CN109975324A - 一种基于方波结构的结构光照明瑕疵检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种基于方波结构的结构光照明瑕疵检测方法，其通过将产生的方波信号转换为正弦信号的叠加，并使成像模组对结构光光源的空间分辨率低于方波信号空间周期T的1/2，即可使待检玻璃样品图像仅受一阶正弦信号调制，此时，方波结构光照明形式就等价于是正弦结构光照明形式，也就实现了正弦结构光的照明效果，从而降低了对照明光源的要求，也提高了瑕疵检测效率。
Description
技术领域
本发明涉及在线玻璃瑕疵检测技术领域，具体为一种基于方波结构的结构光照明瑕疵检测方法。
背景技术
在玻璃的生产、组装过程中，玻璃内、外部会产生气泡、结石、扭曲、碎裂以及划痕等缺陷，这些缺陷会影响玻璃产品的功能和美观程度。其中，对于大尺寸的玻璃瑕疵，可使用高亮度线光源与线阵相机的配合实现明场和暗场的照明结构，其可以显著增强图像中的瑕疵特征，从而实现了很好的检测效果。
但是，这种方法有如下缺陷：1)其需要根据瑕疵特征来相应调整照明角度、光源尺寸等参数，在实际使用中还需要大量的验证试验方可确认最优工作状态，比较繁琐；2)而对于玻璃内部的小尺寸瑕疵，由于散射光强度较弱，这种明场、暗场配合的检测方法依然无法得到高对比度的瑕疵图像，也就需要对后端的瑕疵检测算法提出极高的要求；3)需要配合线阵相机和直线模组使用，且无法实现面阵探测。
基于上述问题，现有使用结构光照明的方法，其可以通过检测样品图像调制度的差异来实现缺陷的有效识别，但是为了求解样品图像的调制度分布，需要使用正弦形式的结构光，而一般光源难以产生可调节的正弦结构光，因此液晶显示屏成为了唯一可选的光源，但由于液晶显示器的亮度不足，响应时间较慢，因此需要很长的曝光时间，从而限制了检测效率。
发明内容
针对上述问题，本发明提供了一种基于方波结构的结构光照明瑕疵检测方法，其不仅可以实现正弦结构光的照明效果，且可降低对照明光源的要求，提高瑕疵检测效率。
其技术方案是这样的：其特征在于：其包括以下步骤：
S1、成像模组设置于待检玻璃样品上方，调整所述成像模组与所述待检玻璃样品之间的距离，以使得所述成像模组对所述待检玻璃样品清晰成像；
S2、结构光光源设置于所述待检玻璃样品的下方，所述结构光光源处于离焦状态，所述结构光光源的光强呈周期性的方波条纹分布，根据傅里叶变换原理，将周期性的方波信号转换为正弦信号的叠加：
其中，T为方波信号的空间周期；n＝1，2…N，αn表示第n阶条纹的幅值；
S3、根据所述步骤S2中的公式，所述成像模组采集到的所述待检玻璃样品图像表示为：
其中，mn表示为由所述成像模组和结构光光源构成的离焦光学系统对n阶正弦信号的调制度；I0为图像亮度的直流分量；I为一阶正弦信号的强度；
当一阶正弦信号的空间频率为f0时，所述结构光光源对二阶及以上正弦信号的调制度mn为0，则所述成像模组采集到的所述待检玻璃样品图像表示为：
也就是当所述成像模组对所述结构光光源的空间分辨率低于方波信号空间周期T的1/2时，所述待检玻璃样品图像仅受一阶正弦信号I调制，从而同样实现正弦结构光的照明。
其进一步特征在于：
所述结构光光源通过液晶显示器、LED阵列、异形面光源或者其他多形式的光源产生，所述结构光光源放置于所述待检玻璃样品下方一定离焦距离处，并满足由所述成像模组和结构光光源构成的成像系统对此位置的空间分辨率低于所述结构光光源周期的1/2。
本发明的有益效果是，通过将产生的方波信号转换为正弦信号的叠加，并使成像模组对结构光光源的空间分辨率低于方波信号空间周期T的1/2，即可使待检玻璃样品图像仅受一阶正弦信号调制，此时，方波结构光照明形式就等价于是正弦结构光照明形式，也就实现了正弦结构光的照明效果，从而降低了对照明光源的要求，也提高了瑕疵检测效率。
附图说明
图1是本发明的光路结构示意图；
图2是本发明的光学传递函数曲线图。
具体实施方式
如图1所示，本发明包括以下步骤：
S1、成像模组1及其镜头2均设置于待检玻璃样品3上方，调整成像模组1与待检玻璃样品3之间的距离，以使得成像模组1对待检玻璃样品3清晰成像；
S2、结构光光源设置于待检玻璃样品3下方一定离焦距离处，结构光光源与待检玻璃样品3之间的距离满足由成像模组1及其镜头2和结构光光源构成的成像系统对此位置的空间分辨率低于结构光光源周期的1/2，结构光光源处于离焦状态，结构光光源通过液晶显示器4产生，结构光光源的光强呈周期性的方波条纹分布，即液晶显示器4显示方波条纹，根据傅里叶变换原理，将周期性的方波信号转换为正弦信号的叠加：
其中，T为方波信号的空间周期；n＝1，2…N
S3、根据步骤S2中的公式，成像模组1采集到的待检玻璃样品3图像表示为：
其中，mn表示为离焦光学系统对n阶正弦信号的调制度；I0为图像亮度的直流分量；I为一阶正弦信号的强度；图1中，成像模组1及其镜头2对待检玻璃样品3清晰成像，对液晶显示器4离焦成像，则由成像模组1及其镜头2、液晶显示器4构成了一个离焦光学系统；
如图2所示，当一阶正弦信号的空间频率f为f0时，结构光光源对二阶及以上正弦信号的调制度mn为0，则成像模组1采集到的待检玻璃样品3图像表示为：I(x)＝I0+
也就是当成像模组1对液晶显示器4的空间分辨率低于方波信号空间周期T的1/2时，待检玻璃样品3图像仅受一阶正弦信号I调制，此时方波结构光照明形式等价于正弦结构光照明形式，同样实现了正弦结构光的照明，从而降低了对照明光源的要求，也提高了瑕疵检测效率。
综上，结构光光源也可通过LED阵列、异形面光源或者其他多种形式的高亮度光源产生，而不再是只能选择低亮度的显示器，从而可以加快瑕疵检测效率。
图1中，箭头的方向表示结构光光源的平移方向。
Claims (2)
1.一种基于方波结构的结构光照明瑕疵检测方法，其特征在于：其包括以下步骤：
S1、成像模组设置于待检玻璃样品上方，调整所述成像模组与所述待检玻璃样品之间的距离，以使得所述成像模组对所述待检玻璃样品清晰成像；
S2、结构光光源设置于所述待检玻璃样品的下方，所述结构光光源处于离焦状态，所述结构光光源的光强呈周期性的方波条纹分布，根据傅里叶变换原理，将周期性的方波信号转换为正弦信号的叠加：
其中，T为方波信号的空间周期；n＝1，2…N，αn表示第n阶条纹的幅值；
S3、根据所述步骤S2中的公式，所述成像模组采集到的所述待检玻璃样品图像表示为：
其中，mn表示为由所述成像模组和结构光光源构成的离焦光学系统对n阶正弦信号的调制度；I0为图像亮度的直流分量；I为一阶正弦信号的强度；
当一阶正弦信号的空间频率为f0时，所述结构光光源对二阶及以上正弦信号的调制度mn为0，则所述成像模组采集到的所述待检玻璃样品图像表示为：也就是当所述成像模组对所述结构光光源的空间分辨率低于方波信号空间周期T的1/2时，所述待检玻璃样品图像仅受一阶正弦信号I调制，从而同样实现正弦结构光的照明。
2.根据权利要求1所述的一种基于方波结构的结构光照明瑕疵检测方法，其特征在于：所述结构光光源通过液晶显示器、LED阵列、异形面光源或者其他多形式的光源产生，所述结构光光源放置于所述待检玻璃样品下方一定离焦距离处，并满足由所述成像模组和结构光光源构成的成像系统对此位置的空间分辨率低于所述结构光光源周期的1/2。
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