ES2956762T3 - Procedimiento de detección de un defecto sobre una superficie por iluminación multidireccional y dispositivo asociado - Google Patents
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Abstract
El método para detectar un defecto en una superficie (12) comprende los siguientes pasos: - adquirir una pluralidad de imágenes de la superficie (12) mediante un dispositivo óptico (14) que tiene un eje óptico, adquiriendo cada imagen con una iluminación del superficie en una dirección de iluminación (E, E') dada para cada punto de la superficie (12) con una dirección óptica (O), adquiriendo las imágenes con diferentes direcciones de iluminación (E, E') o diferentes combinaciones y/o con diferentes direcciones ópticas (O); - para cada punto, calcular una pluralidad de parámetros, comprendiendo los parámetros los coeficientes de una ecuación que caracteriza la respuesta de dicho punto en la superficie en función de la dirección de iluminación (E, E') y de una dirección de observación (B, B). '); - deducir los parámetros si la superficie (12) presenta un defecto en dicho punto. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)
Description
DESCRIPCIÓN
Procedimiento de detección de un defecto sobre una superficie por iluminación multidireccional y dispositivo asociado [0001] La presente invención se refiere a un procedimiento de detección de un defecto sobre una superficie.
[0002] Un procedimiento actual consiste en adquirir una imagen o una película de la superficie. Esta imagen o esta película es vista por un operador que indica los defectos que ha detectado.
[0003] Sin embargo, es probable que el operador no detecte un defecto por falta de atención. Además, los criterios que permiten juzgar un defecto son subjetivos, es decir, que la definición de lo que constituye un defecto puede variar en función del operador.
[0004] Una solución que se suele implementar para paliar estos problemas es la visualización de la película o de la imagen por varios operadores. Además, unos ejemplos de imagen de superficie son utilizados a fin de mostrar lo que es o no un defecto.
[0005] Sin embargo, los ejemplos representados no son ni exhaustivos ni reproducibles.
[0006] En caso de un defecto, se consulta a los expertos. Se producen numerosas discusiones entre los expertos, no estando los expertos necesariamente de acuerdo entre sí.
[0007] Es probable que el análisis de una superficie sea largo y complejo. El documento US 2015/0355103 A1 describe un procedimiento de detección de un defecto sobre una superficie. El documento US 2009/0079987 A1 describe un procedimiento de medida de la distribución de la reflexión sobre una superficie.
[0008] La invención tiene en concreto por objeto remediar este inconveniente proporcionando un procedimiento simple y seguro a fin de detectar un defecto sobre una superficie.
[0009] A tal efecto, la invención tiene en concreto por objeto un procedimiento de detección de un defecto sobre una superficie según la reivindicación 1.
[0010] El procedimiento de detección según la invención puede incluir además una o varias de las características de las reivindicaciones 2 a 11, tomadas en solitario o según cualquiera de las combinaciones técnicamente posibles.
[0011] La invención se entenderá mejor a partir de la lectura de la descripción que se ofrece a continuación, dada únicamente a modo de ejemplo y hecha en referencia a las figuras anexas entre las que:
- La figura 1 es una vista esquemática de un ejemplo de dispositivo utilizado en el procedimiento de detección de la invención,
- La figura 2 es un esquema de etapas de un modo de realización del procedimiento de la invención;
- La figura 3 es un ejemplo de imagen de la superficie sobre la que se aplica el procedimiento de detección, - La figura 4 es un ejemplo de la evolución de tres parámetros sobre una línea de la superficie de la figura 3, - La figura 5 es un ejemplo de detección de defectos sobre la superficie de la figura 3, y
- La figura 6 es un ejemplo de parámetros en un punto que presenta un defecto y en un punto que no presenta un defecto.
[0012] Un ejemplo de dispositivo de detección 10 de un defecto en una superficie 12 se representa en la figura 1.
[0013] El dispositivo de detección 10 comprende un dispositivo óptico 14, un dispositivo de iluminación 15 que comprende un primer número de fuente(s) de luz 16 y un dispositivo electrónico de cálculo 18.
[0014] El dispositivo óptico 14 tiene un eje óptico alineado con una dirección óptica O dada. Posee un campo de adquisición.
[0015] El dispositivo óptico 14 es apto para adquirir una imagen de la superficie 12 en la dirección óptica O dada. El campo de adquisición coincide con la superficie 12 a inspeccionar, de modo que la imagen adquirida representa la superficie 12.
[0016] Para cada punto de la superficie, se define una dirección de observación B, B' entre el dispositivo óptico 14 y el punto de la superficie 12.
[0017] El campo de adquisición es en este caso fijo.
[0018] La dirección óptica O es de manera típica sustancialmente perpendicular a la superficie 12. Como alternativa, la dirección óptica O no es perpendicular a la superficie 12.
[0019] El dispositivo óptico 14 es, por ejemplo, una cámara.
[0020] Alternativamente, el campo de adquisición coincide únicamente con una parte de la superficie 12 y es apto para moverse con respecto a la superficie 12, a fin de poder adquirir toda la superficie 12 en varias partes.
[0021] Cada imagen adquirida está constituida por una matriz de píxeles de dimensión i*j, siendo i el número de líneas horizontales y j el número de líneas verticales de la matriz, con al menos uno de los dos parámetros (ij) superior a 1. El píxel es, por ejemplo, un rectángulo de tamaño denotado por h*L, con h su altura y L su anchura. La altura h es igual a la anchura L. Como alternativa, la altura es diferente de la anchura.
Se denomina en lo sucesivo indistintamente por "punto de la superficie" un píxel de una imagen adquirida o una parte de la superficie adquirida en un píxel.
[0022] Las fuentes de luz 16 son aptas para iluminar la superficie 12.
[0023] Para cada punto de la superficie, las fuentes de luz 16 tienen, cada una, una dirección de iluminación E, E' dada que une la fuente luminosa al punto de la superficie 12. La dirección de iluminación es diferente para cada fuente de luz.
[0024] Las fuentes de luz 16 están normalmente dispuestas en una semiesfera 20 que rodea la superficie 12.
[0025] El primer número es, por ejemplo, superior a seis, más particularmente superior a veinte. El primer número está, por ejemplo, comprendido entre 32 y 128, más particularmente igual a 96.
[0026] Las fuentes de luz 16 son, por ejemplo, unos diodos electroluminiscentes (DEL).
[0027] Pueden apagarse o encenderse. Están configurados para que puedan encenderse independientemente unos de otros
[0028] Las fuentes de luz 16 tienen normalmente una intensidad luminosa idéntica.
[0029] Como alternativa, el dispositivo de iluminación 15 comprende una o más fuentes de luz que son aptas para desplazarse, por ejemplo sobre la semiesfera 20, en un primer número de posiciones con respecto a la superficie.
[0030] Como variante, el dispositivo de iluminación 15 comprende una o más iluminaciones opcionalmente no idénticas. Cuando el dispositivo de iluminación está completamente encendido, se produce, por ejemplo, una iluminación no homogénea sobre la superficie adquirida. El sistema de adquisición y la superficie tienen un movimiento relativo.
[0031] El dispositivo electrónico de cálculo 18 es, por ejemplo, un ordenador, una calculadora, un módulo de cálculo, al menos un componente lógico programable tal como un FPGA (del inglés Field-Programmable Gate Array) o incluso al menos un circuito integrado dedicado tal como un ASIC (del inglés Application-Specific Integrated Circuit).
[0032] El dispositivo electrónico de cálculo 18 está, por ejemplo, conectado al dispositivo óptico 14 y al dispositivo de iluminación 15.
[0033] El dispositivo electrónico de cálculo 18 es apto para encender o apagar cada una de las fuentes de luz 16 independientemente unas de otras.
[0034] El dispositivo electrónico de cálculo 18 está, además, diseñado para desencadenar la adquisición de al menos una imagen de la superficie por el dispositivo óptico 14.
[0035] Está configurado así para producir la adquisición de una pluralidad de imágenes de la superficie por el dispositivo óptico 14, siendo cada imagen adquirida en la dirección óptica O dada y con una única fuente de luz o una combinación definida de fuentes únicas encendidas diferentes para cada imagen.
[0036] Para cada punto de la superficie, el dispositivo electrónico de cálculo 18 está configurado para calcular a partir de unas imágenes adquiridas una pluralidad de parámetros, comprendiendo los parámetros unos coeficientes de una ecuación que caracteriza la respuesta de dicho punto de la superficie en función de la dirección de iluminación y de una dirección de observación, y luego deducir unos parámetros calculados si la superficie presente un defecto en dicho punto.
[0037] Este último punto se detalla a continuación en relación con el procedimiento de detección de un defecto.
[0038] A continuación se va a describir un procedimiento de detección de un defecto en una superficie en relación con la figura 2.
[0039] El procedimiento se implementa en este caso por el dispositivo descrito anteriormente, más particularmente gracias al dispositivo electrónico de cálculo 18.
[0040] El procedimiento comprende las siguientes etapas:
- adquisición 100,
- cálculo de parámetros 102, y
- deducción de la presencia de un defecto 104.
[0041] Durante la adquisición 100, el dispositivo óptico 14 adquiere una pluralidad de imágenes 200 de la superficie. Una imagen de este tipo se representa en la figura 3.
[0042] Cada imagen 200 se adquiere con una iluminación de la superficie 12 en una dirección de iluminación dada E, E' para cada punto de la superficie y con el eje óptico del dispositivo óptico 14 en una dirección óptica O dada.
[0043] Las imágenes 200 son adquiridas con diferentes direcciones de iluminación E, E' o combinaciones de direcciones de iluminación.
[0044] Como variante, las imágenes 200 son adquiridas con diferentes direcciones ópticas O.
[0045] Alternativamente, las imágenes 200 son adquiridas con diferentes direcciones de iluminación E, E' o combinaciones de direcciones de iluminación y con diferentes direcciones ópticas O.
[0046] En el modo de realización representado, las direcciones de iluminación E, E' difieren para cada imagen adquirida y la dirección óptica O es invariable y sustancialmente perpendicular a la superficie 12.
[0047] Para cada imagen adquirida, una única fuente de luz o una combinación definida de fuentes únicas 16 del dispositivo de iluminación se enciende, siendo la única fuente de luz o la combinación diferente para cada imagen adquirida.
[0048] El conjunto de fuentes de luz o de combinaciones es, a su vez, encendido, a fin de adquirir una imagen para fuente de luz o por combinación. Como variante, algunas fuentes o combinaciones no están encendidas.
[0049] Seguidamente, durante el cálculo de parámetros 102, para cada punto 202 de la superficie, es decir, en este caso para cada píxel de las imágenes adquiridas, se calcula una pluralidad de parámetros a partir de las imágenes adquiridas.
[0050] Los parámetros se calculan a partir de los coeficientes de una ecuación que caracteriza la respuesta de dicho punto de la superficie en función de la dirección de iluminación E, E' y de una dirección de observación B, B'.
[0051] Para cada punto 202 de la superficie 200, el cálculo de parámetros 102 comprende en este caso las etapas siguientes:
- definición de una cantidad 106,
- elección de modelo 108, y
- cálculo de coeficientes 110.
[0052] Durante la definición de una cantidad 106, se define una cantidad que evoluciona en función de las imágenes adquiridas.
[0053] Por ejemplo, la cantidad es en este caso la intensidad de gris del punto de la superficie, siendo la intensidad de gris variable según las imágenes adquiridas.
[0054] Simultáneamente, se elige un modelo que representa la evolución de la cantidad 108. El modelo depende de la o las direcciones de iluminación E, E' y/o de la dirección de observación B, B'. El modelo comprende unos coeficientes.
[0055] En este caso, el modelo depende únicamente de la dirección de iluminación. Tiene, por ejemplo, la siguiente forma: G (E) = aü x Du2 a1 x Dv2 + a2 x Du x Dv + a3 x Du + a4 x Dv + ai, sien
de iluminación, ao, ai, a2, a3, a4 y a5 los coeficientes y siendo D y Dv las coordenadas del vector que une la fuente de iluminación al punto de la superficie.
[0056] Los coeficientes a0, a1, a2, a3, a4 y a5 son en este caso indeterminados.
[0057] Seguidamente, durante el cálculo de los coeficientes 110, una aplicación de la cantidad sobre el modelo se realiza a fin de calcular unos valores de a0, a1, a2, a3, a4 y a5.
[0058] Los parámetros en este caso son iguales a los coeficientes a0, a1, a2, a3, a4 y a5 así calculados.
[0059] Para cada punto de la superficie, se define la misma cantidad y el mismo modelo. Así, para cada punto de la superficie, se obtienen unos parámetros a0, a1, a2, a3, a4 y a5. Se obtiene, por ejemplo, un mapa de la superficie que representa los valores de los parámetros para cada punto de la superficie.
[0060] En la figura 4, se representa la evolución de tres parámetros a lo largo de la línea 204 de puntos de la superficie representada en la figura 3.
[0061] Como variante, los parámetros son otros valores calculados a partir de unos coeficientes.
[0062] Durante la deducción de la presencia de un defecto 104, se deduce a partir de unos parámetros calculados si la superficie presenta un defecto en dicho punto.
[0063] En la figura 6, por ejemplo, los parámetros son representados con la curva C1 en un punto que no presenta defecto y con la curva C2 en un punto que presenta un defecto.
[0064] El resultado obtenido en la etapa 104 para cada punto es, por ejemplo, un booleano que representa binariamente si se ha detectado un defecto en dicho punto.
[0065] En la figura 5, se representa el booleano a lo largo de la línea 204: si el booleano es igual a 0, no se detecta ningún defecto; si el booleano es igual a 1, se detecta un defecto.
[0066] Así, en la figura 5, se detecta un único defecto 300 y se extiende sobre varios puntos adyacentes.
[0067] Uno o varios criterios son utilizados para deducir la presencia de un defecto a partir de unos parámetros. Estos criterios se describen a continuación y se utilizan individualmente o en combinación con el fin de detectar un defecto. Por ejemplo, un defecto es detectado cuando se validan al menos dos de los criterios.
[0068] Un primer criterio es que se detecte un defecto en dicho punto cuando al menos un parámetro en dicho punto no esté comprendido en un intervalo.
[0069] Más concretamente, el intervalo se centra en torno al valor medio de dicho parámetro en el conjunto de los puntos de la superficie.
[0070] Como variante, el intervalo es un intervalo dado.
[0071] Alternativamente, un defecto se detecta en dicho punto cuando al menos un número dado de parámetros en dicho punto no están comprendidos en un intervalo respectivo.
[0072] Un segundo criterio es que un defecto se detecta en dicho punto cuando al menos un parámetro en dicho punto difiere de un valor elegido como umbral de detección con respecto al ruido de fondo de dicho parámetro en un punto adyacente, no presentando la superficie un defecto en el punto adyacente.
[0073] Así, poco a poco, se analiza la superficie.
[0074] Conviene entonces definir al menos un primer punto de la superficie para el que no está un defecto.
[0075] Como variante, el dispositivo electrónico de cálculo 18 considera que una parte de la superficie carece de defecto y, poco a poco, detecta unos defectos en la superficie. Si el resultado se considera inaceptable, por ejemplo, si una mayoría de la superficie es detectada como que presenta un defecto, entonces la etapa se repite considerando que otro punto, distinto del anterior, carece de defecto.
[0076] Un tercer criterio se basa en la geometría de una señal.
[0077] La señal en este caso es la evolución de uno o varios parámetros sobre un conjunto de puntos definido. Los puntos del conjunto son en este caso adyacentes. El conjunto de puntos es, por ejemplo, una zona centrada sobre
un punto central.
[0078] Se definen unos patrones correspondientes a los casos en los que se detecta un defecto y/o en los que no se detecta ningún defecto. La forma de la señal se compara con los patrones, a fin de decidir si se ha detectado un defecto. El defecto se detecta en el punto central, en una zona que comprende el punto central e incluida en el conjunto de puntos o en el conjunto de puntos.
[0079] Así, para cada punto de la superficie, se deduce a partir de los parámetros si un defecto está presente o no.
[0080] Esto puede representarse, por ejemplo, sobre un mapa binario de la superficie, con el fin de visualizar fácilmente los defectos.
[0081] Como alternativa, las fuentes de luz 16 no tienen una intensidad luminosa idéntica. A continuación se realiza una calibración del dispositivo.
[0082] En otro modo de realización, la dirección óptica del dispositivo óptico varía, permaneciendo la superficie y una fuente de iluminación fijas entre cada imagen adquirida. Alternativamente, la dirección óptica y la dirección de iluminación son móviles con respecto a la superficie.
[0083] Como alternativa, el cálculo de los parámetros 102 se basa en otro modelo matemático tal como la función de distribución de la reflectancia bidireccional (BRDF) o la descomposición modal discreta (DMD) o incluso el mapeo polinomial de texturas (o PTM).
[0084] La deducción directa a partir de parámetros calculados a partir de imágenes adquiridas permite, en concreto, superar la susceptibilidad a la presencia de un defecto que varía según los operadores. El procedimiento permite así obtener un resultado único y objetivo. De esta manera el procedimiento es simple y seguro.
Claims (11)
1. Procedimiento de detección de un defecto sobre una superficie (12), comprendiendo el procedimiento las siguientes etapas:
- adquisición (100) de una pluralidad de imágenes (200) de la superficie (12) por un dispositivo óptico (14) que tiene un eje óptico, siendo cada imagen (200) adquirida con una iluminación de la superficie en una dirección de iluminación (E, E') dada para cada punto de la superficie (12) y con el eje óptico del dispositivo óptico en una dirección óptica (O) dada, siendo las imágenes (200) adquiridas con diferentes direcciones de iluminación (E, E') o diferentes combinaciones de direcciones de iluminación y/o con diferentes direcciones ópticas (O);
- para cada punto (202) de la superficie (200), cálculo (102) a partir de las imágenes (200) adquiridas, de una pluralidad de parámetros, comprendiendo los parámetros unos coeficientes de una ecuación que caracteriza la respuesta de dicho punto (202) de la superficie en función de la dirección de iluminación (E, E') y de una dirección de observación (B, B');
- deducción (104) de los parámetros calculados si la superficie (12) presenta un defecto en dicho punto (202), caracterizado porque
un defecto siendo detectado en dicho punto (202) cuando al menos un parámetro en dicho punto difiere de un valor elegido como umbral de detección con respecto al ruido de fondo de dicho parámetro en un punto adyacente, no presentando la superficie (12) un defecto en el punto adyacente.
2. Procedimiento de detección según la reivindicación 1, caracterizado porque la dirección óptica (O) es la misma para la pluralidad de imágenes (200).
3. Procedimiento de detección según la reivindicación 2, caracterizado porque la dirección óptica (O) es sustancialmente perpendicular a la superficie (12).
4. Procedimiento de detección según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la iluminación se realiza por un dispositivo de iluminación (15), comprendiendo el dispositivo de iluminación (15) un primer número de fuentes de luz (16), siendo el primer número superior a seis, teniendo cada fuente de luz (16) una dirección de iluminación diferente (E, E'), para cada imagen adquirida, estando una única fuente de luz o una combinación de fuentes definida (16) encendida, siendo la única fuente de luz o combinación (16) diferente para cada imagen (200) adquirida.
5. Procedimiento de detección según la reivindicación 4, caracterizado porque las fuentes de luz (16) tienen una intensidad luminosa idéntica.
6. Procedimiento de detección según la reivindicación 4 o 5, caracterizado porque las fuentes de luz (16) están dispuestas en una semiesfera (20) que rodea la superficie (12).
7. Procedimiento de detección según una cualquiera de las reivindicaciones 4 a 6, caracterizado porque el dispositivo de iluminación (15) comprende una o más fuentes de luz que son aptas para desplazarse en un primer número de posiciones con respecto a la superficie.
8. Procedimiento de detección según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque, para cada punto de la superficie, el cálculo de los parámetros comprende las siguientes etapas:
- definición de una cantidad (106) que evoluciona en función de las imágenes adquiridas,
- elección de un modelo de la superficie (108) dependiente de la o las direcciones de iluminación (E, E') y/o de la dirección de observación (B, B') para la evolución de la cantidad, comprendiendo el modelo los coeficientes, y - cálculo de los coeficientes (110) por regresión de la evolución de la cantidad.
9. Procedimiento de detección según la reivindicación 8, caracterizado porque la cantidad corresponde a la intensidad de gris del punto (202) de la superficie (12), el modelo dependiendo de la dirección de iluminación (E, E').
10. Procedimiento de detección según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque se detecta un defecto en dicho punto (202) cuando al menos un parámetro en dicho punto no está comprendido en un intervalo definido.
11. Procedimiento de detección según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque se detecta un defecto en dicho punto (202) cuando al menos un parámetro en dicho punto no está comprendido en un intervalo centrado alrededor del valor medio de dicho parámetro sobre el conjunto de unos puntos de la superficie (12).
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