CN104101611A - 一种类镜面物体表面光学成像装置及其成像方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种类镜面物体表面光学成像装置及其成像方法，包括平行光光源、光栅、相机、计算机和用于控制平行光光源的光源控制器；所述相机与计算机连接；平面光光源与光栅配合产生明暗条纹的非均匀光源。根据光的折射和反射原理，通过移动非均匀光源使明暗条纹扫描整个被扫描物体表面，并利用相机在一个移动周期内连续采集该物体表面同一位置得到系列图片，并将此系列图片进行形态学膨胀处理，之后合成为最终的目标图片；本发明解决类镜面物体表面缺陷太小且高反光而导致的无法成像的问题，使类镜面物体表面微小缺陷与背景对比明显、噪音较小，灰度值差别较大，易于进行缺陷分割。
Description
技术领域
本发明涉及机器视觉光源和光学成像领域，尤其涉及一种类镜面物体表面光学成像装置及其成像方法。
背景技术
机器视觉经过数十年的发展，给工业自动化带来了全新的解决方法，广泛应用于工业制造过程中的质量检测。机器视觉技术与工业自动化相结合，由此产生了视觉检测技术。而视觉检测最关键的一步就是选择正确光学成像方案。因此有针对性的光源照明和成像方法变得极为重要。
针对类镜面物体(如玻璃、塑料、金属工件等)的表面缺陷的光学成像方案已经出现了许多，其中从物理成像方面抑制反光强烈的现象占主要。成像方案解决反光强烈的问题，不仅可以使缺陷特征明显，使图像包含更多的信息，而且可以降低算法复杂程度，稳定性更高。
对于类镜面物体，由于工艺的复杂性，导致缺陷不仅仅体现在表面，也存在于外壳内部，而且具有高反光的表面特质。因此需要一套有效的光学成像方案确保缺陷得到识别，突出缺陷特征，才能进行图像处理。
传统的视觉检测系统对采集到的单张物体图片进行处理，针对类镜面物体效果不佳；传统的光源方案也由于类镜面物体表面高反光的特点，使缺陷难以拍摄出来，而且拍摄出来的图片会引入噪音，也得不到好的效果。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点和不足，提供一种类镜面物体表面光学成像装置及其成像方法，有效的解决类镜面物体表面缺陷太小且高反光而导致的无法成像的问题，使类镜面物体表面微小缺陷与背景对比明显、噪音较小，灰度值差别较大，易于进行缺陷分割。
本发明通过下述技术方案实现：
一种类镜面物体表面光学成像装置，包括平行光光源1、光栅2、相机4、计算机3和用于控制平行光光源的光源控制器；所述相机4与计算机3连接。
所述平面光光源1与光栅2配合产生明暗条纹的非均匀光源。
上述类镜面物体表面光学成像装置的成像方法，通过如下步骤实现；
根据光的折射和反射原理，利用平面光光源1与光栅2配合产生明暗条纹的非均匀光源，然后通过移动非均匀光源使明暗条纹扫描整个被扫描物体5表面，并利用相机4在一个移动周期内连续采集被扫描物体5同一位置得到系列图片；
并将该系列图片进行形态学膨胀处理，之后合成为最终的目标图片，在目标图片中，被扫描物体5表面缺陷以高灰度值存在于中等灰度值所构成的背景上，从而呈现被扫描物体5表面的缺陷特征；
具体为：将非均匀光源的光线B照射到被扫描物体5表面无缺陷区域，经过折射、反射，最终折射光线B进入相机4到达光亮区域；非均匀光源的光线A照射到被扫描物体5表面缺陷区域，最后折射出的光线A方向不同于经过无缺陷区域的光线，进入相机4后成像在暗像素区域。
为了避免逐个分析采集到的一系列条纹在被扫描物体5表面不同位置的图像及均匀背景，将所述系列图片合成为一张图片，使最终合成的目标图片中有缺陷处的灰度值大，无缺陷处的灰度值为亮条纹与采集间距的比值。
本发明相对于现有技术，具有如下的优点及效果：
本发明对类镜面物体表面缺陷光学成像效果好，能够解决其高反光的缺点，即使是细微的缺陷也可以得到突出，而且背景均匀，便于缺陷分割。
如上所述本发明有效的解决类镜面物体表面缺陷太小且高反光而导致的无法成像的问题，使类镜面物体表面微小缺陷与背景对比明显、噪音较小，灰度值差别较大，易于进行缺陷分割。
附图说明
图1为本发明类镜面物体表面光学成像装置示意图。
图2为本发明所述的光栅2示意图。
图3为本发明成像方法示意图。
图4为本被扫描物体5；其中，标号6的指向被扫描物体5的缺陷部位，即暗条纹中的白色点。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步具体详细描述。
实施例
如图1--4所示。本发明公开了一种类镜面物体表面光学成像装置，其包括平行光光源1、光栅2、相机4、计算机3和用于控制平行光光源的光源控制器(图中未示出)；所述相机4与计算机3连接。
所述平面光光源1与光栅2配合产生明暗条纹的非均匀光源。
上述类镜面物体表面光学成像装置的成像方法如下：
根据光的折射和反射原理，利用平面光光源1与光栅2配合产生明暗条纹的非均匀光源，然后通过移动非均匀光源使明暗条纹扫描整个被扫描物体5表面，并利用相机4在一个移动周期内连续采集被扫描物体5同一位置得到系列图片；
并将该系列图片进行形态学膨胀处理，之后合成为最终的目标图片，在目标图片中，被扫描物体5表面缺陷以高灰度值存在于中等灰度值所构成的背景上，从而呈现被扫描物体5表面的缺陷特征；
具体为：将非均匀光源的光线B照射到被扫描物体5表面无缺陷区域，经过折射、反射，最终折射光线B进入相机4到达光亮区域；非均匀光源的光线A照射到被扫描物体5表面缺陷区域，最后折射出的光线A方向不同于经过无缺陷区域的光线，进入相机4后成像在暗像素区域。
为了避免图像叠加之后缺陷像素值的抵消，将此系列图片都进行形态学膨胀处理，这样可以使暗像素被腐蚀消失掉，只留下亮像素的缺陷特征。
为了避免逐个分析采集到的一系列条纹在被扫描物体5表面不同位置的图像及均匀背景，将所述系列图片合成为一张图片，使最终合成的目标图片中有缺陷处的灰度值大，无缺陷处的灰度值为亮条纹与采集间距的比值。暗条纹的宽度越大，有无缺陷处的灰度值差别越大，越易于分割，但是也不能太大，所以要根据实际情况合理选择。
本发明采用确保被扫描物体5位置不变，而移动非均匀光源的方法，这样不仅明暗交界在连续图片上呈现位置的连续，而且被扫描物体5在光源的整个运动过程中，在相机4采集到的图像中的位置不变。为了达到使被扫描物体5的有缺陷和无缺陷部分对比强烈，同时无缺陷背景部分灰度值均匀，可选择较大的光源亮度。
如上所述，便可较好地实现本发明。
本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种类镜面物体表面光学成像装置，其特征在于：包括平行光光源、光栅、相机、计算机和用于控制平行光光源的光源控制器；所述相机与计算机连接。
2.根据权利要求1所述的类镜面物体表面光学成像装置，其特征在于：所述平面光光源与光栅配合产生明暗条纹的非均匀光源。
3.权利要求1或2所述类镜面物体表面光学成像装置的成像方法，其特征在于如下步骤：
根据光的折射和反射原理，利用平面光光源与光栅配合产生明暗条纹的非均匀光源，然后通过移动非均匀光源使明暗条纹扫描整个被扫描物体表面，并利用相机在一个移动周期内连续采集被扫描物体同一位置得到系列图片；
并将该系列图片进行形态学膨胀处理，之后合成为最终的目标图片，在目标图片中，被扫描物体表面缺陷以高灰度值存在于中等灰度值所构成的背景上，从而呈现被扫描物体表面的缺陷特征；
具体为：将非均匀光源的光线B照射到被扫描物体表面无缺陷区域，经过折射、反射，最终折射光线B进入相机到达光亮区域；非均匀光源的光线A照射到被扫描物体表面缺陷区域，最后折射出的光线A方向不同于经过无缺陷区域的光线，进入相机后成像在暗像素区域。
4.根据权利要求3所述的成像方法，其特征在于：为了避免逐个分析采集到的一系列条纹在被扫描物体表面不同位置的图像及均匀背景，将所述系列图片合成为一张图片，使最终合成的目标图片中有缺陷处的灰度值大，无缺陷处的灰度值为亮条纹与采集间距的比值。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20141015 |