CN113447489A - 大曲率光学镜片表面疵病检测中去除光晕影响的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大曲率光学镜片表面疵病检测中去除光晕影响的方法及装置,用于大曲率镜片表面疵病检测，其通过在暗场散射显微成像法基础上，为照明光源选择两个不同的高度，确保当光源处于这两个高度照明时，镜片表面的光晕可以错开位置；在光源处于这两个高度时分别拍下被测镜片的图片；通过覆盖的方式将光晕部分消除，得到没有光晕影响的镜片表面图像；该方法及装置结构简单可靠、实现成本低、调整方式灵活，只需通过直线运动模组上下调整光源高度，即可调整光晕的大小和位置，便于后续处理；相对于偏振片消除法，可以更有效去除光晕影响。

Description

大曲率光学镜片表面疵病检测中去除光晕影响的方法及装置

技术领域

本发明涉及光学镜片表面疵病检测技术，尤其涉及一种大曲率光学镜片表面疵病检测中去除光晕影响的方法及装置。

背景技术

光学镜片在生产制造过程中，要经过切割、研磨、清洗、镀膜等加工处理环节，这些环节受到外界振动、电网波动、人为干扰、切削刃钝化、研抛颗粒大小不均、清洗不净等因素的影响，容易在镜片表面留下擦痕、麻点、斑点、破边等疵病(缺陷)，这些疵病影响了镜片的光学功能，甚至会产生一定的热效应引起自身或它器件的损坏。因此光学镜片生产企业在镜片出厂前都要进行表面疵病检测。目前光学镜片生产企业多采用人工目测法进行表面疵病的检测。该方法在暗场中以光束照射镜片表面，检测人员通过5-10倍的光学放大镜，用肉眼观测被测区域表面缺陷情况，依经验或标准比对图样对疵病的类型、等级进行判定。这种方法带有一定的主观性，受检测人员的经验、注意力、眼睛疲劳程度等因素的影响，稳定性和可靠性难以保证。

暗场散射显微成像法是光学镜片表面疵病自动化检测设备中常用的检测方法。这种方法在暗场环境下，将待测光学镜片置于相机显微物镜下方，照明系统发出的平行光束以一定的角度照射到待测元件表面，若镜片表面没有疵病，照明光束将从另一侧出射，并不进入上方相机的成像系统中。当光学元件表面存在疵病时，由于疵病的局部微观结构，入射光束将产生一个较大范围的散射，部分散射光会进入到相机的成像系统中，从而在相机上获得了暗背景下的疵病亮像。但是，当检测大曲率镜片时，照明用的环形光源会在镜片表面成像，形成光晕影响了相机对表面疵病的观测。华中科技大学朱宇栋等人在《大曲率光学镜片视觉检测中打光光晕的产生与消除》一文中提出了偏振片法和差分法两种光晕消除方法。偏振片法使用线偏振光照射镜片，再利用偏振镜头滤掉反射产生的光晕。这种方法需要根据镜片曲率计算并调整照明光线的入射角，且不能完全消除光晕。差分法则将待检测图像与基准图像作差，在使用过程中需要一个基准图像，且光晕处的疵病会被掩盖。浙江大学杨甬英在国家自然科学基金结题报告《精密表面缺陷的数字化评价系统的研究》中提出用多光纤对被测镜面照明，利用光纤角度调整架调整入射光角度，从而获得最佳的疵病显示效果。但是实现这种方案的系统机械结构复杂、成本高、不便于设备实现及应用普及。

发明内容

本发明为解决在基于机器视觉的光学镜片表面疵病自动化检测过程中，大曲率光学镜片受环形光照射时易产生光晕、影响检测效果的问题，提供一种大曲率光学镜片表面疵病检测中去除光晕影响的方法及装置。

为解决上述技术问题，本发明提供一种大曲率光学镜片表面疵病检测中去除光晕影响的方法，其方法流程为:

步骤一、在暗场散射显微成像法基础上，为照明光源选择两个不同的高度，确保当光源处于这两个高度照明时，镜片表面的光晕可以错开位置；

步骤二、在光源处于这两个高度时分别拍下被测镜片的图片-图片A和图片B；

步骤三、通过覆盖的方式将光晕部分消除，得到没有光晕影响的镜片表面图像-图片C。

该方法简单,并可有效去除光晕影响。

在一种实施例中,所述暗场散射显微成像法具体为:在暗场环境下，将待测光学镜片置于成像系统下方，照明系统发出的光束照射到待测光学镜片表面；若镜片表面没有疵病，照明光束将从另一侧出射，不会进入上方成像系统中；当光学元件表面存在疵病时，由于疵病的局部微观结构，入射光束将产生一个较大范围的散射，部分散射光会进入到成像系统中，从而获得暗背景下的疵病亮像。

在一种实施例中,在所述步骤二与步骤三之间，还需要对图像进行预处理，实现图片降噪和位置对准。

在一种实施例中,所述步骤三具体为：

分别在A、B两张图片中寻找光晕位置，再依据光晕形状构造掩膜；

同时，利用两种不同的合并方法得到合并后图片S_max和S_min，其中图片S_max中每个像素取A和图片B中对应像素中的灰度值最大的那个，即：S_max(i,j)＝max(A(i,j),B(i,j))，图片S_min中每个像素为A和图片B中对应像素中的灰度值最小的那个：S_min(i,j)＝min(A(i,j),B(i,j))；

利用掩膜和合并后的图片S_max和S_min进行运算覆盖光晕，得到无光晕的图片C；

利用边缘检测、阈值分割等图像处理方法或人工智能方法在图C中提取疵病图像。

在一种实施例中,所述利用掩膜和合并后的图片S_max和S_min进行运算覆盖光晕，得到无光晕的图片C步骤；其具体做法为：光晕处C(i,j)＝S_min(i,j)，其它位置C(i,j)＝S_max(i,j)。

本发明还提供一种大曲率光学镜片表面疵病检测中去除光晕影响的装置,包括成像系统、位于成像系统下方用于放置待测光学镜片的镜片夹具、用于照射待测光学镜片的照明系统，还包括用于调整照明系统与所述待测光学镜片之间相对位置的位置切换装置、以及用于通过覆盖的方式将光晕部分消除得到没有光晕影响的镜片表面图像的图片处理模块。

在一种实施例中,所述待测光学镜片相对于成像系统的另一侧设置有用于防止反光的暗背景。

在一种实施例中,所述图片处理模块为与所述成像系统联接的计算机。

在一种实施例中,所述位置切换装置为与所述照明系统连接的直线运动模组。

在一种实施例中,所述照明系统为环形光源，所述成像系统的拍摄视角位于所述环形光源中轴线上。

本发明的有益效果是：一种大曲率光学镜片表面疵病检测中去除光晕影响的方法及装置；其通过在暗场散射显微成像法基础上，为照明光源选择两个不同的高度，确保当光源处于这两个高度照明时，镜片表面的光晕可以错开位置；在光源处于这两个高度时分别拍下被测镜片的图片；通过覆盖的方式将光晕部分消除，得到没有光晕影响的镜片表面图像；该方法及装置结构简单可靠、实现成本低、调整方式灵活，只需通过直线运动模组上下调整光源高度，即可调整光晕的大小和位置，便于后续处理；相对于偏振片消除法，可以更有效去除光晕影响。

附图说明

为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施方式，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，还可以用这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一种大曲率光学镜片表面疵病检测中去除光晕影响的装置一种实施例的结构示意图；

图2为本发明一种大曲率光学镜片表面疵病检测中去除光晕影响的方法一种实施例的流程图；

图3为实施示例光源处于低位置照明时光学镜片光晕图片A；

图4为实施示例光源处于高位置照明时光学镜片光晕图片B；

图5为实施示例去除光晕影响后的光学镜片照片。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

请参考图2所示，一种大曲率光学镜片表面疵病检测中去除光晕影响的方法,涉及到光学技术、自动控制技术、计算机图像处理技术。本发明方法流程为:

步骤一、在暗场散射显微成像法基础上，为照明光源选择两个不同的高度，确保当光源处于这两个高度照明时，镜片表面的光晕可以错开位置；

步骤二、在光源处于这两个高度时分别拍下被测镜片的图片-图片A和图片B；

步骤三、通过覆盖的方式将光晕部分消除，得到没有光晕影响的镜片表面图像-图片C。

所述暗场散射显微成像法具体为:在暗场环境下，将待测光学镜片置于成像系统下方，照明系统发出的光束以一定的角度照射到待测光学镜片表面；若镜片表面没有疵病，照明光束将从另一侧出射，并不进入上方成像系统中；当光学元件表面存在疵病时，由于疵病的局部微观结构，入射光束将产生一个较大范围的散射，部分散射光会进入到成像系统中，从而获得暗背景下的疵病亮像。

实施时，优选的，在所述步骤二与步骤三之间，还需要对图像进行预处理，实现图片降噪和位置对准。

实施时，优选的，所述步骤三具体为：

分别在A、B两张图片中寻找光晕位置，再依据光晕形状构造掩膜；

同时，利用两种不同的合并方法得到合并后图片S_max和S_min，其中图片S_max中每个像素取A和图片B中对应像素中的灰度值最大的那个，即：S_max(i,j)＝max(A(i,j),B(i,j))，图片S_min中每个像素为A和图片B中对应像素中的灰度值最小的那个：S_min(i,j)＝min(A(i,j),B(i,j))；

利用掩膜和合并后的图片S_max和S_min进行运算覆盖光晕，得到无光晕的图片C；

利用边缘检测、阈值分割等图像处理方法或人工智能方法在图C中提取疵病图像。

实施时，优选的，所述利用掩膜和合并后的图片S_max和S_min进行运算覆盖光晕，得到无光晕的图片C步骤；其具体做法为：光晕处C(i,j)＝S_min(i,j)，其它位置C(i,j)＝S_max(i,j)。

参照图1所示，本发明还提供一种大曲率光学镜片表面疵病检测中去除光晕影响的装置,包括成像系统3、位于成像系统3下方用于放置待测光学镜片的镜片夹具2、用于照射待测光学镜片5的照明系统4；还包括用于调整照明系统4与所述待测光学镜片5之间相对位置的位置切换装置、以及用于通过覆盖的方式将光晕部分消除得到没有光晕影响的镜片表面图像的图片处理模块。

处理模块实现上文所述方法中步骤三流程的处理。

实施时，在所述待测光学镜片5相对于成像系统3的另一侧设置有用于防止反光的暗背景6。防止成像系统3拍照时背景反光干扰。

实施时，所述图片处理模块为与所述成像系统3联接的计算机7。相应图片处理在计算机软件中完成。对应的处理流程，参照面方法部分描述。

实施时，所述位置切换装置为与所述照明系统4连接的直线运动模组1。这种结构简单可靠。直线运动模组1包括动力源和直线移动部，移动部连接所述照明系统4，使得照明系统4可在直线运动模组1驱动下平移到两个不同的高度位置。

当然，实施时位置切换装置也可以是其它位置切换装置/机构；甚至可以是两个完全一样的光源分别点亮方式实现光源切换，只是这种情况对光源的一致性要求较高。

具体的，如图1所示，成像系统3、照明系统4、待测光学镜片5、暗背景6由上至下依次设置，其中成像系统3、照明系统4、待测光学镜片5最好是位于与直线运动模组1的运动轴线平行的一个直线上，待测光学镜片5端正摆放。这样在照明系统4不同高度时，待测光学镜片5反射的照明系统4可保持为等比缩放的相同影像，利于后续处理。

实施时，所述照明系统4为环形光源(环形光源对应的在镜头上呈现光圈亮影)，所述成像系统3的拍摄视角位于所述环形光源中轴线上。同样镜片夹具2所支撑的待测光学镜片5也位于该环形光源中轴线上。

实施时，直线运动模组1也可以是驱动除照明系统4之外的其它部分，以实现光源位置切换。甚至直线运动模组1可以是驱动成像系统3，也可实现光晕变化，只不过这种情况需要对图片进行幅度及视角等做适当调整，相对复杂。

下面通过具体实施方式结合附图对本发明具体实施例作进一步详细说明。

如图1所示一种大曲率光学镜片表面疵病检测中去除光晕影响的装置具体实施例，由相机和显微镜头构成的成像系统3、环形光源(照明系统4)、用于夹持光学镜片的夹具(镜片夹具2)、安装环形光源的直线运动模组1(直线运动模组包含有驱动模块)、用于图像处理和控制直线运动模组1的计算机7。

为在使用暗场散射显微成像法检测大曲率光学镜片表面疵病时去除光晕影响，本发明采用如图1所示的实验装置。该装置可由400万像素的工业相机及0.5倍显微镜头构成多成像系统、环形LED灯、用于夹持光学镜片的夹具、安装环形光源的直线运动模组及步进电机驱动模块、与工业相机及步进电机驱动模块联接的计算机构成。

如图2、图1所示，本发明在前述装置基础上，实现一种大曲率光学镜片表面疵病检测中去除光晕影响的方法的实施步骤：

1)用夹具夹持待测镜片放置在成像系统3视场内，操作人员通过计算机7控制直线运动模组1，使环形光源处于一个高度较低的位置照明，观察此时镜片表面光晕的位置；再操控直线运动模组1运动，使环形光源处于一个高度较高的位置照明，确保此位置环形灯在产生的光晕与前一个光晕位置不同，分别采集镜片表面影像得到图片A和图片B(如图3、图4所示)；

2)对图片A和图片B进行预处理，实现图片降噪和位置对准；

3)利用图像处理方法，分别在A、B两张图片中寻找光晕位置；

4)依据光晕形状构造掩膜，图片中光晕处置1，其它位置置为0；

5)利用两种不同的方法合并图片：取图片A和图片B中对应像素中的灰度值最大的那个，得到图片S_max，即S_max(i,j)＝max(A(i,j),B(i,j))；取A和B对应像素灰度值最小的那个，得到图片S_min，即S_min(i,j)＝min(A(i,j),B(i,j))；

6)利用掩膜和合并后的图片S_max和S_min进行运算光晕，得到无光晕的图片C，具体做法为：光晕处C(i,j)＝S_min(i,j)，其它位置C(i,j)＝S_max(i,j)，结果如图5所示；

7)利用边缘检测、阈值分割等图像处理方法或人工智能方法在图C中提取疵病图像。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，上述描述的方法、设备和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。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、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。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。

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 (10)

1.一种大曲率光学镜片表面疵病检测中去除光晕影响的方法,其特征在于，方法流程为:

步骤一、在暗场散射显微成像法基础上，为照明光源选择两个不同的高度，确保当光源处于这两个高度照明时，镜片表面的光晕可以错开位置；

步骤二、在光源处于这两个高度时分别拍下被测镜片的图片-图片A和图片B；

步骤三、通过覆盖的方式将光晕部分消除，得到没有光晕影响的镜片表面图像-图片C。

2.如权利要求1所述的大曲率光学镜片表面疵病检测中去除光晕影响的方法，其特征在于，所述暗场散射显微成像法具体为:在暗场环境下，将待测光学镜片置于成像系统下方，照明系统发出的光束照射到待测光学镜片表面；若镜片表面没有疵病，照明光束将从另一侧出射，不会进入上方成像系统中；当光学元件表面存在疵病时，由于疵病的局部微观结构，入射光束将产生一个较大范围的散射，部分散射光会进入到成像系统中，从而获得暗背景下的疵病亮像。

3.如权利要求1或2所述的大曲率光学镜片表面疵病检测中去除光晕影响的方法，其特征在于，在所述步骤二与步骤三之间，还需要对图像进行预处理，实现图片降噪和位置对准。

4.如权利要求1或2所述的大曲率光学镜片表面疵病检测中去除光晕影响的方法，其特征在于，所述步骤三具体为：

分别在A、B两张图片中寻找光晕位置，再依据光晕形状构造掩膜；

同时，利用两种不同的合并方法得到合并后图片S_max和S_min，其中图片S_max中每个像素取A和图片B中对应像素中的灰度值最大的那个，即：S_max(i,j)＝max(A(i,j),B(i,j))，图片S_min中每个像素为A和图片B中对应像素中的灰度值最小的那个：S_min(i,j)＝min(A(i,j),B(i,j))；

利用掩膜和合并后的图片S_max和S_min进行运算覆盖光晕，得到无光晕的图片C；

利用边缘检测、阈值分割等图像处理方法或人工智能方法在图C中提取疵病图像。

5.如权利要求4所述的大曲率光学镜片表面疵病检测中去除光晕影响的方法，其特征在于，所述利用掩膜和合并后的图片S_max和S_min进行运算覆盖光晕，得到无光晕的图片C步骤；其具体做法为：光晕处C(i,j)＝S_min(i,j)，其它位置C(i,j)＝S_max(i,j)。

6.一种大曲率光学镜片表面疵病检测中去除光晕影响的装置,包括成像系统(3)、位于成像系统(3)下方用于放置待测光学镜片(5)的镜片夹具(2)、用于照射待测光学镜片(5)的照明系统(4)，其特征在于，还包括用于调整照明系统(4)与所述待测光学镜片(5)之间相对位置的位置切换装置、以及用于通过覆盖的方式将光晕部分消除得到没有光晕影响的镜片表面图像的图片处理模块。

7.如权利要求6所述的大曲率光学镜片表面疵病检测中去除光晕影响的装置,其特征在于，所述待测光学镜片(5)相对于成像系统(3)的另一侧设置有用于防止反光的暗背景(6)。

8.如权利要求6所述的大曲率光学镜片表面疵病检测中去除光晕影响的装置,其特征在于，所述图片处理模块为与所述成像系统(3)联接的计算机。

9.如权利要求6所述的大曲率光学镜片表面疵病检测中去除光晕影响的装置,其特征在于，所述位置切换装置为与所述照明系统(4)连接的直线运动模组(1)。

10.如权利要求6所述的大曲率光学镜片表面疵病检测中去除光晕影响的装置,其特征在于，所述照明系统(4)为环形光源，所述成像系统(3)的拍摄视角位于所述环形光源中轴线上。

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