CN112611763A - 一种基于光谱共焦的透明体检测方法及系统 - Google Patents

一种基于光谱共焦的透明体检测方法及系统 Download PDF

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Abstract

本申请实施例属于透明体检测技术领域，涉及一种基于光谱共焦的透明体检测方法及系统。本申请提供的技术方案包括如下步骤：对被测物进行图像采集；被测物移动至光谱共焦传感器的测量位置，通过光谱共焦传感器对被测物进行线扫描，获取光强信号和距离信号；对获取的光强信号和距离信号进行处理，得到灰度图像和对应高度图像；对灰度图像做图像处理，获取被测物平面特征信息；根据高度图像获取被测物高度信息；输出检测结果。对透明体能做到较好的成像，实现了对透明物体背景的完全过滤，达到透明体的无干扰呈现。可以实现对透明胶水的厚度的全面测量。具有适应性广，抗噪声强，抗干扰能力强，检测速度快等优点，能满足复杂场景下的稳定测量。

Description

一种基于光谱共焦的透明体检测方法及系统
技术领域
本申请涉及透明体检测技术，更具体的说，特别涉及一种基于光谱共焦的透明体检测方法及系统。
背景技术
近两年来，3C(电子，即计算机，通信和消费类电子产品的总称)电子行业发展迅速，以最火的手机行业为例，目前我国手机制造巨头有意投入更多智能化制造设备。它的外观越来越好看，工艺越来越精良，材料也越来越好。换言之，当产品已经成了快销品了，消费者对其要求越来越高，生产者就要做到消费者的心坎里，要符合消费者要求，满足市场。落实到工厂就是自动化设备要越来越智能化，生产效率要越来越高。从加工的角度来讲，对精度的要求也越来越高，这些条件累加到一起，最终导致对检测设备的要求也越来越高。目前，自动光学检测(AOI)设备，以其检测的非接触，精度高等优势在自动化行业得到了广泛的应用，其配套的硬件设备和软件算法均也发展到了一个相当成熟的阶段。
传统自动光学检测，是基于光学反射原理(镜面反射，漫反射)，在可见光范围内进行的打光拍照，利用图像灰度或色彩特征，对检测目标进行呈现。此外，随着线激光和基于结构光的双目视觉技术的发展，在3D方向对传统光学检测进行了一定程度的增强，兼顾平面(X-Y平面)检测的同时，可实现深度(Z)方向的数据测量(又称测高)。但是，上述测量系统的是在被测物满足一定光反射强度的条件下正常工作的。对于透明物体(折射率<1.5，如透明胶水，玻璃)，甚至半透明物体(折射率<2，如透明塑料)而言，没有充足的反射光回到感光单元，传统系统就显得束手无策了。目前，这也是各大3C制造厂商，十分头疼且亟待解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于光谱共焦的透明体检测方法及系统，对透明体能做到较好的成像，且成像效果不受透明体背景变化的影响，实现了对透明物体背景的完全过滤，达到透明体的无干扰呈现。实现了在被测物材质不同，感光度不同的条件下，光学自动检测设备和方法的通用性，具有适应性广，抗噪声强，抗干扰能力强，检测速度快等优点，能满足复杂场景下的稳定测量。
为了解决以上提出的问题，本发明实施例提供了如下所述的技术方案：
一种基于光谱共焦的透明体检测方法，包括如下步骤：
对被测物进行图像采集；
被测物移动至光谱共焦传感器的测量位置，通过光谱共焦传感器对被测物进行线扫描，获取光强信号和距离信号；
对获取的光强信号和距离信号进行处理，得到灰度图像和对应高度图像；
对灰度图像做图像处理，获取被测物平面特征信息；
根据高度图像获取被测物高度信息；
输出检测结果。
进一步地，所述对被测物进行图像采集的步骤包括：
被测物移动至拍摄装置的拍摄位置，通过拍摄装置对被测物进行图像采集，获取被测物实际位置。
进一步地，所述被测物移动至拍摄装置的拍摄位置，通过拍摄装置对被测物进行图像采集，获取被测物实际位置的步骤包括：
被测物放置于基于光谱共焦的透明体检测系统的上料位置后，将被测物移动至相机的拍摄位置，通过相机对被测物进行图像采集，获得定位点图像坐标(P1,P2)；
通过对基于光谱共焦的透明体检测系统的标定，得到定位点图像坐标(P1,P2)和运动轴坐标(I1,I2)的对应关系:Γ1(P1)＝I1,Γ2(P2)＝I2，其中，运动轴坐标(I1,I2)为光谱共焦传感器的测量位置。
进一步地，所述对获取的光强信号和距离信号进行处理，得到灰度图像和对应高度图像的步骤包括：
在对基于光谱共焦的透明体检测系统的标定校准下，得到光强信号和距离信号的对应关系Γ3(T)＝D，其中，光强信号为T，距离信号为D；
根据光强信号和距离信号的对应关系Γ3(T)＝D，及光强信号与灰度图像之间的重建关系Γ4(T)＝Q，得到被测物灰度图像与高度图像的对应关系Γ5(D)＝Q。
进一步地，所述对获取的光强信号和距离信号进行处理，得到灰度图像和对应高度图像的步骤还包括：
利用图像还原、插值和图像拼接算法对光强信号和距离信号进行处理，获取被测物的光强图像和距离图像。
进一步地，所述对获取的光强信号和距离信号进行处理，得到灰度图像和对应高度图像的步骤还包括：
利用图像无损压缩算法将光强图像转换为灰度图像，其中，光强图像为12位光强图像，灰度图像为8位灰度图像；
获取待测高度位置在灰度图像上的位置信息，及在距离图像上的对应位置信息；
根据待测高度位置在距离图像上的对应位置信息，通过坐标系转换获得被测物在对应位置上的高度信息，获取被测物的高度图像。
进一步地，所述对灰度图像做图像处理，获取被测物平面特征信息的步骤包括：
利用halcon或openCV算法对灰度图像进行图像处理，获取被测物的平面尺寸特征及外观特征。
进一步地，所述输出检测结果的步骤包括：
输出被测物3D尺寸数据和外观不良判定结果。
为了解决以上提出的技术问题，本发明实施例还提供了一种基于光谱共焦的透明体检测系统,采用了如下所述的技术方案：
一种基于光谱共焦的透明体检测系统，包括运动装置、拍摄装置、光谱共焦传感器及处理器；
所述运动装置用于对被测物进行输送，所述拍摄装置用于对被测物进行图像采集，获取被测物实际位置，所述光谱共焦传感器用于对被测物进行线扫描，获取光强信号和距离信号，所述处理器用于对获取的光强信号和距离信号进行处理，得到灰度图像和对应高度图像，对灰度图像做图像处理，获取被测物平面特征信息，以及根据高度图像获取被测物高度信息。
进一步地，所述被测物为涂布透明胶水的线路板。
与现有技术相比，本发明实施例主要有以下有益效果：
一种基于光谱共焦的透明体检测方法,对被测物进行图像采集，获取被测物实际位置，然后通过光谱共焦传感器对被测物进行线扫描，获取光强信号和距离信号，对获取的光强信号和距离信号进行处理，得到灰度图像和对应高度图像，根据灰度图像和高度图像，输出被测物平面特征信息和被测物高度信息。可有效避免背景对被测物体的干扰，真正做到了背景变化的零响应。对透明体能做到较好的成像，且成像效果不受透明体背景变化的影响，实现了对透明物体背景的完全过滤，达到透明体的无干扰呈现。此外，此外通过对胶水本体的高度3D图像的呈现，可以实现对透明胶水的厚度的全面测量。实现了在被测物材质不同，感光度不同的条件下，光学自动检测设备和方法的通用性，具有适应性广，抗噪声强，抗干扰能力强，检测速度快等优点，能满足复杂场景下的稳定测量。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一个简单介绍，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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例中基于光谱共焦的透明体检测方法的流程框图；
图2为本发明实施例中的相机扫描图像；
图3为图2的局部放大图；
图4为本发明实施例中的光强重建灰度图像；
图5为图4的局部放大图；
图6为本发明实施例中的距离重建高度图像；
图7为本发明实施例中的高度剖面图。
具体实施方式
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本发明的说明书和权利要求书及上述附图说明中的术语“包括”和“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排它的包含。本发明的说明书和权利要求书或上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。
在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本发明的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。
为了使本领域技术人员更好地理解本发明方案，下面将参照相关附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
实施例
一种基于光谱共焦的透明体检测方法，如图1所示，包括如下步骤：
S1:对被测物进行图像采集；
S2:被测物移动至光谱共焦传感器的测量位置，通过光谱共焦传感器对被测物进行线扫描，获取光强信号和距离信号；
S3:对获取的光强信号和距离信号进行处理，得到灰度图像和对应高度图像；
S4:对灰度图像做图像处理，获取被测物平面特征信息；
S5:根据高度图像获取被测物高度信息；
S6:输出检测结果。
本发明实施例提供的基于光谱共焦的透明体检测方法，被测物为涂布透明胶水的线路板，对被测物进行图像采集，获取被测物实际位置，然后通过光谱共焦传感器对被测物进行线扫描，获取光强信号和距离信号，并得到光强信号和距离信号之间的一一对应关系，对获取的光强信号和距离信号进行处理，得到灰度图像和对应高度图像，根据灰度图像和高度图像，输出被测物平面特征信息和被测物高度信息。
如图2和图3所示，在传统视觉检测方法中，对涂布透明胶水的线路板进行检测，首先移动被测物到相机拍照位置，对被测物进行拍摄，得到被测物图像，根据mark点位置变化确定光谱共焦传感器扫描位置补偿值，保证扫描成像的一致性。通过相机对涂布透明胶水的线路板进行拍摄，透明胶水的成像效果较差，出现透明胶水下的背景也同时呈现在一副图像中，导致后续处理难度大大提升。因此，传统视觉检测方法是通过反射光在感光芯片上的叠加成像获得被测物信息，难以实现透明被测物与背景分层呈现。在图像处理过程中，背景会对透明目标物体的检测造成一定程度上的干扰，难以从图像上区分背景特征与被测物特征。此外，对于背景变化时检测方法也要进行针对性的调整，适应性较单一。
本发明实施例提供的基于光谱共焦的透明体检测方法，是利用光在被测物上的散射成像实现的目标物检测，针对透明、半透明体可实现分层成像及分层检测。可有效避免背景对被测物体的干扰，真正做到了背景变化的零响应。对透明体能做到较好的成像，且成像效果不受透明体背景变化的影响，实现了对透明物体背景的完全过滤，达到透明体的无干扰呈现，如图4和图5所示。此外，此外通过对胶水本体的高度3D图像的呈现，可以实现对透明胶水的厚度的全面测量，如图6和图7所示。实现了在被测物材质不同，感光度不同的条件下，光学自动检测设备和方法的通用性，具有适应性广，抗噪声强，抗干扰能力强，检测速度快等优点，能满足复杂场景下的稳定测量。
S1：对被测物进行图像采集的步骤包括：
被测物移动至拍摄装置的拍摄位置，通过拍摄装置对被测物进行图像采集，获取被测物实际位置。
所述被测物移动至拍摄装置的拍摄位置，通过拍摄装置对被测物进行图像采集，获取被测物实际位置的步骤包括：
被测物放置于基于光谱共焦的透明体检测系统的上料位置后，将被测物移动至相机的拍摄位置，通过相机对被测物进行图像采集，获得定位点图像坐标(P1,P2)；
通过对基于光谱共焦的透明体检测系统的标定，得到定位点图像坐标(P1,P2)和运动轴坐标(I1,I2)的对应关系:Γ1(P1)＝I1,Γ2(P2)＝I2，其中，运动轴坐标(I1,I2)为光谱共焦传感器的测量位置。
S2:被测物移动至光谱共焦传感器的测量位置，通过光谱共焦传感器对被测物进行线扫描，获取光强信号和距离信号的步骤包括:
被测物移动至运动轴坐标(I1,I2),即光谱共焦传感器的测量位置，完成光谱共焦传感器在编码器触发下的等间隔扫描，获得光强信号T和距离信号D(点或线条形式)，并得到光强信号T和距离信号D之间的一一对应关系。
S3:对获取的光强信号和距离信号进行处理，得到灰度图像和对应高度图像的步骤包括：
在对基于光谱共焦的透明体检测系统的标定校准下，得到光强信号和距离信号的对应关系Γ3(T)＝D，其中，光强信号为T，距离信号为D；
根据光强信号和距离信号的对应关系Γ3(T)＝D，及光强信号与灰度图像之间的重建关系Γ4(T)＝Q，得到被测物灰度图像与高度图像的对应关系Γ5(D)＝Q。
S3:对获取的光强信号和距离信号进行处理，得到灰度图像和对应高度图像的步骤还包括：
利用图像还原、插值和图像拼接算法对光强信号和距离信号进行处理，获取被测物的光强图像(Intensity Map)和距离图像(Distance Map)。
其中，图像还原算法可采用逆滤波算法、维纳滤波算法、迭代盲反卷积、点扩散函数基本原理、点扩散函数基本原理等算法；插值算法可采用最临近插值算法、双线性内插值算法、兰索斯插值算法等算法；图像拼接算法可采用基于区域相关的拼接算法、基于特征相关的图像拼接算法等算法。
S3:对获取的光强信号和距离信号进行处理，得到灰度图像和对应高度图像的步骤还包括：
利用图像无损压缩算法将光强图像转换为灰度图像，其中，光强图像为12位光强图像，灰度图像为8位灰度图像，图像无损压缩算法可采用静态及动态霍夫曼(Huffman)编码算法、算术编码算法、LZW编码及其改进算法、费诺-香农编码算法等算法；
获取待测高度位置在灰度图像上的位置信息，及在距离图像上的对应位置信息；
根据待测高度位置在距离图像上的对应位置信息，通过坐标系转换获得被测物在对应位置上的高度信息，获取被测物的高度图像。
S4:对灰度图像做图像处理，获取被测物平面特征信息的步骤包括：
利用halcon或openCV算法对灰度图像进行图像处理，获取被测物的平面尺寸特征及外观特征。
S5:根据高度图像获取被测物高度信息的步骤包括：
对高度图像选取任意位置，获得被测物高度信息。
S6:输出检测结果的步骤包括：
输出被测物3D尺寸数据和外观不良判定结果。其中，3D尺寸数据为长度，宽度，厚度等尺寸测量数据，外观不良判定结果为脏污，划伤，气泡等外观检测判定结果。
本发明实施例提供的基于光谱共焦的透明体检测方法，被测物放置于基于光谱共焦的透明体检测系统的上料位置后，将被测物移动至相机的拍摄位置，通过相机对被测物进行图像采集，获得定位点图像坐标；然后通过光谱共焦传感器对被测物进行线扫描，获取光强信号和距离信号，并得到光强信号和距离信号之间的一一对应关系，对获取的光强信号和距离信号进行处理，得到灰度图像和对应高度图像，根据灰度图像和高度图像，输出被测物平面特征信息和被测物高度信息。
利用光在被测物上的散射成像实现的目标物检测，针对透明、半透明体可实现分层成像及分层检测。可有效避免背景对被测物体的干扰，真正做到了背景变化的零响应。对透明体能做到较好的成像，且成像效果不受透明体背景变化的影响，实现了对透明物体背景的完全过滤，达到透明体的无干扰呈现。此外，此外通过对胶水本体的高度3D图像的呈现，可以实现对透明胶水的厚度的全面测量。实现了在被测物材质不同，感光度不同的条件下，光学自动检测设备和方法的通用性，具有适应性广，抗噪声强，抗干扰能力强，检测速度快等优点，能满足复杂场景下的稳定测量。
为了解决以上提出的技术问题，本发明实施例还提供了一种基于光谱共焦的透明体检测系统,采用了如下所述的技术方案：
一种基于光谱共焦的透明体检测系统，包括运动装置、拍摄装置、光谱共焦传感器及处理器；
所述运动装置用于对被测物进行输送，所述拍摄装置用于对被测物进行图像采集，获取被测物实际位置，所述光谱共焦传感器用于对被测物进行线扫描，获取光强信号和距离信号，所述处理器用于对获取的光强信号和距离信号进行处理，得到灰度图像和对应高度图像，对灰度图像做图像处理，获取被测物平面特征信息，以及根据高度图像获取被测物高度信息。
所述被测物为涂布透明胶水的线路板。
本发明实施例提供的基于光谱共焦的透明体检测系统，被测物放置于基于光谱共焦的透明体检测系统的上料位置后，将被测物移动至相机的拍摄位置，通过相机对被测物进行图像采集，获得定位点图像坐标；然后通过光谱共焦传感器对被测物进行线扫描，获取光强信号和距离信号，并得到光强信号和距离信号之间的一一对应关系，对获取的光强信号和距离信号进行处理，得到灰度图像和对应高度图像，根据灰度图像和高度图像，输出被测物平面特征信息和被测物高度信息。
利用光在被测物上的散射成像实现的目标物检测，针对透明、半透明体可实现分层成像及分层检测。可有效避免背景对被测物体的干扰，真正做到了背景变化的零响应。对透明体能做到较好的成像，且成像效果不受透明体背景变化的影响，实现了对透明物体背景的完全过滤，达到透明体的无干扰呈现。此外，此外通过对胶水本体的高度3D图像的呈现，可以实现对透明胶水的厚度的全面测量。实现了在被测物材质不同，感光度不同的条件下，光学自动检测设备和方法的通用性，具有适应性广，抗噪声强，抗干扰能力强，检测速度快等优点，能满足复杂场景下的稳定测量。
显然，以上所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，附图中给了本发明的较佳实施例，但并不限制本发明的专利范围。本发明可以以许多不同的形式来实现，相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员而言，其依然可以对前述各具体实施方式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效替换。凡是利用本发明说明书及附图内容所做的等效结构，直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理在本发明专利保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于光谱共焦的透明体检测方法，其特征在于，包括如下步骤：
对被测物进行图像采集；
被测物移动至光谱共焦传感器的测量位置，通过光谱共焦传感器对被测物进行线扫描，获取光强信号和距离信号；
对获取的光强信号和距离信号进行处理，得到灰度图像和对应高度图像；
对灰度图像做图像处理，获取被测物平面特征信息；
根据高度图像获取被测物高度信息；
输出检测结果。
2.根据权利要求1所述的基于光谱共焦的透明体检测方法，其特征在于，所述对被测物进行图像采集的步骤包括：
被测物移动至拍摄装置的拍摄位置，通过拍摄装置对被测物进行图像采集，获取被测物实际位置。
3.根据权利要求2所述的基于光谱共焦的透明体检测方法，其特征在于，所述被测物移动至拍摄装置的拍摄位置，通过拍摄装置对被测物进行图像采集，获取被测物实际位置的步骤包括：
被测物放置于基于光谱共焦的透明体检测系统的上料位置后，将被测物移动至相机的拍摄位置，通过相机对被测物进行图像采集，获得定位点图像坐标(P1,P2)；
通过对基于光谱共焦的透明体检测系统的标定，得到定位点图像坐标(P1,P2)和运动轴坐标(I1,I2)的对应关系:Γ1(P1)＝I1,Γ2(P2)＝I2，其中，运动轴坐标(I1,I2)为光谱共焦传感器的测量位置。
4.根据权利要求1所述的基于光谱共焦的透明体检测方法，其特征在于，所述对获取的光强信号和距离信号进行处理，得到灰度图像和对应高度图像的步骤包括：
在对基于光谱共焦的透明体检测系统的标定校准下，得到光强信号和距离信号的对应关系Γ3(T)＝D，其中，光强信号为T，距离信号为D；
根据光强信号和距离信号的对应关系Γ3(T)＝D，及光强信号与灰度图像之间的重建关系Γ4(T)＝Q，得到被测物灰度图像与高度图像的对应关系Γ5(D)＝Q。
5.根据权利要求1所述的基于光谱共焦的透明体检测方法，其特征在于，所述对获取的光强信号和距离信号进行处理，得到灰度图像和对应高度图像的步骤还包括：
利用图像还原、插值和图像拼接算法对光强信号和距离信号进行处理，获取被测物的光强图像和距离图像。
6.根据权利要求5所述的基于光谱共焦的透明体检测方法，其特征在于，所述对获取的光强信号和距离信号进行处理，得到灰度图像和对应高度图像的步骤还包括：
利用图像无损压缩算法将光强图像转换为灰度图像，其中，光强图像为12位光强图像，灰度图像为8位灰度图像；
获取待测高度位置在灰度图像上的位置信息，及在距离图像上的对应位置信息；
根据待测高度位置在距离图像上的对应位置信息，通过坐标系转换获得被测物在对应位置上的高度信息，获取被测物的高度图像。
7.根据权利要求1所述的基于光谱共焦的透明体检测方法，其特征在于，所述对灰度图像做图像处理，获取被测物平面特征信息的步骤包括：
利用halcon或openCV算法对灰度图像进行图像处理，获取被测物的平面尺寸特征及外观特征。
8.根据权利要求1所述的基于光谱共焦的透明体检测方法，其特征在于，所述输出检测结果的步骤包括：
输出被测物3D尺寸数据和外观不良判定结果。
9.一种基于光谱共焦的透明体检测系统，其特征在于，包括运动装置、拍摄装置、光谱共焦传感器及处理器；
所述运动装置用于对被测物进行输送，所述拍摄装置用于对被测物进行图像采集，获取被测物实际位置，所述光谱共焦传感器用于对被测物进行线扫描，获取光强信号和距离信号，所述处理器用于对获取的光强信号和距离信号进行处理，得到灰度图像和对应高度图像，对灰度图像做图像处理，获取被测物平面特征信息，以及根据高度图像获取被测物高度信息。
10.根据权利要求9所述的基于光谱共焦的透明体检测系统，其特征在于，所述被测物为涂布透明胶水的线路板。
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