【《眼镜片疵病检测的总体方案设计分析案例》2000字】

眼镜片疵病检测的总体方案设计分析案例目录TOC\o"1-3"\h\u3254眼镜片疵病检测的总体方案设计分析案例 1212691.1检测原理 1132801.2图像处理与外观检测原理 2309711.3机器视觉系统选型原理与方案 2106651.3.1照明原理和方案 3133931.3.2摄像机选型 7102901.3.3镜头选型 749121.4小结 8眼睛镜片的外观缺陷检测需要被检测的缺陷包括点状缺陷、划痕、裂纹、渗胶、脱膜等。根据缺陷的特点可划分三类：第一类，点状缺陷和划痕、裂纹；第二类，渗胶；第三类，脱膜。本章依据缺陷的不同的特点，从原理出发介绍不同缺陷的检测方案。1.1检测原理光的漫反射效应和散射（图2-1）是我们镜片外观缺陷检测的两大检测原理。根据原理可得知，光打在无缺陷镜片上反射光线均匀有序，穿过无缺陷镜片时折射光线均匀有序；光打在表面有缺陷的镜片上向四周反射，穿过内部有缺陷的镜片也有部分光线向四周发散。图2-1光的漫反射效应和散射1.2图像处理与外观检测原理本课题采用基恩士公司生产的型号为CV-X400A、CV-X150A、XG-X2900的三款图像控制器，完成图像处理和缺陷检测部分的工作。这三款产品在显示屏上会有设定和运行两个界面，我们首先在设定界面完成检测程序的设定，完成设定后可在设定界面进行单个检测，也可到运行界面进行批量检测。该类控制器有着多种多样的检测工具，例如文字识别、边缘轮廓提取、线状缺陷提取、根据瑕疵面积提取缺陷、凹面图形提取等等，我们根据需求添加工具即可轻松做到提取缺陷。本课题三个控制器程序设定的流程差别不大，主要是检测工具和预处理有所区别，如图2-2所示。图2-2图像控制器设定的大致流程我们先用一块优质镜片完成基准图像的注册，然后在此基准图像上确定检测范围，后续的图像会根据基准图像进行位置对正。然后添加适当的检测工具，在工具设定中调整一些参数，再加入若干种预处理即可完成缺陷检测。1.3机器视觉系统选型原理与方案本课题三套系统机器视觉部分的原理可以简单分为几个步骤，如图2-3所示。图2-3本课题机器视觉系统原理框图在该系统中，主要部分为光源、CCD（两个面阵相机和一个线阵相机）、图像控制器等。本节先介绍照明原理，然后依次介绍照明方案，最后对摄像机参数和镜头参数进行计算，根据计算结果选型。1.3.1照明原理和方案照明系统是一切的前提，在一个机器视觉系统中扮演着十分重要甚至可以说最重要的角色。一个好的照明系统可以得到清晰、界限分明、有利于后续处理的图像，反之，不好的照明系统甚至连缺陷的图像都难以获取。一张图像如果清晰度够高，细节明显，满足检测要求则说明照明合格了。照射类型光源发射光线打到待测镜片上，光线会发生反射和折射，其中小部分光线遇到缺陷会发生不规则的偏折，通过CCD捕捉光线的不同可以分明暗场照明。其中捕捉遇缺陷偏折的光线的称为暗场照明，捕捉主流反射和折射光线的称为明场照明（如图2-4）。图2-4强烈的反射和炫光是镜片检测的难点之一。对于眼镜镜片这种透光度较高的待测目标，暗场照明比较好的地方是几乎可以避免炫光，这样得到的图像的质量比较好。入射方式可大致分为前光照、背光照、同轴光照和散射照明等（图2-5）。图2-5从左到右分别是前光照、背光照、同轴光照和散射光照其中前光照、背光照和同轴光照的区别是光源位置不同，都是单向光；散射照明是结构光，光源发射各个方向的光线。由于镜片的缺陷并不只有表面缺陷，还有内部缺陷，故不能只考虑镜片表面反射的光线，也不能只考虑折射的光线。1.3.1.1第一类缺陷照明方案对于第一类缺陷（点状、划痕之类的小型缺陷），本课题采用的是背光照的方式，其原理图如图2-6所示。图2-6背光照明中摄像头接收到的主要是光源透过镜片的光线，即对于正常部分在摄像头中的成像为明亮部分，而缺陷部分透光较弱，会形成暗斑。1.3.1.2第二类缺陷照明方案对于第二类缺陷镜片（侧边渗胶类缺陷），本课题采用的是前光照的方式，其原理图如图2-7所示。该缺陷的特点为镜片侧边犹如雾状，透光性较差。在该照明方案中，镜片正常时摄像头接收到的光较强，像亮暗对比明显；镜片有缺陷时摄像头接受的光较暗，像亮暗程度较为接近。图2-71.3.1.3第三类缺陷照明方案脱膜是一类较为特殊的缺陷。该类缺陷面积较大，仅边缘曲线可被检测。本课题采用的是线阵相机扫描的方式，其原理图如图2-8所示。图2-8线阵相机仅读取一条线上的图像，通过镜片以一定速度平移一段距离达到由线到面图像的形成。1.3.2摄像机选型（a）面阵相机取FOV=60mm，检测精度0.1mm，则所需像素：60mm/0.1mm=600（2-1）因为不需要颜色判定，故选择黑白相机，CV-H00M型号分辨率为1000×1000满足要求。初步选择CV-H00M黑白相机。（b）线阵相机采用现有设备CA-HL08MA型号线扫相机。1.3.3镜头选型确定焦距的原理图如图2-9所示。图2-9焦距计算原理图取工作距离WD=300mm，根据选定的CCD型号可得芯片尺寸s=7.4um×1000=7.4mm（2-2）根据公式（2-3），（2-3）可得，f=s×WD/V=7.4mm×300mm/60mm=37mm（2-4）故选择焦距为40mm的CA-LH