CN115511825A

CN115511825A - 一种基于线阵相机的表面缺陷视觉检测方法及装置

Info

Publication number: CN115511825A
Application number: CN202211170480.7A
Authority: CN
Inventors: 张效栋; 闫宁
Original assignee: Tianjin University
Current assignee: Tianjin University
Priority date: 2022-09-23
Filing date: 2022-09-23
Publication date: 2022-12-23

Abstract

本发明涉及表面缺陷视觉检测领域，尤其涉及一种基于线阵相机的表面缺陷视觉检测方法及装置，所述一种基于线阵相机的表面缺陷视觉检测方法包括：利用线阵相机基于四向光源采集待检测物体图像；利用所述待检测物体图像基于光度立体法得到表面缺陷视觉检测结果，可实现线阵相机与光度立体法的结合，基于线阵相机能够在大测量范围下实现很高的测量分辨率，从而具有测量精度高，测量范围大的优点。

Description

一种基于线阵相机的表面缺陷视觉检测方法及装置

技术领域

本发明涉及表面缺陷视觉检测领域，具体涉及一种基于线阵相机的表面缺陷视觉检测方法及装置。

背景技术

随着计算机技术的进步与图像处理技术的发展，基于视觉的缺陷检测技术已经被广泛应用在工业生产生活中的各个方面。一般来说，缺陷检测往往需要借助高精度相机配合特征光源凸显来实现，由于许多缺陷往往体现为表面的凹坑，凸起，划伤等特征，对于此类特征，通过倾斜照明进行暗场成像是一种有效的凸显手段。典型代表有瓷砖表面瑕疵，钢板表面凹坑，玻璃表面划伤等。虽然基于暗场成像技术能够在一定程度上实现缺陷的凸显，这种方法只能实现缺陷的定性分析，无法实现缺陷尺寸的定量检测，因此对于一些小尺寸缺陷往往存在过杀等问题。另一方面，工件表面除缺陷外，往往还存在一些特殊干扰项，如车刀纹，脏污等，对于此类缺陷，传统检测方法往往难以实现准确的判断。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种基于线阵相机的表面缺陷视觉检测方法及装置，通过利用线阵相机与多方向光源配合，采集待测物体的图像进行检测。

为实现上述目的，本发明提供了一种基于线阵相机的表面缺陷视觉检测方法，其特征在于，包括：

利用线阵相机基于四向光源采集待检测物体图像；

利用所述待检测物体图像基于光度立体法得到表面缺陷视觉检测结果。

优选的，所述利用线阵相机基于四向光源采集待检测物体图像包括：

所述待检测物体上方一周均匀设置4个光源；

所述待检测物体的正上方设置线阵相机；

利用线阵相机采集4个光源分别亮起后的待检测物体图像。

进一步的，所述线阵相机的像素列数为4的倍数。

进一步的，所述利用线阵相机采集4个光源分别亮起后的待检测物体图像包括：

利用线阵相机分别采集4个光源依次亮起后的初次待检测物体图像；

利用线阵相机分别采集4个光源依次二次亮起后的二次待检测物体图像；

利用所述初次待检测物体图像与二次待检测物体图像中各光源对应的图像进行组合得到待检测物体图像。

优选的，利用所述待检测物体图像基于光度立体法得到表面缺陷视觉检测结果包括：

利用所述待检测物体图像基于光度立体法计算不同方向的表面法向量；

利用所述表面法向量进行待检测物体面型测量获取待检测物体表面斜率；

利用所述待检测物体表面斜率得到待检测物体表面曲率；

利用所述待检测物体表面曲率得到表面缺陷视觉检测结果。

进一步的，利用所述待检测物体图像基于光度立体法计算不同方向的表面法向量的计算式如下：

I₁＝L₁ ^TG

I₂＝L₂ ^TG

I₃＝L₃ ^TG

I₄＝L₄ ^TG

其中，(I₁，I₂，I₃，I₄)为各方向光源对应的表面亮度，(L₁，L₂，L₃，L₄)为各方向光源的入射方向向量，G为表面法向量，T为转置符号。

进一步的，利用所述待检测物体表面曲率得到表面缺陷视觉检测结果包括：

判断待检测物体表面曲率是否超过波动阈值，若是，则待检测物体存在表面缺陷，否则，不存在表面缺陷；

其中，波动阈值为待检测物体曲率平均波动量的十分之一。

基于同一发明构思，本发明还提供了一种基于线阵相机的表面缺陷视觉检测装置，其特征在于，包括线阵相机、多向光源、与控制单片机，所述线阵相机设置于待检测物体正上方，所述多向光源设置于待检测物体上方，所述多向光源为四个且两两相对设置，所述控制单片机的输出端分别与线阵相机的输入端、多向光源的各输入端连接。

优选的，所述线阵相机正下方设置有传送带，所述待检测物体设置于传送带上，所述传送带的宽度小于待检测物体宽度。

与最接近的现有技术相比，本发明具有的有益效果：

可实现线阵相机与光度立体法的结合，基于线阵相机能够在大测量范围下实现很高的测量分辨率，从而具有测量精度高，测量范围大的优点，其次，本方法可实现流水线动态检测，能够提高其在工业级应用中的检测效率，最后，本方法在传统二维检测技术的基础上赋予其三位测量能力，能够极大程度提高缺陷检测准确度。

附图说明

图1是本发明提供的一种基于线阵相机的表面缺陷视觉检测方法流程图；

图2是本发明提供的一种基于线阵相机的表面缺陷视觉检测装置示意图；

图3是本发明提供的一种基于线阵相机的表面缺陷视觉检测装置逻辑示意图；

图4是本发明提供的一种基于线阵相机的表面缺陷视觉检测方法图像示意图；

附图说明：

1、线阵相机；2、多向光源；3、传送带；4、待检测物体；5、控制单片机。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。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。

实施例1：

本发明提供了一种基于线阵相机的表面缺陷视觉检测方法，如图1所示，包括：

步骤1、利用线阵相机基于四向光源采集待检测物体图像；

步骤2、利用所述待检测物体图像基于光度立体法得到表面缺陷视觉检测结果。

步骤1具体包括：

1-1、所述待检测物体上方一周均匀设置4个光源；

1-2、所述待检测物体的正上方设置线阵相机；

1-3、利用线阵相机采集4个光源分别亮起后的待检测物体图像。

步骤1-2具体包括：

所述线阵相机的像素列数为4的倍数。

步骤1-3具体包括：

1-3-1、利用线阵相机分别采集4个光源依次亮起后的初次待检测物体图像；

1-3-2、利用线阵相机分别采集4个光源依次二次亮起后的二次待检测物体图像；

1-3-3、利用所述初次待检测物体图像与二次待检测物体图像中各光源对应的图像进行组合得到待检测物体图像。

本实施例中，一种基于线阵相机的表面缺陷视觉检测方法，所述图像进行组合为将初次待检测物体图像与二次待检测物体图像中同光源的对应图像进行首尾拼接直接得到待检测物体图像。

步骤2具体包括：

2-1、利用所述待检测物体图像基于光度立体法计算不同方向的表面法向量；

2-2、利用所述表面法向量进行待检测物体面型测量获取待检测物体表面斜率；

2-3、利用所述待检测物体表面斜率得到待检测物体表面曲率；

2-4、利用所述待检测物体表面曲率得到表面缺陷视觉检测结果。

本实施例中，一种基于线阵相机的表面缺陷视觉检测方法，所述不同方向为4个光源对应的法向。

步骤2-1的计算式如下：

I₁＝L₁ ^TG

I₂＝L₂ ^TG

I₃＝L₃ ^TG

I₄＝L₄ ^TG

步骤2-4具体包括：

其中，波动阈值为待检测物体曲率平均波动量的十分之一。

本实施例中，一种基于线阵相机的表面缺陷视觉检测方法，光源每次切换对应线阵相机拍摄一行图像，当拍摄图像达到1000行时，基于光度立体法对图像进行处理，计算得到不同位置的曲率信息，将曲率大于波动阈值的位置分割出来，其中，波动阈值为0.1(mm-1)，表示对应位置钢板存在明显翘曲，从而定位缺陷，实现缺陷检测。

实施例2：

本发明提供了一种基于线阵相机的表面缺陷视觉检测装置，如图2所示，包括线阵相机1、多向光源2、与控制单片机5，所述线阵相机1设置于待检测物体4正上方，所述多向光源2设置于待检测物体4上方，所述多向光源2为四个且两两相对设置，所述控制单片机5的输出端分别与线阵相机1的输入端、多向光源2的各输入端连接，所述线阵相机1正下方设置有传送带3，所述待检测物体4设置于传送带3上，所述传送带3的宽度小于待检测物体4宽度。

本实施例中，一种基于线阵相机的表面缺陷视觉检测装置，如图3所示，触发光源亮灭与触发相机拍摄的具体逻辑。

实施例3：

本发明提供了一种基于线阵相机的表面缺陷视觉检测实际应用方法，包括：

(1)首先进行系统搭建，相机位于传送带正上方，四个光源倾斜45°摆放，将待测件置于传送带上，随传送带运动至线阵相机正下方，从而使得线阵相机能够拍摄到待测表面整体图像。相机与光源通过单片机编程控制，其中line1，line2，line3，line4控制四个光源，line5控制相机。

(2)其中线阵相机y方向像素数为4，单次能拍摄4行图像，首先第一光源亮起，如图4所示，相机拍摄得到图像①，然后第二光源亮起，拍摄图像②，可以看到图①与图②中的三行图像存在位置重叠。以此类推，当第四光源拍摄完毕后，再次亮起光源①，此时可以看到光源①与光源⑤刚好相接，同理，光源②与光源⑥刚好相接，通过连续拍摄，最终通过单相机得到不同光源照射下的四组图像。

(3)其中步骤(2)中，相机拍照与光源亮起都通过单片机控制，首先line1为高电平，对应光源亮起，同时单片机触发相机拍摄一张照片，然而line2为高电平，对应光源亮起，相机再次拍摄图像，以此类推，直到待测件随传送带移动到视野外部，此时完成图像获取。

(4)基于光度立体原理，结合四个方面拍摄的图像，基于光度立体法进行法矢计算，最后基于法矢信息进行面形测量。可选择的，由于缺陷往往表现为连续面形下局部的突然起伏变化，因此会引起表面曲率的剧烈变化，可通过法矢先得到斜率信息，然后通过斜率求导得到曲率信息，基于曲率进行缺陷判断。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、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、CD-ROM、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申请实施例的方法、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。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims

1.一种基于线阵相机的表面缺陷视觉检测方法，其特征在于，包括：

利用线阵相机基于四向光源采集待检测物体图像；

2.如权利要求1所述的一种基于线阵相机的表面缺陷视觉检测方法，其特征在于，所述利用线阵相机基于四向光源采集待检测物体图像包括：

所述待检测物体上方一周均匀设置4个光源；

所述待检测物体的正上方设置线阵相机；

利用线阵相机采集4个光源分别亮起后的待检测物体图像。

3.如权利要求2所述的一种基于线阵相机的表面缺陷视觉检测方法，其特征在于，所述线阵相机的像素列数为4的倍数。

4.如权利要求2所述的一种基于线阵相机的表面缺陷视觉检测方法，其特征在于，所述利用线阵相机采集4个光源分别亮起后的待检测物体图像包括：

5.如权利要求1所述的一种基于线阵相机的表面缺陷视觉检测方法，其特征在于，利用所述待检测物体图像基于光度立体法得到表面缺陷视觉检测结果包括：

利用所述待检测物体表面斜率得到待检测物体表面曲率；

利用所述待检测物体表面曲率得到表面缺陷视觉检测结果。

6.如权利要求5所述的一种基于线阵相机的表面缺陷视觉检测方法，其特征在于，利用所述待检测物体图像基于光度立体法计算不同方向的表面法向量的计算式如下：

I₁＝L₁ ^TG

I₂＝L₂ ^TG

I₃＝L₃ ^TG

I₄＝L₄ ^TG

7.如权利要求5所述的所述的一种基于线阵相机的表面缺陷视觉检测方法，其特征在于，利用所述待检测物体表面曲率得到表面缺陷视觉检测结果包括：

其中，波动阈值为待检测物体曲率平均波动量的十分之一。

8.一种基于线阵相机的表面缺陷视觉检测装置，其特征在于，包括线阵相机、多向光源、与控制单片机，所述线阵相机设置于待检测物体正上方，所述多向光源设置于待检测物体上方，所述多向光源为四个且两两相对设置，所述控制单片机的输出端分别与线阵相机的输入端、多向光源的各输入端连接。

9.如权利要求8所述的一种基于线阵相机的表面缺陷视觉检测装置，其特征在于，所述线阵相机正下方设置有传送带，所述待检测物体设置于传送带上，所述传送带的宽度小于待检测物体宽度。