CN114264665A - 一种检测系统的校准方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种检测系统的校准方法及装置，提供一校准元件；校准方法包括：使多个光源沿不同的方向照射校准元件；通过成像装置分别采集每一个光源照射校准元件时的校准图像；基于校准图像获取校准系数，依据校准系数判断对应的光源的当前照射方向是否为目标照射方向；若否，根据校准系数调整对应的光源的照射方向。本发明通过使各个光源分别照射校准元件以得到校准图像，并基于校准图像获取校准系数，从而能够基于该校准系数以判断对应光源的照射方向是否符合要求，并在不符合要求时依据该校准系数进行相应调整；基于此，能够省去检测前对检测系统进行反复调试的工序，有效地简化了检测前的准备工序，进而提高了检测效率。

Description

一种检测系统的校准方法及装置

技术领域

本发明涉及缺陷检测技术领域，尤其涉及一种检测系统的校准方法及装置。

背景技术

在机器视觉领域中，各种元件的细微突变特征检测越来越多，对检测精度的要求也越来越高，而光度立体法能够实现细微缺陷的精确检测，因此得以广泛应用于缺陷检测中。

在光度立体法中，需要布置至少三个照明光源，而照明光源的照明分布一致性会影响到光度立体的检测可靠性。为了尽可能地提高检测结果的准确性，需要确保照明光源的分布一致性，但即使是同一批次的光源产品，也无法保证光轴中心完全一致，因此在检测前需要对检测系统进行反复调试，导致检测前的准备工序耗时过长，严重降低了检测效率。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种检测系统的校准方法及装置，解决现有技术中，为了提高基于光度立体法的缺陷检测的准确性，需要经过反复调试以确保照明光源的分布一致性，从而导致检测效率过低的问题。

为实现上述目的，本发明提供以下的技术方案：

一种检测系统的校准方法，提供一校准元件；所述校准方法包括：

使多个光源沿不同的方向照射所述校准元件；

通过成像装置分别采集每一个光源照射所述校准元件时的校准图像；

基于所述校准图像获取校准系数，依据所述校准系数判断对应的所述光源的当前照射方向是否为目标照射方向；

若否，根据所述校准系数调整对应的所述光源的照射方向。

可选地，所述基于所述校准图像获取校准系数，包括：

获取所述校准图像中所述校准元件的阴影区域；

计算所述阴影区域的阴影特征参数；

将所述阴影特征参数与预定的标准特征参数比对，获得位置偏移参数，将所述位置偏移参数作为所述校准系数；

所述阴影特征参数包括阴影区域的当前位置参数和/或阴影区域的当前灰度变化值，所述标准特征参数包括预定阴影区域的标准位置参数和/或预定阴影区域的标准灰度变化值。

可选地，所述基于所述校准图像获取校准系数，包括：

将所述校准图像按照等亮度线进行划分，获得最高亮度中心及次级亮度中心；

基于光源中心高度、最高亮度中心、次级亮度中心及校准图像边缘位置，计算光源偏转角，将所述光源偏转角作为所述校准系数。

可选地，所述依据所述校准系数判断对应的所述光源的当前照射方向是否为目标照射方向，包括：

将所述校准系数与预定的标准系数比对，获得比对值；

当所述比对值超出偏移阈值时，判定对应的所述光源的所述当前方向未处于目标照射方向。

可选地，所述根据所述校准系数调整对应的所述光源的照射方向，包括：

采用逐次逼近法，调整与所述校准系数对应的所述光源的照射方向，直至所述比对值小于所述偏移阈值。

可选地，所述校准元件为锥体，且所述校准元件的侧表面分布有台阶结构。

可选地，所述的检测系统的校准方法，还包括：

启动中心标定程序；

所述中心标定程序包括：

使多个光源沿不同的方向照射于单色平滑表面；

通过成像装置分别采集每一个光源照射所述单色平滑表面时的标定图像；

将每一个光源对应的标定图像进行合成，获得合成图像；

根据所述合成图像，判断光源组合的结构中心与所述成像装置的成像中心是否重合；所述光源组合由所有的所述光源构成；

若否，调整至少一个所述光源的位置，直至所述光源组合的结构中心与所述成像装置的成像中心重合。

可选地，所述的检测系统的校准方法，还包括：

启动光强标定程序；

所述光强标定程序包括：

使多个光源沿不同的方向照射于单色平滑表面；

通过成像装置分别采集每一个光源照射所述单色平滑表面时的标定图像；

分别分析所述标定图像，判断各所述标定图像的平均灰度值是否一致；

若否，调整至少一个所述光源的照射强度，直至各所述标定图像的平均灰度值一致。

可选地，所述的检测系统的校准方法，还包括：

提供一标定元件，所述标定元件具有一标定表面，所述标定表面与待测表面相对应；

在所述使多个光源沿不同的方向照射所述校准元件之前，还包括：

将所述标定元件置于预定的检测工位，并将所述校准元件置于所述标定表面的预定位置。

本发明还提供了一种检测系统的校准装置，用于执行如上任一项所述的检测系统的校准方法。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明提供了一种检测系统的校准方法及装置，通过使各个光源分别照射校准元件以得到校准图像，并基于校准图像获取校准系数，从而能够基于该校准系数以判断对应光源的照射方向是否符合要求，并在不符合要求时依据该校准系数进行相应调整；基于此，能够省去检测前对检测系统进行反复调试的工序，有效地简化了检测前的准备工序，进而提高了检测效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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它的附图。

图1为本发明提供的一种检测系统的校准方法的方法流程图；

图2为本发明中检测系统、校准元件及标定元件的分布示意图；

图3为本发明提供的一种检测系统的校准方法中步骤S2的方法流程图；

图4为本发明提供的一种检测系统的校准方法中步骤S2的又一方法流程图；

图5为本发明提供的一种检测系统的校准方法中步骤S3的方法流程图；

图6为本发明提供的一种检测系统的校准方法中步骤S01的方法流程图；

图7为本发明提供的一种检测系统的校准方法中步骤S01的又一方法流程图；

图8为本发明提供的一种检测系统的校准方法中步骤S02的方法流程图；

图9为本发明提供的一种检测系统的校准方法中步骤S02的又一方法流程图；

图10为标定图像的灰度值曲线图；

图11为本发明提供的一种检测系统的校准装置的结构框图。

上述图中：11、光源；12、校准元件；13、标定元件；20、成像装置；31、传输单元；32、执行单元；33、处理单元。

具体实施方式

为使得本发明的目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中设置的组件。当一个组件被认为是“设置在”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中设置的组件。

此外，术语“长”“短”“内”“外”等指示方位或位置关系为基于附图所展示的方位或者位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或原件必须具有此特定的方位、以特定的方位构造进行操作，以此不能理解为本发明的限制。

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

请结合参考图1和图2，本发明提供了一种检测系统的校准方法，为实现该校准方法，首先提供一校准元件12。

基于此，校准方法包括校准程序，具体包括：

S1、使多个光源11沿不同的方向照射校准元件12；

S2、通过成像装置20分别采集每一个光源11照射校准元件12时的校准图像；

S3、基于校准图像获取校准系数，依据校准系数判断对应的光源11的当前照射方向是否为目标照射方向；

S4、当对应的光源11的当前照射方向未处于目标照射方向时，根据校准系数调整对应的光源11的照射方向。

其中，在步骤S1之前，首先需要采用机械调整的方式，使光源组合的结构中心与成像中心对齐，并将校准元件12置于检测工位上；此外，还提供一标定元件13，该标定元件13具有一标定表面，标定表面与待测表面相对应，具体为至少包含待测工件的整个待测表面，且具有与待测表面相同或相近的颜色及表面纹理等表面形态。

检测前，将标定元件13置于预定的检测工位，并将校准元件12置于标定表面的预定位置。为了使校准元件12能够定位于该预定位置，标定元件13的表面设有定位标识。

可以理解的是，可以使标定元件13及校准元件12结合为一整体，并利用机械手抓取、传送带传输或人手放置等方式该整体一同置于检测工位上。

步骤S1中，以四个光源为例，使四个光源11分别沿四个方向照射于校准元件12；步骤S2中，采用成像相机，在每个光源11照射于校准元件12时分别进行拍摄，从而分别获得对应于各个光源11的校准图像。

请参考图3，步骤S2中，基于校准图像获取校准系数，包括：

S211、获取校准图像中校准元件12的阴影区域S；

S212、计算阴影区域S的阴影特征参数；

S213、将阴影特征参数与预定的标准特征参数比对，获得位置偏移参数，将位置偏移参数作为校准系数。

其中，阴影特征参数包括阴影区域的当前位置参数，和/或阴影区域的当前灰度变化值；

标准特征参数包括预定阴影区域的标准位置参数，和/或预定阴影区域的标准灰度变化值。

在不同方向的照射条件下，所获得的校准图像中阴影区域S的所处位置不同；

在计算阴影区域S的当前位置参数时，可以计算阴影区域S的中心坐标，也可以计算阴影区域S的边缘坐标。然后，将计算所得的当前位置参数与预先设定的标准位置参数比对，从而获得位置偏移参数，该位置偏移参数即为校准系数；

此外，也可以利用阴影区域的当前灰度变化值与预定阴影区域的标准灰度变化值进行比对分析，借此获得位置偏移参数。

另外，请参考图4，步骤S2中还可以通过如下步骤，基于校准图像获取校准系数：

S221、将校准图像按照等亮度线进行划分，获得至少一个亮度中心；

S222、基于光源中心高度、亮度中心和校准图像边缘位置，计算光源偏转角，将光源偏转角作为校准系数。

可以理解的是，可以通过等亮度线对校准图像进行划分，获得校准图像的质心；在高角度的情况下时只有一个亮度中心，为最高亮度中心(质心)；在低角度时有可能出现两个亮度中心，此时除了获取最高亮度中心外，还获取亮度次于最高亮度中心的次级亮度中心；基于该次级亮度中心与校准图像边缘的距离，以及对应光源11的中心高度，以计算光源偏转角，该光源偏转角即为校准系数。

基于该光源偏转角，采用逐次逼近法对光源11的角度进行调整，直至光源偏转角小于理想状态下的偏转角阈值。

具体地，光源偏转角的计算方法如下：

获得四个方向照射下所获得的校准图像，将校准图像按照等亮度线进行划分，按照亮度的从高到低分为最高亮度中心(质心)、次级亮度中心(第二高亮度中心)以及再次级亮度中心(第三高亮度中心)；基于以下关系式计算第一光源偏转角E1：

E1＝arctan((C1+d)/A1)；

其中，A1为对应光源11的中心高度，C1为最高亮度中心与校准图像边缘的距离，d为校准图像边缘到光源中心的水平距离；基于该第一光源偏转角E1以及理想状态下的第一标准偏转角度G1，判断光源11的当前照射方向是否为目标照射方向，若否，采用逐次逼近法对光源11的照射角度进行调整，直至第一光源偏转角E1与第一标准偏转角度G1之间的差值为零。

在低角度时，为了实现光源11照射角度的微调，以进一步确保光源11照射角度的准确性，基于以下关系式计算第二光源偏转角F1：

F1＝arctan((D1+d)/A1)；

D1为次级亮度中心与图像边缘的距离；基于该第二光源偏转角F1以及理想状态下的第二标准偏转角度G2，判断光源11的当前照射方向是否为目标照射方向，若否，采用逐次逼近法对光源11的照射角度进行调整，直至第二光源偏转角F1与第二标准偏转角度G2之间的差值为零。

此外，还可以以相同的方法，基于再次级亮度中心计算第三光源偏转角，并根据理想状态下的第三标准偏转角度进行相应的微调，在此不作过多赘述。

其中，最高亮度中心可以理解为校准图像的质心，次级亮度中心可以理解为靠近光源11方向且亮度次于质心的等亮度环，再次级亮度中心可以理解为亮度次于次级亮度中心的等亮度环。

进一步地，请参考图5，步骤S3中，依据校准系数判断对应的光源11的当前照射方向是否为目标照射方向，包括：

S31、将校准系数与预定的标准系数比对，获得比对值；

S32、当比对值超出偏移阈值时，判定对应的光源11的当前方向未处于目标照射方向。

具体地，本实施例中采用逐次逼近法，调整与校准系数对应的光源11的照射方向，直至比对值小于偏移阈值。

本实施例中，可以利用气缸、直线模组及旋转电机等方式实现光源11照射角度的调整；同时，可以设置位置感应器以感应光源11的当前位置，或调整过程中光源11的运动路径，并在光源11到达目标调整位置时利用报警器发出到位信号。

当所有的光源11的当前照射方向均调整至对应的目标照射方向时，即光源11校准程序完成。

本实施例中，校准元件12为锥体，如圆锥体或棱锥体等；此外，校准元件12的顶面与底面之间的侧表面分布有台阶结构，该台阶结构能够时校准图像具有多个棱角，有利于校准系数的精确获取，从而提高光源11照射方向的精准调节。

可以理解的是，当校准元件12为棱锥体时，其棱边的数量可以根据光源11的数量对应设置，如设置有四个光源11，则该校准元件12为四棱锥。

请结合参考图6、图7，进一步地，本实施例中的检测系统的校准方法，还包括：

S01、启动光强标定程序；

光强标定程序包括：

S011、使多个光源11沿不同的方向照射于单色平滑表面；

S012、通过成像装置20分别采集每一个光源11照射单色平滑表面时的标定图像；

S013、分别分析标定图像，判断各标定图像的平均灰度值是否一致；

S014、各标定图像的平均灰度值不一致时，调整至少一个光源11的照射强度，直至各标定图像的平均灰度值一致。

具体地，该单色平滑表面可以采用普通白纸，也可以采用其他表面形态且单色的平滑表面。

请参考图10，通过分析各个标定图像的平均灰度值，并将各个标定图像的平均灰度值进行比对，以判断各方向照明光源11的强度是否一致。

进一步地，请结合参考图8、图9，本实施例中的检测系统的校准方法，还包括：

S02、启动中心标定程序；

中心标定程序包括：

S021、使多个光源11沿不同的方向照射于单色平滑表面；

S022、通过成像装置20分别采集每一个光源11照射单色平滑表面时的标定图像；

S023、将每一个光源11对应的标定图像进行合成，获得合成图像；

S024、根据合成图像，判断光源组合的结构中心与成像装置20的成像中心是否重合；

S025、当光源组合的结构中心与成像装置20的成像中心未重合时，调整至少一个光源11的位置，直至光源组合的结构中心与成像装置20的成像中心重合。

可以理解的是，光源组合为所有的光源11构成的组合结构；在调整光源11位置时，可以逐个对各光源11进行调整，也可以以所有光源11为一个整体进行调整。

具体地，该单色平滑表面可以采用普通白纸，也可以采用其他表面形态且单色的平滑表面。

通过将各光源11成像后的标定图像经图像程序处理，合成为一张具有反射率的标定图像，并判断合成后的反射率图的灰度中心与图像中心是否重合。如果二者中心重合，则认为组合光源11的结构中心与成像系统的中心重合。否则，则调整组合光源11的位置，使其与成像系统的中心重合。

可以理解的是，可以先执行步骤S01，也可以先执行步骤S02，该两个步骤的执行次序不受本文中出现的先后顺序所限定，在实际应用中可以根据实际需求加以调整。

此外，本发明还包括自检程序，该自检程序包括控制通道自检、光源11点亮自检、光源11调整自检和成像自检中的一种或一种以上。

其中，校准程序、中心标定程序和光强标定程序均由计算设备进行控制，该计算设备内设有用于存储程序指令的存储器，以及用于调用存储器中程序指令的处理器，以实现前述的程序。

自检程序包括：

1)使计算设备与相机进行通讯，判断是否能够正常通讯；

2)使计算设备与光源11控制器进行通讯，判断是否能够正常通讯；可以理解的是，该光源11控制器可以与光源11，以及用于驱动光源11进行运动的气缸、直线模组或旋转电机连接，用于控制光源11的点亮，并通过控制驱动件的启停以控制光源11的调整；

3)使计算设备与位置传感器进行通讯，判断位置传感器是否能够工作；

通过前述的自检程序，能够确保校准程序、中心标定程序和光强标定程序能够顺利进行。

其中，成像自检是指相机镜头通过一次成像，判断相机曝光值、增益、镜头焦距、光圈值等参数与设定值是否一致；

光源11点亮自检和光源11调整自检是指标定程序发送光源11及控制器驱动指令，并检测是否收到控制器的回传信息，以及光源11是否按照控制驱动逻辑进行点亮，判断方法如下：利用成像装置20以预定时间间隔进行成像，当图像灰度值发生明显变化，且变化倍数为2倍以上时，判定为光源11已按照控制驱动逻辑进行点亮。

请参考图11，基于前述实施例，本发明还提供了一种检测系统的校准装置，用于执行如上任一项的检测系统的校准方法。

其中，该校准装置包括：

传输单元31，用于将校准元件12和标定元件13置于检测工位；

执行单元32，用于使多个光源11沿不同的方向照射校准元件12，并通过成像装置20分别采集每一个光源11照射校准元件12时的校准图像；

处理单元33，用于基于校准图像获取校准系数，依据校准系数判断对应的光源11的当前照射方向是否为目标照射方向；

执行单元32还用于当对应的光源11的当前照射方向未处于目标照射方向时，根据校准系数调整对应的光源11的照射方向。

本发明通过使各个光源11分别照射校准元件12以得到校准图像，并基于校准图像获取校准系数，从而能够基于该校准系数以判断对应光源11的照射方向是否符合要求，并在不符合要求时依据该校准系数进行相应调整；基于此，能够省去检测前对检测系统进行反复调试的工序，有效地简化了检测前的准备工序，进而提高了检测效率。

以上所述，以上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。

Claims (10)

1.一种检测系统的校准方法，其特征在于，提供一校准元件；所述校准方法包括：

使多个光源沿不同的方向照射所述校准元件；

通过成像装置分别采集每一个光源照射所述校准元件时的校准图像；

基于所述校准图像获取校准系数，依据所述校准系数判断对应的所述光源的当前照射方向是否为目标照射方向；

若否，根据所述校准系数调整对应的所述光源的照射方向。

2.根据权利要求1所述的检测系统的校准方法，其特征在于，所述基于所述校准图像获取校准系数，包括：

获取所述校准图像中所述校准元件的阴影区域；

计算所述阴影区域的阴影特征参数；

将所述阴影特征参数与预定的标准特征参数比对，获得位置偏移参数，将所述位置偏移参数作为所述校准系数；

所述阴影特征参数包括阴影区域的当前位置参数和/或阴影区域的当前灰度变化值，所述标准特征参数包括预定阴影区域的标准位置参数和/或预定阴影区域的标准灰度变化值。

3.根据权利要求1所述的检测系统的校准方法，其特征在于，所述基于所述校准图像获取校准系数，包括：

将所述校准图像按照等亮度线进行划分，获得至少一个亮度中心；

基于光源中心高度、亮度中心和校准图像边缘位置，计算光源偏转角，将光源偏转角作为校准系数。

4.根据权利要求1所述的检测系统的校准方法，其特征在于，所述依据所述校准系数判断对应的所述光源的当前照射方向是否为目标照射方向，包括：

将所述校准系数与预定的标准系数比对，获得比对值；

当所述比对值超出偏移阈值时，判定对应的所述光源的所述当前方向未处于目标照射方向。

5.根据权利要求4所述的检测系统的校准方法，其特征在于，所述根据所述校准系数调整对应的所述光源的照射方向，包括：

采用逐次逼近法，调整与所述校准系数对应的所述光源的照射方向，直至所述比对值小于所述偏移阈值。

6.根据权利要求1所述的检测系统的校准方法，其特征在于，所述校准元件为锥体，且所述校准元件的侧表面分布有台阶结构。

7.根据权利要求1所述的检测系统的校准方法，其特征在于，还包括：

启动光强标定程序；

所述光强标定程序包括：

使多个光源沿不同的方向照射于单色平滑表面；

通过成像装置分别采集每一个光源照射所述单色平滑表面时的标定图像；

分别分析所述标定图像，判断各所述标定图像的平均灰度值是否一致；

若否，调整至少一个所述光源的照射强度，直至各所述标定图像的平均灰度值一致。

8.根据权利要求1所述的检测系统的校准方法，其特征在于，还包括：

启动中心标定程序；

所述中心标定程序包括：

使多个光源沿不同的方向照射于单色平滑表面；

通过成像装置分别采集每一个光源照射所述单色平滑表面时的标定图像；

将每一个光源对应的标定图像进行合成，获得合成图像；

根据所述合成图像，判断光源组合的结构中心与所述成像装置的成像中心是否重合；所述光源组合由所有的所述光源构成；

若否，调整至少一个所述光源的位置，直至所述光源组合的结构中心与所述成像装置的成像中心重合。

9.根据权利要求1所述的检测系统的校准方法，其特征在于，还包括：

提供一标定元件，所述标定元件具有一标定表面，所述标定表面与待测表面相对应；

在所述使多个光源沿不同的方向照射所述校准元件之前，还包括：

将所述标定元件置于预定的检测工位，并将所述校准元件置于所述标定表面的预定位置。

10.一种检测系统的校准装置，其特征在于，用于执行权利要求1至9中任一项所述的检测系统的校准方法。

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