CN117147553A - 调控式成像系统和调控式成像方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种调控式成像系统和调控式成像方法，其能够针对复杂的金属器件表面进行清晰成像，获得较高质量的表面缺陷图像，便于进行缺陷识别。该调控式成像系统包括：照明单元，该照明单元用于发射照明光以照亮待检测表面；图像采集单元，该图像采集单元用于接收经由该待检测表面反射回的散射光，以采集该待检测表面的图像信息；以及曝光调控单元，该曝光调控单元被设置于该图像采集单元和该照明单元之间的光路中，用于根据该待检测表面的光散射差异特性，调控该待检测表面上不同材质表面的相对曝光量，以减小该待检测表面上不同材质表面的曝光差异。

Description

调控式成像系统和调控式成像方法

技术领域

本发明涉及成像技术领域，特别是涉及一种调控式成像系统和调控式成像方法。

背景技术

近年来，随着降本增效方针的贯彻实施，自动化的工业检测逐步取代人工检测。虽然对于一些常规的工业器件检测，如平面钢板、手机面板或丝绸等形貌简单、材质均一的物体表面，自动化的机器视觉检测方案发展较为成熟；但在一些复杂的工况下，如金属器件的不规则表面，自动化的缺陷图像采集却面临着巨大的挑战。尤其是复杂的金属表面，如大型柴油发动机表面，其表面尺寸达到900mm*600mm且表面形貌、材质复杂，往往会造成表面对光的散射特性差异较大，此时使用常规的工业相机加光源，想要采集清晰且高对比度图像的难度极大。故当前对这种表面的检测主要由工人使用强光手电去观察缺陷，这不因仅单次观察的范围小而造成效率低下，而且在强光下长时间工作对工人的考验也比较大，容易出现主观判断错误。

然而，由于这种复杂金属表面通常指的是表面存在多种材质的组合，如高反射率的抛光表面和低反射率的喷砂表面，且这些表面并非平面，多由起伏的曲面组成，因此当普通平面光源、发散点光源或碗状光源照射该表面时，经散射后被相机接收的图像都为抛光面过曝、喷砂面欠曝的低质量图像。此外，工业相机多为定焦镜头，实际拍摄的景深较小，无法对有深度跨度的复杂形貌表面均成像清晰，更无法为后期缺陷识别提供有效的高质量图像。

例如，现有的金属表面缺陷采集方案主要包括光源照明系统、工业相机以及待检测金属表面。一方面，由于常规的金属表面图像采集对象都为金属板或金属带等，其表面都为平面、且表面材质均一，因此这种方案虽然对于打光的难度较小，但打光条件的局限性却较大，即该打光方案只适用于对光散射方向和亮度均匀的表面进行图像采集；另一方面，由于所采集的图像都为小视场的局部放大图像，因此所采集图像的实际物方视场较小，需要扫描遍历表面，效率偏低。

发明内容

本发明的一个优势在于提供一种调控式成像系统和调控式成像方法，其能够针对复杂的金属器件表面进行清晰成像，获得较高质量的表面缺陷图像，便于进行缺陷识别。

本发明的另一个优势在于提供一种调控式成像系统和调控式成像方法，其中，在本发明的一个实施例中，所述调控式成像系统能够针对复杂金属表面对光线的散射差异，调控待检测表面上不同材质表面的相对曝光量，以便获得整体画面曝光相对均匀的图像。

本发明的另一个优势在于提供一种调控式成像系统和调控式成像方法，其中，在本发明的一个实施例中，所述调控式成像系统能够采用偏振选择或透过掩膜等方式来控制与不同材质表面对应的散射光强，以通过物理方式调控曝光量，改善表面缺陷图像的质量。

本发明的另一个优势在于提供一种调控式成像系统和调控式成像方法，其中，在本发明的一个实施例中，所述调控式成像系统能够结合调焦组件，实现对存在表面高度差的复杂金属表面进行多深度的清晰成像。

本发明的另一个优势在于提供一种调控式成像系统和调控式成像方法，其中，在本发明的一个实施例中，所述调控式成像系统能够在算法端对图像进行曝光处理，以弥补物理曝光的不足，便于进一步提升图像质量。

本发明的另一个优势在于提供一种调控式成像系统和调控式成像方法，其中，在本发明的一个实施例中，所述调控式成像系统能够采用大视场相机，省掉原先小视场相机的扫描拼接过程，便于实现高效率的缺陷图像采集。

本发明的另一个优势在于提供一种调控式成像系统和调控式成像方法，其中，在本发明的一个实施例中，所述调控式成像系统能够适用于绝大多数复杂(金属)表面的成像，场景限制较少，对于基于机器视觉的图像采集工作具有重要的意义。

本发明的另一个优势在于提供一种调控式成像系统和调控式成像方法，其中为了达到上述目的，在本发明中不需要采用昂贵的材料或复杂的结构。因此，本发明成功和有效地提供一种解决方案，不只提供一种简单的调控式成像系统和调控式成像方法，同时还增加了所述调控式成像系统和调控式成像方法的实用性和可靠性。

为了实现本发明的上述至少一个优势或其他优点和目的，本发明提供了一种调控式成像系统，用于对待检测表面进行成像，所述调控式成像系统包括：

照明单元，所述照明单元用于发射照明光以照亮该待检测表面；

图像采集单元，所述图像采集单元用于接收经由该待检测表面反射回的散射光，以采集该待检测表面的图像信息；以及

曝光调控单元，所述曝光调控单元被设置于所述图像采集单元和该照明单元之间的光路中，用于根据该待检测表面的光散射差异特性，调控该待检测表面上不同材质表面的相对曝光量，以减小该待检测表面上不同材质表面的曝光差异。

根据本申请的一个实施例，所述照明单元为偏振漫射光源，所述偏振漫射光源用于发射线偏振光，以使该线偏振光在经由该待检测表面上不同材质表面的散射后，形成存在偏振态退化差异的散射光；所述曝光调控单元为偏振片，所述偏振片被设置于所述图像采集单元的接收光路中，用于根据该散射光的偏振态退化差异，选择进入所述图像采集单元的光线的偏振态，以调控该待检测表面上不同材质表面的相对曝光量。

根据本申请的一个实施例，所述偏振漫射光源包括偏振光源面板和开设于所述偏振光源面板的收光孔，所述图像采集单元的接收光路穿过所述偏振漫射光源的所述收光孔，用于经由所述收光孔接收被该待检测表面反射回的散射光。

根据本申请的一个实施例，所述偏振片被设置在所述偏振漫射光源的所述收光孔内。

根据本申请的一个实施例，所述偏振片通过套环被套设在所述图像采集单元的镜头前端。

根据本申请的一个实施例，所述照明单元为平面开孔光源，且所述图像采集单元的接收光路穿过所述平面开孔光源的开孔；所述曝光调控单元为透过率掩膜，所述透过率掩膜被设置于所述平面开孔光源的发射光路和所述图像采集单元的接收光路中，所述透过率掩膜上具有不同透过率的区域分别用于对准该待检测表面的不同材质表面，以调控该待检测表面上不同材质表面的相对曝光量。

根据本申请的一个实施例，所述透过率掩膜根据该待检测表面上抛光表面和喷砂表面的分布进行制作，其中所述透过率掩膜具有用于与该待检测表面的抛光表面对应的第一区域和用于与该待检测表面的磨砂表面对应的第二区域，且所述第一区域的透过率小于所述第二区域的透过率。

根据本申请的一个实施例，所述图像采集单元为相机，所述相机的镜头对角视场大于等于90°。

根据本申请的一个实施例，所述图像采集单元为相机，该相机包括感光组件、被设置于该感光组件的感光侧的成像镜头以及调焦组件，所述调焦组件用于根据该待检测表面的高度落差查找表，调节所述相机的成像焦距以对焦到该待检测表面上的不同高度表面。

根据本申请的一个实施例，所述调焦组件为被对应地设置于该成像镜头的液体透镜，以通过该液体透镜的焦距进行调焦、对焦。

根据本申请的一个实施例，所述调控式成像系统进一步包括图像处理单元，所述图像处理单元可通信地连接于该图像采集单元，用于对经由该图像采集单元获得的初步图像进行曝光补偿处理，以获得最终的缺陷图像。

根据本申请的一个实施例，所述图像处理单元包括相互可通信地连接的获取模块、提取模块以及融合模块，所述获取模块可通信地连接于该图像采集单元，用于获取经由所述图像采集单元采集的具有不同曝光量的多张初步图像；所述提取模块用于通过防抖和特征区域识别方式，从经由所述获取模块获取的每张初步图像中提取正常曝光区域，以获得多个待融合区域图像；所述融合模块用于通过高动态范围成像方式，对该多个待融合区域图像进行融合处理，以获得融合图像作为该最终的缺陷图像。

根据本申请的一个实施例，所述图像处理单元包括相互可通信地连接的获取模块、校正模块以及增强模块，所述获取模块可通信地连接于该图像采集单元，用于获取经由所述图像采集单元采集的非过曝图像；所述校正模块用于对该非过曝图像进行伽马校正，以获得校正后图像；所述增强模块用于对该校正后的图像进行对比度曲线提升，以获得对比度增强的图像作为该最终的缺陷图像。

根据本申请的另一方面，本申请进一步提供了一种调控式成像方法，包括步骤：

发射照明光以照亮待检测表面；

根据该待检测表面的光散射差异特性，调控该待检测表面上不同材质表面的相对曝光量，以减少该待检测表面上不同材质表面的曝光差异；以及

接收经由该待检测表面反射回的散射光，以采集该待检测表面的图像信息。

根据本申请的一个实施例，所述根据该待检测表面的光散射差异特性，调控该待检测表面上不同材质表面的相对曝光量，以减少该待检测表面上不同材质表面的曝光差异的步骤，包括步骤：

根据该散射光的偏振态退化差异，选择所接收光线的偏振态，以调控该待检测表面上不同材质表面的相对曝光量。

根据本申请的一个实施例，所述根据该待检测表面的光散射差异特性，调控该待检测表面上不同材质表面的相对曝光量，以减少该待检测表面上不同材质表面的曝光差异的步骤，包括步骤：

根据该待检测表面上抛光表面和喷砂表面的分布，制作透过率掩膜，其中该透过率掩膜具有用于与该待检测表面的抛光表面对应的第一区域和用于与该待检测表面的磨砂表面对应的第二区域，且该第一区域的透过率小于该第二区域的透过率；

通过该透过率掩膜的该第一区域和该第二区域，分别透过该照明光以对应地传播至该待检测表面的该抛光表面和该磨砂表面；以及

通过该透过率掩膜的该第一区域和该第二区域，分别对应地透过经由该抛光表面和该磨砂表面反射回的散射光以被接收成像。

根据本申请的一个实施例，所述调控式成像方法进一步包括步骤：

根据该待检测表面的高度落差查找表，调节成像焦距以对焦到该待检测表面上的不同高度表面，以获得该待检测表面的多个不同深度图像。

根据本申请的一个实施例，所述调控式成像方法进一步包括步骤：

对采集的图像信息进行曝光补偿处理，以获得最终的缺陷图像。

根据本申请的一个实施例，所述对采集的图像信息进行曝光补偿处理，以获得最终的缺陷图像的步骤，包括步骤：

获取具有不同曝光量的多张初步图像；

通过防抖和特征区域识别方式，从每张初步图像中提取正常曝光区域，以获得多个待融合区域图像；以及

通过高动态范围成像方式，对该多个待融合区域图像进行融合处理，以获得融合图像作为该最终的缺陷图像。

根据本申请的一个实施例，所述对采集的图像信息进行曝光补偿处理，以获得最终的缺陷图像的步骤，包括步骤：

获取非过曝图像；

对该非过曝图像进行伽马校正，以获得校正后的图像；以及

对该校正后的图像进行对比度曲线提升，以获得对比对增强的图像作为该最终的缺陷图像。

附图说明

图1是根据本申请的一个实施例的调控式成像系统的框图示意图；

图2示出了根据本申请的上述实施例的调控式成像系统的第一示例；

图3示出了根据本申请的上述实施例的调控式成像系统的第二示例；

图4示出了根据本申请的上述实施例的调控式成像系统在采集不同深度图像时的结构示意图；

图5示出了根据本申请的上述实施例的调控式成像系统中图像处理单元的一个示例；

图6示出了根据本申请的上述示例的图像处理单元进行图像融合的过程示意图；

图7示出了根据本申请的上述实施例的调控式成像系统中图像处理单元的另一个示例；

图8示出了根据本申请的上述另一示例的图像处理单元进行图像校正的过程示意图；

图9是根据本申请的一个实施例的调控式成像方法的流程示意图；

图10示出了根据本申请的上述实施例的调控式成像方法中曝光调控步骤的示例；

图11示出了根据本申请的上述实施例的调控式成像方法中曝光补偿步骤的一个示例；

图12示出了根据本申请的上述实施例的调控式成像方法中曝光补偿步骤的另一个示例；

图13示出了根据本申请的上述实施例的调控式成像方法的一个应用示例。

主要元件符号说明：1、调控式成像系统；10、照明单元；11、偏振漫射光源；111、偏振光源面板；112、收光孔；12、平面开孔光源；120、开孔；20、图像采集单元；21、相机；211、感光组件；212、成像镜头；213、调焦组件；2130、液体透镜；30、曝光调控单元；31、偏振片；32、套环；33、透过率掩膜；331、第一区域；332、第二区域；40、图像处理单元；41、获取模块；42、提取模块；43、融合模块；44、校正模块；45、增强模块；W、待检测表面。

以上主要元件符号说明结合附图及具体实施方式对本申请作进一步详细的说明。

具体实施方式

以下描述用于揭露本发明以使本领域技术人员能够实现本发明。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。在以下描述中界定的本发明的基本原理可以应用于其他实施方案、变形方案、改进方案、等同方案以及没有背离本发明的精神和范围的其他技术方案。

本领域技术人员应理解的是，在本发明的揭露中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系是基于附图所示的方位或位置关系，其仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此上述术语不能理解为对本发明的限制。

在本发明中，权利要求和说明书中术语“一”应理解为“一个或多个”，即在一个实施例，一个元件的数量可以为一个，而在另外的实施例中，该元件的数量可以为多个。除非在本发明的揭露中明确示意该元件的数量只有一个，否则术语“一”并不能理解为唯一或单一，术语“一”不能理解为对数量的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，属于“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或者暗示相对重要性。本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，属于“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接或者一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也可以是通过媒介间接连结。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

考虑到现有的金属表面缺陷采集方案所采集的对象都为金属板或金属带等，其表面都为平面、且表面材质均一，使得这种方案虽然对于打光的难度较小，但打光条件的局限性却较大，即该打光方案只适用于对光散射方向和亮度均匀的表面进行图像采集。本申请创造性地提出了一种调控式成像系统和调控式成像方法，其能够针对复杂的金属器件表面进行清晰成像，获得较高质量的表面缺陷图像，便于进行缺陷识别。

具体地，参考本申请的说明书附图之图1至图8，根据本申请的一个实施例提供了一种调控式成像系统1，用于对待检测表面W进行成像。该调控式成像系统1可以包括照明单元10、图像采集单元20以及曝光调控单元30。该照明单元10用于发射照明光以照亮该待检测表面W。该图像采集单元20用于接收经由该待检测表面W反射回的散射光，以采集该待检测表面的图像信息。该曝光调控单元30被设置于该图像采集单元20和该照明单元10之间的光路中，用于根据该待检测表面W的光散射差异特性，调控该待检测表面W上不同材质表面的相对曝光量，以减小该待检测表面W上不同材质表面的曝光差异。

值得注意的是，由于本申请的该调控式成像系统1能够通过该曝光调控单元30减小该待检测表面W上不同材质表面的曝光差异，因此该调控式成像系统1的该图像采集单元20能够获得曝光较为均匀的图像信息，有助于提高缺陷图像的质量，便于后续进行缺陷识别。可以理解的是，本申请的该待检测表面W可以但不限于被实施为复杂金属表面，例如发动机的表面等等；此外，本申请的该待检测表面W上不同材质表面可以但不限于被实施为高反射率的抛光表面和低反射率的喷砂表面等等。

更具体地，在本申请的第一示例中，如图2所示，该照明单元10可以被实施为偏振漫射光源11，该偏振漫射光源11用于发射线偏振光，以使该线偏振光在经由该待检测表面W上不同材质表面的散射后，形成存在偏振态退化差异的散射光。与此同时，该曝光调控单元30被实施为偏振片31，该偏振片31被设置于该图像采集单元20的接收光路中，用于根据该散射光的偏振态退化差异，选择进入该图像采集单元20的光线的偏振态，以调控该待检测表面W上不同材质表面的相对曝光量。可以理解的是，本申请的该偏振片31本身就起到了选择作用；这样，线偏振光在经过该待检测表面W上不同材质表面的散射后，被反射回的散射光相对于入射光会存在一定的差异；换言之，由于抛光表面和磨砂表面因表面微粗糙的差异而使反射前后的光线的偏振态改变具有一定的差异，因此本申请的该调控式成像系统1通过在镜头前端添加选择偏振片，以选择进入该图像采集单元20内成像的光线的偏振态，使得该待检测表面W上不同材质表面的相对曝光量得以被调控，以获得曝光相对均匀的缺陷图像。

优选地，如图2所示，该偏振漫射光源11可以包括偏振光源面板111和开设于该偏振光源面板111的收光孔112；该图像采集单元20的接收光路穿过该偏振漫射光源11的该收光孔112，用于经由该收光孔112接收被该待检测表面W反射回的散射光，有助于在确保该偏振漫射光源11更好地照亮该待检测表面W的同时，提高该图像采集单元20所采集的图像质量。

更优选地，该偏振光源面板111被实施为平面漫射光源，以便更好地照亮表面形貌为无规则曲面的该待检测表面W。该收光孔112优选地位于该偏振光源面板111的中心区域，以使该照明单元10与该图像采集单元20相互配合，获得更好角度和更高质量的缺陷图像。

可选地，如图2所示，本申请的该偏振片31可以通过套环32被套设在该图像采集单元20的镜头前端，使得被反射回的散射光先穿过该偏振片31才能进入该图像采集单元20以被接收成像。当然，在本申请的其他示例中，该偏振片31也可以但不限于被设置在该偏振漫射光源11的该收光孔112内，这样无需更改该图像采集单元20的自身结构，就能够实现曝光调控的效果，便于简化系统组装。

值得注意的是，虽然在本申请的上述第一示例中，本申请通过在该图像采集单元20的镜头前端添加该偏振片31，可有效地选择进入该图像采集单元20的光线的偏振态，以调控不同材质表面的相对曝光量，从而获得相对较为均匀曝光的图像，便于后续进行缺陷识别；但在本申请的其他示例中，为了获取均匀曝光的缺陷图像，本申请的该调控式成像系统1还可以采用其他方式进行。

示例性地，在本申请的第二示例中，如图3所示，该照明单元10可以被实施为平面开孔光源12，且该图像采集单元20的接收光路穿过该平面开孔光源12的开孔120。与此同时，该曝光调控单元30可以被实施为透过率掩膜33，该透过率掩膜33被设置于该平面开孔光源12的发射光路和该图像采集单元20的接收光路中，该透过率掩膜33上具有不同透过率的区域分别用于对准该待检测表面W的不同材质表面，以调控该待检测表面W上不同材质表面的相对曝光量。

优选地，如图3所示，该透过率掩膜33根据该待检测表面W上抛光表面和喷砂表面的分布进行制作；其中该透过率掩膜33具有用于与该待检测表面W的抛光表面对应的第一区域331和用于与该待检测表面W的磨砂表面对应的第二区域332，且该第一区域331的透过率小于该第二区域332的透过率。这样，虽然该待检测表面W上抛光表面的反射率大于磨砂表面的反射率，但是一方面，经由该平面开孔光源12发射的照明光会先分别透过该第一区域331和该第二区域332对应地传播至该抛光表面和该磨砂表面，使得传播至该抛光表面的照明光强小于传播至该磨砂表面的照明光强；另一方面，经由该抛光表面和该磨砂表面反射的散射光会分别对应地再次透过该第一区域331和该第二区域332，使得经由该图像采集单元20接收到的与该抛光表面对应的散射光强基本等于与该喷砂表面对应的散射光强，从而采集到均匀曝光的表面缺陷图像。

根据本申请的上述实施例，如图2和图3所示，该调控式成像系统1的该图像采集单元20可以但不限于被实施为相机21，且该相机21的镜头对角视场可以大于等于90°，使得该相机21在拍摄距离为0.6m时，所拍摄的物方画面可以达到0.6m*0.6m，适于整体覆盖该待检测表面W，以便一次性采集该待检测表面W的图像，可以省掉原先小视场相机的扫描拼接过程，从而实现高效率的缺陷图像采集。

示例性地，如图2和图3所示，该相机21可以包括感光组件211和被设置于该感光组件211的感光侧的成像镜头212，使得被反射回的散射光先穿过该成像镜头212，再被该感光组件211接收以成像。可以理解的是，该感光组件211被实施为高分辨率的传感器，以便获得更加清晰的缺陷图像。

值得注意的是，由于该待检测表面W除了具有不同材质表面之外，其表面形状也是不规则的，存在高度落差，因此现有的工业相机因是定焦的而只能拍清楚一定深度范围的图像(超出景深范围就会变模糊)，无法对有深度跨度的复杂形貌表面均成像清晰。为了解决这一问题，如图4所示，本申请的该调控式成像系统1的该相机21可以进一步包括调焦组件213，该调焦组件213用于根据该待检测表面W的高度落差查找表(英文：Look-up table；简称LUT)，调节该相机21的成像焦距以对焦到该待检测表面上的不同高度表面，以使该相机21获得该待检测表面的多个不同深度图像。可以理解的是，由于该调焦组件213能够调节该相机21的成像焦距以对焦到该待检测表面上的不同高度表面，因此该相机21能够清晰地采集该待检测表面上不同高度表面的图像，以获得多张不同深度的清晰图像，便于后续进行缺陷识别。

可选地，如图4所示，本申请的该调焦组件213可以但不限于被实施为液体透镜2130，该液体透镜2130被对应地设置于该成像镜头212，以形成液体镜头，从而通过调节该液体透镜2130的焦距进行调焦、对焦，以便根据该待检测表面W的高度落差查找表快速地对焦到该待检测表面上对应高度的表面，而获得相应的清晰图像。可以理解的是，本申请的该液体透镜2130具有调焦速度快、装置体积小的特征，比较适合本申请对该待检测表面W的图像采集作业。

当然，在本申请的其他示例中，该调焦组件213也可以被实施为被设置于该成像镜头212的驱动电机(图中未示出)，仍能够通过该驱动电机来调节该相机21的成像焦距，本申请对此不再赘述。

示例性地，在本申请的一个应用示例中，针对某一型号的发动机表面结构图，得到发动机表面(即该待检测表面W)的高度落差LUT，根据LUT数据可以得到三个深度平面(即三个不同高度表面)，如图4所示的三个虚线框；在PC端控制该调焦组件213以使该相机21分别对焦到三个深度平面以采集该发动机表面的图像信息，就能够获得三个深度的清晰图像。

值得注意的是，上述方案均是通过物理方式来初步获得清晰的缺陷图像(即初步图像)，而为了进一步提高图像质量，本申请的该调控式成像系统1可以进一步在算法端对获得的初步图像进行曝光处理，以弥补物理曝光的不足。可以理解的是，本申请的该初步图像可以包括通过采用偏振选择方式获得的缺陷图像；也可以包括采用透过掩膜方式获得的缺陷图像；还可以包括通过结合调焦组件获得的不同深度的缺陷图像。

具体地，如图1和图4所示，本申请的该调控式成像系统1可以进一步包括图像处理单元40，该图像处理单元40可通信地连接于该图像采集单元20，用于对经由该图像采集单元20获得的初步图像进行曝光补偿处理，以获得更高质量的缺陷图像作为最终的缺陷图像，有助于提高后续缺陷识别的效率和精度。

更具体地，在本申请的一个示例中，如图5所示，该图像处理单元40可以包括相互可通信地连接的获取模块41、提取模块42以及融合模块43。该获取模块41可通信地连接于该图像采集单元20，用于获取经由该图像采集单元20采集的具有不同曝光量的多张初步图像。该提取模块42用于通过防抖和特征区域识别方式，从经由该获取模块41获取的每张初步图像中提取正常曝光区域，以获得多个待融合区域图像。该融合模块43用于通过高动态范围成像方式对该多个待融合区域图像进行融合处理，以获得融合图像作为该最终的缺陷图像。可以理解的是，本申请所提及的正常曝光区域指的是该初步图像中既不过曝、又不欠曝的区域，即该初步图像中曝光状态较好的区域。例如，如图6所示，对获得的三张具有不同曝光值的初步图像进行高动态范围成像(HDR)融合，得到一张整体曝光较好的图像作为最终的缺陷图像，便于后续进行表面缺陷识别。

值得注意的是，在本申请的另一个示例中，如图7所示，该图像处理单元40也可以包括相互可通信地连接的获取模块41、校正模块44以及增强模块45。该获取模块41可通信地连接于该图像采集单元20，用于获取经由该图像采集单元20采集的非过曝图像。该校正模块44用于对该非过曝图像进行伽马校正，以获得校正后的图像。该增强模块45用于对该校正后的图像进行对比度曲线提升，以获得对比度增强的图像作为该最终的缺陷图像。

可以理解的是，本申请所提及的非过曝图像指的是欠曝图像或正常曝光图像，以便尽可能保留图像的细节信息，这是因为过曝会导致细节信息丢失。此外，本申请的伽马校正为gamma校正，其是一种暗部增强算法，能够使图像在不丢失细节信息的情况下，将漆面的暗部进行提亮。

例如，如图8所示，获取单张不存在过曝点的图像，尽可能保留图像的细节信息；通过gamma校正进行暗部增强，使得图像在不丢失细节信息的情况下，将漆面的暗部进行提亮；最后进行对比度的曲线提升，以获得缺陷相对于背景对比度较好的图像，作为最终的缺陷图像。

值得注意的是，本申请的该校正模块44除了可以对初步图像进行校正处理之外，还可以对经由该融合模块43融合后的图像极小能够gamma校正，以便获得更高质量的缺陷图像；当然，本申请的该提取模块42除了可以对初步图像进行提取之外，还可以对经由该增强模块45增强后的图像进行提取，进而通过该融合模块43进行融合，也能够获得更高质量的缺陷图像。换言之，本申请的上述两个示例中的图像处理单元可以单独使用，也可以配合使用，且当两者配合使用时，其先后次序可以互换，均能够达到提高缺陷图像质量的效果。

值得一提的是，如图9所示，根据本申请的一个实施例进一步提供了一种调控式成像方法，可以包括步骤：

S100：发射照明光以照亮待检测表面；

S200：根据该待检测表面的光散射差异特性，调控该待检测表面上不同材质表面的相对曝光量，以减少该待检测表面上不同材质表面的曝光差异；以及

S300：接收经由该待检测表面反射回的散射光，以采集该待检测表面的图像信息。

示例性地，如图10所示，该调控式成像方法的该步骤S200，可以包括步骤：

S210：根据该散射光的偏振态退化差异，选择所接收光线的偏振态，以调控该待检测表面上不同材质表面的相对曝光量。

当然，如图10所示，该调控式成像方法的该步骤S200，也可以包括步骤：

S210’：根据该待检测表面上抛光表面和喷砂表面的分布，制作透过率掩膜，其中该透过率掩膜具有用于与该待检测表面的抛光表面对应的第一区域和用于与该待检测表面的磨砂表面对应的第二区域，且该第一区域的透过率小于该第二区域的透过率；

S220’：通过该透过率掩膜的该第一区域和该第二区域，分别透过该照明光以对应地传播至该待检测表面的该抛光表面和该磨砂表面；以及

S230’：通过该透过率掩膜的该第一区域和该第二区域，分别对应地透过经由该抛光表面和该磨砂表面反射回的散射光以被接收成像。

值得注意的是，根据本申请的一个实施例，如图9所示，该调控式成像方法可以进一步包括步骤：

S400：根据该待检测表面的高度落差查找表，调节成像焦距以对焦到该待检测表面上的不同高度表面，以获得该待检测表面的多个不同深度图像。

此外，根据本申请的一个实施例，如图9所示，该调控式成像方法还可以进一步包括步骤：

S500：对采集的图像信息进行曝光补偿处理，以获得最终的缺陷图像。

示例性地，在本申请的一个示例中，如图11所示，该调控式成像方法的该步骤S500，可以包括步骤：

S510：获取具有不同曝光量的多张初步图像；

S520：通过防抖和特征区域识别方式，从每张初步图像中提取正常曝光区域，以获得多个待融合区域图像；以及

S530：通过高动态范围成像方式，对该多个待融合区域图像进行融合处理，以获得融合图像作为该最终的缺陷图像。

当然，在本申请的另一示例中，如图12所示，该调控式成像方法的该步骤S500，也可以包括步骤：

S510’：获取非过曝图像；

S520’：对该非过曝图像进行伽马校正，以获得校正后的图像；以及

S530’：对该校正后的图像进行对比度曲线提升，以获得对比对增强的图像作为该最终的缺陷图像。

值得注意的是，本申请所提及的步骤序号只是为了方便描述该调控式成像方法的各个步骤，并不意味着各个步骤按照步骤序号的先后次序进行；换言之，该调控式成像方法中的各个步骤可以根据需要合理地调整先后次序，只要能够获得高质量的缺陷图像即可，本申请对此不再赘述。

示例性地，如图13所示，以复杂金属表面的图像采集为例：首先，通过偏振选择或增加区域透过率差异的掩膜，控制不同材质(抛光或喷砂)表面进入相机的散射光强，以初步获取整体画面曝光均匀的图像；其次，根据复杂金属表面的高度落差信息，通过事先记录数据，制作查找表格LUT，并通过计算机控制驱动液体透镜对焦到对应深度，以采集不同深度的清晰图像；最后，针对采集到的图像，通过软件开发工具包(SDK)进行gamma校正和/或HDR操作等暗部增强和整体对比度增强处理，以输出一张高质量的表面缺陷图像作为深度学习样本或进行缺陷识别。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (20)

1.调控式成像系统，用于对待检测表面进行成像，其特征在于，所述调控式成像系统包括：

照明单元，所述照明单元用于发射照明光以照亮该待检测表面；

图像采集单元，所述图像采集单元用于接收经由该待检测表面反射回的散射光，以采集该待检测表面的图像信息；以及

曝光调控单元，所述曝光调控单元被设置于所述图像采集单元和该照明单元之间的光路中，用于根据该待检测表面的光散射差异特性，调控该待检测表面上不同材质表面的相对曝光量，以减小该待检测表面上不同材质表面的曝光差异。

2.根据权利要求1所述的调控式成像系统，其特征在于，所述照明单元为偏振漫射光源，所述偏振漫射光源用于发射线偏振光，以使该线偏振光在经由该待检测表面上不同材质表面的散射后，形成存在偏振态退化差异的散射光；所述曝光调控单元为偏振片，所述偏振片被设置于所述图像采集单元的接收光路中，用于根据该散射光的偏振态退化差异，选择进入所述图像采集单元的光线的偏振态，以调控该待检测表面上不同材质表面的相对曝光量。

3.根据权利要求2所述的调控式成像系统，其特征在于，所述偏振漫射光源包括偏振光源面板和开设于所述偏振光源面板的收光孔，所述图像采集单元的接收光路穿过所述偏振漫射光源的所述收光孔，用于经由所述收光孔接收被该待检测表面反射回的散射光。

4.根据权利要求3所述的调控式成像系统，其特征在于，所述偏振片被设置在所述偏振漫射光源的所述收光孔内。

5.根据权利要求3所述的调控式成像系统，其特征在于，所述偏振片通过套环被套设在所述图像采集单元的镜头前端。

6.根据权利要求1所述的调控式成像系统，其特征在于，所述照明单元为平面开孔光源，且所述图像采集单元的接收光路穿过所述平面开孔光源的开孔；所述曝光调控单元为透过率掩膜，所述透过率掩膜被设置于所述平面开孔光源的发射光路和所述图像采集单元的接收光路中，所述透过率掩膜上具有不同透过率的区域分别用于对准该待检测表面的不同材质表面，以调控该待检测表面上不同材质表面的相对曝光量。

7.根据权利要求6所述的调控式成像系统，其特征在于，所述透过率掩膜根据该待检测表面上抛光表面和喷砂表面的分布进行制作，其中所述透过率掩膜具有用于与该待检测表面的抛光表面对应的第一区域和用于与该待检测表面的磨砂表面对应的第二区域，且所述第一区域的透过率小于所述第二区域的透过率。

8.根据权利要求1至7中任一所述的调控式成像系统，其特征在于，所述图像采集单元为相机，所述相机的镜头对角视场大于等于90°。

9.根据权利要求1至7中任一所述的调控式成像系统，其特征在于，所述图像采集单元为相机，该相机包括感光组件、被设置于该感光组件的感光侧的成像镜头以及调焦组件，所述调焦组件用于根据该待检测表面的高度落差查找表，调节所述相机的成像焦距以对焦到该待检测表面上的不同高度表面。

10.根据权利要求9所述的调控式成像系统，其特征在于，所述调焦组件为被对应地设置于该成像镜头的液体透镜，以通过该液体透镜的焦距进行调焦、对焦。

11.根据权利要求1至7中任一所述的调控式成像系统，其特征在于，所述调控式成像系统进一步包括图像处理单元，所述图像处理单元可通信地连接于该图像采集单元，用于对经由该图像采集单元获得的初步图像进行曝光补偿处理，以获得最终的缺陷图像。

12.根据权利要求11所述的调控式成像系统，其特征在于，所述图像处理单元包括相互可通信地连接的获取模块、提取模块以及融合模块，所述获取模块可通信地连接于该图像采集单元，用于获取经由所述图像采集单元采集的具有不同曝光量的多张初步图像；所述提取模块用于通过防抖和特征区域识别方式，从经由所述获取模块获取的每张初步图像中提取正常曝光区域，以获得多个待融合区域图像；所述融合模块用于通过高动态范围成像方式，对该多个待融合区域图像进行融合处理，以获得融合图像作为该最终的缺陷图像。

13.根据权利要求11所述的调控式成像系统，其特征在于，所述图像处理单元包括相互可通信地连接的获取模块、校正模块以及增强模块，所述获取模块可通信地连接于该图像采集单元，用于获取经由所述图像采集单元采集的非过曝图像；所述校正模块用于对该非过曝图像进行伽马校正，以获得校正后图像；所述增强模块用于对该校正后的图像进行对比度曲线提升，以获得对比度增强的图像作为该最终的缺陷图像。

14.调控式成像方法，其特征在于，包括步骤：

发射照明光以照亮待检测表面；

根据该待检测表面的光散射差异特性，调控该待检测表面上不同材质表面的相对曝光量，以减少该待检测表面上不同材质表面的曝光差异；以及

接收经由该待检测表面反射回的散射光，以采集该待检测表面的图像信息。

15.根据权利要求14所述的调控式成像方法，其特征在于，所述根据该待检测表面的光散射差异特性，调控该待检测表面上不同材质表面的相对曝光量，以减少该待检测表面上不同材质表面的曝光差异的步骤，包括步骤：

根据该散射光的偏振态退化差异，选择所接收光线的偏振态，以调控该待检测表面上不同材质表面的相对曝光量。

16.根据权利要求14所述的调控式成像方法，其特征在于，所述根据该待检测表面的光散射差异特性，调控该待检测表面上不同材质表面的相对曝光量，以减少该待检测表面上不同材质表面的曝光差异的步骤，包括步骤：

根据该待检测表面上抛光表面和喷砂表面的分布，制作透过率掩膜，其中该透过率掩膜具有用于与该待检测表面的抛光表面对应的第一区域和用于与该待检测表面的磨砂表面对应的第二区域，且该第一区域的透过率小于该第二区域的透过率；

通过该透过率掩膜的该第一区域和该第二区域，分别透过该照明光以对应地传播至该待检测表面的该抛光表面和该磨砂表面；以及

通过该透过率掩膜的该第一区域和该第二区域，分别对应地透过经由该抛光表面和该磨砂表面反射回的散射光以被接收成像。

17.根据权利要求14所述的调控式成像方法，其特征在于，所述调控式成像方法进一步包括步骤：

根据该待检测表面的高度落差查找表，调节成像焦距以对焦到该待检测表面上的不同高度表面，以获得该待检测表面的多个不同深度图像。

18.根据权利要求14至17中任一所述的调控式成像方法，其特征在于，所述调控式成像方法进一步包括步骤：

对采集的图像信息进行曝光补偿处理，以获得最终的缺陷图像。

19.根据权利要求18所述的调控式成像方法，其特征在于，所述对采集的图像信息进行曝光补偿处理，以获得最终的缺陷图像的步骤，包括步骤：

获取具有不同曝光量的多张初步图像；

通过防抖和特征区域识别方式，从每张初步图像中提取正常曝光区域，以获得多个待融合区域图像；以及

通过高动态范围成像方式，对该多个待融合区域图像进行融合处理，以获得融合图像作为该最终的缺陷图像。

20.根据权利要求18所述的调控式成像方法，其特征在于，所述对采集的图像信息进行曝光补偿处理，以获得最终的缺陷图像的步骤，包括步骤：

获取非过曝图像；

对该非过曝图像进行伽马校正，以获得校正后的图像；以及

对该校正后的图像进行对比度曲线提升，以获得对比对增强的图像作为该最终的缺陷图像。