CN111999313A - 一种光源装置、缺陷检测方法及缺陷检测*** - Google Patents

一种光源装置、缺陷检测方法及缺陷检测*** Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种光源装置、缺陷检测方法及缺陷检测***，装置包括外壳、光源组件、PCB板和反射面；光源组件包括多组光源，PCB板用于实现对每组光源的单独控制，反射面位于多组光源的出射光路上；光源的出射光线经过反射面的反射后相交于一相交点，或均匀照射于一目标面。缺陷检测***包括光源装置，还包括待测物、成像装置和图像处理装置；所提供的缺陷检测方法基于光源装置及检测***实现，通过在光源装置内设置沿圆形轨迹分布的多组光源，利用多组光源在不同位置经反射至照射待测物以实现待测物的缺陷检测，能够避免光源发光角度的误差对特征检测的影响，优化了缺陷检测的效果。

Description

一种光源装置、缺陷检测方法及缺陷检测***
技术领域
本发明涉及缺陷检测技术领域，尤其涉及一种光源装置、缺陷检测方法及缺陷检测***。
背景技术
缺陷检测在一些对表面质量要求较高的产品的生产过程中尤为重要，由于纯靠人眼的检测方式难以满足品控要求，因此现如今大多采用机器视觉的手段实现缺陷检测。
普通的机器视觉检测方法中，常通过待测物的周围摆放光源，待光束入射于成像装置中进行成像，最后对所得图像经过一系列处理以实现缺陷识别。但由于光源倾斜摆放有可能会导致待测物的特征失真，导致检测效果并不理性。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种光源装置、缺陷检测方法及缺陷检测***，解决现有技术中缺陷检测的效果不理想且检测效率较低的问题。
为实现上述目的，本发明提供以下的技术方案：
一种光源装置，包括：
外壳；
设于所述外壳底部的光源组件，所述光源组件包括多组光源，所述多组光源在所述外壳内沿圆形轨迹分布；
用于实现对每组光源的单独控制的PCB板，所述PCB板电连接所述多组光源；
设于所述外壳顶部的反射面，所述反射面位于所述多组光源的出射光路上；所述光源的出射光线射入所述反射面，经过所述反射面的反射后形成反射光线，所述多组光源的反射光线相交于一相交点，或均匀照射于一目标面，所述目标面为平面或曲面。
可选的，所述反射面包括第一反射面和第二反射面，所述第一反射面和所述第二反射面呈对称设置；
所述光源组件包括第一光源组件，所述第一光源组件包括至少两组光源，所述第一光源组件中各组光源的出射光线射入所述第一反射面；
所述光源组件还包括第二光源组件，所述第二光源组件包括至少两组光源，所述第二光源组件中各组光源的出射光线射入所述第二反射面；
所述第一反射面和第二反射面均为非球面反射面。
可选的，所述光源组件中的所述多组光源沿所述圆形轨迹均匀排布。
可选的，所述光源的光度角为5～160°。
可选的，所述外壳体内壁涂覆有消光漆，或
所述外壳体内壁设有消光螺纹。
本发明还提供了一种缺陷检测方法，基于如上所述的光源装置实现，包括如下步骤：
采集在不同光源的照射作用下拍摄待测物得到的多个检测图像；
对所述多个检测图像分别进行图像最大值融合和图像均值融合，得到第一融合图像和第二融合图像；
基于光度立体视觉算法对所述第一融合图像和所述第二融合图像进行重构，得到合成图像；
对所述合成图像进行处理，获得最终缺陷检测结果。
可选的，所述步骤：对所述合成图像进行处理，获得最终缺陷检测结果，包括：
将所述合成图像进行二值化处理，得到二值图；
将光源方向归一化，结合阴影恢复法分别计算所述二值图的表面法向量分布，进一步获得表面梯度数据；
利用所述表面梯度数据拉伸得到分布均匀的梯度图像；
根据所述梯度图像进行不均匀去除操作，得到细节增强图像；
对所述细节增强图像进行滤波操作和/或灰度拉伸处理，输出最终缺陷检测结果。
本发明还提供了一种缺陷检测***，包括如上所述的光源装置，还包括待测物、成像装置和图像处理装置；
所述光源装置位于所述待测物与所述成像装置之间；所述光源装置包括多组光源，所述光源的出射光线经所述反射面反射后形成反射光线，所述多组光源的反射光线均匀照射所述待测物；
所述成像装置用于采集在不同的所述光源的照射作用下拍摄得到的多个检测图像；
所述图像处理装置电连接所述成像装置，用于：
对所述多个检测图像分别进行图像最大值融合和图像均值融合，得到第一融合图像和第二融合图像；基于光度立体视觉算法对所述第一融合图像和所述第二融合图像进行重构，得到合成图像；对所述合成图像进行处理，获得最终缺陷检测结果。
可选的，所述光源的反射光线照射所述待测物时的入射角为5～85°。
可选的，所述成像装置包括用于在不同的所述光源的照射作用下拍摄待测物的相机，所述相机的拍摄范围为预定的待检区域，所述待测物位于所述待检区域内。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明提供了一种光源装置、缺陷检测方法及缺陷检测***，通过在光源装置内设置沿圆形轨迹分布的多组光源，利用多组光源在不同位置经反射至照射待测物以实现待测物的缺陷检测，能够避免光源发光角度的误差对特征检测的影响，优化了缺陷检测的效果。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本发明提供的一种光源装置的俯视图；
图2为图1中截面C处的剖面示意图；
图3为本发明提供的一种缺陷检测***的结构示意图
图4为本发明提供的一种光源装置的又一俯视图；
图5为图4中截面D处的剖面示意图；
图6为本发明提供的一种缺陷检测***的又一结构示意图；
图7为本发明提供的一种缺陷检测方法的流程图；
图8为本发明提供的一种缺陷检测方法中步骤S4的流程图。
上述图中：10、外壳；11、反射面；111、第一反射面；112、第二反射面；12、光源；121、第一光源组件；122、第二光源组件；14、PCB板；20、待测物；30、成像装置。
具体实施方式
为使得本发明的目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
为便于为了准确理解本发明，下面对本发明下述实施例涉及到的部分术语进行示例性解释：
光度立体法：光度立体法由Woodham于1980年提出，相对于shape from shading算法，光度立体使用了至少三幅图像，重建效果更为准确。光度立体技术使用三个光源从不同角度轮流照射物体，分别采集三幅图像以对解进行精确约束，进而求得曲面的反射方程，最终计算得到每个点的梯度和反射率。当光度立体用于特征缺陷检测时，主要是通过光度立体法提取出被测物表面的梯度曲率，根据梯度曲率去除不均匀现象而增强图像的细节，再进行滤波操作，得到特征增强后的图像，以提高缺陷检测的识别率。
阴影恢复法：基于单张图像的灰度图中的阴影线索去获取相关的三维信息，以完成3D重构。
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
请参考图1、图2及图3，图1为本发明提供的一种光源装置的俯视图，图2为图1中截面C处的剖面示意图，图3为本发明提供的一种缺陷检测***的结构示意图。
本发明实施例提供的光源装置，包括：外壳10、光源组件、PCB板14和反射面11。
其中，光源组件设于外壳10底部，其包括多组光源12，多组光源12在外壳10内沿圆形轨迹分布。具体地，该多组光源12可以呈均匀排布，也可以呈不均匀排布。具体地，每组光源12可以包括一个或多个灯珠。
PCB板14设于外壳10底部，用于实现对每组光源12的单独控制。本实施例中，多组光源12固定于该PCB板14上并与PCB板14电连接。
具体地，PCB板14通过串口与上位机连接，利用串口通信实现对各组光源12的单独控制，具体可以包括光源12的亮灭及亮度调整；通过该PCB板14控制多组光源12依次亮起以实现对待测物20的照射，从而能够获得多个检测图像，进而能够利用光度立体视觉算法实现对待测物20表面的重构，以达到缺陷检测的目的。
可选的，光源12在待测物20上的入射光线的入射角A在5～85°之间。
反射面11设于外壳10顶部，且该反射面11位于多组光源12的出射光路上，用于对多组光源12的出射光线进行反射以到达指定位置。其中，光源12的出射光线射入该反射面11，经过反射面11的反射后形成反射光线，多组光源12的该反射光线能够相交于一相交点，或均匀照射于一指定面积的目标面，该目标面可以为平面或曲面，从而能够实现多组光源12对同一待测物20的照射。
其中，该反射面11为非球面反射面。
在本实施例的另一种实施方式中，该反射面11还可以替换为折射面，光源12的出射光线经折射面的折射后进入待测物20中实现对于待测物20的照射。
基于前述设计，多组光源12通过对应的多个光通道独立照射至待测物20上，位于不同位置的多组光源12互不干扰，从而提高了缺陷检测的精度，进而降低了特征检测的误判率。
请参阅图4、图5及图6，图4为本发明提供的一种光源装置的又一俯视图，图5为图4中截面D处的剖面示意图，图6为本发明提供的一种缺陷检测***的又一结构示意图。
在本实施例中，反射面包括第一反射面111和第二反射面112，第一反射面111和第二反射面112呈对称设置。进一步地，光源组件包括分别对应于该第一反射面111和第二反射面112的第一光源组件121和第二光源组件122。
具体地，第一光源组件121包括至少两组光源，第一光源组件121中各组光源的出射光线射入第一反射面111，经反射后形成出射光线；第二光源组件122包括至少两组光源，第二光源组件122中各组光源的出射光线射入第二反射面112，经反射后形成出射光线。
其中，该第一反射面111和第二反射面112均为非球面反射面。
请参考图4，本实施例中，第一光源组件121和第二光源组件122分别包括两组光源，四组光源在圆形轨道上呈均匀排布。具体地，该光源为贴片LED，且光源的光度角B为5～160°。
为了降低低阶杂散光对于待测物20特征的灰度影响，外壳10体内壁涂覆有消光漆；此外，还可以在外壳10体的内壁设置消光螺纹以降低前述的灰度影响。
请参考图7及图8，图7为本发明提供的一种缺陷检测方法的流程图，图8为本发明提供的一种缺陷检测方法中步骤S4的流程图。
如图7所示，基于前述实施例，本发明实施例提供了一种缺陷检测方法，该缺陷检测方法基于如上的光源装置实现，包括如下步骤：
S1、采集在不同光源的照射作用下拍摄待测物20得到的多个检测图像。
具体地，通过PCB板14控制不同的光源依次亮起，以制造不同的光照条件，从而能够在不同的光照条件下拍摄检测图像并进行采集。在本实施例中，第一光源组件121和第二光源组件122分别包括两组光源，则该步骤中能够获得四个检测图像。
该步骤中，各光源在待测物20上的入射光线的入射角A在5～85°之间。
S2、对多个检测图像分别进行图像最大值融合和图像均值融合，得到第一融合图像和第二融合图像。
该步骤主要用于对采集到的检测图像进行预处理；其中，图像最大值融合能够保留图像的细节信息，而图像均值融合则能够从中提取图像的有利信息，从而有利于提高缺陷检测的识别率。
S3、基于光度立体视觉算法对第一融合图像和第二融合图像进行重构，得到合成图像。
该步骤中，首先通过对第一融合图像和第二融合图像进行表面法向量的计算，然后根据表面法向量计算得出表面法向量所对应的正交向量，进一步根据正交向量生成深度图像，完成待测物表面的三维形貌重构，该深度图像即为本步骤中所得的合成图像。
S4、对合成图像进行处理，获得最终缺陷检测结果。
如图8所示，具体地，步骤S4包括如下步骤：
S401、将合成图像进行二值化处理，得到二值图。
经过该步骤以标定图像的感兴趣区域。
S402、将光源方向归一化，结合阴影恢复法分别计算二值图的表面法向量分布，进一步获得表面梯度数据。
S403、利用表面梯度数据拉伸得到分布均匀的梯度图像。
S404、根据梯度图像进行不均匀去除操作，得到细节增强图像。
该步骤中，具体地可以利用一预先准备好的无缺陷的图像作为参照与梯度图像进行比对，以作为剔除因面型或光照不均匀等因素形成的不均匀问题的依据，从而达到增强细节的目的。
S405、对细节增强图像进行滤波操作和/或灰度拉伸处理，输出最终缺陷检测结果。
该步骤中可以根据具体情况选择滤波操作或灰度拉伸处理，也可以将二者进行结合进行处理。该步骤一方面能够增强表面变化的特征，另一方面也能够抑制背景的波动。
相比于传统的特征检测方法，本实施例提供的缺陷检测方法能够获得增强后具有高低变化的缺陷特征，因此更有利于后续的特征识别，从而提高了缺陷检测的识别率，进一步优化了缺陷检测的效果。
请再次参考图3、图6，本发明还提供了一种缺陷检测***，包括如上的光源装置，还包括待测物20、成像装置30和图像处理装置。
具体地，该图像处理装置包括存储器，用于存储至少一个程序；还包括处理器，用于加载至少一个程序并执行上述实施例中所述的缺陷检测方法的步骤。此外，图像处理装置还可以包括微处理器、图像信号处理器、编译码器、暂时储存器、输入输出模块、显示模块和结果储存器，因此能够实现前述实施例中缺陷检测方法的步骤。
光源装置位于待测物20与成像装置30之间，包括多组光源，光源的出射光线经反射面反射后形成反射光线，多组光源的反射光线均匀照射待测物20，从而在待测物20上形成不同的光照条件。
成像装置30包括用于拍摄待测物20的相机，具体地，该相机的拍摄范围为预定的待检区域，待测物20位于待检区域内，从而能够实现对待测物20的一次成像，不需要利用多幅图像进行拼接处理。该成像装置30用于采集在不同的光源的照射作用下拍摄得到的多个检测图像。
本实施例中的相机可以是数字相机、数字摄影机或网络摄影机等。
在本实施例中，相机、圆形轨迹的圆心及待测物20的中心位于同一直线上，实施例一中所述的多组光源的该反射光线相交的相交点同样位于该直线上。进一步地，本实施例中，光源的反射光线照射待测物20时的入射角A为5～85°。
该图像处理装置电连接成像装置30，用于获取采集到的多个检测图像，并对该多个检测图像进行处理，以得到最终缺陷检测结果。
具体地，该图像处理装置具体用于实现前述实施例中的缺陷检测方法，包括：
对多个检测图像分别进行图像最大值融合和图像均值融合，得到第一融合图像和第二融合图像；基于光度立体视觉算法对第一融合图像和第二融合图像进行重构，得到合成图像；对合成图像进行处理，获得最终缺陷检测结果。
基于前述各个实施例，有别于传统的利用光度立体视觉、通过远场光源实现缺陷检测的技术，本发明基于近场光源的设计实现对待测物的缺陷检测，使得照射于待测物表面的光照能够尽可能均匀化。此外，本发明利用光源装置、检测方法及***的结合，增强了待测物表面缺陷的特征，从而更有利于后续对于缺陷的识别。
以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种光源装置，其特征在于，包括：
外壳；
设于所述外壳底部的光源组件，所述光源组件包括多组光源，所述多组光源在所述外壳内沿圆形轨迹分布；
用于实现对每组光源的单独控制的PCB板，所述PCB板电连接所述多组光源；
设于所述外壳顶部的反射面，所述反射面位于所述多组光源的出射光路上；所述光源的出射光线射入所述反射面，经过所述反射面的反射后形成反射光线，所述多组光源的反射光线相交于一相交点，或均匀照射于一目标面，所述目标面为平面或曲面。
2.根据权利要求1所述的光源装置，其特征在于，所述反射面包括第一反射面和第二反射面，所述第一反射面和所述第二反射面呈对称设置；
所述光源组件包括第一光源组件，所述第一光源组件包括至少两组光源，所述第一光源组件中各组光源的出射光线射入所述第一反射面；
所述光源组件还包括第二光源组件，所述第二光源组件包括至少两组光源，所述第二光源组件中各组光源的出射光线射入所述第二反射面；
所述第一反射面和第二反射面均为非球面反射面。
3.根据权利要求2所述的光源装置，其特征在于，所述光源组件中的所述多组光源沿所述圆形轨迹均匀排布。
4.根据权利要求1所述的光源装置，其特征在于，所述光源的光度角为5～160°。
5.根据权利要求1所述的光源装置，其特征在于，所述外壳体内壁涂覆有消光漆，或
所述外壳体内壁设有消光螺纹。
6.一种缺陷检测方法，其特征在于，基于如权利要求1至5任一项所述的光源装置实现，包括如下步骤：
采集在不同光源的照射作用下拍摄待测物得到的多个检测图像；
对所述多个检测图像分别进行图像最大值融合和图像均值融合，得到第一融合图像和第二融合图像；
基于光度立体视觉算法对所述第一融合图像和所述第二融合图像进行重构，得到合成图像；
对所述合成图像进行处理，获得最终缺陷检测结果。
7.根据权利要求6所述的缺陷检测方法，其特征在于，所述步骤：对所述合成图像进行处理，获得最终缺陷检测结果，包括：
将所述合成图像进行二值化处理，得到二值图；
将光源方向归一化，结合阴影恢复法分别计算所述二值图的表面法向量分布，进一步获得表面梯度数据；
利用所述表面梯度数据拉伸得到分布均匀的梯度图像；
根据所述梯度图像进行不均匀去除操作，得到细节增强图像；
对所述细节增强图像进行滤波操作和/或灰度拉伸处理，输出最终缺陷检测结果。
8.一种缺陷检测***，其特征在于，包括如权利要求1至5任一项所述的光源装置，还包括待测物、成像装置和图像处理装置；
所述光源装置位于所述待测物与所述成像装置之间；所述光源装置包括多组光源，所述光源的出射光线经所述反射面反射后形成反射光线，所述多组光源的反射光线均匀照射所述待测物；
所述成像装置用于采集在不同的所述光源的照射作用下拍摄得到的多个检测图像；
所述图像处理装置电连接所述成像装置，用于：
对所述多个检测图像分别进行图像最大值融合和图像均值融合，得到第一融合图像和第二融合图像；基于光度立体视觉算法对所述第一融合图像和所述第二融合图像进行重构，得到合成图像；对所述合成图像进行处理，获得最终缺陷检测结果。
9.根据权利要求8所述的缺陷检测***，其特征在于，所述光源的反射光线照射所述待测物时的入射角为5～85°。
10.根据权利要求8所述的缺陷检测***，其特征在于，所述成像装置包括用于在不同的所述光源的照射作用下拍摄待测物的相机，所述相机的拍摄范围为预定的待检区域，所述待测物位于所述待检区域内。
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