專利名稱：光滑表面疵病的自動(dòng)化檢測(cè)方法及其系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光滑表面疵病的自動(dòng)化檢測(cè)方法及其系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在光學(xué)工程、大規(guī)模集成電路制造、精密機(jī)械等相關(guān)產(chǎn)業(yè)及國防高科技領(lǐng)域，對(duì)一些高精度的光學(xué)、金屬等材料的表面的疵病有嚴(yán)格的要求，特別對(duì)一些用于光學(xué)系統(tǒng)中的高精度的光學(xué)元件表面的疵病更具有嚴(yán)格的控制，必須根據(jù)國內(nèi)外的疵病工程標(biāo)準(zhǔn)對(duì)光學(xué)元件的光滑表面進(jìn)行疵病檢測(cè)，因?yàn)榇貌〉纳⑸鋵⒋蟠笙墓饽芰考敖档凸鈱W(xué)元件的激光損傷閾值，造成光學(xué)元件的新的損傷，破壞膜層，嚴(yán)重影響光學(xué)系統(tǒng)的正常運(yùn)行。目前在我國，對(duì)疵病檢測(cè)都是采用目視的方法，將白熾燈聚于被檢元件表面，人眼利用透射和反射方法逐個(gè)小區(qū)域的觀察由表面疵病產(chǎn)生的散射光像，最終作出一個(gè)人為主觀大致定量的結(jié)論，判定其是否為合格產(chǎn)品，這樣人為的目視觀察評(píng)估由于主觀因素介入導(dǎo)致檢測(cè)的準(zhǔn)確度低；同時(shí)對(duì)大口徑元件檢測(cè)，目視觀察效率低。疵病國際標(biāo)準(zhǔn)與被檢表面密切相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)有5/N×A；LN”×A”；EA，其中N×A表征缺陷的數(shù)目及面積的平方根；LN”×A”表示劃痕符號(hào)、允許長(zhǎng)度及寬度；EA表示破邊及邊緣碎片的延伸度。由于疵病的尺度可以從幾微米如麻點(diǎn)到幾十微米的如劃痕寬度等，必須借助光學(xué)顯微系統(tǒng)進(jìn)行放大檢測(cè)，顯微系統(tǒng)的視場(chǎng)不可能很大，而現(xiàn)在被檢元件的檢測(cè)的口徑往往可以是幾百毫米甚至更大。
國內(nèi)外對(duì)精密的光滑表面疵病檢測(cè)有許多方法，大多是根據(jù)疵病對(duì)光的不同的散射特性來判別最基本及常用的是目視法，通過目視或放大鏡觀察，疵病由不同方法而呈亮象或暗象；還有高通濾波成像法，即采用特殊光欄，使具有高頻成份的疵病散射光成像，可觀察暗背景上亮象；各種基于全積分散射技術(shù)TIS(Total Integral Scatter，TIS)掃描散射顯微鏡利用小口徑激光束及半球收集散射光檢測(cè)表面，且數(shù)字化。除光散射成像外，還有利用疵病的激光衍射譜圖識(shí)別進(jìn)行掃描成像；激光干涉成像的輪廓儀等。這些方法有借鑒之處，但針對(duì)解決大口徑表面疵病的數(shù)字化評(píng)價(jià)系統(tǒng)均有許多不足目視觀察的不確定性、低效；檢測(cè)裝置光源及系統(tǒng)與國際標(biāo)準(zhǔn)的不統(tǒng)一；太小的檢測(cè)口徑；疵病無法精確定標(biāo)等等。因此如何根據(jù)國際IS010110-7的疵病工程標(biāo)準(zhǔn)對(duì)大口徑元件進(jìn)行一個(gè)精確、定量、高效客觀的自動(dòng)化的檢測(cè)和數(shù)字化評(píng)價(jià)，確實(shí)是相關(guān)產(chǎn)業(yè)一個(gè)所需迫切解決的問題。
參考文獻(xiàn)1)Jukka Livarinen，“Surface defect detection with histogram-based texturefeatures”，SPIE vol.4197，P140-145，(2000)2)Jrg Steinert，Stefan Gliech，“Advanced methods for Surface and subsurfacedefect characterization of optical components”，SPIE vol.4099，P290-298，(2000)3)J.M.Elson，H.E.Bennett，and J.M.Bennett，“Scattering from optical surface”，inApplied Optics and Optical Engineering，vol.VII，P191-244，Chapter 7.R.R.Shannonand J.C.Wyant，ed.Academic Press，New York(1979)發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種光滑表面疵病的自動(dòng)化檢測(cè)方法及其系統(tǒng)。
光滑表面疵病的自動(dòng)化檢測(cè)方法采用了多光纖方位角布局的具有柯拉照明的冷光源，實(shí)現(xiàn)疵病的散射光的反射式成像；表面疵病邊緣誘發(fā)的散射光經(jīng)光學(xué)顯微變焦放大系統(tǒng)收集并成像于CCD上；被測(cè)面為大口徑時(shí)，計(jì)算機(jī)控制可以進(jìn)行子孔徑掃描的X、Y工作臺(tái)平移來獲得表面的多個(gè)子孔徑掃描，獲得全口徑的疵病圖像數(shù)據(jù)；建立了對(duì)疵病圖像基于數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)的模式識(shí)別的數(shù)學(xué)模型及疵病定標(biāo)的軟件體系。
光滑表面疵病的自動(dòng)化檢測(cè)系統(tǒng)依次具有光學(xué)顯微變焦系統(tǒng)、光源、掃描工作臺(tái)以及圖像采集與數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，光學(xué)顯微變焦系統(tǒng)依次具有CCD、可變焦的顯微放大系統(tǒng)，光源依次具有白熾燈光源、多方位角排布的光纖、柯拉照明頭、光纖角度可調(diào)架，掃描工作臺(tái)依次具有子孔徑掃描的X、Y工作臺(tái)驅(qū)動(dòng)電路，X、Y方向掃描的電機(jī)、X、Y掃描工作臺(tái)、在掃描工作臺(tái)內(nèi)即被檢面的下部設(shè)有暗背景，圖像采集與數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)具有監(jiān)控器、圖像采集系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)、計(jì)算機(jī)數(shù)字化模式處理系統(tǒng)。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明根據(jù)光滑表面的疵病工程標(biāo)準(zhǔn)，建立了適合于大口徑子孔徑掃描散射光反射式成像的數(shù)字化檢測(cè)方法及系統(tǒng)采用了多光纖冷光源柯拉照明方式，被檢元件檢測(cè)中不受熱無形變、成像清晰可有效接受表面疵病散射光，獲得理想的易于圖像數(shù)據(jù)處理的疵病圖像；開發(fā)了針對(duì)疵病散射圖像的基于數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)模式識(shí)別的數(shù)學(xué)模型及分類評(píng)估、可精確定標(biāo)疵病尺度的方法及軟件體系；采用了客觀的數(shù)字化評(píng)價(jià)系統(tǒng)，對(duì)疵病檢測(cè)的準(zhǔn)確度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于目視的主觀觀察；采用了自動(dòng)化的掃描及數(shù)據(jù)處理方法，被測(cè)件為大口徑時(shí)，大大提高了檢測(cè)的工作效率。本發(fā)明是一個(gè)全新的可以對(duì)不同口徑元件的表面進(jìn)行一個(gè)精確、定量、高效客觀的自動(dòng)化的檢測(cè)和數(shù)字化評(píng)價(jià)的系統(tǒng)。
圖1是光滑表面疵病的自動(dòng)化檢測(cè)系統(tǒng)框圖；圖2是利用圖1裝置得到的光滑表面疵病的散射光反射式成像的圖像；圖3是光滑表面疵病圖像數(shù)字化檢測(cè)的模式識(shí)別及處理方法流程圖；圖4是大口徑檢測(cè)時(shí)X、Y方向子孔徑掃描示意圖。
具體實(shí)施例方式
光滑表面疵病的自動(dòng)化檢測(cè)系統(tǒng)依次具有光學(xué)顯微變焦系統(tǒng)、光源、掃描工作臺(tái)以及圖像采集與數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，光學(xué)顯微變焦系統(tǒng)依次具有CCD1、可變焦顯微放大系統(tǒng)2，光源依次具有白熾燈光源8、多方位角排布的光纖9、柯拉照明頭5、光纖角度可調(diào)架3，掃描工作臺(tái)依次具有子孔徑掃描的X、Y工作臺(tái)驅(qū)動(dòng)電路14、15，X、Y方向掃描的電機(jī)16、17、X、Y掃描工作臺(tái)18、在掃描工作臺(tái)內(nèi)設(shè)有暗背景7，圖像采集與數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)具有監(jiān)控器11、圖像采集系統(tǒng)10、計(jì)算機(jī)12、計(jì)算機(jī)數(shù)字化模式處理系統(tǒng)13。
白熾燈光源8為鹵素?zé)舨⒉捎每吕彰?。?jì)算機(jī)數(shù)字化模式處理系統(tǒng)13如附圖3為圖像輸入、利用中值濾波抑制隨機(jī)脈沖噪聲；利用快捷的灰度線性變換有效的提取目標(biāo)特征圖像；實(shí)現(xiàn)圖像分割及二值化；去除冗余信息；采用形態(tài)學(xué)細(xì)化的腐蝕運(yùn)算使線條細(xì)化便于隨后的線條跟蹤；建立疵病標(biāo)準(zhǔn)庫；進(jìn)行歸類評(píng)價(jià)及定標(biāo)。多方位角排布的光纖9為多方位角冷光源的列陣排布。
光滑表面疵病的自動(dòng)化檢測(cè)系統(tǒng)的光學(xué)測(cè)量原理本發(fā)明根據(jù)工程標(biāo)準(zhǔn)疵病均應(yīng)采用散射光檢測(cè)的前提，建立適合大口徑與孔徑掃描散射成像檢測(cè)的系統(tǒng)。如附圖1所示為檢測(cè)裝置的系統(tǒng)布局，計(jì)算機(jī)對(duì)疵病的模式識(shí)別方法和過程在下部分所述。被測(cè)元件6安置在一個(gè)可以將大口徑分割成若干的子孔徑掃描的X、Y工作臺(tái)18上，在被測(cè)元件下部是暗背景7，掃描可以由計(jì)算機(jī)12進(jìn)行控制。光纖光源9用可調(diào)架3以特定的的角度照射被檢元件，入射光經(jīng)位于光學(xué)系統(tǒng)物面上的下表面或上表面反射后從另一端出射，該表面疵病邊緣誘發(fā)的散射光4成α角反射后經(jīng)可變焦顯微放大系統(tǒng)2收集并成像于CCD1上。圖像一路經(jīng)監(jiān)控器11供檢測(cè)時(shí)監(jiān)控，另一路經(jīng)圖像采集系統(tǒng)10將采集到的圖像數(shù)據(jù)送入計(jì)算機(jī)模式處理系統(tǒng)13。由光學(xué)散射光成像理論可知，由此構(gòu)成暗背景上亮疵病散射光反射式的成像圖像，由于該α角與疵病邊緣溝槽角度等性質(zhì)有密切關(guān)系，所以采用多光纖多方位角的布局，與光軸成角α入射到被檢面，這樣可以保證不管疵病的邊緣溝槽角度如何變化，均可以得到疵病的清晰的表面散射光的反射圖像。實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)對(duì)疵病圖像處理的數(shù)字化評(píng)價(jià)，非常關(guān)鍵的一點(diǎn)就是必須獲得可以適合于計(jì)算機(jī)模式識(shí)別的疵病圖像，而附圖2即為本發(fā)明用附圖1所述的裝置采集到的表面含有劃痕和麻點(diǎn)的疵病的數(shù)字圖像，背景與疵病目標(biāo)的灰度值對(duì)比明顯，非常適合于計(jì)算機(jī)的圖像與數(shù)據(jù)處理。當(dāng)被測(cè)面為大口徑時(shí)，計(jì)算機(jī)12控制可以進(jìn)行子孔徑掃描的X、Y工作臺(tái)的驅(qū)動(dòng)電路14、15，使X、Y電機(jī)16、17驅(qū)動(dòng)工作臺(tái)18進(jìn)行X、Y方向的多個(gè)子孔徑掃描，從而可以獲得全口徑的疵病圖像數(shù)據(jù)。
疵病圖像模式識(shí)別及特征提取數(shù)學(xué)模型本發(fā)明建立了對(duì)疵病圖像基于數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)的模式識(shí)別的數(shù)學(xué)模型和處理軟件，建立了一個(gè)完整的數(shù)字化標(biāo)準(zhǔn)的評(píng)估體系。其主要完成了對(duì)疵病圖像信息的識(shí)別處理及特征提取；疵病的分類評(píng)估及定標(biāo)。
(1)實(shí)現(xiàn)疵病圖像模式識(shí)別數(shù)學(xué)模型及特征提取方法本發(fā)明中建立的疵病圖像模式識(shí)別模型是數(shù)字化評(píng)價(jià)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。如從附圖2的疵病圖像中提取與缺陷劃痕有關(guān)的信息，利用數(shù)字形態(tài)學(xué)進(jìn)行圖像分割，特征(如疵病形狀、大小、長(zhǎng)、面積等)提取，線條跟蹤等多種圖像處理工作。利用數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)的處理方法，對(duì)二值化圖像進(jìn)行最佳處理，完成疵病的識(shí)別，附圖3即為實(shí)現(xiàn)疵病圖像模式識(shí)別數(shù)學(xué)模型及特征提取方法流程圖。
·中值濾波如附圖2所示疵病圖像，由于一些隨機(jī)的系統(tǒng)中各環(huán)節(jié)產(chǎn)生的脈沖噪聲，為了去除一些不屬于疵病的噪聲，利用中值濾波或其它濾波方法，對(duì)噪聲進(jìn)行有效的抑制。
·灰度線性變換要將疵病特征與背景分離開來，其必須利用圖像分割。采用一個(gè)快捷的處理方法即灰度線性變換。輸出和輸入灰度滿足G出＝αiG入i＝1，2，...，n (1)式中αi為變換值，αi＞1即灰度拉伸，對(duì)比度增強(qiáng)?；叶染€性變換可以分段進(jìn)行，使疵病特征與背景的灰度大大拉開，有效的提取了目標(biāo)特征圖像。
·圖像分割及二值化圖像分割是一個(gè)非常重要的圖像分析技術(shù)。經(jīng)灰度拉伸后，兩者灰度基本分離，直方圖必呈“L”型，即背景的灰度值概率遠(yuǎn)大于疵病目標(biāo)的灰度值。利用并形區(qū)域分割算法中的最優(yōu)閾值搜尋法。該數(shù)據(jù)模型是根據(jù)已知圖像概率密度分布函數(shù)表達(dá)形式，當(dāng)背景與疵病目標(biāo)的概率密度分別為pb，po，可解得使目標(biāo)分割總誤差概率最小的最優(yōu)閾值TT=(μb+μ0)2+σ2μb+μ0ln(p0/pb)----(2)]]>式中μb，μ0分別為背景及目標(biāo)的平均光學(xué)密度；σ即為噪聲的標(biāo)準(zhǔn)偏差，以T作為分割背景與目標(biāo)的分界線，對(duì)圖像利用該方法，使背景和目標(biāo)最佳分割。
二值化是基于圖像分割的基礎(chǔ)上，將背景與目標(biāo)依最值閾值T為界，分別將背景及目標(biāo)設(shè)為0和1(這樣有利于加快形態(tài)學(xué)中的處理速度)，二值化可使算法的實(shí)現(xiàn)大為簡(jiǎn)單，并對(duì)下面去除冗余信息，應(yīng)用形態(tài)學(xué)對(duì)圖像進(jìn)行特征提取提供了基礎(chǔ)。
·去除冗余信息大口徑掃描檢測(cè)，具有成百上千個(gè)子孔徑。每個(gè)子孔徑中是否存在疵病信息，予以篩選進(jìn)行下一步運(yùn)算。缺陷在孔徑中隨機(jī)分布，在二值化后對(duì)每個(gè)連通區(qū)域計(jì)算區(qū)域大小(即對(duì)目標(biāo)象素求和)，判定某個(gè)子孔徑內(nèi)是否有缺陷或小到可以忽略不計(jì)，以加快后續(xù)的運(yùn)算速度。
·形態(tài)學(xué)細(xì)化形態(tài)學(xué)細(xì)化是一種主要的圖像處理方法，對(duì)上述的二值化圖像，采用形態(tài)學(xué)的腐蝕運(yùn)算與擊中擊不中運(yùn)算，進(jìn)行細(xì)化，便于隨后的線條跟蹤，以進(jìn)行長(zhǎng)度計(jì)算。疵病標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)線條長(zhǎng)度L有特別的容限要求。
對(duì)一幀二值化的疵病圖像A，設(shè)定結(jié)構(gòu)元素為S其對(duì)A的腐蝕E，數(shù)學(xué)表達(dá)為E＝AS＝{(x，y)|Sx，yA} (3)而E通常是結(jié)構(gòu)元素原點(diǎn)位置的集合。通過位移運(yùn)算比較適合程序?qū)崿F(xiàn)。通過腐蝕運(yùn)算可使線條變細(xì)。但是，當(dāng)腐蝕到一定深度時(shí)，會(huì)使線條較狹窄部分腐蝕掉，將同一線條分為二段。因此為了彌補(bǔ)其不足，保持目標(biāo)線條的連通性，正確反映被檢面線條長(zhǎng)度及元件的合理性(如線條長(zhǎng)超過40mm，則不合格，而分離成二條線條時(shí)產(chǎn)生誤檢)。對(duì)腐蝕運(yùn)算進(jìn)行改進(jìn)即先進(jìn)行判斷，再進(jìn)行腐蝕保持原線條連通性采用細(xì)化方法，其數(shù)學(xué)定義為AoS=A-A⇑S----(4)]]>
式中 是擊中擊不中運(yùn)算，其定義為A⇑S=(A⊗S1)I(A‾⊗S2)----(5)]]>式中S是由兩個(gè)不相交的結(jié)構(gòu)元素S1，S2組成，A為A的補(bǔ)集。上式中擊中擊不中變換能保持目標(biāo)線條的連通性。在具體程序?qū)嵤r(shí)，設(shè)置了判斷條件，符合則剝離，否則則保留。經(jīng)細(xì)化后，將不同粗細(xì)線條細(xì)化為一條單個(gè)象素寬的線條，可以計(jì)算劃痕的實(shí)際長(zhǎng)度。
·線條跟蹤經(jīng)細(xì)化后已經(jīng)去掉了與劃痕線條長(zhǎng)度無關(guān)的信息，使所檢測(cè)的劃痕清晰可見?！?”為目標(biāo)，“0”為無信息。因此，在程序處理中，在與目標(biāo)象素1至8鄰域方向探索。設(shè)定優(yōu)先級(jí)，記錄探索軌跡，將線條全部搜索完畢。在運(yùn)行時(shí)，可利用多種限制方法來完成線條跟蹤記錄，而線條的起始與終點(diǎn)的行進(jìn)路線即為線條長(zhǎng)度L。
對(duì)于以A表征邊緣碎片鑒別，是以被檢面的物理孔徑邊緣為界，孔徑有固定大小，由計(jì)算機(jī)預(yù)先存儲(chǔ)及輔之以掃描確定，也可利用前述的根據(jù)邊緣灰度特征做圖像分割等方法得到。
(2)子孔徑掃描體系大口徑元件的表面疵病檢測(cè)，是對(duì)全孔徑逐步施行子孔徑掃描，最后圖像處理時(shí)施行拼接。建立了如附圖4所示的利用XY兩個(gè)方向的平移來獲得表面的子孔徑掃描，其中A11，A12等是子孔徑，目前直線移導(dǎo)系統(tǒng)的移動(dòng)定位已達(dá)到微米、亞微米的定位精度(即小于CCD的一個(gè)象素值)。同時(shí)對(duì)于透鏡的子孔徑掃描，可以利用被檢面(球心)繞子午面及弧矢面的偏擺掃描，對(duì)球面進(jìn)行全孔徑成像。
(3)疵病寬度標(biāo)準(zhǔn)比對(duì)及評(píng)價(jià)本發(fā)明檢測(cè)系統(tǒng)產(chǎn)生的圖像是以暗背景上的亮象來檢測(cè)，因此，為了正確評(píng)定疵病的實(shí)際尺寸大小，可以設(shè)定一組疵病標(biāo)準(zhǔn)刻線進(jìn)行實(shí)際的檢測(cè)定標(biāo)。
疵病標(biāo)準(zhǔn)的基底與寬度選擇由于測(cè)量用一可變焦光學(xué)顯微系統(tǒng)，因?yàn)槊看畏糯蟊稊?shù)不同，所以要正確將象面尺寸轉(zhuǎn)換至物面實(shí)際尺寸，即求出一個(gè)正確的放大倍數(shù)，使檢測(cè)的圖像與標(biāo)準(zhǔn)尺度可一致。因此采用了光學(xué)玻璃基底，光刻出不同寬度的劃痕刻線，寬度從幾微米至幾十微米(長(zhǎng)度一致)；從拋光等工藝可知，微粒在表面上劃出的道子，一般是“V”狀，而沿著邊緣產(chǎn)生的散射光就是CCD象面上形成的亮目標(biāo)象。這些寬度是利用臺(tái)階儀、輪廓儀等設(shè)備、精確求取。在檢測(cè)時(shí)，將該標(biāo)準(zhǔn)板作為庫函數(shù)存貯供定標(biāo)時(shí)調(diào)用對(duì)比。
在建立標(biāo)準(zhǔn)劃痕刻線中，根據(jù)不同被測(cè)目標(biāo)，適當(dāng)選擇不同反射率的基片。經(jīng)分析研究，用本系統(tǒng)的反射式暗場(chǎng)照明圖像的定標(biāo)比透射式的圖像對(duì)比好，且通過刻線定標(biāo)，完全可以保證其檢測(cè)的準(zhǔn)確性，且適合于任意反射元件表面。
疵病的評(píng)價(jià)及分類疵病的分類是建立在圖像模式識(shí)別的基礎(chǔ)上，經(jīng)過掃描及一系列圖像處理及定標(biāo)已經(jīng)建立了全孔徑內(nèi)的各類劃痕、缺陷、碎邊等不同疵病的幾何形狀的數(shù)據(jù)庫。根據(jù)行業(yè)的工程標(biāo)準(zhǔn)，將識(shí)別的疵病的象素?cái)?shù)進(jìn)行數(shù)學(xué)計(jì)算，計(jì)算劃痕的長(zhǎng)度和寬度、麻點(diǎn)面積的平方根、破邊的長(zhǎng)度等。
本發(fā)明根據(jù)國際疵病工程標(biāo)準(zhǔn)，建立了新穎的適合于大口徑、高精度表面的掃描散射成像檢測(cè)系統(tǒng)；建立了一個(gè)能全面、科學(xué)的評(píng)價(jià)大口徑檢測(cè)掃描成像的數(shù)學(xué)模型及圖像處理的模式識(shí)別軟件體系；可以大大促進(jìn)國內(nèi)外表面疵病評(píng)價(jià)向數(shù)字化標(biāo)準(zhǔn)方向發(fā)展。
實(shí)施例1本發(fā)明的光滑表面疵病的自動(dòng)化檢測(cè)方法及系統(tǒng)如附圖1所示，當(dāng)被檢表面口徑較小時(shí)，被測(cè)元件6安置在工作臺(tái)18上，在被測(cè)元件下部是暗背景7?？烧{(diào)整架3使光纖光源(光源為白熾燈并可以進(jìn)行光強(qiáng)調(diào)節(jié))9以特定的的角度照射被檢元件，入射光經(jīng)位于光學(xué)系統(tǒng)物面上的表面反射后從另一端出射，而表面疵病邊緣誘發(fā)的部分散射光則成α角反射后被可變焦光學(xué)顯微放大系統(tǒng)2收集并成像于CCD1上。圖像一路經(jīng)監(jiān)控器11供檢測(cè)時(shí)監(jiān)控，另一路經(jīng)圖像采集系統(tǒng)10將采集到的圖像數(shù)據(jù)送入計(jì)算機(jī)模式處理系統(tǒng)13，經(jīng)計(jì)算機(jī)進(jìn)行疵病圖像一系列模式識(shí)別數(shù)字化處理、并與標(biāo)準(zhǔn)的刻線進(jìn)行比對(duì)，可以得出附圖2的長(zhǎng)線條的寬度約為42微米，長(zhǎng)度約為7毫米。
實(shí)施例2當(dāng)被檢表面口徑較大時(shí)，采用的光滑表面疵病的自動(dòng)化檢測(cè)系統(tǒng)如附圖l所示，被測(cè)元件的安放及調(diào)整如實(shí)施例1。當(dāng)被測(cè)面為大口徑時(shí)，可以進(jìn)行如附圖4所示的掃描方式，計(jì)算機(jī)12控制子孔徑掃描的X、Y工作臺(tái)的驅(qū)動(dòng)電路14、15，使X、Y電機(jī)16、17驅(qū)動(dòng)工作臺(tái)18進(jìn)行X、Y方向的多個(gè)子孔徑掃描，從而可以獲得全口徑的疵病圖像數(shù)據(jù)。并根據(jù)各掃描孔徑的坐標(biāo)完成子孔徑拼接。大口徑檢測(cè)必須由多個(gè)子孔徑拼接組成，因此數(shù)據(jù)量非常大，為了壓縮數(shù)據(jù)量，可以去掉無疵病信息的子孔徑，同時(shí)滿足疵病測(cè)量的精確性與處理速度之間的需求。最終同樣可以進(jìn)行并得到與實(shí)施例1相同的測(cè)量結(jié)果。
權(quán)利要求
1.一種光滑表面疵病的自動(dòng)化檢測(cè)方法，其特征在于采用了多光纖方位角布局的具有柯拉照明的冷光源，實(shí)現(xiàn)疵病的散射光的反射式成像；表面疵病邊緣誘發(fā)的散射光經(jīng)光學(xué)顯微變焦放大系統(tǒng)收集并成像于CCD上；被測(cè)面為大口徑時(shí)，計(jì)算機(jī)控制進(jìn)行子孔徑掃描的X、Y工作臺(tái)平移來獲得表面的多個(gè)子孔徑掃描，獲得全口徑的疵病圖像數(shù)據(jù)；建立了對(duì)疵病圖像基于數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)的模式識(shí)別的數(shù)學(xué)模型及疵病定標(biāo)的軟件體系。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種光滑表面疵病的自動(dòng)化檢測(cè)方法，其特征在于所說建立了對(duì)疵病圖像基于數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)的模式識(shí)別的數(shù)學(xué)模型及疵病定標(biāo)的軟件體系為圖像輸入、利用中值濾波抑制隨機(jī)脈沖噪聲；利用快捷的灰度線性變換有效的提取目標(biāo)特征圖像；實(shí)現(xiàn)圖像分割及二值化；去除冗余信息；采用形態(tài)學(xué)細(xì)化的腐蝕運(yùn)算使線條細(xì)化便于隨后的線條跟蹤；建立疵病標(biāo)準(zhǔn)庫；進(jìn)行歸類評(píng)價(jià)及定標(biāo)。
3.一種光滑表面疵病的自動(dòng)化檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于它依次具有光學(xué)顯微變焦系統(tǒng)、光源、掃描工作臺(tái)以及圖像采集與數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，光學(xué)顯微變焦系統(tǒng)依次具有CCD(1)、可變焦光學(xué)顯微放大系統(tǒng)(2)，光源依次具有白熾燈光源(8)、多方位角排布的光纖(9)、柯拉照明頭(5)、光纖角度可調(diào)架(3)，掃描工作臺(tái)依次具有子孔徑掃描的X、Y工作臺(tái)驅(qū)動(dòng)電路(14)、(15)，X、Y方向掃描的電機(jī)(16)、(17)、X、Y掃描工作臺(tái)(18)、位于掃描工作臺(tái)上的被檢面(6)及下部設(shè)有的暗背景(7)，圖像采集與數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)具有監(jiān)控器(11)、圖像采集系統(tǒng)(10)、計(jì)算機(jī)(12)、計(jì)算機(jī)疵病的數(shù)字化模式處理系統(tǒng)(13)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種光滑表面疵病的自動(dòng)化檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于所述的白熾燈光源(8)為鹵素?zé)舨⒉捎每吕彰鳌?br>
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種光滑表面疵病的自動(dòng)化檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于所述的計(jì)算機(jī)數(shù)字化模式處理系統(tǒng)(13)為圖像輸入、利用中值濾波抑制隨機(jī)脈沖噪聲；利用快捷的灰度線性變換有效的提取目標(biāo)特征圖像；實(shí)現(xiàn)圖像分割及二值化；去除冗余信息；采用形態(tài)學(xué)細(xì)化的腐蝕運(yùn)算使線條細(xì)化便于隨后的線條跟蹤；建立疵病標(biāo)準(zhǔn)庫；進(jìn)行歸類評(píng)價(jià)及定標(biāo)。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種光滑表面疵病的自動(dòng)化檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于所述的多方位角排布的光纖(9)為多方位角冷光源的列陣排布。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種光滑表面疵病的自動(dòng)化檢測(cè)方法及其系統(tǒng)。根據(jù)疵病標(biāo)準(zhǔn)及其疵病的光散射特性，建立了新穎的適合于大口徑子孔徑掃描散射成像的計(jì)算機(jī)輔助的數(shù)字化檢測(cè)裝置；它采用了多光纖多方位角布局的具有柯拉照明的冷光源，實(shí)現(xiàn)被檢面疵病的散射光的反射式成像；表面疵病的散射光經(jīng)光學(xué)顯微變焦系統(tǒng)收集并成像于CCD上；被測(cè)面為大口徑時(shí)，計(jì)算機(jī)控制X、Y移動(dòng)工作臺(tái)進(jìn)行表面的多個(gè)子孔徑掃描；建立了對(duì)疵病圖像基于數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)的模式識(shí)別的數(shù)學(xué)模型及疵病尺度定標(biāo)的軟件體系。本發(fā)明采用了客觀的數(shù)字化評(píng)價(jià)系統(tǒng)，對(duì)疵病檢測(cè)的準(zhǔn)確度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于目視的主觀觀察；采用了自動(dòng)化的掃描及數(shù)據(jù)處理方法，被測(cè)件為大口徑時(shí)，大大提高了檢測(cè)的工作效率?？梢詫?duì)幾個(gè)微米以上尺度的表面疵病進(jìn)行識(shí)別分類及定標(biāo)評(píng)價(jià)。
文檔編號(hào)G01N21/956GK1563957SQ200410017628
公開日2005年1月12日 申請(qǐng)日期2004年4月9日 優(yōu)先權(quán)日2004年4月9日
發(fā)明者楊甬英, 卓永模 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)