金屬銹斑最優(yōu)光譜波段選取視覺(jué)檢測(cè)裝置和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種金屬誘斑最優(yōu)光譜波段選取視覺(jué)檢測(cè)裝置和方法，屬于視覺(jué)檢測(cè)
技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 金屬誘斑的視覺(jué)檢測(cè)技術(shù)被廣泛應(yīng)用于裝備制造過(guò)程的金屬原料篩選和產(chǎn)品分 級(jí)，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(jué)檢測(cè)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(lái)完成檢 巧。。然而普通的視覺(jué)成像裝置通道數(shù)量有限，限制了金屬誘斑的檢測(cè)精度，且在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)復(fù) 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(yán)重，難W對(duì)金屬誘蝕 情況準(zhǔn)確做出評(píng)價(jià)。因此，如何實(shí)現(xiàn)金屬誘斑的高準(zhǔn)度、高精度的視覺(jué)檢測(cè)成為了裝備制造 高端化的迫切需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 為了實(shí)現(xiàn)運(yùn)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(jué)檢測(cè)裝置和 方法，通過(guò)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(duì)比度，從而 提高金屬誘斑的視覺(jué)檢測(cè)準(zhǔn)確度和精度。
[0004] 為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明金屬誘斑最優(yōu)光譜波段選取視覺(jué)檢測(cè)裝置予W實(shí) 現(xiàn)的技術(shù)方案是：包括光學(xué)與傳感系統(tǒng)、測(cè)量控制系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)信息處理系統(tǒng)和記錄顯示系 統(tǒng)；所述光學(xué)與傳感系統(tǒng)用于測(cè)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(cè)量 控制系統(tǒng)用于對(duì)所述光學(xué)與傳感系統(tǒng)的成像光譜進(jìn)行選擇；所述的計(jì)算機(jī)信息處理系統(tǒng)用 于對(duì)采集的一維光譜數(shù)據(jù)加二維空間數(shù)據(jù)分析計(jì)算處理，并將處理結(jié)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(cè)結(jié)果。
[0005] 所述光學(xué)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(gè) 娃基液晶化iquid化ystalonSilicon，LC0S)、一臺(tái)CCD相機(jī)和外部殼體；所述的第一透 鏡組作為物鏡將被測(cè)金屬目標(biāo)成像到所述的衍射光柵面上；所述的衍射光柵將入場(chǎng)光線色 散，形成一維衍射光譜；所述的第二透鏡組將入場(chǎng)光線成像在CCD面的同時(shí)，在所述的LC0S 面形成一維線性光譜；所述的LC0S通過(guò)所述的測(cè)量控制系統(tǒng)發(fā)出的控制信號(hào)對(duì)不同波長(zhǎng) 光線進(jìn)行選擇；所述的CCD相機(jī)接收成像光線，實(shí)現(xiàn)所述光學(xué)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(xué)元件，并對(duì)光路進(jìn)行密封W避免外界干擾光進(jìn)入。
[0006] 本發(fā)明金屬誘斑最優(yōu)光譜波段選取視覺(jué)檢測(cè)方法，包括W下步驟： 步驟一、光譜譜線的標(biāo)定： 選用主波長(zhǎng)為405nm、510nm和650nm立種半導(dǎo)體激光器進(jìn)行光譜標(biāo)定；半導(dǎo)體激光器 放置在光學(xué)與傳感系統(tǒng)的成像入口處；調(diào)整半導(dǎo)體激光器同光學(xué)與傳感系統(tǒng)的相對(duì)位置W 實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)直； 已知波長(zhǎng)的激光束發(fā)生偏折后到達(dá)所述的LC0S面上，形成一條譜線；調(diào)整所述CCD相 機(jī)位置，使CCD對(duì)LCOS成像，從而得到譜線與圖像坐標(biāo)的對(duì)應(yīng)關(guān)系； 依次完成405皿、510皿和650皿S種固定波長(zhǎng)對(duì)應(yīng)的LC0S面坐標(biāo)采樣；利用已知的波 長(zhǎng)光譜與LC0S面坐標(biāo)關(guān)系進(jìn)行線性插值，補(bǔ)全整個(gè)光譜，得到光譜標(biāo)定函數(shù)M;光譜譜線標(biāo) 定結(jié)束后，將所述CCD相機(jī)重新調(diào)整回原位，使CCD面與LC0S面相對(duì)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(cè)量控制系統(tǒng)控制所述的LC0S晶元的開(kāi)關(guān)，使可見(jiàn)光波段分成N個(gè)細(xì)小波段；依次選 取各細(xì)分波段為開(kāi)狀態(tài)，對(duì)應(yīng)波長(zhǎng)光線在CCD面成像；將光學(xué)與傳感系統(tǒng)多次采集不同波 長(zhǎng)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(dá)式為：
勸在第一衍射級(jí)次光譜強(qiáng)度分布；載是CCD所采集的第端段圖像數(shù)據(jù)，對(duì)口r 為圖像的二維坐標(biāo)，n=1，2…，自是光譜標(biāo)定所得對(duì)應(yīng)關(guān)系的分段函數(shù)，誠(chéng)日巧JLC0S面的二維坐標(biāo)，即：
在計(jì)算機(jī)信息處理系統(tǒng)中，對(duì)采集的=維多光譜數(shù)據(jù)做=維邊緣檢測(cè)，初步區(qū)分被測(cè) 金屬表面誘斑數(shù)據(jù)域與被測(cè)金屬表面背景數(shù)據(jù)域；在兩數(shù)據(jù)域內(nèi)各任選一條譜線作為被測(cè) 金屬表面誘斑的系統(tǒng)光譜響應(yīng)值與被測(cè)金屬表面背景的系統(tǒng)響應(yīng)值胃 只考慮一維光譜信息時(shí)，系統(tǒng)光譜響應(yīng)值可寫(xiě)為：
為L(zhǎng)C0S在開(kāi)狀態(tài)下的CCD光譜響應(yīng)函數(shù)r濕胃I為環(huán)境光源的光譜功率分 布；錢(qián)jii為被測(cè)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(cè)金屬表面誘斑相對(duì)被測(cè)金屬表面背景的對(duì)比度表現(xiàn)為兩者系統(tǒng)光譜響應(yīng)值的比 值：
尋找最佳光譜選取函數(shù)、務(wù)：(X為)，即： CN105115908A 坑明巧 3/5 頁(yè)
則尋找最佳光譜選取函數(shù)可W變換為：
當(dāng)確定時(shí)，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(cè)量控 制系統(tǒng)采用函數(shù)最大值所對(duì)應(yīng)的矣(、為(再次控制所述的LC0S做出相應(yīng)反應(yīng)，運(yùn)樣便實(shí) 現(xiàn)了光學(xué)與傳感系統(tǒng)的最優(yōu)光譜波段成像； 步驟=、圖像處理： 通過(guò)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(xué)與傳感系統(tǒng)中形成鮮明 對(duì)比； 在計(jì)算機(jī)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(jīng)闊值分割處理后，得到金屬誘斑的檢測(cè)結(jié)果圖像：
檢測(cè)結(jié)果是一幅二值圖像；當(dāng)^。> 時(shí)，標(biāo)注為1的像素為金屬誘斑，標(biāo)注為0的像 素為金屬表面背景；當(dāng):錢(qián)騎，標(biāo)注為0的像素為金屬誘斑，標(biāo)注為1的像素為金屬 表面背景； 計(jì)算機(jī)信息處理系統(tǒng)將得到的金屬誘斑檢測(cè)結(jié)果傳送給記錄顯示系統(tǒng)。
[0007] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是： 本檢測(cè)裝置采用LC0S與色散元件、光電探測(cè)器組合成的光學(xué)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(jué)檢測(cè)裝置能得到更加豐富 和完整的視覺(jué)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(cè)方法，減少了環(huán)境光，金屬工件形貌和姿態(tài)等因素對(duì)檢測(cè)結(jié)果的影響，有效提 高了金屬誘斑的視覺(jué)檢測(cè)準(zhǔn)確度和精度。本檢測(cè)裝置和方法通用性強(qiáng)，對(duì)光譜特征差異明 顯的其他材質(zhì)的缺陷檢測(cè)同樣適用。
【附圖說(shuō)明】
[0008] 圖1為本發(fā)明視覺(jué)檢測(cè)裝置的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成框圖； 圖2為本發(fā)明視覺(jué)檢測(cè)裝置中光學(xué)與傳感系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)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(jué)檢測(cè)方法的流程圖； 圖4為本發(fā)明光學(xué)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(shí)施例的鋼質(zhì)工件在檢測(cè)前，最優(yōu)波段成像和檢測(cè)結(jié)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(jī)， 6-外部殼體。
【具體實(shí)施方式】
[0009] 下面結(jié)合【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)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(jué)檢測(cè)裝置，包括光學(xué)與傳感 系統(tǒng)10、測(cè)量控制系統(tǒng)20、計(jì)算機(jī)信息處理系統(tǒng)30和記錄顯示系統(tǒng)40 ;所述光學(xué)與傳感系 統(tǒng)10用于測(cè)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(cè)量控制系統(tǒng)20用于對(duì) 所述光學(xué)與傳感系統(tǒng)10的成像光譜進(jìn)行選擇；所述的計(jì)算機(jī)信息處理系統(tǒng)30用于對(duì)采集 的一維光譜數(shù)據(jù)加二維空間數(shù)據(jù)分析計(jì)算處理，并將處理結(jié)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(cè)結(jié)果； 如圖2所示，所述光學(xué)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(gè)LC0S4、一臺(tái)CCD相機(jī)5和外部殼體6 ;所述的第一透鏡組1作為物鏡將被 測(cè)金屬目標(biāo)成像到所述的衍射光柵2面上；所述的衍射光柵2將入場(chǎng)光線色散，形成一維衍 射光譜；所述的第二透鏡組3將入場(chǎng)光線成像在CCD面的同時(shí)，在所述的LC0S4面形成一 維線性光譜；所述的LC0S4通過(guò)所述的測(cè)量控制系統(tǒng)20發(fā)出的控制信號(hào)對(duì)不同波長(zhǎng)光線 進(jìn)行選擇；所述的CCD相機(jī)5接收成像光線，實(shí)現(xiàn)所述光學(xué)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(xué)元件，并對(duì)光路進(jìn)行密封W避免外界干擾光進(jìn)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(jué)檢測(cè)方法包括W下步驟： A. 用主波長(zhǎng)為405nm、510nm和650nm=種已知波長(zhǎng)半導(dǎo)體激光器進(jìn)行光譜譜線標(biāo)定， 得到光譜標(biāo)定函數(shù)M; B. 測(cè)量控制系統(tǒng)20利用得到的光譜標(biāo)定函數(shù)M對(duì)光譜進(jìn)行細(xì)分控制，將光學(xué)與傳感 系統(tǒng)1〇多次采集不同波長(zhǎng)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);；