CN105067639A - 一种光栅调制的镜片疵病自动检测装置和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种光栅调制的镜片疵病自动检测装置和方法，包括隔离检测***、运动控制***和光源***、隔离检测***设在暗箱（13）里，运动控制***设在暗箱（13）的底部，运动控制***设在暗箱（13）的一侧，其特征在于：所述的光栅（6）固定于直线丝杠导轨（5）上，平面背光源（10）平行固定于被检镜片（4）下方并与光源控制器（11）连接，主控制器（12）通过运动控制卡（9）实现对运动控制***进行控制。该方法通过移动光栅位置的方法对镜片图像进行两次采样，通过对明、暗场图像中的灰度值和形态特征分析，实现对镜片疵病的分类、定位和测量，极大的提高了镜片检测的准确率和效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种光栅调制的镜片疵病自动检测装置和方法，特别是指采用光栅对平面背光源进行调制，并利用机器视觉技术对镜片表面的疵病进行自动检测的方法和装置。
背景技术
镜片疵病检测不仅是保证出厂镜片合格率的重要环节，也是监控生产过程的有效方法。目前，镜片疵病检测依然全部采用人工检测的方式完成，而人工检测很大程度上依赖于检测人员的经验和技术，且易受主观因素、个体差异等因素影响，误检率较高。专利号为201210180997.4的发明专利提出了一种利用机器视觉快速检测镜片瑕疵的方法，但该方法无法确分镜片表面疵病类型；专利申请号为201310086231.4的发明专利公开了一种镜片疵病检测***，提出了采用三个机器视觉检测工位对镜片疵病就行检测，但未提及各检测工位所涉及的具体检测指标和方法；专利号为201310543428.6和201310543198.3的发明专利采用机器视觉方法实现对眼镜片表明疵病进行自动检测，该方法均采用低角度环形光作为光源，一方面，环形光会导致镜片内、外圈光强不均匀，甚至产生光圈，而对于不同种类的镜片，如近视镜、老花镜、远视镜、散光镜等，由于镜片折射率和表面曲率存在差异性，必然影响后续图像处理算法的一致性；另一方面，该打光方式要求光源与镜片须处于同一平面，不利于镜片的夹持和固定，影响镜片的实时在线检测效率。
发明内容
针对人工检测和现有研究存在的不足，本发明的目的在于提供一种可适用于不同种类镜片的疵病快速检测装置和方法，用于提高检测准确率和效率，为镜片在线检测提供基础。
本发明的技术方案是通过以下方式实现的：一种光栅调制的镜片疵病自动检测装置，包括隔离检测***、运动控制***和光源***、隔离检测***设在暗箱里，运动控制***设在暗箱的底部，运动控制***设在暗箱的一侧，所述的隔离检测***由图像采集装置、相机固定架、镜片固定架、被检镜片、光栅组成，图像获取装置通过相机固定架垂直布置于被检镜片上方，光栅平行安装于相机与被检镜片之间；所述的运动控制***由直线丝杠导轨、步进电机、电机驱动器和运动控制卡组成，用于高精度的移动光栅的位置；光源***由平面背光源和光源控制器组成，其特征在于：所述的光栅固定于直线丝杠导轨上，平面背光源平行固定于被检镜片下方并与光源控制器连接，主控制器通过运动控制卡实现对运动控制***进行控制。
所述的相机固定架用于固定检测***中各硬件的物理位置；所述暗箱用于隔离检测***与外界光照，使***处于稳定的检测环境中。
所述的图像获取装置用于获取被检镜片的实时图像，其视场大于被检镜片直径且像素分辨率满足疵病最小尺寸的识别要求。
所述的所述光栅用于调制成像光源，其整体尺寸须大于被检镜片的最大直径，黑白条纹间隔尺寸视最大点疵病的成像尺寸而定。
所述平面背光源和光源控制器用于提供视觉检测***的光源，所述平面背光源是由发光二极管和高散射漫射板组成，提供一致性的光照环境，其尺寸由被检镜片的最大尺寸而定，所述的光源控制器用于提供稳定的光源供电电压，并调节光源亮度。
所述的主控制器用于对所述视觉获取装置所拍摄的图像进行实时处理，获取疵病的种类、位置和大小信息。
一种光栅调制的镜片疵病自动检测方法，包括以下步骤：
1）、采用光栅对平面背光源进行调制，增强被检镜片表面疵病与完好区域的对比度；
2）、通过直线丝杠导轨滑台带动光栅运动，其移动距离与光栅条纹间隔相等，通过对被检镜片图像采集两次即可采集被检镜片所有位置的明、暗场图像；
3）、检测过程中，被检镜片与相机之间相对位置不发生改变，根据图像保序性原则对所采集的两幅图像中的明、暗场进行拼接；
4）、在暗场图像中，通过灰度阈值分割方式提取灰度值高于暗场条纹区域，所提取的疵病主要包括基片点、加硬点、亮斑、气泡、划伤，并连接同线和八邻域内的特征点，综合灰度和形态特征将疵病点进行分类；
5）、在明场图像中，通过灰度阈值分割方式提取灰度值低于暗场条纹区域，所提取的疵病主要包括点颗粒、杂质缺陷，并连接同线和八邻域内的特征点，综合灰度和形态特征将疵病点进行分类。
本发明具有以下优点：
（1）采用机器视觉技术对镜片疵病进行自动快速检测、定位和分类，可有效的提高镜片品质检测的效率；
（2）采用平面底部背光源提供高均匀度光照环境，并结合光栅对背光进行调制，构建明、暗间隔视场，疵病中部分疵病具有散光性，在暗场背景下具有发亮特征；疵病中部分疵病具有阻光性，在明场背景下具有发暗特征，该打光方式可有效的适应不同类别镜片的检测；
（3）通过直线丝杠导轨滑台运动与图像采集相结合，采集两幅镜片图像，基于图像保序性原则可对镜片明、暗场图像进行拼接，获取镜片在明、暗场下的全景图像；
（4）对明、暗场图像进行处理，可对具有阻光和散光特性的疵病实现同步检测，结合灰度信息和形态信息实现对镜片疵病的自动识别和分类。
附图说明
以下结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
图1是本发明检测装置的结构视图；
图2是本发明检测流程图；
图3为疵病拍摄效果图。
图中：1图像采集装置；2相机固定架；3镜片固定架；4被检镜片；5直线丝杠导轨；6光栅；7步进电机；8电机驱动器；9运动控制卡；10平面背光源；11光源控制器；12主控制器；13暗箱。
具体实施方式
以下结合附图介绍本发明详细技术方案：如图1所示，一种光栅调制的镜片疵病自动检测装置，包括图像采集装置1、相机固定架2、镜片固定架3、被检镜片4、直线丝杠导轨5、光栅6、步进电机7、电机驱动器8、运动控制卡9、平面背光源10、光源控制器11、主控制器12、暗箱13及图像采集，图像采集装置1通过相机固定架2垂直固定于装置顶端，并通过USB3.0接口与主控制器12相连，图像采集装置1与被检镜片4、光栅6和平面面光源10的中心线在同一垂直面上；被检镜片4通过镜片固定架5平行固定于图像采集装置1和光栅6之间；光栅6平行固定于直线丝杠导轨5上，其位置位于被检镜片4和平面背光源10之间，以步进电机7为传动装置，通过电机驱动器8和运动控制卡9与主控制器12相连，实现图像明暗场交替拍摄的功能；平面背光源10固定于装置最下端，并由光源控制器11调节其光照强度。
如图2所示，是本发明检测流程，其具体实施步骤如下：
1、被检镜片4固定至检测工位；
2、图像采集装置1通过主控制器12控制获取第一幅镜片图像；
3、主控制器12通过运动控制卡9控制直线丝杠导轨5带动光栅6移动黑白条纹间隔尺寸；
4、图像采集装置1通过主控制器12获取第二幅镜片图像；
5、通过阈值分割方式分别提取两幅图像中的明、暗场区域，并根据图像保序性原则将图像拼接成明、暗场图像；
6、通过阈值分割方式提取暗场图像中的高灰度值区域，提取明场图像中的低灰度区域，并通过邻域点相连接与形态学处理方法修补疵病区域；
7、综合明、暗图像中缺陷的灰度值及形态特征，对疵病类型、位置和大小进行综合分析，判定被检镜片等级。
如图3所示，为疵病拍摄效果图。
Claims (7)
1.一种光栅调制的镜片疵病自动检测装置，包括隔离检测***、运动控制***和光源***、隔离检测***设在暗箱（13）里，运动控制***设在暗箱（13）的底部，运动控制***设在暗箱（13）的一侧，所述的隔离检测***由图像采集装置（1）、相机固定架（2）、镜片固定架（3）、被检镜片（4）、光栅（6）组成，图像获取装置（1）通过相机固定架（2）垂直布置于被检镜片（4）上方，光栅（6）平行安装于相机与被检镜片（4）之间；所述的运动控制***由直线丝杠导轨（5）、步进电机（7）、电机驱动器（8）和运动控制卡（9）组成，用于高精度的移动光栅（6）的位置；光源***由平面背光源（10）和光源控制器（11）组成，其特征在于：所述的光栅（6）固定于直线丝杠导轨（5）上，平面背光源（10）平行固定于被检镜片（4）下方并与光源控制器（11）连接，主控制器（12）通过运动控制卡（9）实现对运动控制***进行控制。
2.根据权利要求1所述的一种光栅调制的镜片疵病自动检测装置，其特征在于：所述的相机固定架（2）用于固定检测***中各硬件的物理位置；所述暗箱（13）用于隔离检测***与外界光照，使***处于稳定的检测环境中。
3.根据权利要求1所述的一种光栅调制的镜片疵病自动检测装置，其特征在于：所述的图像获取装置（1）用于获取被检镜片（4）的实时图像，其视场大于被检镜片（4）直径且像素分辨率满足疵病最小尺寸的识别要求。
4.根据权利要求1所述的一种光栅调制的镜片疵病自动检测装置，其特征在于：所述的所述光栅（6）用于调制成像光源，其整体尺寸须大于被检镜片（4）的最大直径，黑白条纹间隔尺寸视最大点疵病的成像尺寸而定。
5.根据权利要求1所述的一种光栅调制的镜片疵病自动检测装置，其特征在于：所述平面背光源（10）和光源控制器（11）用于提供视觉检测***的光源，所述平面背光源（10）是由发光二极管和高散射漫射板组成，提供一致性的光照环境，其尺寸由被检镜片（4）的最大尺寸而定，所述的光源控制器（11）用于提供稳定的光源供电电压，并调节光源亮度。
6.根据权利要求1所述的一种光栅调制的镜片疵病自动检测装置，其特征在于：所述的主控制器（12）用于对所述视觉获取装置所拍摄的图像进行实时处理，获取疵病的种类、位置和大小信息。
7.一种根据权利要求1所述的光栅调制的镜片疵病自动检测方法，其特征在于：包括以下步骤：
1）、采用光栅对平面背光源进行调制，增强被检镜片表面疵病与完好区域的对比度；
2）、通过直线丝杠导轨滑台带动光栅运动，其移动距离与光栅条纹间隔相等，通过对被检镜片图像采集两次即可采集被检镜片所有位置的明、暗场图像；
3）、检测过程中，被检镜片与相机之间相对位置不发生改变，根据图像保序性原则对所采集的两幅图像中的明、暗场进行拼接；
4）、在暗场图像中，通过灰度阈值分割方式提取灰度值高于暗场条纹区域，所提取的疵病主要包括基片点、加硬点、亮斑、气泡、划伤，并连接同线和八邻域内的特征点，综合灰度和形态特征将疵病点进行分类；
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