一種類鏡面物體表面光學成像裝置及其成像方法
【專利摘要】本發明公開了一種類鏡面物體表面光學成像裝置及其成像方法，包括平行光光源、光柵、相機、計算機和用于控制平行光光源的光源控制器；所述相機與計算機連接；平面光光源與光柵配合產生明暗條紋的非均勻光源。根據光的折射和反射原理，通過移動非均勻光源使明暗條紋掃描整個被掃描物體表面，并利用相機在一個移動周期內連續采集該物體表面同一位置得到系列圖片，并將此系列圖片進行形態學膨脹處理，之后合成為最終的目標圖片；本發明解決類鏡面物體表面缺陷太小且高反光而導致的無法成像的問題，使類鏡面物體表面微小缺陷與背景對比明顯、噪音較小，灰度值差別較大，易于進行缺陷分割。
【專利說明】一種類鏡面物體表面光學成像裝置及其成像方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及機器視覺光源和光學成像領域，尤其涉及一種類鏡面物體表面光學成 像裝置及其成像方法。
【背景技術】
[0002] 機器視覺經過數十年的發展，給工業自動化帶來了全新的解決方法，廣泛應用于 工業制造過程中的質量檢測。機器視覺技術與工業自動化相結合，由此產生了視覺檢測技 術。而視覺檢測最關鍵的一步就是選擇正確光學成像方案。因此有針對性的光源照明和成 像方法變得極為重要。
[0003] 針對類鏡面物體（如玻璃、塑料、金屬工件等）的表面缺陷的光學成像方案已經出 現了許多，其中從物理成像方面抑制反光強烈的現象占主要。成像方案解決反光強烈的問 題，不僅可以使缺陷特征明顯，使圖像包含更多的信息，而且可以降低算法復雜程度，穩定 性更高。
[0004] 對于類鏡面物體，由于工藝的復雜性，導致缺陷不僅僅體現在表面，也存在于外殼 內部，而且具有高反光的表面特質。因此需要一套有效的光學成像方案確保缺陷得到識別， 突出缺陷特征，才能進行圖像處理。
[0005] 傳統的視覺檢測系統對采集到的單張物體圖片進行處理，針對類鏡面物體效果不 佳；傳統的光源方案也由于類鏡面物體表面高反光的特點，使缺陷難以拍攝出來，而且拍攝 出來的圖片會引入噪音，也得不到好的效果。
【發明內容】
[0006] 本發明的目的在于克服上述現有技術的缺點和不足，提供一種類鏡面物體表面光 學成像裝置及其成像方法，有效的解決類鏡面物體表面缺陷太小且高反光而導致的無法成 像的問題，使類鏡面物體表面微小缺陷與背景對比明顯、噪音較小，灰度值差別較大，易于 進行缺陷分割。
[0007] 本發明通過下述技術方案實現：
[0008] -種類鏡面物體表面光學成像裝置，包括平行光光源1、光柵2、相機4、計算機3和 用于控制平行光光源的光源控制器；所述相機4與計算機3連接。
[0009] 所述平面光光源1與光柵2配合產生明暗條紋的非均勻光源。
[0010] 上述類鏡面物體表面光學成像裝置的成像方法，通過如下步驟實現；
[0011] 根據光的折射和反射原理，利用平面光光源1與光柵2配合產生明暗條紋的非均 勻光源，然后通過移動非均勻光源使明暗條紋掃描整個被掃描物體5表面，并利用相機4在 一個移動周期內連續采集被掃描物體5同一位置得到系列圖片；
[0012] 并將該系列圖片進行形態學膨脹處理，之后合成為最終的目標圖片，在目標圖片 中，被掃描物體5表面缺陷以高灰度值存在于中等灰度值所構成的背景上，從而呈現被掃 描物體5表面的缺陷特征；
[0013] 具體為：將非均勻光源的光線B照射到被掃描物體5表面無缺陷區域，經過折射、 反射，最終折射光線B進入相機4到達光亮區域；非均勻光源的光線A照射到被掃描物體5 表面缺陷區域，最后折射出的光線A方向不同于經過無缺陷區域的光線，進入相機4后成像 在暗像素區域。
[0014] 為了避免逐個分析采集到的一系列條紋在被掃描物體5表面不同位置的圖像及 均勻背景，將所述系列圖片合成為一張圖片，使最終合成的目標圖片中有缺陷處的灰度值 大，無缺陷處的灰度值為亮條紋與采集間距的比值。
[0015] 本發明相對于現有技術，具有如下的優點及效果：
[0016] 本發明對類鏡面物體表面缺陷光學成像效果好，能夠解決其高反光的缺點，即使 是細微的缺陷也可以得到突出，而且背景均勻，便于缺陷分割。
[0017] 如上所述本發明有效的解決類鏡面物體表面缺陷太小且高反光而導致的無法成 像的問題，使類鏡面物體表面微小缺陷與背景對比明顯、噪音較小，灰度值差別較大，易于 進行缺陷分割。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0018] 圖1為本發明類鏡面物體表面光學成像裝置示意圖。
[0019] 圖2為本發明所述的光柵2示意圖。
[0020] 圖3為本發明成像方法示意圖。
[0021] 圖4為本被掃描物體5 ;其中，標號6的指向被掃描物體5的缺陷部位，即暗條紋 中的白色點。
【具體實施方式】
[0022] 下面結合具體實施例對本發明作進一步具體詳細描述。
[0023] 實施例
[0024] 如圖1-4所示。本發明公開了一種類鏡面物體表面光學成像裝置，其包括平行光 光源1、光柵2、相機4、計算機3和用于控制平行光光源的光源控制器（圖中未示出）；所述 相機4與計算機3連接。
[0025] 所述平面光光源1與光柵2配合產生明暗條紋的非均勻光源。
[0026] 上述類鏡面物體表面光學成像裝置的成像方法如下：
[0027] 根據光的折射和反射原理，利用平面光光源1與光柵2配合產生明暗條紋的非均 勻光源，然后通過移動非均勻光源使明暗條紋掃描整個被掃描物體5表面，并利用相機4在 一個移動周期內連續采集被掃描物體5同一位置得到系列圖片；
[0028] 并將該系列圖片進行形態學膨脹處理，之后合成為最終的目標圖片，在目標圖片 中，被掃描物體5表面缺陷以高灰度值存在于中等灰度值所構成的背景上，從而呈現被掃 描物體5表面的缺陷特征；
[0029] 具體為：將非均勻光源的光線B照射到被掃描物體5表面無缺陷區域，經過折射、 反射，最終折射光線B進入相機4到達光亮區域；非均勻光源的光線A照射到被掃描物體5 表面缺陷區域，最后折射出的光線A方向不同于經過無缺陷區域的光線，進入相機4后成像 在暗像素區域。
[0030] 為了避免圖像疊加之后缺陷像素值的抵消，將此系列圖片都進行形態學膨脹處 理，這樣可以使暗像素被腐蝕消失掉，只留下亮像素的缺陷特征。
[0031] 為了避免逐個分析采集到的一系列條紋在被掃描物體5表面不同位置的圖像及 均勻背景，將所述系列圖片合成為一張圖片，使最終合成的目標圖片中有缺陷處的灰度值 大，無缺陷處的灰度值為亮條紋與采集間距的比值。暗條紋的寬度越大，有無缺陷處的灰度 值差別越大，越易于分割，但是也不能太大，所以要根據實際情況合理選擇。
[0032] 本發明采用確保被掃描物體5位置不變，而移動非均勻光源的方法，這樣不僅明 暗交界在連續圖片上呈現位置的連續，而且被掃描物體5在光源的整個運動過程中，在相 機4采集到的圖像中的位置不變。為了達到使被掃描物體5的有缺陷和無缺陷部分對比強 烈，同時無缺陷背景部分灰度值均勻，可選擇較大的光源亮度。
[0033] 如上所述，便可較好地實現本發明。
[〇〇34] 本發明的實施方式并不受上述實施例的限制，其他任何未背離本發明的精神實質 與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應為等效的置換方式，都包含在本發明的 保護范圍之內。
【權利要求】
1. 一種類鏡面物體表面光學成像裝置，其特征在于：包括平行光光源、光柵、相機、計 算機和用于控制平行光光源的光源控制器；所述相機與計算機連接。
2. 根據權利要求1所述的類鏡面物體表面光學成像裝置，其特征在于：所述平面光光 源與光柵配合產生明暗條紋的非均勻光源。
3. 權利要求1或2所述類鏡面物體表面光學成像裝置的成像方法，其特征在于如下步 驟： 根據光的折射和反射原理，利用平面光光源與光柵配合產生明暗條紋的非均勻光源， 然后通過移動非均勻光源使明暗條紋掃描整個被掃描物體表面，并利用相機在一個移動周 期內連續采集被掃描物體同一位置得到系列圖片； 并將該系列圖片進行形態學膨脹處理，之后合成為最終的目標圖片，在目標圖片中，被 掃描物體表面缺陷以高灰度值存在于中等灰度值所構成的背景上，從而呈現被掃描物體表 面的缺陷特征； 具體為：將非均勻光源的光線B照射到被掃描物體表面無缺陷區域，經過折射、反射， 最終折射光線B進入相機到達光亮區域；非均勻光源的光線A照射到被掃描物體表面缺陷 區域，最后折射出的光線A方向不同于經過無缺陷區域的光線，進入相機后成像在暗像素 區域。
4. 根據權利要求3所述的成像方法，其特征在于：為了避免逐個分析采集到的一系列 條紋在被掃描物體表面不同位置的圖像及均勻背景，將所述系列圖片合成為一張圖片，使 最終合成的目標圖片中有缺陷處的灰度值大，無缺陷處的灰度值為亮條紋與采集間距的比 值。
【文檔編號】G01N21/95GK104101611SQ201410250957
【公開日】2014年10月15日 申請日期:2014年6月6日 優先權日:2014年6月6日
【發明者】文生平, 劉云明, 李雪烽 申請人:華南理工大學