玻璃的檢查的制作方法

專利名稱：玻璃的檢查的制作方法
技術領域：
本發明涉及形成投影像的新穎方法，供確定玻璃，特別是車用玻璃的光學質量方法中使用。
背景技術：
在車用玻璃的生產中，希望檢查每一玻璃，確定它的光學質量，以保證把它用作車用玻璃是可接受的。
眾所周知，玻璃的光學質量用投影像來評估。把玻璃置于局域光源(高強度點光源)和屏之間，使玻璃的投影像投射在屏上。用CCD攝像機記錄該投影像，然后借助計算機分析。玻璃的投影像的特征是照度的變化，該照度變化與玻璃的透射畸變有關。玻璃的透射畸變，是由于玻璃厚度的變化引起的。在層壓的玻璃的情形，這些變化可以是在玻璃片制造時引入的，或者是在層壓成型過程引入的。結果導致所謂“楔”效應。理想的情形是，各玻璃片表面完全平行，在把玻璃片層壓成型之后，仍保持相互平行。但是實際上，各個玻璃片的厚度是變化的，且層壓本身在玻璃或層壓玻璃中產生空的楔狀部分，引起光的偏折，導致光學畸變。楔角的變化引起透射光會聚或發散，表現為投影像中照度的變化。玻璃表面上楔角變化得越快，則透射光的會聚或發散變得越利害。
US 5694479公開一種利用投影圖來測量玻璃光學質量的處理過程。玻璃的投影像被投射在屏上，并被記錄和處理，使各點的測量由照度構成。然后，用已處理的投影像，構造參考像，并隨后在已處理像的各點和參考像的對應點之間進行比較。在構造參考像中，首先必須對記錄的投影像的所有測量點，確定一個照度值，所有測量點包括對應于玻璃上打印面積的區域。在這些區域中，照度值的估計，是從附近測量點的已知照度值外推計算的。已經對與玻璃打印面積對應的投影像上測量點估計照度值之后，通過在整個投影像上執行卷積濾波來構造參考像。這種方式構造參考像是費時的，且執行的計算有許多是不必要的。此外，投影像的形成還要求暗室環境。

發明內容
本發明的一個目的，是對前述的處理過程加以改進。
按照本發明一個實施例，是提供一種形成物體的投影像的方法，本方法包括在虛像平面上形成該像的虛像。本方法能用在外界光環境，不要求暗室環境，而用常規投影圖方法，投影像形成在屏上，需要暗室環境。
投影像是通過以局域光源的準直光束照射物體，在虛像平面上產生投影像形成的。
虛像平面可以位于物體后面或前面。
最好是，用楔形棱鏡使虛像平面傾斜。當要求或需要以一定角度測量物體的透射畸變時，例如測量擋風玻璃時，該楔形棱鏡特別有用。
光源最好是LED(發光二極管)。LED是特別適合的，因為它是非常小的點光源，所以它比產生通常的投影圖使用的光源(如電弧燈)，改善了系統的空間分辨率。此外，LED是固態部件并有長的壽命。
可以用透鏡光學系統或反射鏡光學系統，使光準直。反射鏡系統優于透鏡系統，因為它合算也更緊湊，比透鏡系統有降低的球面像差。
該物體最好是玻璃。
本發明還提供一種確定玻璃光學質量的方法，該玻璃包括至少一個已降低光透射率的面積，本方法包括如下步驟產生玻璃按照權利要求1至9任一項的投影像；在多個測量點上測量玻璃的照度，這些測量點排列成遍布玻璃上的陣列；在每一點上，確定這些點的照度與要求值的任何偏差；其中，在測量的點陣列中，略去該至少一個已降低光透射率的面積。
本發明還提供一種確定玻璃光學質量的方法，包括如下步驟用局域光源照射玻璃，產生按照權利要求1至9任一項的投影像；記錄該投影像；確定投影像的有效測量點，從該像中除去那些對應于玻璃已變暗面積的點；處理記錄的投影像，確定每一有效測量點的照度值；通過把卷積窗在處理的像上逐點掃描，構造參考像，并用卷積濾波器，通過對已處理像被卷積窗覆蓋的有效測量點的照度值求平均，計算對應于已處理像每一點的參考像各點的參考照度值；把已處理的投影像每一有效測量點的照度值，與參考像的對應點比較，確定玻璃的光學質量。
由于忽略玻璃已變暗面積(如打印的周邊陰暗帶，或遮蓋被粘合劑粘接的后視鏡基座的打印補丁)的光學質量，從而本處理投影像的方法，只進行必要的計算并縮減確定玻璃光學質量需要的時間量。
在本發明的一個優選實施例中，卷積窗在掃描操作中有恒定的面積。
本方法最好包括記錄參考像的步驟，以便與已處理的像比較。
本方法中，有效測量點最好是該點的照度值等于或高于預設閾值的點。
本方法中，最好是，當要計算參考照度的卷積窗的點，與已處理像的無效測量點對應時，不計算參考照度。
在一個優選實施例中，在構造參考像時，不考慮無效測量點。
最好是，在產生投影像及有關參考像的計算中，使用同一光源。


現在將參照附圖，說明本發明的實施例，附圖有圖1是在屏上作為實像產生投影圖的設備配置的示意透視圖。
圖2是在虛平面上作為虛像產生的投影圖的設備示意側視圖。
圖3是圖2的頂視圖。
圖4是可用于本發明方法的反射鏡系統側視圖。
圖5是圖4的頂視圖。
圖6A-6D畫出當卷積窗在構造參考像的方法中，掃描玻璃部分時，卷積窗的不同位置，該參考像在確定玻璃的光學質量中使用。
圖7A-7C畫出當卷積窗在構造參考像的另一種方法中，掃描玻璃部分時，卷積窗的不同位置，該參考像在確定玻璃的光學質量中使用。
具體實施例方式
圖1畫出作為屏上實像的投影像的形成。局域光源10照射擋風玻璃12，并在屏16上產生擋風玻璃的投影像14。圖上畫出擋風玻璃上的打印補丁30，該打印補丁遮蓋被粘合劑粘接在擋風玻璃上的后視鏡基座。該補丁把陰影32投射在投影像14上。光源是提供高強度點光源的450W氙弧燈。光源10與擋風玻璃12之間的距離是4m，而擋風玻璃12與屏16之間的距離是2m。在擋風玻璃的情形中，測量最好是按實際條件進行，所以擋風玻璃是以安裝在車中相同的角度觀察的，且光源的軸是水平的并平行于車的軸。圖上也畫出記錄投影像14的CCD攝像機18，例如是有線性響應的10比特區域掃描CCD攝像機，如Hitachi的型號為KP-F1的攝像機。雖然圖1所示的攝像機18畫在擋風玻璃12之下，但這不是必需的。必需的只是攝像機對屏16有不畸變的圖像，以便能記錄投影像14。CCD攝像機18與計算機20連接，用計算機來確定玻璃的光學質量。攝像機18記錄的投影像14，存儲在計算機20的存儲器內，以幫助構造參考像，還用于與參考像比較。
圖2至5涉及在虛平面上作為虛像的投影像的形成。圖2中，局域光源50被透鏡54擴展并準直，照射擋風玻璃52。在擋風玻璃后面空間中的虛像平面56上，建立“虛”的投影像。應當指出，雖然本例中，畫出的虛像平面56位于擋風玻璃52后面，但也可以位于擋風玻璃前面。透鏡58和60既能收集擴展的準直光，也能把CCD攝像機62聚焦在該虛像平面。光源50與擋風玻璃52之間的距離約2m，而擋風玻璃52與攝像機之間的距離約2m。在本特定例子中，虛像平面離擋風玻璃接近1m，但該距離是可以改變的。
CCD攝像機62是行掃描攝像機，用于對虛投影像的光強沿行掃描單元方向抽樣，抽樣結果記錄在計算機64中。適合本應用的CCD攝像機，是Avita攝像機(4K像素；10μm的像素)，可從AtmelCorporation購到。
使用行掃描攝像機是因為擋風玻璃(從而虛像平面)沿圖3所示箭頭70的方向移動，沿該方向的移動，能使行掃描攝像機通過多行掃描，掃描整個虛的投影像。每一行掃描被記錄在計算機64中，并按一定方式(由一系列單行的像素行建立)組合，使計算機保持整個擋風玻璃的虛投影像。
應當指出，攝像機的適當定位是有利的。光源50的光被引向攝像機62，同時把擋風玻璃及虛像平面定位在光源與攝像機之間。借助這一配置，幾乎所有透過擋風玻璃的光都被攝像機感測。這就意味著該系統能在外界光環境中使用，不要求暗室環境，而用常規投影圖方法，投影像形成在屏上，需要暗室環境。還有，可以使用比常規投影圖系統必需的功率更低的光功率。發光二極管(LED)特別適用，因為它是非常小的點光源，因而它比通常的投影圖產生中使用的光源(如電弧燈)，改善了系統的空間分辨率。此外，LED是固態部件并有長的壽命。可以有利地使用約10mm寬的縫67，來降低到達攝像機感測單元的外界光，從而增加系統的靈敏度。
有利的做法是，在透鏡60與CCD攝像機62之間提供楔形棱鏡66，使虛像平面傾斜。當要求或需要以一定角度測量物體的透射畸變時，例如測量擋風玻璃時，該楔形棱鏡特別有用，因為擋風玻璃最好在真實環境下測量，所以應按安裝在車中相同的角度觀察，且光源的軸是水平的并平行于車的軸。
作為一種變化，可以使用反射鏡光學系統代替透鏡光學系統，把通過擋風玻璃52的光源50發射的光，聚焦在虛像平面56。這種反射鏡光學系統示于圖4和5，來自光源50的光，從平面反射鏡72和凹面反射鏡74向虛像平面56反射。類似地，可以用反射鏡系統收集準直光。使用反射鏡系統的優點是，合算和更緊湊，比透鏡系統有降低的球面像差。
計算機64記錄的虛的投影像，按我們共同待決的UK申請號0306259.3對實的投影像相同方式，由計算機處理。計算機64檢測有效的和無效的測量點，這里要指出，有效測量點對應于玻璃的非變暗部分，而無效測量點對應于玻璃的變暗部分(如打印的周邊陰暗帶，或遮蓋被粘合劑粘接的后視鏡基座的打印補丁)。點的照度值等于或高于預設閾值的有效測量點，由計算機檢測，而點的照度值低于預設閾值的無效測量點，也要檢測。然后，通過對每一有效測量點的照度值進行量化，處理投影像，之后，把已量化的照度值存儲在計算機的存儲器中。對每一無效測量點，不進行照度值的量化，而是簡單地賦予零值，把零值存儲在計算機的存儲器中。
因此，已處理的像，除那些與玻璃變暗或打印面積對應的點外，由記錄的投影像所有測量點照度值已量化的點測量構成(即，已處理的像包括有效測量點照度值已量化的點的測量)。正是用該已處理的像來構造參考像。這一步是通過卷積濾波，使處理的像“平滑化”完成的-使卷積窗在處理的像上逐點掃描，并對已處理像每一有效測量點，通過對已處理像被卷積窗覆蓋的有效測量點的照度值求平均，計算對應的參考照度值。
在卷積窗只覆蓋已處理像有效測量點的玻璃的面積中，通過卷積濾波來構造參考像，是直截了當的。但是，對卷積窗覆蓋至少一個無效測量點的情形，必須作一些調整。
最好使用大小為31×31測量點的卷積窗，但為說明的目的并參考圖6，圖中使用的是3×3測量點的卷積窗。不按比例的圖6畫出已處理像的一部分，包括有效和無效測量點，以柵格表示，每一測量點表示成一方塊。卷積窗用邊界標記28內的方塊表示(3×3個方塊)。無效測量點畫成實心的塊32，且在本特定例子中，對應于玻璃上打印的補丁30，該打印的補丁遮蓋被粘合劑粘接在擋風玻璃上的后視鏡基座。圖上畫出卷積窗28在已處理像上掃描時的四個相繼位置，圖6A是在位置1，圖6B是在位置2，圖6C是在位置3，和圖6D是在位置4。當卷積窗在已處理像上掃描時，在每一位置上，對有效測量點的照度值求算術平均值。圖6中，卷積窗的大小是3×3，且要計算的參考照度，是窗的幾何中心點(以方塊5表示)。
在如圖6A所示的位置1，因為卷積窗只覆蓋有效測量點，所以卷積濾波是直截了當的。對與處理像被卷積窗方塊5覆蓋的點對應的參考像的點，要獲得參考照度值，需進行如下的計算I5=[Σ91I]/9]]>即，對卷積窗方塊1到9中實際的照度值求平均，其中，各方塊與被處理像各有效測量點對應。
在如圖6B所示的位置2，卷積窗覆蓋已處理像的一個無效測量點(對應于被卷積窗方塊9覆蓋的點)。在對參考像與卷積窗方塊5覆蓋的點對應的點，計算參考照度值時，該點被忽略不計，于是，需進行如下的計算，以獲得該點的參考照度值I5=[Σ81I]/8]]>即，對卷積窗方塊1到8中實際的照度值求平均，這8個方塊與被處理像的有效測量點對應。
在如圖6C所示的位置3，卷積窗覆蓋已處理像的兩個無效測量點(對應于被卷積窗方塊8和9覆蓋的點)，并在對參考像與卷積窗方塊5覆蓋的點對應的點，計算參考照度值時，這些點被忽略不計，于是，需進行如下的計算，以獲得該點的參考照度值I5=[Σ71I]/7]]>即，對卷積窗方塊1到7中實際的照度值求平均，這7個方塊與被處理像的有效測量點對應。
在卷積窗方塊5覆蓋已處理像的無效測量點的情形，如圖6D所示的位置，沒有參考照度值需要計算，而參考像對應點的照度值被賦值零。
如上所述，通過在整個已處理像表面進行卷積濾波，構造參考像，該參考像由每一對應于處理像有效測量點的參考照度值構成。
現在，把參考像與處理像比較，確定玻璃的光學質量。這一比較是通過比較對應點的照度值，并計算處理像各點照度值與參考像那些點的照度值的比值。這樣，能夠確定玻璃的缺陷，把確定的缺陷與通常由車輛制造商提供的規格比較，確定該玻璃是否滿足要求的規格。
在上述參照圖6說明的方法中，在計算參考照度值過程中，當卷積窗在處理像至少一個無效測量點上掃描時，卷積窗的大小顯著縮小。例如，在圖6A中，面積是9個方塊，在2B中是8個方塊，而在圖6C，有效的是7個方塊。這是因為，當窗覆蓋的方塊對應于處理像的無效測量點時，這些方塊在計算參考照度值不予考慮。在一種另外的方法中，在參考像整個構造過程的掃描操作中，就是說，當窗只在處理像的有效測量點上掃描時，并且也當窗在處理像的無效測量點上掃描時，卷積窗可以有恒定的面積。這是通過改變卷積窗的形狀實現的，使當窗確實覆蓋處理像的無效測量點時，忽略該無效測量點，并用卷積窗鄰近的有效測量點代替。在該方法中，卷積窗中要計算參考照度的點，可以不總是在窗的幾何中心，而是在卷積窗預定的點。該方法示于圖7，并在該特定例子中，方塊5仍被選為卷積窗中要計算參考照度的點，雖然可以選擇不同的方塊。在圖7A-C所示的每一位置中，對參考像與處理像被方塊5覆蓋的點對應的點，本方法計算的參考照度是I5=[Σ91I]/9]]>在圖7所示每一例子中，卷積窗的面積是9個方塊，但在各情形中，該窗不是3×3個方塊的正方形。
如同前面參照圖6說明的方法，通過在處理像的整個表面進行卷積濾波，構造參考像，故參考像由每一對應于處理像有效測量點的參考照度值構成。現在，如同前面參照圖6說明的方法，使參考像與處理像進行比較，通過比較對應點的照度值，并計算處理像各點照度值與參考像那些點的照度值的比值，確定玻璃的光學質量。這樣，能夠確定玻璃的缺陷，把確定的缺陷與通常由車輛制造商提供的規格比較，確定該玻璃是否滿足要求的規格。
在上面的方法中，在產生投影像及有關參考像的計算中，使用同一光源。這樣可以降低使用不同光源時可能產生的誤差。
顯然，每一測量點的大小，要小于玻璃上已經降低光透射率的面積，如打印的補丁30或周邊的陰暗帶。在前面的實施例中，每一測量點的大小是投影像的像素，與CCD攝像機的單個感測單元對應。
現在參考按照圖2至5說明的例子，應當指出，擋風玻璃52(從而虛像平面)相對攝像機62移動的優點是，系統能夠在生產線上工作。但是，也可以使受測試的玻璃(從而虛像平面)保持靜止，在這種情形中，可以使用區域掃描攝像機來記錄投影圖。
還應指出，除玻璃外，本系統可以用于測量物體的透射畸變和/或表面不均勻性，諸如軟焦點透鏡組、接觸透鏡組、或反射鏡組。只要待測試物體與攝像機之間有相對運動，可以用行掃描攝像機，如果不存在這種相對運動，則可以用區域掃描攝像機。
權利要求
1.一種形成物體的投影像的方法，包括在虛像平面上形成該像的虛像。
2.按照權利要求1的形成投影像的方法，是以局域光源的準直光束，照射該物體，在虛像平面上產生投影像。
3.按照權利要求1或權利要求2的方法，其中的虛像平面位于物體后面。
4.按照權利要求1或2的方法，其中的虛像平面位于物體前面。
5.按照權利要求2至4任一項的形成投影圖的方法，其中用楔形棱鏡使虛像平面傾斜。
6.按照權利要求2至5任一項的形成投影像的方法，其中的光源是LED。
7.按照權利要求2至6任一項的方法，其中的光被透鏡光學系統準直。
8.按照權利要求2至6任一項的方法，其中的光被反射鏡光學系統準直。
9.按照權利要求1至7任一項的方法，其中的物體是玻璃。
10.一種確定玻璃光學質量的方法，該玻璃包括至少一個已降低光透射率的面積，本方法包括如下步驟按照權利要求1至9任一項，產生玻璃的投影像；在遍布玻璃上多個排列成陣列的測量點上，測量玻璃的照度；確定這些點的照度偏離每一點需要值的任何偏差；其中，該至少一個已降低光透射率的面積，從測量的點陣列中略去。
11.一種確定玻璃光學質量的方法，包括如下步驟以局域光源照射玻璃，按照權利要求1至9任一項，產生玻璃的投影像；記錄該投影像；確定投影像的有效測量點，這些有效測量點不包括與玻璃變暗面積對應的那些點；處理該記錄像，確定每一有效測量點的照度值；通過卷積窗在已處理像上的逐點掃描，構造參考像，并用卷積濾波器，通過對已處理像被卷積窗覆蓋的有效測量點的照度值求平均，計算對應于已處理像每一點的參考像各點的參考照度值；把已處理投影像每一有效測量點的照度值，與參考像的對應點比較，確定玻璃的光學質量。
12.按照權利要求11的方法，其中的卷積窗在掃描操作中有恒定的面積。
13.按照權利要求10或11的方法，包括記錄參考像的步驟，以便與已處理像比較。
14.按照權利要求11至13任一項的方法，其中的有效測量點，是該點的照度值等于或高于預設閾值的點。
15.按照權利要求11至14任一項的方法，其中，當要計算參考照度的卷積窗的點，與已處理像的無效測量點對應時，不計算參考照度。
16.按照權利要求11至14任一項的方法，其中，在構造參考像中，不考慮無效測量點。
17.按照權利要求11至16任一項的方法，其中，在產生投影像及在有關參考像的計算中，使用同一光源。
18.一種按照本文前面參照附圖并如附圖演示所描述的、確定玻璃光學質量的方法。
全文摘要
本發明說明一種形成投影像的方法，包括如下步驟以局域光源(50)照射玻璃(52)，如汽車擋風玻璃，所述光被透鏡光學系統(54)，或反射鏡光學系統擴展并準直；在虛像平面(56)中形成該玻璃虛的投影像，該虛像平面可以位于玻璃后面或前面；和把該虛像在CCD攝像機(62)上成像。玻璃可以相對于光源移動，也可以靜止。此外，還說明一種玻璃的檢查方法，包括如上面所述的形成投影像；處理該投影像，把與玻璃陰暗面積對應的測量點，作為無效測量點除去；通過對每一有效測量點確定照度值，獲得已處理的像；通過把卷積窗在已處理像上逐點掃描，構造參考像；和比較參考像對應點的照度值。
文檔編號G01N21/45GK1761870SQ200480007128
公開日2006年4月19日 申請日期2004年3月15日 優先權日2003年3月29日
發明者巴里·R·希爾, 西蒙·P·阿爾德雷德 申請人:皮爾金頓公共有限公司