金屬銹斑最優(yōu)光譜波段選取視覺檢測裝置和方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明設及一種金屬誘斑最優(yōu)光譜波段選取視覺檢測裝置和方法，屬于視覺檢測
技術領域。
【背景技術】
[0002] 金屬誘斑的視覺檢測技術被廣泛應用于裝備制造過程的金屬原料篩選和產品分 級，是裝備制造成套工藝的重要環(huán)節(jié)。目前金屬誘斑的視覺檢測普遍采用直接地后期圖像 處理的方式，根據(jù)誘斑與背景在光電傳感器上的通道數(shù)據(jù)階躍變化，即灰度突變來完成檢 巧。。然而普通的視覺成像裝置通道數(shù)量有限，限制了金屬誘斑的檢測精度，且在工業(yè)現(xiàn)場復 雜環(huán)境中，灰度突變特性受環(huán)境光，金屬工件形貌和姿態(tài)等因素影響嚴重，難W對金屬誘蝕 情況準確做出評價。因此，如何實現(xiàn)金屬誘斑的高準度、高精度的視覺檢測成為了裝備制造 高端化的迫切需求。

【發(fā)明內容】

[0003] 為了實現(xiàn)運一需求，本發(fā)明提供一種金屬誘斑最優(yōu)光譜波段選取視覺檢測裝置和 方法，通過一維光譜數(shù)據(jù)加二維空間數(shù)據(jù)信息的采集，提高金屬誘斑與背景的對比度，從而 提高金屬誘斑的視覺檢測準確度和精度。
[0004] 為了解決上述技術問題，本發(fā)明金屬誘斑最優(yōu)光譜波段選取視覺檢測裝置予W實 現(xiàn)的技術方案是：包括光學與傳感系統(tǒng)、測量控制系統(tǒng)、計算機信息處理系統(tǒng)和記錄顯示系 統(tǒng)；所述光學與傳感系統(tǒng)用于測出金屬件的一維光譜數(shù)據(jù)加二維空間數(shù)據(jù)信息；所述測量 控制系統(tǒng)用于對所述光學與傳感系統(tǒng)的成像光譜進行選擇；所述的計算機信息處理系統(tǒng)用 于對采集的一維光譜數(shù)據(jù)加二維空間數(shù)據(jù)分析計算處理，并將處理結果傳送給所述的記錄 顯示系統(tǒng)；所述記錄顯示系統(tǒng)記錄并顯示金屬誘斑的檢測結果。
[0005] 所述光學與傳感系統(tǒng)包括：第一透鏡組、一片透射式衍射光柵、第二透鏡組、一個 娃基液晶化iquid化ystalonSilicon，LC0S)、一臺CCD相機和外部殼體；所述的第一透 鏡組作為物鏡將被測金屬目標成像到所述的衍射光柵面上；所述的衍射光柵將入場光線色 散，形成一維衍射光譜；所述的第二透鏡組將入場光線成像在CCD面的同時，在所述的LC0S 面形成一維線性光譜；所述的LC0S通過所述的測量控制系統(tǒng)發(fā)出的控制信號對不同波長 光線進行選擇；所述的CCD相機接收成像光線，實現(xiàn)所述光學與傳感系統(tǒng)的多光譜成像；所 述的外部殼體用于固定光學元件，并對光路進行密封W避免外界干擾光進入。
[0006] 本發(fā)明金屬誘斑最優(yōu)光譜波段選取視覺檢測方法，包括W下步驟： 步驟一、光譜譜線的標定： 選用主波長為405nm、510nm和650nm立種半導體激光器進行光譜標定；半導體激光器 放置在光學與傳感系統(tǒng)的成像入口處；調整半導體激光器同光學與傳感系統(tǒng)的相對位置W 實現(xiàn)準直； 已知波長的激光束發(fā)生偏折后到達所述的LC0S面上，形成一條譜線；調整所述CCD相 機位置，使CCD對LCOS成像，從而得到譜線與圖像坐標的對應關系； 依次完成405皿、510皿和650皿S種固定波長對應的LC0S面坐標采樣；利用已知的波 長光譜與LC0S面坐標關系進行線性插值，補全整個光譜，得到光譜標定函數(shù)M;光譜譜線標 定結束后，將所述CCD相機重新調整回原位，使CCD面與LC0S面相對所述的第一透鏡組互 為共輛； 步驟二、尋找最優(yōu)光譜波段： 測量控制系統(tǒng)控制所述的LC0S晶元的開關，使可見光波段分成N個細小波段；依次選 取各細分波段為開狀態(tài)，對應波長光線在CCD面成像；將光學與傳感系統(tǒng)多次采集不同波 長的圖像組合成=維多光譜數(shù)據(jù)；=維多光譜數(shù)據(jù)的表達式為：
勸在第一衍射級次光譜強度分布；載是CCD所采集的第端段圖像數(shù)據(jù)，對口r 為圖像的二維坐標，n=1，2…，自是光譜標定所得對應關系的分段函數(shù)，誠日巧JLC0S面的二維坐標，即：
在計算機信息處理系統(tǒng)中，對采集的=維多光譜數(shù)據(jù)做=維邊緣檢測，初步區(qū)分被測 金屬表面誘斑數(shù)據(jù)域與被測金屬表面背景數(shù)據(jù)域；在兩數(shù)據(jù)域內各任選一條譜線作為被測 金屬表面誘斑的系統(tǒng)光譜響應值與被測金屬表面背景的系統(tǒng)響應值胃 只考慮一維光譜信息時，系統(tǒng)光譜響應值可寫為：
為LC0S在開狀態(tài)下的CCD光譜響應函數(shù)r濕胃I為環(huán)境光源的光譜功率分 布；錢jii為被測金屬表面的光譜反射函數(shù)；Iliil為最佳光譜選取函數(shù)； 被測金屬表面誘斑相對被測金屬表面背景的對比度表現(xiàn)為兩者系統(tǒng)光譜響應值的比 值：
尋找最佳光譜選取函數(shù)、務：(X為)，即： CN105115908A 坑明巧 3/5 頁
則尋找最佳光譜選取函數(shù)可W變換為：
當確定時，式子（7)成為化4為變量的曲線判定函數(shù)，選取函數(shù)最大值；測量控 制系統(tǒng)采用函數(shù)最大值所對應的矣(、為(再次控制所述的LC0S做出相應反應，運樣便實 現(xiàn)了光學與傳感系統(tǒng)的最優(yōu)光譜波段成像； 步驟=、圖像處理： 通過最優(yōu)光譜波段成像，金屬表面誘斑與金屬表面背景在光學與傳感系統(tǒng)中形成鮮明 對比； 在計算機信息處理系統(tǒng)中，取兩者在最優(yōu)光譜波段的平均值作為圖像分割闊值，即：
經闊值分割處理后，得到金屬誘斑的檢測結果圖像：
檢測結果是一幅二值圖像；當^。> 時，標注為1的像素為金屬誘斑，標注為0的像 素為金屬表面背景；當:錢騎，標注為0的像素為金屬誘斑，標注為1的像素為金屬 表面背景； 計算機信息處理系統(tǒng)將得到的金屬誘斑檢測結果傳送給記錄顯示系統(tǒng)。
[0007] 與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的有益效果是： 本檢測裝置采用LC0S與色散元件、光電探測器組合成的光學與傳感系統(tǒng)，采集包括一 維光譜數(shù)據(jù)加二維空間數(shù)據(jù)信息的=維數(shù)據(jù)陣列，較W往的視覺檢測裝置能得到更加豐富 和完整的視覺特征信息。融合了金屬誘斑與背景的光譜特征差異，本發(fā)明采用最優(yōu)光譜波 段選取的檢測方法，減少了環(huán)境光，金屬工件形貌和姿態(tài)等因素對檢測結果的影響，有效提 高了金屬誘斑的視覺檢測準確度和精度。本檢測裝置和方法通用性強，對光譜特征差異明 顯的其他材質的缺陷檢測同樣適用。
【附圖說明】
[0008] 圖1為本發(fā)明視覺檢測裝置的系統(tǒng)結構組成框圖； 圖2為本發(fā)明視覺檢測裝置中光學與傳感系統(tǒng)的結構示意圖； 圖3為本發(fā)明金屬誘斑最優(yōu)光譜波段選取視覺檢測方法的流程圖； 圖4為本發(fā)明光學與傳感系統(tǒng)采集的=維多光譜數(shù)據(jù)陣W及誘斑與背景譜線選取示 意圖； 圖5為本發(fā)明最優(yōu)光譜波段選取的曲線判定函數(shù)圖； 圖6為本發(fā)明實施例的鋼質工件在檢測前，最優(yōu)波段成像和檢測結果圖； 圖中：1-第一透鏡組，2-透射式衍射光柵，3-第二透鏡組，4-娃基液晶，5-CCD相機， 6-外部殼體。
【具體實施方式】
[0009] 下面結合【具體實施方式】對本發(fā)明作進一步詳細地描述。
[0010] 如圖1所示，本發(fā)明金屬誘斑最優(yōu)光譜波段選取視覺檢測裝置，包括光學與傳感 系統(tǒng)10、測量控制系統(tǒng)20、計算機信息處理系統(tǒng)30和記錄顯示系統(tǒng)40 ;所述光學與傳感系 統(tǒng)10用于測出金屬件的一維光譜數(shù)據(jù)加二維空間數(shù)據(jù)信息；所述測量控制系統(tǒng)20用于對 所述光學與傳感系統(tǒng)10的成像光譜進行選擇；所述的計算機信息處理系統(tǒng)30用于對采集 的一維光譜數(shù)據(jù)加二維空間數(shù)據(jù)分析計算處理，并將處理結果傳送給所述的記錄顯示系統(tǒng) 40 ;所述記錄顯示系統(tǒng)40記錄并顯示金屬誘斑的檢測結果； 如圖2所示，所述光學與傳感系統(tǒng)10包括：第一透鏡組1、一片透射式衍射光柵2、第二 透鏡組3、一個LC0S4、一臺CCD相機5和外部殼體6 ;所述的第一透鏡組1作為物鏡將被 測金屬目標成像到所述的衍射光柵2面上；所述的衍射光柵2將入場光線色散，形成一維衍 射光譜；所述的第二透鏡組3將入場光線成像在CCD面的同時，在所述的LC0S4面形成一 維線性光譜；所述的LC0S4通過所述的測量控制系統(tǒng)20發(fā)出的控制信號對不同波長光線 進行選擇；所述的CCD相機5接收成像光線，實現(xiàn)所述光學與傳感系統(tǒng)10的多光譜成像；所 述的外部殼體6用于固定光學元件，并對光路進行密封W避免外界干擾光進入。
[0011] 如圖3所示，本發(fā)明金屬誘斑最優(yōu)光譜波段選取視覺檢測方法包括W下步驟： A. 用主波長為405nm、510nm和650nm=種已知波長半導體激光器進行光譜譜線標定， 得到光譜標定函數(shù)M; B. 測量控制系統(tǒng)20利用得到的光譜標定函數(shù)M對光譜進行細分控制，將光學與傳感 系統(tǒng)1〇多次采集不同波長的圖像組合成=維多光譜數(shù)據(jù)采集=維多光譜數(shù)據(jù)//^《，>',、店.）； C. 尋找最優(yōu)光譜選取函數(shù);；