度图像。

完成边缘增强后，便对图像进行阈值分割实现特征提取。对于缺陷识别来讲，理论上可采用自动阈值分割提取缺陷。但实际上，由于缺陷在整幅图像中所占的像素比例很小，自动阈值方法失效。因此，采用基于直方图形状的方法自动计算图像的全局阈值，用于获取二值化图像。假设图像的直方图分布函数为h(i),i∈[0,l]，代表图像灰度为i的像素数，其中l为获取的最大灰度值，一般为255。则全局分割阈值th为：

i_v和i_k为对应的两个直方图峰值的灰度索引，i_v是主峰，i_k是局部峰值，k为调整系数。用阈值th进行二值化处理后，灰度值1代表瑕疵，灰度值0代表背景。该阈值分割法自适应强，能有效提高缺陷对比度，成功实现透明平滑曲面上缺陷的识别。

当透明曲面工件较小时，可通过选取合适的，满足精度要求的成像硬件，在固定的平台上进行条纹动态照明实现缺陷识别。然而，当透明曲面公交较大时，可配合机械运动控制平台采集多个曲面区域的图像，或者将相机安装在关节机器人上，以实现视觉系统位置变换的灵活性和准确性，将系统轻松切换到其它不同模型或不同类型的透明工件检测应用中。

本发明实施例还提供给了一种检测装置，包括：

照明装置，其中所述照明装置用于获取针对照明装置设定的条纹参数，其中所述条纹参数包括有照明装置的亮灯区域、移动间隔以及条纹周期；并根据所述条纹参数，按照所述条纹周期以及移动间隔，依次点亮所述照明装置的亮灯区域，并使所述亮灯区域的光线穿过所述透明平滑曲面；

图像获取装置，所述图像获取装置用于获取所述亮灯区域光线穿过所述透明平滑曲面的图像；

处理装置，其中所述处理装置用于识别所述亮灯区域光线穿过所述透明平滑曲面的图像，以确定所述透明平滑曲面上是否存在缺陷。

所述检测装置的具体实施方案参见上述实施例，在此不再赘述。

本发明实施例还提供了一种检测装置，包括处理器；用于存储处理器可执行指令的存储器；其中，所述处理器被配置为执行上述所述的任一方法。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。

本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

在本发明所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的装置/终端设备和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置/终端设备实施例仅仅是示意性的，例如，所述模块或单元的划分，为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通讯连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通讯连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的模块/单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。。其中，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机可读介质可以包括：能够携带所述计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。需要说明的是，所述计算机可读介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减，例如在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机可读介质不包括是电载波信号和电信信号。

以上所述实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种透明平滑曲面缺陷识别方法，其特征在于，包括：

获取针对照明装置设定的条纹参数，其中所述条纹参数包括有照明装置的亮灯区域、移动间隔以及条纹周期，所述亮灯区域为条形；

根据所述条纹参数，按照所述条纹周期以及移动间隔，依次点亮所述照明装置的亮灯区域，并使所述亮灯区域的光线穿过所述透明平滑曲面；

获取所述亮灯区域光线穿过所述透明平滑曲面的图像；

识别所述亮灯区域光线穿过所述透明平滑曲面的图像，以确定所述透明平滑曲面上是否存在缺陷。

2.如权利要求1所述的透明平滑曲面缺陷识别方法，其特征在于，所述照明装置为显示面板或者投影仪。

3.如权利要求1所述的透明平滑曲面缺陷识别方法，其特征在于，所述移动间隔为一个像素值。

4.如权利要求1所述的透明平滑曲面缺陷识别方法，其特征在于，所述方法还包括：

对所述透明平滑曲面的图像，采用小波变换来增强缺陷。

5.如权利要求4所述的透明平滑曲面缺陷识别方法，其特征在于，所述对所述透明平滑曲面的图像，采用小波变换来增强缺陷包括：

设定平滑的二维函数θ(x,y)；

定义两个小波函数，

其中

在设定尺度为2^j时图像f(x,y)沿水平方向和垂直方向的进行小波变换。

6.如权利要求5所述的透明平滑曲面缺陷识别方法，其特征在于，所述在设定尺度为2^j时图像f(x,y)沿水平方向和垂直方向的二进小波变换具体为：

其中定义在尺度2^j时f(x,y)小波变换的模和幅角分别为：

7.如权利要求6所述的透明平滑曲面缺陷识别方法，其特征在于，所述方法还包括：

提取点(x₀,y₀)上

在沿

给定的梯度方向上的局部极大值，确定为点(x₀,y₀)为f(x,y)的二进小波变换的模局部极大值点；

将所有模极大值点位置的集合构成所述透明平滑曲面的增强图像。

8.如权利要求7所述的透明平滑曲面缺陷识别方法，其特征在于，所述识别所述亮灯区域光线穿过所述透明平滑曲面的图像，以确定所述透明平滑曲面上是否存在缺陷包括：

获取所述透明平滑曲面的图像的全局分割阈值th，其中

i_v和i_k为对应的两个直方图峰值的灰度索引，i_v是主峰，i_k是局部峰值，k为调整系数；

用全局分割阈值th对所述透明平滑曲面的图像进行二值化处理；

识别所述二值化处理后的图像，确定所述透明平滑曲面上是否存在缺陷。

9.一种检测装置，其特征在于，包括：

照明装置，其中所述照明装置用于获取针对照明装置设定的条纹参数，其中所述条纹参数包括有照明装置的亮灯区域、移动间隔以及条纹周期；并根据所述条纹参数，按照所述条纹周期以及移动间隔，依次点亮所述照明装置的亮灯区域，并使所述亮灯区域的光线穿过所述透明平滑曲面；

图像获取装置，所述图像获取装置用于获取所述亮灯区域光线穿过所述透明平滑曲面的图像；

处理装置，其中所述处理装置用于识别所述亮灯区域光线穿过所述透明平滑曲面的图像，以确定所述透明平滑曲面上是否存在缺陷。

10.一种检测装置，其特征在于，包括：

处理器；

用于存储处理器可执行指令的存储器；

其中，所述处理器用于执行上述权利要求1-8所述的任一方法。

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