CN1761870B - 玻璃的检查 - Google Patents

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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 = [ Σ 9 1 I ] / 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 = [ Σ 8 1 I ] / 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 = [ Σ 7 1 I ] / 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 = [ Σ 9 1 I ] / 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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