CN111999043A - 一种曲面透镜缺陷综合检测方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种曲面透镜缺陷综合检测方法及系统，该检测方法包括：S10：点光源照射透镜，并在该状态下获取透镜的图像；S20：对获取的图像进行处理，通过连通域选取消除点光源对应的高亮区域；S30：获得透镜的缺陷部分的图像。本发明采用点光源照射透镜，使得透镜的缺陷部分的特征被凸显，实现极高的缺陷分辨能力；同时由于各类缺陷都会对缺陷透光性产生影响，因此通过点光源下方照明可以通过一种方法实现多类缺陷检测；且通过对获取的图像进行处理，消除点光源对应的高亮区域从而消除点光源的高亮特征对获取透镜缺陷的影响。
Description
技术领域
本发明涉及曲面透镜缺陷检测技术领域，特别是一种曲面透镜缺陷综合检测方法及系统。
背景技术
曲面透镜在各类成像系统中应用十分广泛，其主要制造方式包括包括光学玻璃模压与光学塑料注塑两种。然而在透镜生产过程中难免存在缺陷，常见透镜缺陷主要透镜表面材料缺失如划伤、点伤等，以及透镜材质杂质类缺陷如异物，黑点等。缺陷是影响透镜出厂品质的主要因素。如何针对加工出的光学透镜进行质量把控是光学制造企业亟待解决的技术难题。目前，在工业化大批量生产中，曲面透镜的细微缺陷检测通常是通过人工肉眼观测来完成的，然而人工检测观测难度大、检测效率低下且无法定量分析，无法满足现有透镜质量检测需求。因此迫切需要一种透镜质量自动化检测方法。
韩国基础科学研究院的 Choi 等人提出了一种基于光热反射显微技术的透镜缺陷检测方法，该方法首先使用泵浦光束对透镜进行加热，使其产生局部的折射率变化，之后使用探测光束检测透镜折射率变化情况从而得到透镜表面缺陷分布。该方法检测精度可以达到几十纳米，但由于其结构复杂检测速度慢，并不适合工业上小尺寸透镜的大批量检测。
中国科学院自动化研究所的 Tao 等人设计了一款针对大孔径透镜的缺陷检测系统，该系统使用低分辨率的线扫相机通过暗场成像的原理对缺陷位置进行定位，再使用高分辨率的显微相机使用明场成像的原理对缺陷进行精确的测量。由于该方法需要使用显微相机对透镜进行逐一检测，检测速度无法满足工业上的要求，并且其系统设计上不利于小尺寸透镜的夹持，只适用于较大尺寸透镜逐一检测。
中国发明专利(授权公告号为CN107024488) ，公开一种透明介质的表面划痕成像检测装置，该方法是利用共轭上的一对环形光澜滤掉玻璃缺陷的散射光，然后根据探测器灰度值的变化判断是否存在划痕，该成像方式很难把细小的玻璃缺陷信息呈现出来，会直接导致玻璃划痕检测精度极大降低。
目前的检测方法难以完成高精度、并且高速度的透镜检测，工业生产中急需一种高速可靠的透镜综合检测方法。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种曲面透镜缺陷综合检测方法及系统，以解决现有技术中检测难度大、检测过程复杂且精度不高的问题。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种曲面透镜缺陷综合检测方法，该检测方法包括：
S10：点光源照射透镜，并在点光源照射的状态下获取透镜的图像；
S20：对获取的图像进行处理，通过连通域选取消除点光源对应的高亮区域；
S30：获得透镜的缺陷部分的图像。
消除点光源对应的高亮区域的过程包括：S201：选取点光源对应的高亮区域；
S202：将该区域的灰度与透镜的其他非缺陷区域同化。
优选地，步骤S10中，对同一个透镜，分多次获取点光源照射其不同位置的图像。
优选地，步骤S20还包括：S203：对多幅图像基于透镜圆心位置进行校正，并合并为一张图片。
优选地，图像合成的公式为
其中(x, y)为像素坐标ui为第i张图片像素灰度，u为合成图片像素灰度。
优选地，还包括步骤S200：预处理过程。
优选地，步骤S200包括：
S2001：对拍摄到的图片进行二值化并提取图片中的边缘轮廓；
S2002：检测边缘轮廓中的透镜对应的圆轮廓，再使用圆轮廓将原图裁剪到圆形轮廓的大小。
一种曲面透镜缺陷综合检测系统，包括一传送装置，该传送装置的上方设置有图像获取装置，下方设置有点光源；
传送装置设置为两组，分别为第一传送带以及第二传送带，第一传送带以及第二传送带之间首尾相对设置，且第一传送带以及第二传送带之间设置有间隙，点光源设置于两组传送装置之间，图像获取装置设置于点光源的上方。
优选地，透镜放置于底部开孔托盘上；
托盘的长度大于第一传送带与第二传送带之间的间隙。
优选地，托盘中放置多排透镜，每一排透镜对应一个点光源。
本发明具有的优点和积极效果是： 本发明采用点光源照射透镜，使得透镜的缺陷部分的特征被凸显，实现极高的缺陷分辨能力；同时由于各类缺陷（例如点缺陷、划痕等）都会对缺陷透光性产生影响，因此通过点光源下方照明可以通过一种方法实现多类缺陷检测；且通过对获取的图像进行处理，消除点光源对应的高亮区域从而消除点光源的高亮特征对获取透镜缺陷的影响。
附图说明
图1是是本发明的透镜、点光源以及图像获取装置的位置关系示意图；
图2是本发明获取点光源照射带有点缺陷的透镜图像，并且经过预处理之后的图像；
图3是本发明获取点光源照射带有点缺陷的透镜图像，并且消除点光源对应的高亮区域之后的图像；
图4本发明获取点光源照射带有线缺陷的透镜图像，并且经过预处理之后的图像；
图5本发明获取点光源照射带有线缺陷的透镜图像，并且消除点光源对应的高亮区域的图像；
图6是本发明照射同一透镜的不同位置，并且经过预处理之后获得的图像，其中：
图6a是第一位置下经过预处理之后获得的图像；
图6b是第二位置下经过预处理之后获得的图像，
图6c是第三位置下经过预处理之后获得的图像；
图7是将图6中获得的多幅图像合并之后获得的图像；
图8是从图7最终获得的缺陷的图像；
图9本发明的曲面透镜缺陷综合检测系统的结构示意图；
图10是本发明的曲面透镜缺陷综合检测系统获得的一组透镜经过预处理之后的图像，其中：
图10a是托盘中的透镜运动到前端位置时，经过预处理之后获取的图像；
图10b是托盘中的透镜运动到中端位置时，经过预处理之后获取的图像；
图10c是托盘中的透镜运动到后端位置时，经过预处理之后获取的图像；
图11是本发明的曲面透镜缺陷综合检测系统处理图像的过程示意图。
具体实施方式
为了更好的理解本发明，下面结合具体实施例和附图对本发明进行进一步的描述。
本发明提供一种曲面透镜缺陷综合检测方法，该检测方法包括：
S10：点光源照射透镜，并在点光源照射的状态下获取透镜的图像；
S20：对获取的图像进行处理，通过连通域选取消除点光源对应的高亮区域；
S30：获得透镜的缺陷部分的图像。
因为点光源发出的光通过无缺陷位置只发生折射，所以，正常无缺陷的透镜各个区域透光的性能是一致的，只有点光源对应位置处呈现高亮特征，这时候相机只能拍摄到点光源在透镜中折射产生的像；当透镜存在缺陷时，缺陷会被点光源照亮发生漫反射，因此缺陷位置往往呈现高亮特征从而得到凸显，这时相机便可以很明显地捕捉到发生漫反射的缺陷位置。
本发明采用点光源照射透镜，使得透镜的缺陷部分的特征被凸显，实现极高的缺陷分辨能力；同时由于各类缺陷（例如点缺陷、划痕等）都会对缺陷透光性产生影响，因此通过点光源下方照明可以通过一种方法实现多类缺陷检测。
进一步地，本发明对获取的图像进行处理，消除点光源对应的高亮区域从而消除点光源的高亮特征对获取透镜缺陷的影响。
在本发明的一个具体的实施例中，如图1所示，点光源10布置于透镜20的一侧，另一侧通过图像获取装置30（例如相机）来获取透镜的图像。
在本发明的一个实施例中，还包括步骤S200：预处理过程；具体地，预处理过程包括：
S2001：对拍摄到的图片进行二值化并提取图片中的边缘轮廓，例如使用canny算子提取图片中的边缘轮廓；
S2002：检测边缘轮廓中的透镜对应的圆轮廓，再使用圆轮廓将原图裁剪到圆形轮廓的大小，其中检测边缘轮廓例如使用霍夫变换。
在本发明的一个具体的实施例中，经过预处理的图像60如图2所示，图像60中，透镜20上的缺陷为点缺陷；其中图像60包括第一区域601、第二区域602以及第三区域603，透镜20对应的区域即整个圆形区域为第一区域601，缺陷区域对应的区域为第二区域602，点光源10照射的区域为第三区域603，从图中可以看出，高亮的区域分别是具有缺陷的位置，以及点光源照射的位置；在该情况下提取高亮的位置，能提取到的区域就包括了缺陷区域以及点光源照射的区域，那么本发明就要把点光源对应的高亮区域排除，剩下缺陷对应的高亮区域。
由于本发明针对的缺陷检验主要是相对细微的缺陷，那么，可以观察到点光源对应的高亮区域占据的面积相对于缺陷对应的高亮区域的面积大跟多，所以，在本发明的图像处理过程，采用连通域选取来排除点光源对缺陷提取的影响，选取其中连通域最大的区域，也即点光源对应的高亮区域，将该区域的灰度设置为0，即将点光源10对应的高亮区域排除；经过该过程处理之后的图像如图3所示，其中只有缺陷部分对应的高亮区域。
但是，如图4和图5所示，在本发明的另一个具体的实施例中，透镜20上的缺陷为划痕，点光源对应的高亮区域于缺陷对应的高亮区域会有重合，在将选取的连通域最大的区域，也即点光源对应的高亮区域灰度设置为0的过程，缺陷对应的高亮区域与点光源对应的高亮区域的重合的部分也被排除掉，这样就使得在提取缺陷部分对应的高亮区域的时候，会有部分缺失。
所以，本发明通过对同一个透镜，分多次获取点光源照射其不同位置的图像以消除点光源照射位置对检测结果的影响，具体地，对同一个透镜，点光源设置于其不同区域，分多次获取点光源不同位置的图像，然后对多幅图片进行处理。
其过程为：S201：选取每幅图片中点光源对应的高亮区域；
S202：将每幅图片中点光源对应的高亮区域灰度与透镜的其他非缺陷区域同化。
S203：对多幅图片基于透镜圆心位置进行校正，并合并为一张图片。
具体，在本发明的一个具体的实施例中，首先，分别在透镜的三个不同位置设置点光源，分别获取三幅图像。
具体如图6所示，其中图6a为第一位置下的图像，图6b为第二位置下的图像，图6c为第三位置下的图像，通过对比三幅图像可以发现，在第一位置下的图像中，划痕缺陷部分对应的高亮区域与点光源对应的高亮区域有部分重合，如果采用单一位置的点光源来获取图像，不可避免会对检测结果造成影响。
然后，分别去除其连通域最大的区域，最后将三幅图像基于透镜圆心位置进行校正，并合并为一张图片，具体如图7所示，在图中可以发现，在第一位置由于缺陷部分对应的高亮区域与点光源对应的高亮区域重合的区域，通过其他位置进行了补偿，从而获得了完整的缺陷区域的高亮图像。
具体，图像合成的公式为
其中(x, y)为像素坐标ui为第i张图片像素灰度，u为合成图片像素灰度。
最后，将合并之后的图像二值化，即可以提取缺陷对应的高亮区域，提取的缺陷区域对应的高亮区域如图8所示。
在该实施例中，通过获取不同点光源照射位置情况下的透镜图像，来进行补偿，消除了由于点光源位置对缺陷检测造成的影响。
如图9所示，本发明还提供一种曲面透镜缺陷综合检测系统，该检测系统包括一传送装置40，该传送装置40的上方设置有图像获取装置30，下方设置有点光源10。
进一步地，在本发明的一个具体的实施例中，传送装置40设置为两组，分别为第一传送带401以及第二传送带402，第一传送带401以及第二传送带402之间首尾相对设置，且第一传送带401以及第二传送带402之间设置有间隙，点光源10设置于两组传送装置之间，图像获取装置30设置于点光源10的上方。
在该实施例中，透镜20放置于底部开孔托盘50上，以保证可在托盘50下方的点光源10凸显透镜20的缺陷，托盘50放置于传送装置40上方并随传送装置40运动，其运动至第一传送带401与第二传送带402之间的交界处时，点光源20对托盘50上的透镜20进行照射。
在该实施例中，托盘50的长度大于第一传送带401与第二传送带402之间的间隙，使得托盘50运动至第一传送带401与第二传送带402之间的交界处时，托盘50能够从第一传送带401过渡到第二传送带402。
进一步地，托盘50中放置多排透镜，每一排透镜对应一个点光源10；在一个具体的实施例中，托盘中设置有三排透镜20，对应设置有三个点光源10，当透镜20运动至第一传送带401与第二传送带402之间的间隙时，图像获取装置30获取点光源10照射下的透镜20的图像，具体地，图像获取装置30多次获得同一透镜在不同位置的图像。
具体在一个具体的实施例中，分别获取前、中、后三个位置的图像。
在本发明的一个具体的实施例中，还包括数据处理装置70，该数据处理装置70对接收的图像进行处理，最终获得透镜中的缺陷区域。
数据处理装置70处理数据的过程包括步骤S200：预处理过程；具体地，预处理过程包括：
S2001：对图像获取装置30获取的图片进行二值化并提取图片中的边缘轮廓，例如使用canny算子提取图片中的边缘轮廓；
S2002：检测边缘轮廓中的透镜对应的圆轮廓，再使用圆轮廓将原图裁剪到圆形轮廓的大小其中检测边缘轮廓例如使用霍夫变换。
处理过的图像如图10所示，当托盘50中的透镜20运动到前端位置时，获取的图像如图10a所示，当托盘50中的透镜20运动到中端位置时，获取的图像如图10b所示，当托盘50中的透镜20运动到后端位置时，获取的图像如图10c所示。
进一步地，如图11所示，对图像进行处理，消除点光源对应的高亮区域，包括S201：选取每幅图片中点光源对应的高亮区域，具体通过连通域选取的方式获得；
S202：将每幅图片中点光源对应的高亮区域灰度与透镜的其他非缺陷区域同化。
S203：对多幅图片基于透镜圆心位置进行校正，并合并为一张图片。
S30：获得透镜的缺陷部分的图像。
进一步地，在本发明的一个具体的实施例中，在透镜20的上游的第一传送带401与第二传送带402之间的间隙中还设置有光电开关，该光电开关与图像获取装置30之间控制连接，当光电开关感应到有透镜通过，控制图像获取装置30对透镜进行拍摄。
以上对本发明的实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本专利涵盖范围之内。
Claims (10)
1.一种曲面透镜缺陷综合检测方法，其特征在于：该检测方法包括：
S10：点光源照射透镜，并在点光源照射的状态下获取透镜的图像；
S20：对获取的图像进行处理，通过连通域选取消除点光源对应的高亮区域；
S30：获得透镜的缺陷部分的图像。
2.根据权利要求1所述的曲面透镜缺陷综合检测方法，其特征在于：消除点光源对应的高亮区域的过程包括：
S201：选取点光源对应的高亮区域；
S202：将该区域的灰度与透镜的其他非缺陷区域同化。
3.根据权利要求1或2所述的曲面透镜缺陷综合检测方法，其特征在于：步骤S10中，对同一个透镜，分多次获取点光源照射其不同位置的图像。
4.根据权利要求3所述的曲面透镜缺陷综合检测方法，其特征在于：步骤S20还包括：
S203：对多幅图像基于透镜圆心位置进行校正，并合并为一张图片。
5.根据权利要求4所述的曲面透镜缺陷综合检测方法，其特征在于：图像合成的公式为
其中(x, y)为像素坐标ui为第i张图片像素灰度，u为合成图片像素灰度。
6.根据权利要求1所述的曲面透镜缺陷综合检测方法，其特征在于：还包括步骤S200：预处理过程。
7.根据权利要求6所述的曲面透镜缺陷综合检测方法，其特征在于：步骤S200包括：
S2001：对获取的图像进行二值化并提取图片中的边缘轮廓；
S2002：检测边缘轮廓中的透镜对应的圆轮廓，再使用圆轮廓将原图裁剪到圆形轮廓的大小。
8.一种权利要求1至7任意一项所述的曲面透镜缺陷综合检测方法的检测系统，其特征在于：包括一传送装置，该传送装置的上方设置有图像获取装置，下方设置有点光源；
传送装置设置为两组，分别为第一传送带以及第二传送带，第一传送带以及第二传送带之间首尾相对设置，且第一传送带以及第二传送带之间设置有间隙，点光源设置于两组传送装置之间，图像获取装置设置于点光源的上方。
9.根据权利要求8所述的曲面透镜缺陷综合检测系统，其特征在于：
透镜放置于底部开孔托盘上；
托盘的长度大于第一传送带与第二传送带之间的间隙。
10.根据权利要求9所述的曲面透镜缺陷综合检测系统，其特征在于：
托盘中放置多排透镜，每一排透镜对应一个点光源。
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| Date | Code | Title | Description |
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| GR01 | Patent grant | ||
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| TR01 | Transfer of patent right |