CN1761870B - 玻璃的检查 - Google Patents

Abstract

本发明说明一种形成投影像的方法，包括如下步骤：以局域光源(50)照射玻璃(52)，如汽车挡风玻璃，所述光被透镜光学系统(54)，或反射镜光学系统扩展并准直；在虚像平面(56)中形成该玻璃虚的投影像，该虚像平面可以位于玻璃后面或前面；和把该虚像在CCD摄像机(62)上成像。玻璃可以相对于光源移动，也可以静止。此外，还说明一种玻璃的检查方法，包括：如上面所述的形成投影像；处理该投影像，把与玻璃阴暗面积对应的测量点，作为无效测量点除去；通过对每一有效测量点确定照度值，获得已处理的像；通过把卷积窗在已处理像上逐点扫描，构造参考像；和比较参考像对应点的照度值。

Description

玻璃的检查 

技术领域

本发明涉及形成投影像的方法，供确定玻璃，特别是车用玻璃的光学质量方法中使用。 

背景技术

在车用玻璃的生产中，希望检查每一玻璃，确定它的光学质量，以保证把它用作车用玻璃是可接受的。 

众所周知，玻璃的光学质量用投影像来评估。把玻璃置于局域光源(高强度点光源)和屏之间，使玻璃的投影像投射在屏上。用CCD摄像机记录该投影像，然后借助计算机分析。玻璃的投影像的特征是照度的变化，该照度变化与玻璃的透射畸变有关。玻璃的透射畸变，是由于玻璃厚度的变化引起的。在层压的玻璃的情形，这些变化可以是在玻璃片制造时引入的，或者是在层压成型过程引入的。结果导致所谓“楔”效应。理想的情形是，各玻璃片表面完全平行，在把玻璃片层压成型之后，仍保持相互平行。但是实际上，各个玻璃片的厚度是变化的，且层压本身在玻璃或层压玻璃中产生空的楔状部分，引起光的偏折，导致光学畸变。楔角的变化引起透射光会聚或发散，表现为投影像中照度的变化。玻璃表面上楔角变化得越快，则透射光的会聚或发散变得越利害。 

US 5694479公开一种利用投影图来测量玻璃光学质量的处理过程。玻璃的投影像被投射在屏上，并被记录和处理，使各点的测量由照度构成。然后，用已处理的投影像，构造参考像，并随后在已处理像的各点和参考像的对应点之间进行比较。在构造参考像中，首先必须对记录的投影像的所有测量点，确定一个照度值，所有测量点包括对应于玻璃上打印面积的区域。在这些区域中，照度值的估计，是从附近测量点的已知照度值外推计算的。已经对与玻璃打印面积对应的 投影像上测量点估计照度值之后，通过在整个投影像上执行卷积滤波来构造参考像。这种方式构造参考像是费时的，且执行的计算有许多是不必要的。此外，投影像的形成还要求暗室环境。 

发明内容

本发明的一个目的，是对前述的处理过程加以改进。 

按照本发明一个实施例，提供一种形成玻璃的投影像的方法，本方法包括：用光源照射玻璃以在虚像平面上形成该玻璃的投影像；以及使摄像机聚焦在所述虚像平面上。本方法能用在外界光环境，不要求暗室环境，而用常规投影图方法，投影像形成在屏上，需要暗室环境。 

投影像是通过以局域光源的准直光束照射物体，在虚像平面上产生投影像形成的。 

虚像平面可以位于物体后面或前面。 

最好是，用楔形棱镜使虚像平面倾斜。当要求或需要以一定角度测量物体的透射畸变时，例如测量挡风玻璃时，该楔形棱镜特别有用。 

光源最好是LED(发光二极管)。LED是特别适合的，因为它是非常小的点光源，所以它比产生通常的投影图使用的光源(如电弧灯)，改善了系统的空间分辨率。此外，LED是固态部件并有长的寿命。 

可以用透镜光学系统或反射镜光学系统，使光准直。反射镜系统优于透镜系统，因为它合算也更紧凑，比透镜系统有降低的球面像差。 

该物体最好是玻璃。 

本发明还提供一种确定玻璃光学质量的方法，该玻璃包括至少一个已降低光透射率的面积，本方法包括如下步骤： 

根据本发明的上述方法产生玻璃的投影像； 

在多个测量点上测量玻璃的照度，这些测量点排列成遍布玻璃上的阵列； 

在每一点上，确定这些点的照度与要求值的任何偏差； 

其中，在测量的点阵列中，略去该至少一个已降低光透射率的面 积。 

本发明还提供一种确定玻璃光学质量的方法，包括如下步骤： 

用局域光源照射玻璃，根据本发明的上述方法产生投影像； 

记录该投影像； 

确定投影像的有效测量点，从该像中除去那些对应于玻璃已变暗面积的点； 

处理记录的投影像，确定每一有效测量点的照度值； 

通过把卷积窗在处理的像上逐点扫描，构造参考像，并用卷积滤波器，通过对已处理像被卷积窗覆盖的有效测量点的照度值求平均，计算对应于已处理像每一点的参考像各点的参考照度值； 

把已处理的投影像每一有效测量点的照度值，与参考像的对应点比较，确定玻璃的光学质量。 

由于忽略玻璃已变暗面积(如打印的周边阴暗带，或遮盖被粘合剂粘接的后视镜基座的打印补丁)的光学质量，从而本处理投影像的方法，只进行必要的计算并缩减确定玻璃光学质量需要的时间量。 

在本发明的一个优选实施例中，卷积窗在扫描操作中有恒定的面积。 

本方法最好包括记录参考像的步骤，以便与已处理的像比较。 

本方法中，有效测量点最好是该点的照度值等于或高于预设阈值的点。 

本方法中，最好是，当要计算参考照度的卷积窗的点，与已处理像的无效测量点对应时，不计算参考照度。 

在一个优选实施例中，在构造参考像时，不考虑无效测量点。 

最好是，在产生投影像及有关参考像的计算中，使用同一光源。 

附图说明

现在将参照附图，说明本发明的实施例，附图有： 

图1是在屏上作为实像产生投影图的设备配置的示意透视图。 

图2是在虚平面上作为虚像产生的投影图的设备示意侧视图。 

图3是图2的顶视图。 

图4是可用于本发明方法的反射镜系统侧视图。 

图5是图4的顶视图。 

图6A-6D画出当卷积窗在构造参考像的方法中，扫描玻璃部分时，卷积窗的不同位置，该参考像在确定玻璃的光学质量中使用。 

图7A-7C画出当卷积窗在构造参考像的另一种方法中，扫描玻璃部分时，卷积窗的不同位置，该参考像在确定玻璃的光学质量中使用。 

具体实施方式

图1画出作为屏上实像的投影像的形成。局域光源10照射挡风玻璃12，并在屏16上产生挡风玻璃的投影像14。图上画出挡风玻璃上的打印补丁30，该打印补丁遮盖被粘合剂粘接在挡风玻璃上的后视镜基座。该补丁把阴影32投射在投影像14上。光源是提供高强度点光源的450W氙弧灯。光源10与挡风玻璃12之间的距离是4m，而挡风玻璃12与屏16之间的距离是2m。在挡风玻璃的情形中，测量最好是按实际条件进行，所以挡风玻璃是以安装在车中相同的角度观察的，且光源的轴是水平的并平行于车的轴。图上也画出记录投影像14的CCD摄像机18，例如是有线性响应的10比特区域扫描CCD摄像机，如Hitachi的型号为KP-F1的摄像机。虽然图1所示的摄像机18画在挡风玻璃12之下，但这不是必需的。必需的只是摄像机对屏16有不畸变的图像，以便能记录投影像14。CCD摄像机18与计算机20连接，用计算机来确定玻璃的光学质量。摄像机18记录的投影像14，存储在计算机20的存储器内，以帮助构造参考像，还用于与参考像比较。 

图2至5涉及在虚平面上作为虚像的投影像的形成。图2中，局域光源50被透镜54扩展并准直，照射挡风玻璃52。在挡风玻璃后面空间中的虚像平面56上，建立“虚”的投影像。应当指出，虽然本例中，画出的虚像平面56位于挡风玻璃52后面，但也可以位于挡风玻璃前面。透镜58和60既能收集扩展的准直光，也能把CCD摄像机62聚焦在该虚像平面。光源50与挡风玻璃52之间的距离约2m，而挡风玻璃52与摄像机之间的距离约2m。在本特定例子中，虚像平面离挡 风玻璃接近1m，但该距离是可以改变的。 

CCD摄像机62是行扫描摄像机，用于对虚投影像的光强沿行扫描单元方向抽样，抽样结果记录在计算机64中。适合本应用的CCD摄像机，是Avita摄像机(4K像素；10μm的像素)，可从AtmelCorporation购到。 

使用行扫描摄像机是因为挡风玻璃(从而虚像平面)沿图3所示箭头70的方向移动，沿该方向的移动，能使行扫描摄像机通过多行扫描，扫描整个虚的投影像。每一行扫描被记录在计算机64中，并按一定方式(由一系列单行的像素行建立)组合，使计算机保持整个挡风玻璃的虚投影像。 

应当指出，摄像机的适当定位是有利的。光源50的光被引向摄像机62，同时把挡风玻璃及虚像平面定位在光源与摄像机之间。借助这一配置，几乎所有透过挡风玻璃的光都被摄像机感测。这就意味着该系统能在外界光环境中使用，不要求暗室环境，而用常规投影图方法，投影像形成在屏上，需要暗室环境。还有，可以使用比常规投影图系统必需的功率更低的光功率。发光二极管(LED)特别适用，因为它是非常小的点光源，因而它比通常的投影图产生中使用的光源(如电弧灯)，改善了系统的空间分辨率。此外，LED是固态部件并有长的寿命。可以有利地使用约10mm宽的缝67，来降低到达摄像机感测单元的外界光，从而增加系统的灵敏度。 

有利的做法是，在透镜60与CCD摄像机62之间提供楔形棱镜66，使虚像平面倾斜。当要求或需要以一定角度测量物体的透射畸变时，例如测量挡风玻璃时，该楔形棱镜特别有用，因为挡风玻璃最好在真实环境下测量，所以应按安装在车中相同的角度观察，且光源的轴是水平的并平行于车的轴。 

作为一种变化，可以使用反射镜光学系统代替透镜光学系统，把通过挡风玻璃52的光源50发射的光，聚焦在虚像平面56。这种反射镜光学系统示于图4和5，来自光源50的光，从平面反射镜72和凹面反射镜74向虚像平面56反射。类似地，可以用反射镜系统收集准 直光。使用反射镜系统的优点是，合算和更紧凑，比透镜系统有降低 效的和无效的测量点，这里要指出，有效测量点对应于玻璃的非变暗部分，而无效测量点对应于玻璃的变暗部分(如打印的周边阴暗带，或遮盖被粘合剂粘接的后视镜基座的打印补丁)。点的照度值等于或高于预设阈值的有效测量点，由计算机检测，而点的照度值低于预设阈值的无效测量点，也要检测。然后，通过对每一有效测量点的照度值进行量化，处理投影像，之后，把已量化的照度值存储在计算机的存储器中。对每一无效测量点，不进行照度值的量化，而是简单地赋予零值，把零值存储在计算机的存储器中。 

因此，已处理的像，除那些与玻璃变暗或打印面积对应的点外，由记录的投影像所有测量点照度值已量化的点测量构成(即，已处理的像包括：有效测量点照度值已量化的点的测量)。正是用该已处理的像来构造参考像。这一步是通过卷积滤波，使处理的像“平滑化”完成的-使卷积窗在处理的像上逐点扫描，并对已处理像每一有效测量点，通过对已处理像被卷积窗覆盖的有效测量点的照度值求平均，计算对应的参考照度值。 

在卷积窗只覆盖已处理像有效测量点的玻璃的面积中，通过卷积滤波来构造参考像，是直截了当的。但是，对卷积窗覆盖至少一个无效测量点的情形，必须作一些调整。 

最好使用大小为31×31测量点的卷积窗，但为说明的目的并参考图6，图中使用的是3×3测量点的卷积窗。不按比例的图6画出已处理像的一部分，包括有效和无效测量点，以栅格表示，每一测量点表示成一方块。卷积窗用边界标记28内的方块表示(3×3个方块)。无效测量点画成实心的块32，且在本特定例子中，对应于玻璃上打印的补丁30，该打印的补丁遮盖被粘合剂粘接在挡风玻璃上的后视镜基座。图上画出卷积窗28在已处理像上扫描时的四个相继位置，图6A 是在位置1，图6B是在位置2，图6C是在位置3，和图6D是在位置4。当卷积窗在已处理像上扫描时，在每一位置上，对有效测量点的照度值求算术平均值。图6中，卷积窗的大小是3×3，且要计算的参考照度，是窗的几何中心点(以方块5表示)。 

在如图6A所示的位置1，因为卷积窗只覆盖有效测量点，所以卷积滤波是直截了当的。对与处理像被卷积窗方块5覆盖的点对应的参考像的点，要获得参考照度值，需进行如下的计算： 

$I_5=\left[\underset{9}{\overset{1}{\mathrm{\Σ}}}I\right]/9$

即，对卷积窗方块1到9中实际的照度值求平均，其中，各方块与被处理像各有效测量点对应。 

在如图6B所示的位置2，卷积窗覆盖已处理像的一个无效测量点(对应于被卷积窗方块9覆盖的点)。在对参考像与卷积窗方块5覆盖的点对应的点，计算参考照度值时，该点被忽略不计，于是，需进行如下的计算，以获得该点的参考照度值： 

$I_5=\left[\underset{8}{\overset{1}{\mathrm{\Σ}}}I\right]/8$

即，对卷积窗方块1到8中实际的照度值求平均，这8个方块与被处理像的有效测量点对应。 

在如图6C所示的位置3，卷积窗覆盖已处理像的两个无效测量点(对应于被卷积窗方块8和9覆盖的点)，并在对参考像与卷积窗方块5覆盖的点对应的点，计算参考照度值时，这些点被忽略不计，于是，需进行如下的计算，以获得该点的参考照度值： 

$I_5=\left[\underset{7}{\overset{1}{\mathrm{\Σ}}}I\right]/7$

即，对卷积窗方块1到7中实际的照度值求平均，这7个方块与被处理像的有效测量点对应。 

在卷积窗方块5覆盖已处理像的无效测量点的情形，如图6D所示的位置，没有参考照度值需要计算，而参考像对应点的照度值被赋值零。 

如上所述，通过在整个已处理像表面进行卷积滤波，构造参考像， 该参考像由每一对应于处理像有效测量点的参考照度值构成。 

现在，把参考像与处理像比较，确定玻璃的光学质量。这一比较是通过比较对应点的照度值，并计算处理像各点照度值与参考像那些点的照度值的比值。这样，能够确定玻璃的缺陷，把确定的缺陷与通常由车辆制造商提供的规格比较，确定该玻璃是否满足要求的规格。 

在上述参照图6说明的方法中，在计算参考照度值过程中，当卷积窗在处理像至少一个无效测量点上扫描时，卷积窗的大小显著缩小。例如，在图6A中，面积是9个方块，在2B中是8个方块，而在图6C，有效的是7个方块。这是因为，当窗覆盖的方块对应于处理像的无效测量点时，这些方块在计算参考照度值不予考虑。在一种另外的方法中，在参考像整个构造过程的扫描操作中，就是说，当窗只在处理像的有效测量点上扫描时，并且也当窗在处理像的无效测量点上扫描时，卷积窗可以有恒定的面积。这是通过改变卷积窗的形状实现的，使当窗确实覆盖处理像的无效测量点时，忽略该无效测量点，并用卷积窗邻近的有效测量点代替。在该方法中，卷积窗中要计算参考照度的点，可以不总是在窗的几何中心，而是在卷积窗预定的点。该方法示于图7，并在该特定例子中，方块5仍被选为卷积窗中要计算参考照度的点，虽然可以选择不同的方块。在图7A-C所示的每一位置中，对参考像与处理像被方块5覆盖的点对应的点，本方法计算的参考照度是： 

$I_5=\left[\underset{9}{\overset{1}{\mathrm{\Σ}}}I\right]/9$

在图7所示每一例子中，卷积窗的面积是9个方块，但在各情形中，该窗不是3×3个方块的正方形。 

如同前面参照图6说明的方法，通过在处理像的整个表面进行卷积滤波，构造参考像，故参考像由每一对应于处理像有效测量点的参考照度值构成。现在，如同前面参照图6说明的方法，使参考像与处理像进行比较，通过比较对应点的照度值，并计算处理像各点照度值与参考像那些点的照度值的比值，确定玻璃的光学质量。这样，能够确定玻璃的缺陷，把确定的缺陷与通常由车辆制造商提供的规格比较， 确定该玻璃是否满足要求的规格。 

在上面的方法中，在产生投影像及有关参考像的计算中，使用同一光源。这样可以降低使用不同光源时可能产生的误差。 

显然，每一测量点的大小，要小于玻璃上已经降低光透射率的面积，如打印的补丁30或周边的阴暗带。在前面的实施例中，每一测量点的大小是投影像的像素，与CCD摄像机的单个感测单元对应。 

现在参考按照图2至5说明的例子，应当指出，挡风玻璃52(从而虚像平面)相对摄像机62移动的优点是，系统能够在生产线上工作。但是，也可以使受测试的玻璃(从而虚像平面)保持静止，在这种情形中，可以使用区域扫描摄像机来记录投影图。 

还应指出，除玻璃外，本系统可以用于测量物体的透射畸变和/或表面不均匀性，诸如软焦点透镜组、接触透镜组、或反射镜组。只要待测试物体与摄像机之间有相对运动，可以用行扫描摄像机，如果不存在这种相对运动，则可以用区域扫描摄像机。 

Claims (15)

1.一种确定玻璃光学质量的方法，该玻璃包括至少一个已降低光透射率的面积，本方法包括如下步骤：

用局域光源照射玻璃以在虚像平面上形成该玻璃的投影像；

使摄像机聚焦在所述虚像平面上；

在遍布玻璃上多个排列成阵列的测量点上，测量玻璃的照度；以及

确定这些点的照度偏离每一点需要值的任何偏差；

其中，从测量点的阵列中略去所述至少一个已降低光透射率的面积。

2.按照权利要求1的方法，其中用局域光源照射玻璃的步骤包括：以局域光源的准直光束照射该玻璃。

3.按照权利要求1或权利要求2的方法，其中的虚像平面位于玻璃后面。

4.按照权利要求1的方法，其中用楔形棱镜使虚像平面倾斜。

5.按照权利要求1的方法，其中的局域光源是LED。

6.按照权利要求1的方法，其中的光被透镜光学系统准直。

7.按照权利要求1的方法，其中的光被反射镜光学系统准直。

8.按照权利要求1的方法，其中玻璃在外界光环境下被照射。

9.按照权利要求1的方法，还包括如下步骤：

记录该投影像；

确定投影像的有效测量点，这些有效测量点不包括与玻璃变暗面积对应的那些点；

处理被记录的投影像，确定每一有效测量点的照度值；

通过卷积窗在已处理像上的逐点扫描，构造参考像，并用卷积滤波器，通过对已处理像被卷积窗覆盖的有效测量点的照度值求平均，计算对应于已处理像每一点的参考像各点的参考照度值；

把已处理投影像每一有效测量点的照度值与参考像的对应点比较，确定玻璃的光学质量。

10.按照权利要求9的方法，其中的卷积窗在扫描操作中有恒定的面积。

11.按照权利要求9的方法，包括记录参考像的步骤，以便与已处理像比较。

12.按照权利要求9至11的任一项的方法，其中的有效测量点是该点的照度值等于或高于预设阈值的点。

13.按照权利要求9至11的任一项的方法，其中，当要计算参考照度的卷积窗的点与已处理像的无效测量点对应时，不计算参考照度。

14.按照权利要求9至11的任一项的方法，其中，在构造参考像中，不考虑无效测量点。

15.按照权利要求9至11的任一项的方法，其中，在产生投影像及在有关参考像的计算中，使用同一光源。

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