TWI753764B - 攝像系統、光學檢測系統及攝像方法 - Google Patents

攝像系統、光學檢測系統及攝像方法 Download PDF

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Abstract

本發明提供了一種攝像系統、光學檢測系統及攝像方法，所述系統包括：攝像機；載物台，用於承載待檢測物；反射鏡，可移動和/或旋轉；其中，所述載物台設置於所述攝像機和所述反射鏡之間，所述攝像機用於採集所述反射鏡反射的光線以獲取所述待檢測物的待檢測面的圖像。本發明經由設置可移動和/或旋轉的反射鏡，攝像機可以經由反射鏡獲取待檢測物的圖像，並且在攝像機定焦的情形下，經由調整反射鏡的位置，可以獲取不同待檢測面的清晰圖像。

Description

攝像系統、光學檢測系統及攝像方法
本發明是有關於一種光學檢測的攝像技術領域，且特別是有關於一種攝像系統、光學檢測系統及攝像方法。
隨著消費者對於產品品質要求的提高，許多製造商使用機器視覺學習技術，對將出廠的產品進行表面瑕疵檢測。其中，會影響瑕疵檢測準確率的因素，除了演算法外，如果產品影像無法清楚呈現缺陷特徵，縱使演算法如何演進，仍無法辨識。由此可見，對於用於光學檢測的攝像而言，如何取得較佳之影像對於提升檢測精準度具有舉足輕重的影響力。
目前的用於光學檢測的攝像係將待檢測物放置於可旋轉的載物台上，載物台帶動待檢測物旋轉，使攝像機可以截取到待檢測物各側壁的影像，以進一步對表面進行瑕疵檢測。然而，當攝像機與載物台的位置都固定，待檢側物受載物台帶動旋轉時，攝像機至待檢側物表面的距離會有所異動，導致在焦距不變的條件下，無法取得清晰影像，而會影響後續瑕疵檢測的精準度。目前為解決前述問題的方法有：(1)移動載物台或攝像機，使待檢測物與攝像機距離維持 定值，然而這種方式的缺點為：光源未同時移動，致使影像的明暗度不均。(2)使用變焦攝像機，然而這種方式的缺點為：成本較高，同時對焦時間相對長導致拍攝時間長。
針對現有技術中的問題，本發明的目的在於提供一種攝像系統、光學檢測系統及攝像方法，經由設置可移動和/或旋轉的反射鏡，在攝像機定焦的情形下可以獲取待檢測物不同待檢測面的清晰圖像。
根據本發明之一方面，提出一種攝像系統，包括：攝像機；載物台，用於承載待檢測物；反射鏡，可受操作移動和/或旋轉；其中，所述載物台設置於所述攝像機和所述反射鏡之間，所述攝像機用於採集所述反射鏡反射的光線以獲取所述待檢測物的待檢測面的圖像。
根據本發明之一方面，提出一種光學檢測系統，包括所述的攝像系統，所述光學檢測系統更包括：瑕疵檢測模組，用於根據所述攝像機的拍攝圖像檢測所述待檢測物的待檢測面的表面瑕疵。
根據本發明之一方面，提出一種攝像方法，採用所述的攝像系統，所述方法包括如下步驟：獲取待檢測物的待檢測面的位置資訊；根據所述待檢測物的待檢測面的位置計算所述反射鏡的移動距離和/或旋轉角度；根據所述位置計算模組的計算結果調整所述反射鏡的位置和/或旋轉角度；採集所述攝像機的拍攝圖像。
本發明經由設置可移動和/或旋轉的反射鏡，攝像機可以經由反射鏡獲取待檢測物的圖像，並且經由控制反射鏡與待檢測物/攝像機之間的距離，待檢測物在反射鏡中成像至攝像機之間的距離維持固定，從而在攝像機定焦的情形下，經由調整反射鏡的位置，可以獲取不同待檢測面的清晰圖像。
為了對本發明之上述及其他方面有更佳的瞭解，下文特舉實施例，並配合所附圖式詳細說明如下：
M100:攝像機
M200:載物台
J100:檢測物
M300:反射鏡
M400:光源模組
J100A,J100B:狀態
J200A,J200B,P1,P2,P3:位置
WD,d1,d2,d3,L,A,B,△p:距離
α,β:夾角
θ:旋轉角度
第1圖是本發明一實施例的攝像系統的結構示意圖；第2圖是本發明一實施例的攝像系統增加控制功能模組的結構框圖；第3圖是本發明一實施例的待檢測面為平面時的攝像示意圖；第4圖是本發明一實施例的待檢測面為弧面時的攝像示意圖；第5圖是本發明一實施例的光學檢測系統的結構示意圖；第6圖是本發明一實施例的攝像方法的流程圖；第7圖是本發明一實施例的光學檢測方法的流程圖。
現在將參考附圖更全面地描述示例實施方式。然而，示例實施方式能夠以多種形式實施，且不應被理解為限於在此闡述的範例；相反，提供這些實施方式使得本公開將更加全面和完整，並將示例實施方式的構思全面地傳達給本領域的具有通常知識者。所描述的 特徵、結構或特性可以以任何合適的方式結合在一個或更多實施方式中。
此外，附圖僅為本公開的示意性圖解，並非一定是按比例繪製。圖中相同的附圖標記表示相同或類似的部分，因而將省略對它們的重複描述。附圖中所示的一些方框圖是功能實體，不一定必須與物理或邏輯上獨立的實體相對應。可以採用軟體形式來實現這些功能實體，或在一個或多個硬體模組或積體電路中實現這些功能實體，或在不同網路和/或處理器裝置和/或微控制器裝置中實現這些功能實體。
如第1圖所示，本發明實施例提供一種攝像系統，包括：攝像機M100；載物台M200，用於承載待檢測物J100；以及反射鏡M300，可移動和/或旋轉。
其中，所述載物台M200設置於所述攝像機M100和所述反射鏡M300之間，所述攝像機M100用於採集所述反射鏡M300反射的光線以獲取所述待檢測物的圖像。在該實施例中，所述載物台M200是可相對於所述攝像機M100旋轉的，從而可以經由旋轉載物台M200和對應調整反射鏡M300使得攝像機M100拍攝不同的待檢測面。在其他可替代的實施方式中，所述載物台M200也可以是不旋轉的，而是經由調整反射鏡M300實現拍攝不同的待檢測面。
因此，本發明經由設置可移動和/或旋轉的反射鏡M300，攝像機M100可以經由反射鏡M300獲取待檢測物的圖像，並且經由控制反射鏡M300與待檢測物J100/攝像機M100之間的距離，待檢 測物J100在反射鏡M300中成像至攝像機M100之間的距離維持固定，從而在攝像機M100定焦的情形下，經由調整反射鏡M300的位置，可以獲取不同待檢測面的清晰圖像。在該實施例中，所述反射鏡M300為平面鏡，方便在測量待檢測物J100的不同待檢測面時計算移動距離和旋轉角度。但本發明不限於此。
所述攝像機M100可以採用定焦攝像機，即可以獲取不同待檢測面的清晰圖像，從而可以在保證清晰度的基礎上大大節省整個攝像系統乃至整個光學檢測系統的成本。在其他可替代的實施方式中，所述攝像機M100也可以採用變焦攝像機，其在測量同一個待檢測物的不同待檢測面時，可以不用反復變焦，節省了拍攝和檢測時間。
進一步地，如第1圖所示，所述攝像系統還可以包括光源模組M400，用於對待檢測物J100照明。該光源模組M400可以採用同軸光源和碗光源，但本發明不限於此，採用其他類型的光源或者不採用光源均屬於本發明的保護範圍之內。第1圖中示出的是攝像系統的俯視視角的結構圖，其中僅示意性地示出了攝像系統中各個元件的位置。在實際應用中，各個元件的位置不限於第1圖中示出的排布方式，只需要滿足載物台M200位於攝像機M100和反射鏡M300之間且攝像機M100可以拍攝到待檢測物J100在反射鏡M300中所成的像即可。在實際應用中，載物台M200和攝像機M100可以設置在不同的水平面，例如，載物台M200可以略低於攝像機M100的水平面，從而不會出現攝像機M100被待檢測物J100遮擋的問題。所述光源模 組M400中間也可以設置有穿孔，攝像機M100可以經由該穿孔拍攝到反射鏡M300中所成的像。
如第2圖所示，為該實施例的攝像系統增加控制功能模組之後的結構示意圖。所述攝像系統還包括：位置計算模組，用於根據待檢測物的待檢測面的位置計算所述反射鏡的移動距離和/或旋轉角度。
如第3圖所示，為該實施例的攝像系統應用於拍攝待檢測物的一個平面待檢測面的示意圖。如果所述待檢測面為平面，則所述位置計算模組根據待檢測物的待檢測面的位置計算所述反射鏡沿第一方向的移動距離，所述第一方向為所述攝像機的拍攝方向，在第3圖中即為上下方向。該實施例中，載物台是可旋轉的。載物台在初始狀態時，待檢測物處於J100A的狀態，反射鏡的鏡面在P1位置，反射鏡中成像在J200A的位置，此時的待檢測面是第3圖中梯形的上底邊對應的面。此時，攝像機M100的工作距離為WD=d1+d1+L+B，其中B為待檢測物的旋轉中心到待檢測面沿第一方向的距離，d1為待檢測面到鏡面沿第一方向的距離，L為攝像機到待檢測物的旋轉中心沿第一方向的距離。
載物台旋轉至待檢測物處於J100B的狀態後，同時移動反射鏡至P2位置，反射鏡中成像在J200B的位置，此時的待檢測面是第3圖中梯形的一個腰對應的面。此時，攝像機M100的工作距離為WD=d2+d2+L+A，A為此時待檢測物的旋轉中心到待檢測面沿第一方向的距離，d2為此時待檢測面到鏡面沿第一方向的距離。
由於攝像機未變焦，因此兩種狀態下工作距離WD不變，則滿足如下公式：
Figure 110103687-A0305-02-0009-1
d1-d2=△p
Figure 110103687-A0305-02-0009-2
所述位置計算模組可以採用如下公式計算所述反射鏡沿第一方向的移動距離△p：
Figure 110103687-A0305-02-0009-3
其中，A為當前所述待檢測物的旋轉中心與所述待檢測面在第一方向上的距離，B為初始狀態下所述待檢測物的旋轉中心與所述待檢測面在第一方向上的距離。
進一步地，目前產品多會導圓角形成弧面，單單僅檢測產品四周已經無法滿足需求。需要進一步可以檢測弧面。因此，該實施例中可以經由進一步控制反射鏡旋轉來實現檢測待檢測物的弧面。
如第4圖所示，為該實施例的待檢測面為弧面時的攝像示意圖。如果所述待檢測面為弧面，則所述位置計算模組根據待檢測物的待檢測面的位置計算所述反射鏡的沿第一方向的移動距離和相對於第二方向的旋轉角度，所述第一方向為所述攝像機的拍攝方向，所述第二方向垂直於所述第一方向。在第4圖中，所述第一方向即為左右方向，所述第二方向即為上下方向。
如第4圖所示，α為入射線與第一方向的夾角，待檢測面的切線面與第一方向的夾角為β，β可由待檢測物本身的特徵得到。入射線與切線垂直，因此，α=90°-β。初始狀態下，待檢測物處於J100A的狀態，反射鏡的鏡面在P1位置，反射鏡中成像在J200A的位置，此時，攝像機M100的工作距離為WD=d1+d1+L+B。在測量待檢測物的弧面時，旋轉反射鏡的鏡面到P2位置，然後平移反射鏡的鏡面到P3位置，此時，反射鏡的鏡面到待檢測的弧面的距離是d3，反射鏡中成像在J200B，此時，攝像機M100的工作距離為：
Figure 110103687-A0305-02-0010-4
根據平行原理∠DAC=α，根據法線原理，∠1=∠2=α/2。根據平行原理∠3=∠2，∠4=∠3=α/2，∠5=90°-α/2。根據平行與相似三角形原理，θ=α/2。因此，
Figure 110103687-A0305-02-0010-6
根據平行原理，△p=d1-dd，dd=AD * cos(90°-β)，並且
Figure 110103687-A0305-02-0010-7
由此，
Figure 110103687-A0305-02-0010-9
因此，
Figure 110103687-A0305-02-0010-10
因此，如第4圖所示，如果所述待檢測面為弧面，則所述位置計算模組採用如下公式計算所述反射鏡的沿第一方向的移動距離△p和相對於第二方向的旋轉角度θ：
Figure 110103687-A0305-02-0011-13
其中，β為待檢測面的切線面與第一方向的夾角，d1為初始狀態下所述反射鏡與所述待檢測面在第一方向上的距離。
如第2圖所示，在該實施例中，所述攝像系統還包括：反射鏡移動模組，用於根據所述位置計算模組的計算結果調整所述反射鏡的位置和/或旋轉角度，從而可以實現所述反射鏡的自動位置調整。
所述反射鏡移動模組可以包括驅動電機，驅動所述反射鏡根據所述位置計算模組的計算結果平移和/或旋轉。具體地，在所述反射鏡需要平移和旋轉兩種動作時，可以分別採用一個平移驅動電機和一個旋轉驅動電機來驅動反射鏡調整至需要的位置。
進一步地，所述攝像系統還包括：待檢測物分析模組，用於載入待檢測物的模型資料庫，分析待檢測物的待檢測面的特徵；所述待檢測物的模型資料庫可以包括所述待檢測物的形狀資料，例如包括的待檢測面的數量、各個待檢測面相對於旋轉中心的距離、各個待檢測面之間的夾角等，在所述待檢測物有弧面時，所述模型資料庫海報框待檢測物的弧面特徵和弧面角度，可以用於後續位置計算模組計算反射鏡的平移距離和/或旋轉角度；載物台旋轉模組，用於根據所述待檢測物的待檢測面的特徵控制所述載物台旋轉，具體地，需要根據待檢測面與初始拍攝面之間的角 度以及與攝像機的相對位置計算所述載物台旋轉的角度，然後控制所述載物台旋轉。所述載物台旋轉模組可以採用驅動電機實現。
如第5圖所示，本發明實施例還提供一種光學檢測系統，包括所述的攝像系統，所述光學檢測系統還包括：瑕疵檢測模組，用於根據所述攝像機的拍攝圖像檢測所述待檢測物的待檢測面的表面瑕疵。
由於本發明經由設置可移動和/或旋轉的反射鏡，攝像機可以經由反射鏡獲取待檢測物的圖像，並且經由控制反射鏡與待檢測物/攝像機之間的距離，待檢測物在反射鏡中成像至攝像機之間的距離維持固定，從而在攝像機定焦的情形下，經由調整反射鏡的位置，可以獲取不同待檢測面的清晰圖像。在攝像機獲取到待檢測面的清晰圖像後，所述瑕疵檢測模組可以對所述清晰圖像進行分析，實現表面凹坑、劃痕等瑕疵檢測。所述瑕疵檢測模組的檢測方法可以採用現有技術中的瑕疵檢測方法，例如基於機器視覺學習模型來進行檢測。由於本發明中的瑕疵檢測模組所基於的檢測圖像更為清晰，因此，可以實現更準確的檢測。並且，所述光學檢測系統不僅可以應用於平面的檢測，還可以用於弧面的檢測，應用範圍更廣泛。
如第6圖所示，本發明實施例還提供一種攝像方法，採用所述的攝像系統，所述方法包括如下步驟：S100：獲取待檢測物的待檢測面的位置資訊，此位置資訊可以是根據待檢測物的模型資料庫中待檢測物的形狀資料得到的； S200：根據所述待檢測物的待檢測面的位置計算所述反射鏡的移動距離和/或旋轉角度；S300：根據所述位置計算模組的計算結果調整所述反射鏡的位置和/或旋轉角度；S400：採集所述攝像機的拍攝圖像。
因此，本發明經由設置可移動和/或旋轉的反射鏡，攝像機可以經由反射鏡獲取待檢測物的圖像，並且經由步驟S200和S300控制反射鏡移動或旋轉，調整反射鏡與待檢測物/攝像機之間的距離，待檢測物在反射鏡中成像至攝像機之間的距離維持固定，從而在攝像機定焦的情形下，經由調整反射鏡的位置，可以獲取不同待檢測面的清晰圖像。
在該實施例中，所述步驟S100：獲取待檢測物的待檢測面的位置資訊之前，還包括如下步驟：載入待檢測物的模型資料庫，分析待檢測物的待檢測面的特徵；所述待檢測物的模型資料庫可以包括所述待檢測物的形狀資料，例如包括的待檢測面的數量、各個待檢測面相對於旋轉中心的距離、各個待檢測面之間的夾角等，在所述待檢測物有弧面時，所述模型資料庫海報框待檢測物的弧面特徵和弧面角度，可以用於分析出待檢測面與相機的距離，以及後續步驟S200計算反射鏡的平移距離和/或旋轉角度；根據所述待檢測物的待檢測面的特徵控制所述載物台旋轉，轉動待檢測物至待檢測面。
在該實施例中，所述步驟S200：根據所述待檢測物的待檢測面的位置計算所述反射鏡的移動距離和/或旋轉角度，包括如下步驟：判斷所述待檢測面是否為弧面；如果所述待檢測面為平面，則根據待檢測物的待檢測面的位置計算所述反射鏡沿第一方向的移動距離；如果所述待檢測面為弧面，則根據待檢測物的待檢測面的位置計算所述反射鏡的沿第一方向的移動距離和相對於第二方向的旋轉角度，所述第一方向為所述攝像機的拍攝方向，所述第二方向垂直於所述第一方向。
本發明實施例還提供一種光學檢測方法，包括所述攝像方法，在所述步驟S400：採集所述攝像機的拍攝圖像之後，還包括根據所述攝像機的拍攝圖像檢測所述待檢測物的待檢測面的表面瑕疵。如第7圖所示，為本發明實施例提供的一種光學檢測方法的流程圖。所述光學檢測方法包括如下步驟：載入待檢測物的模型資料庫的內容，待檢測物分析模組分析出待檢測物的待檢測面與攝像機的距離、待檢測物的弧面特徵及弧面角度、待檢測物的待檢測面資訊；旋轉載物台，轉動待檢測物至待檢測面；選擇待檢測面中的待檢測區域；判斷待檢測區域是否為弧面； 如果待檢測區域是平面，則位置計算模組根據當前待檢測面的位置計算反射鏡的移動量，反射鏡移動模組根據移動量平移反射鏡；如果待檢測區域是弧面，則位置計算模組根據當前待檢測面的位置計算反射鏡的運動量和旋轉角度，反射鏡移動模組根據移動量平移反射鏡並且旋轉反射鏡；攝像機對待檢測區域進行拍攝；判斷待檢測面是否已經拍攝完成；如果是，則判斷待檢測物是否已經拍攝完成；瑕疵檢測模組根據所述攝像機的拍攝圖像檢測所述待檢測物的待檢測面的表面瑕疵。
因此，本發明經由設置可移動和/或旋轉的反射鏡，攝像機可以經由反射鏡獲取待檢測物的圖像，並且經由控制反射鏡移動或旋轉，調整反射鏡與待檢測物/攝像機之間的距離，待檢測物在反射鏡中成像至攝像機之間的距離維持固定，從而在攝像機定焦的情形下，經由調整反射鏡的位置，可以獲取不同待檢測面的清晰圖像。瑕疵檢測模組對待檢測物的瑕疵進行檢測時，基於更清晰的圖像，可以實現更準確的瑕疵檢測。並且，所述光學檢測方法不僅可以應用於平面的檢測，還可以用於弧面的檢測，應用範圍更廣泛。
本發明實施例還提供一種攝像設備，包括處理器；記憶體，其中儲存有所述處理器的可執行指令；其中，所述處理器配置為經由執行所述可執行指令來執行所述的攝像方法的步驟。
所屬技術領域的具有通常知識者能夠理解，本發明的各個方面可以實現為系統、方法或程式產品。因此，本發明的各個方面可以具體實現為以下形式，即：完全的硬體實施方式、完全的軟體實施方式(包括固件、微代碼等)，或硬體和軟體方面結合的實施方式，這裡可以統稱為“電路”、“模組”或“平台”。
綜上所述，經由採用本發明的攝像系統、光學檢測系統、攝像方法，經由設置可移動和/或旋轉的反射鏡，攝像機可以經由反射鏡獲取待檢測物的圖像，並且經由控制反射鏡與待檢測物/攝像機之間的距離，待檢測物在反射鏡中成像至攝像機之間的距離維持固定，從而在攝像機定焦的情形下，經由調整反射鏡的位置，可以獲取不同待檢測面的清晰圖像。
綜上所述，雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明。本發明所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾。因此，本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
M100:攝像機
M200:載物台
J100:檢測物
M300:反射鏡
M400:光源模組

Claims (9)

  1. 一種攝像系統，用於光學檢測，所述系統包括：一攝像機；一載物台，用於承載待檢測物；一反射鏡，可受操作移動和/或旋轉；以及一位置計算模組，用於根據所述待檢測物的待檢測面的位置計算所述反射鏡的移動距離和/或旋轉角度；其中，所述載物台設置於所述攝像機和所述反射鏡之間，所述攝像機用於採集所述反射鏡反射的光線以獲取所述待檢測物的待檢測面的圖像。
  2. 根據請求項1所述的攝像系統，如果所述待檢測面為平面，則所述位置計算模組根據待檢測物的待檢測面的位置計算所述反射鏡沿第一方向的移動距離，所述第一方向為所述攝像機的拍攝方向；所述位置計算模組採用如下公式計算所述反射鏡沿第一方向的移動距離△p：
    Figure 110103687-A0305-02-0018-14
     其中，A為當前所述待檢測物的旋轉中心與所述待檢測面在第一方向上的距離，B為初始狀態下所述待檢測物的旋轉中心與所述待檢測面在第一方向上的距離。
  3. 根據請求項1所述的攝像系統，如果所述待檢測面為弧面，則所述位置計算模組根據待檢測物的待檢測面的位置計算所述反射鏡沿第一方向的移動距離和相對於第二方向的旋轉 角度，所述第一方向為所述攝像機的拍攝方向，所述第二方向垂直於所述第一方向；所述位置計算模組採用如下公式計算所述反射鏡的沿第一方向的移動距離△p和相對於第二方向的旋轉角度θ：
    Figure 110103687-A0305-02-0019-15
     其中，β為待檢測面的切線面與第一方向的夾角，d1為初始狀態下所述反射鏡與所述待檢測面在第一方向上的距離。
  4. 根據請求項1所述的攝像系統，更包括：一反射鏡移動模組，用於根據所述位置計算模組的計算結果調整所述反射鏡的位置和/或旋轉角度。
  5. 根據請求項1所述的攝像系統，更包括：一待檢測物分析模組，用於載入待檢測物的一模型資料庫，分析待檢測物的待檢測面的特徵；以及一載物台旋轉模組，用於根據所述待檢測物的待檢測面的特徵控制所述載物台旋轉。
  6. 一種光學檢測系統，包括請求項1至5中任一項所述的攝像系統，所述光學檢測系統更包括：一瑕疵檢測模組，用於根據所述攝像機的拍攝圖像檢測所述待檢測物的待檢測面的表面瑕疵。
  7. 一種攝像方法，採用請求項1至5中任一項所述的攝像系統，所述方法包括如下步驟：獲取所述待檢測物的待檢測面的位置資訊；根據所述待檢測物的待檢測面的位置計算所述反射鏡的移動距離和/或旋轉角度；根據所述位置計算模組的計算結果調整所述反射鏡的位置和/或旋轉角度；以及採集所述攝像機的拍攝圖像。
  8. 根據請求項7所述的攝像方法，其中所述獲取待檢測物的待檢測面的位置資訊之前，更包括如下步驟：載入待檢測物的模型資料庫，分析待檢測物的待檢測面的特徵；根據所述待檢測物的待檢測面的特徵控制所述載物台旋轉。
  9. 根據請求項7所述的攝像方法，其中根據所述待檢測物的待檢測面的位置計算所述反射鏡的移動距離和/或旋轉角度，包括如下步驟：判斷所述待檢測面是否為弧面；如果所述待檢測面為平面，則根據待檢測物的待檢測面的位置計算所述反射鏡沿第一方向的移動距離；如果所述待檢測面為弧面，則根據待檢測物的待檢測面的位置計算所述反射鏡的沿第一方向的移動距離和相對於第二方向的 旋轉角度，所述第一方向為所述攝像機的拍攝方向，所述第二方向垂直於所述第一方向。
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