CN112782176A - 一种产品外观检测方法及装置 - Google Patents

Abstract

一种产品外观检测方法，通过至少一台光场相机拍摄获取被测产品外观图像；设置至少一台光源以合适的角度照射所述被测产品外观待测区域，使得被测产品外观待测区域被所述光场相机良好成像；对被测产品外观图像进行光场多视角渲染，根据光场多视角图像表面纹理信息，判断、获得被测产品外观表面缺陷信息。在所述获得被测产品外观表面缺陷信息后，结合被测产品外观表面不良纹理的位置，并依据预设判定标准对所述产品外观进行判定。

Description

一种产品外观检测方法及装置

技术领域

本发明属于产品检测技术领域，特别涉及一种产品外观检测方法及装置。

背景技术

近年来，随着科技和工业水平的飞速增长，日常生活对产品的需求量爆发式增加。工业生产逐步进入半自动化与自动化生产的阶段，但涉及到金属、塑料、陶瓷等材料的零部件和成品外观检测，成为制约工业检测效率的一大问题。有的时候一条自动化产线需要大量人力配套进行产品检测，这成为制约产线生产稳定性的一大要素。金属、塑料、陶瓷等材料的产品表面会有划痕、压痕、点伤、油污、损伤、杂质等表面外观缺陷，但因产品材质与外观结构的特性，在外观检测中，一些缺陷特征在某些观察视角无法被二维相机抓取到。所以在工业产线上只通过普通的二维相机从单一角度成像，是无法完全检出的，现阶段更多的是依靠熟练地工人进行判断，或者同时搭建多台二维相机尽可能保证多角度检出，但由于工人误判或相机安装空间局限，可靠性较差，影响产线生产效率，增加成本。

光场相机的出现为产品外观检测提供了新的解决方向。光场相机在常规相机的传感器和主镜头中间增加了微透镜阵列，进而记录光线的传播方向，形成独特的经过透镜阵列编码的光场图像，对该光场图像进行光场多视角渲染，得到几十到几百张从不同细微角度观察物体的多视角图像；然后通过多视角图像，及图像识别算法，综合判断产品外观缺陷，包括缺陷位置、类型、尺寸等信息。实现用一台相机准确高效地获取多个观察视角的产品表面纹理信息，有效改善现有设备检查和人工检查存在的问题，提高检测准确度及效率，降低检测成本。

发明内容

本发明提供了一种产品外观检测方法，目的在于解决现有的对于产品外观检测仍然无法摆脱大量采用人工肉眼判断的困境。

本发明实施例之一，一种产品外观检测方法，

通过至少一台光场相机拍摄获取被测产品外观图像；

设置至少一台光源以合适的角度照射所述被测产品外观待测区域，使得被测产品外观待测区域被所述光场相机良好成像；

对被测产品外观图像进行光场多视角渲染，根据光场多视角图像表面纹理信息，判断、获得被测产品外观表面缺陷信息；

在所述获得被测产品外观表面缺陷信息后，结合被测产品外观表面不良纹理的位置，并依据预设判定标准对所述产品外观进行判定。

本发明的有益效果包括：

1、本发明可通过一次拍摄得到待测产品或者样品外观的多个视角的图像信息，可以对待测产品表面的划痕，斑点等需要特殊角度方可检测到的不良信息有更准确与稳定的检出能力。

2、本发明可计算待测产品或者样品尺寸，进而辅助判断产品是否符合生产要求，从而更稳定的在源头避免抽检遗留的不良品流入下一工序或仓库。

3、本发明只需要一台相机在一个角度进行拍摄，大大节省相机的搭载空间要求。

附图说明

通过参考附图阅读下文的详细描述，本发明示例性实施方式的上述以及其他目的、特征和优点将变得易于理解。在附图中，以示例性而非限制性的方式示出了本发明的若干实施方式，其中：

图1是本发明实施例之一的一种产品外观检测方法流程图。

图2是本发明实施例中光场相机测试SD卡表面缺陷的系统示意图。

图3是本发明实施例中光场相机测试SD卡表面缺陷的多视角结果图。

10——光场相机，20——光源，30——SD卡表面缺陷。

具体实施方式

根据一个或者多个实施例，如图1所示，一种基于光场相机的产品外观检测方法，包含如下步骤：

A1，根据被测产品测量区域大小和测量深度范围，例如本实施例中，测试SD卡外观表面划痕，选择适合焦距和放大倍率的光学镜头。调节镜头光圈至光场相机光圈匹配，即微透镜光圈和主镜头光圈匹配，具体表现为光场相机拍摄散焦柔光纯色校准板图像，该图像中微透镜阵列恰好或接近于相切状态。调节完毕后，拍摄多张位于光场相机散焦处的光强较为均匀的纯色背景板，即散焦柔光纯色校准板。对多张光场白图像进行平均化及归一化处理后得到去渐晕矩阵

后续拍摄的全部光场原始图像均需要点除以该去渐晕矩阵，从而完成光场白图像校准。

完成光场包图像校准步骤后，对光场白图像使用滤波器进行处理，去除光场白图像噪声，并对滤波后的光场图像进行非极大值抑制；进而根据处理后的图像取局部最大值，该最大值恰好为光场相机微透镜的整数级中心；以整数级微透镜中心作为初始迭代值，迭代优化微透镜排列网格，最终获得微透镜排列的角度及间距，获得亚像素级微透镜中心。

A2，光场相机尺度校准步骤需要装配位移台及尺度校准板：首先固定尺度校准板在光场相机焦平面区域，从焦平面处不断移动校准板到固定空间距离，并进行拍摄，且校准板上点的空间位置已知，因此可以得到整个移动过程中校准板上点的空间位置。圆点校准点在光场图像上会形成弥散圆，处理得到弥散圆的直径进而计算得到弥散圆的视差值及弥散圆的像素坐标，根据光场相机尺度校准模型，拟合得到空间中三维坐标和光场相机像素坐标和视差值的关系。

A3，根据被测样品需求进行多个角度光源照射，如图2所示多个角度光源对样品表面待测区域进行照射，以至于能被光场相机成像，必要时可进行多次成像；该过程中光源并不受限制，可以使用诸如环形光源、背光源、条形光源、球积分光源、穹顶光源、同轴光源等。

A4，基于含有待测区域信息的光场相机原始光场图像，进行常规光场渲染及深度估计。首先进行光场多视角渲染，得到具有待测区域信息的光场多视角图像，如图3中所示的25张图像为光场相机拍摄一张SD卡原始光场图片后生成的25个不同视角的图像；然后结合图像处理技术直接对产品进行判定；如需要可进一步计算获得光场视差图像，根据光场相机尺度校准结果，将光场视差图像转为光场深度图像，该深度图像中同样包含缺陷的三维信息。图3中，png表示一种图像格式文件的后缀。

A5，光场多视角图像与常规二维相机图像本质上没有区别，可以视为多个不同角度的二维相机拍摄同一个物体，因此可以对该多视角图像进行缺陷提取。缺陷识别和提取可以使用多种方法，如基于形状的模板匹配、基于灰度的轮廓提取和基于卷积神经网络的缺陷识别等方法将图像中缺陷的像素坐标提取出来，辅助进行缺陷定位。如本例中，SD卡红圈中的表面划痕在16个视角中无法被检测出，而在9个视角中可以被检测出，说明缺陷存在。

A6，基于A2的光场尺度校准结果，将检测区域的深度图像映射至空间坐标系中，最终形成的三维点云。获得缺陷的二维及三维坐标信息和形状信息。

本发明实施例采用光场相机搭配合适光圈和焦距的镜头后拍摄散焦柔光纯色校准板，进行光场白图像校准和微透镜中心校准；采用该相机拍摄多张空间位置不同的尺度校准板进行光场相机尺度校准；搭配合适光源照射被测样品，以至于样品能被相机成像；光场相机拍摄样品，进行光场多视角渲染，得到几十到几百张从不同细微角度观察物体的多视角图像；然后通过多视角图像，及图像识别算法，综合判断产品外观缺陷，包括缺陷位置、类型、尺寸等信息。

本发明能够用一台相机准确高效地获取多个观察视角的产品表面纹理信息，有效改善现有设备检查和人工检查存在的问题，提高检测准确度及效率，降低检测成本。

本领域内的技术人员应明白，本发明的具体实施方式可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用硬件实施例、软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器和光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种产品外观检测方法，其特征在于，

通过至少一台光场相机拍摄获取被测产品外观图像；

设置至少一台光源以合适的角度照射所述被测产品外观待测区域，使得被测产品外观待测区域被所述光场相机良好成像；

对被测产品外观图像进行光场多视角渲染，根据光场多视角图像表面纹理信息，判断、获得被测产品外观表面缺陷信息。

2.根据权利要求1所述的产品外观检测方法，其特征在于，在所述获得被测产品外观表面缺陷信息后，结合被测产品外观表面不良纹理的位置，并依据预设判定标准对所述产品外观进行判定。

3.根据权利要求1所述的产品外观检测方法，其特征在于，所述通过光场相机拍摄获取被测产品外观图像的步骤包括，

采用光场相机或显微光场相机搭配合适光圈和焦距的镜头后拍摄散焦柔光纯色校准板，进行光场白图像校准和微透镜中心校准；

采用光场相机拍摄多张空间位置不同的尺度校准板进行光场相机尺度校准。

4.根据权利要求1所述的产品外观检测方法，其特征在于，所述的光源以合适的角度照射所述被测产品外观待测区域步骤，是将被测产品待测区域均匀照射，且避免反光，以至于所述光场相机可以对被测产品外观进行成像。

5.根据权利要求1所述的产品外观检测方法，其特征在于，所述的根据光场多视角图像表面纹理信息，判断、获得被测产品外观表面缺陷信息，是根据光场多视角图像中存在缺陷的形状信息，通过根据缺陷常见的形状信息进行分类识别，进一步定位该缺陷在光场多视角图像中的位置。

6.根据权利要求3所述的产品外观检测方法，其特征在于，所述通过光场相机拍摄获取被测产品外观图像的步骤具体包括，

调节镜头至适合焦距和光圈，使用镜头光圈匹配后的光场相机拍摄多张散焦柔光纯色校准板，获取光场白图像；

根据光场相机白图像计算得到去渐晕矩阵和光场相机微透镜亚像素级中心坐标矩阵；

采用光场相机拍摄多张已知空间三维位置的圆点校准板，并建立从三维坐标到视差之间的光场数学模型，完成光场相机尺度校准。

7.一种产品外观检测装置，其特征在于，包括

至少一台光场相机，用于拍摄被测产品外观图像；

至少一台光源，用于被测产品外观待测区域；

缺陷检测器，包括存储器；以及

耦合到所述存储器的处理器，该处理器被配置为执行存储在所述存储器中的指令，所述处理器执行如权利要求1-6中任一项所述的方法。

8.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序指令，所述计算机程序指令在被处理器运行时使得所述处理器执行如权利要求1-6中任一项所述的方法。

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