用于检查具有可视图案的透明或半透明容器的光学方法

用于检查具有可视图案的透明或半透明容器的光学方法
【专利摘要】本发明涉及一种检查容器(2)的光学方法，所述方法包括：获取每个容器的至少一个图像(Ii)；确定在所述容器的每个图像中的至少一个搜索区域(Zr)，在所述搜索区域(Zr)内出现至少一个可视图案(3)；制备针对所述图像的至少一个处理区域(Zt)的数字掩模(Mi)，所述处理区域(Zt)包括至少一个可视图案(3)；以及将所述图像的所述处理区域的至少每个像素与数字掩模(Mi)进行比较。根据本发明，所述方法包括：选择属于所述容器的至少一个可视图案(3)；确定所选的可视图案(3)在所述容器的所述图像的所述搜索区域(Zr)内的位置和方向；以及将几何转换(T)应用至所述数字掩模(Mi)或所述处理区域(Zt)，用这种方式使得在处理步骤期间能够将所述掩模(Mi)和所述处理区域(Zt)放置在其重合的位置；以及将图像处理应用至所述处理区域(Zt)的每个像素，所述处理取决于所述数字掩模(Mi)的所述重合像素的强度值。
【专利说明】用于检查具有可视图案的透明或半透明容器的光学方法

【技术领域】
[0001]本发明涉及光学检查半透明或透明容器的【技术领域】，以检测所述容器所存在(如果有的话)的光吸收和/或折射和/或反射缺陷。
[0002]本发明发现了一个特别有利的应用，用于检测由玻璃或塑料材料制成且包括广义上的可视图案(例如装饰、突起、定位凸缘或凹槽、和/或鉴定或认证标记，例如模制数字或生产商的商标等)的容器的缺陷。

【背景技术】
[0003]在生产线上，对高速通过光学检查站的容器进行自动检查是已知的，所述光学检查站包括具有位于容器一侧的光和位于容器另一侧的照相机的视觉系统。照相机由于光通过容器而获取图像。该照明技术被称为“透射”。自然地，需要多个检查站以全面检查容器。因此，使用包括六到二十四个照相机的设备来检查容器的垂直壁是已知的。为了检查容器的底部，提供了另一个视觉系统，其中照相机位于容器上方，而光源位于容器的底部下方。经其颈部获取容器的底部的图像。使用其它光学系统可以选择地对光进行设计、校准、偏振等。
[0004]可以使用另外的其它装置来检测反射光的缺陷，例如釉面。那些光学装置均具有一个共同的步骤，就是获得每个待检查的容器的至少一个图像。
[0005]一般来说，通过包括使图像数字化的电子处理系统对容器的图像进行分析，然后使用计算机对图像进行分析，以确定容器中缺陷的存在。
[0006]为了检测容器中的缺陷，在现有技术中，例如，如专利申请EP I 560 018所述，制备数字掩模并将获取到的图像与数字掩模进行比较是已知的。在该专利的特定情况下，容器被设置为绕其对称轴旋转并获取一系列图像。在通过旋转来进行检查的系统中，使用数字掩模会出现缺陷，这时为了考虑特定特征例如容器上的图案，有必要对多个不同的数字掩模进行管理，因为在获取图像时，由于物品绕其轴旋转，那些特征会出现在不同的位置。
[0007]根据该文献，应当考虑的是，数字掩模是适用于叠加在待处理的图像上的图像，即数值或像素阵列，通过其像素的值来修改其中待处理的图像中的像素被处理的方式。例如，将数字掩模中的像素的值用作局部阈值的地图(map)，待处理的图像的像素与其进行比较。然而，数字掩模的值还可以限定过滤器大小、增益等，从而应用至待处理的图像中的每一个像素。
[0008]从“Glassworldwide” 2011 年第 33 期第 32 页发表的文章 “Quality controlsolut1ns for cosmetics”中可知，提供一种分析容器的图像的方法，其中基于实际生产通过训练(trainning)来构造数字掩模，该训练使得能够考虑瓶中反复出现的各种效应，例如在物品的边缘处的阴影。
[0009]由于带有图案的容器在获取图像时是随机定向的，该技术不能应用至其中可能存在图案的区域，因为训练会导致该区域内的检测灵敏度完全消失。
[0010]将特定类型的图案定位在容器的图像中，并将图像处理应用至那些图案之外是已知的，以避免将所述图案认为是缺陷。然而，在这些情况下，即使图案确实存在缺陷，也不能对图案本身进行分析。这相当于在图案之上定位“非处理”区域。
[0011]当所述图案被蚀刻在玻璃上时，在玻璃容器已经被制造出之后立即对其进行检查时，相对而言，所述图案还具有相对大的可变性，这意味着，所述图案不能仅仅被认为是简单的二元几何形状。
[0012]因此，检测例如具有可视图案(诸如突起或鉴定或位置标记)的容器中的缺陷尤其困难。图像的处理需要考虑在获取到的图像中所述可视图案的存在。主要困难还表现在检测位于容器的可视图案内的缺陷。
[0013]在现有技术中，还从专利申请WO 97/06429中得知一种光学方法，用于检测容器螺纹内的缺陷，该方法用于获取容器的大量图像，并找到确定的处理区域以检测缺陷。对于每个处理区域，将该区域内的所有像素与阈值进行比较。基于每个区域的总体统计量来单独地计算阈值。该技术不能对复杂的图像进行精细的分析，也不能检测具有可视图案(例如突起或鉴定或位置标记)的容器内的缺陷。
[0014]文献US 2005/259868描述了检查物体的光学方法，该光学方法包括获取物体的一系列图像，并将获取到的一系列图像中的至少一个图像与事先记录的一系列图像中的一个图像进行比较。该文献教导了对图像进行几何处理，包括在图像相互比较之前进行平移移位和/或旋转移动。当浮雕图案是可变的，并且当其图像作为物体相对于照明和观察装置的位置的函数而变化显著时，该方法不适用于检查透明物体携带的浮雕图案，因为使用该方法观察到的物体的类型不会发生折射。


【发明内容】

[0015]本发明通过提出一种用于检查具有可视图案的透明或半透明容器的新的光学方法来弥补现有技术的缺陷，特别地，该方法被设计为用于检测包括所述可视图案的容器的区域内的缺陷，其能够成功地执行检查，而无需考虑可视图案在获取到的图像中的位置。
[0016]为了实现该目的，本发明的光学方法使用一种视觉系统来检查由透明或半透明材料制成且包括至少一个可视图案的容器。
[0017]根据本发明，所述方法包括:
[0018].照射通过所述视觉系统的容器；
[0019].形成通过所述视觉系统的每个容器的至少一个图像，每个图像具有确定数量的像素，每个像素具有各自的强度等级；
[0020].确定在所述容器的所述图像中的至少一个处理区域和至少一个搜索区域，所述处理区域包括至少一个待检查的可视图案，以及所述搜索区域出现至少一个标记可视图案；
[0021].制备至少针对所述图像的所述处理区域的数字掩模；
[0022].确定所述标记可视图案在所述容器的所述图像的所述搜索区域内的位置和方向；
[0023].将几何转换应用至所述数字掩模或所述处理区域，所述转换为所述标记可视图案的所述位置和所述方向的函数，以能够在处理步骤期间将所述掩模和所述处理区域放置在其重合的位置；
[0024].将图像处理应用至所述处理区域的每个像素，所述处理取决于所述数字掩模的重合像素的强度值，以检测所述容器内任何缺陷的存在；以及
[0025].通过以下步骤更新所述数字掩模:
[0026].考虑所述容器的至少一个图像；以及
[0027].决定是否将所述数字掩模修改为所述图像的函数，所述掩模的修改包括:
[0028]?确定待检查的所述可视图案在所述图像的所述处理区域内待查可视图案的位置和方向；
[0029].将几何转换应用至所述图像的所述处理区域或所述掩模，以能够将所述掩模和所述处理区域放置在其重合的位置；以及
[0030].至少将所述图像的所述处理区域与所述掩模合并，以更新所述数字掩模。
[0031]并且，本发明的方法还可具有以下附加特征中的至少一个和/或另一个的组合:
[0032].在初始步骤中从容器的至少一个图像中制备所述数字掩模；
[0033].将图像处理应用至所述处理区域的每个像素，在所述处理中，将所述处理区域的每个像素与所述数字掩模的所述重合像素进行比较；
[0034].分析所述图像以检测所述可视图案中的缺陷；
[0035].将平移中的移位和/或旋转和/或失真图像应用为所述几何转换；以及
[0036]?在所述处理步骤之前，对获取到的所述容器的所述图像执行过滤步骤，并在更新所述掩模的步骤中考虑已经应用至所述过滤步骤的所述图像。

【专利附图】

【附图说明】
[0037]多个其它特征将参照附图从下文进行的描述中显现出来，附图作为本发明的实施的非限定性示例示出。
[0038]图1是特别用于检查每个包括至少一个可视图案的容器底部的视觉系统的示意图。
[0039]图1A示出其中可以看见可视图案的容器底部的图像的示例。
[0040]图2是特别用于检查设置有至少一个可视图案的容器壁的视觉系统的示意图。
[0041]图2A示出其壁上具有可视图案的容器的图像的示例。
[0042]图2B示出图2A中示出的通过视觉系统的容器的一系列连续失真图像和照片。
[0043]图3是根据本发明的方法的简化流程图。

【具体实施方式】
[0044]从图1和图2可以看出，本发明涉及使用视觉系统I来检查由透明或半透明材料制成的容器2，例如由玻璃制成的瓶(bottle)、罐(pot)或烧瓶(flask)，且所述容器2设置有至少一个可视图案3，例如装置、突起、定位凸缘或凹槽、和/或鉴定或认证标记，例如模制数字。特别地，所述可视图案可以通过模铸、蚀刻或印刷来获得。
[0045]本发明用于检查容器，特别地，用于检测位于其中具有至少一个可视图案3的容器的区域内的缺陷。更具体地，该检查方法用于检查不能保证重复处理的容器，即容器2相对于视觉系统I的位置和方向在不同容器间可能有所不同。通常，容器2是绕垂直轴的旋转体，且绕其对称轴以随机方向出现在检查站。
[0046]在传统的方式中，视觉系统I适用于获取连续、高速通过视觉系统的每个容器2的一个或多个图像。自然地，视觉系统I适用于或配置为获取容器2的图像，每个图像具有限定在其中的至少一个处理区域Zt，其中出现了至少一个所选的可视图案3，也称为待检查的可视图案。处理区域Zt对应于被检查的容器的区域，以确定该容器是否符合要求。包括至少一个所选的可视图案3的该处理区域Zt可以被限定在由可视图案3覆盖的区域，或者其可以覆盖大于可视图案3所占的面积。限定处理区域的目的在于能够在可视图案3内和/或所述可视图案附近进行检查。
[0047]图1和图1A示出其中视觉系统I适用于检查容器2的底部的一个实施方式，每个底部包括至少一个可视图案3。在该示例中，视觉系统I具有位于容器2的底部方的光源5以及位于容器2上方、设置有镜头的照相机6。照相机6连接至单元7，该单元7用于获取并处理照相机为每个容器2拍摄的图像I。图1A示出待检查的容器的底部的图像I的示例，其中限定了至少一个处理区域Zt，该处理区域Zt包括至少一个待检查的所选的可视图案3，即生产商的商标或内容的标识。
[0048]图2A至图2B示出其中视觉系统I适用于检查容器2的壁22的另一个实施方式。在该示例中，处理区域Zt与一部分壁有关，其中出现了作为待检查的可视图案3的突起。在该示例中，视觉系统I包括至少一个光源(未示出)以及一系列照相机6，每个照相机具有自己的镜头(在示出的示例中有六个)，这些照相机可以成角度设置，使得由不同的照相机6获取到的图像覆盖通过可视站I的每个容器2的整个外周。有利地是，照相机6以通过两个相邻的照相机获取到的图像覆盖容器的同一区域这种方式设置，以确保能够检查容器2的整个外周。图2B示出同一容器的六个小图片1\，I12, I13,...，I16，有些小图片包括待检查的可视图案3，即突起。
[0049]自然地，除了如示例中所述，可以以任何适当的方式来制备视觉系统I。不论其制备方式如何，对于连续通过视觉系统的每个容器2，视觉系统I能够照射容器，并获取容器的至少一个图像Ip获取到的每个图像Ii具有确定数量的像素，每个像素具有给定的强度等级。
[0050]本发明的检查方法因此包括，在连续通过可视站I的一系列容器2之上，选择包括至少一个待检查的可视图案3的处理区域Zt。
[0051]另外，如图3所示，本发明的方法包括步骤100，选择“标记”可视图案3并考虑在获取到的图像1中的至少一个搜索区域Zr，该搜索区域Zr具有在其中出现的至少一个“标记”所选的可视图案3。应当观察到的是，位于搜索区域Zr内的标记可视图案3可以可选择地对应于处理区域Zt内存在的待检查的可视图案3。在图2A示出的示例中，搜索区域Zr对应于图像中有限高度的区域，基本上对应于容器的肩部，且其中有作为可视图案3的突起，该突起也构成了处理区域Zt的一部分。自然地，如上所述，位于搜索区域Zr内的标记可视图案3不需要对应于处理区域Zt内存在的待检查的可视图案3。因此，举例来说，可以对处理区域进行规定以包括作为待检查的可视图案的突起，同时搜索区域包括作为其标记可视图案3的定位凹槽4。在优选的实施方式中，搜索区域Zr和处理区域Zt具有共同的可视图案3，即待检查的可视图案对应于标记可视图案。
[0052]本发明的方法包括步骤110，将所选的可视图案3 (或标记)定位在搜索区域Zr内。换言之，该定位步骤包括确定图像Ii中的标记可视图案3的位置和方向。应当理解的是，在给定的参照系内，该步骤使得能够确定在容器2的不同的图像Ii中出现的可视图案3的坐标x，y和方向Θ。在图像Ii中的可视图案3的位置可以改变，只要容器2在视觉系统I中处于不同的位置和/或方向即可，特别是在获取图像时。
[0053]更精确地，在训练阶段，该定位步骤包括记录所选的可视图案3 (或标记)的形态和/或质地和/或光度特征。为了定位所选的可视图案(或标记)，所述方法包括使用任何传统的搜索方法(例如使用图案匹配)来搜索搜索区域Zr内存在的所述特征。
[0054]该定位步骤110用于使数字掩模Mi能够在处理步骤130期间被正确地应用到已经获取到的图像Ii。因此，本发明的方法包括对图像中的至少一个处理区域Zt使用数字掩模Mi，所述处理区域Zt至少包括待检查的可视图案3。处理区域Zt对应于搜索区域Zr或仅对应于搜索区域Zr的一部分，或者完全覆盖搜索区域并且还延伸到搜索区域以外。可视掩膜Mi因此包括确定数量的像素，每个像素在该处理区域Zt内具有确定的强度等级(或灰度等级)。以下将更详细地描述数字掩模Mi的制备。
[0055]接续，本发明的方法包括步骤120，应用几何转换T，使得在处理步骤130期间，将数字掩模Mi和图像的处理区域Zt设置为重合。应当理解的是，所应用的几何转换T来自或取决于如在步骤110期间执行的定位可视图案3 (或标记)的结果。
[0056]在图3示出的示例中，将几何转换T应用至图像Ip可以预见将几何转换T应用至数字掩模Mi而不是图像Ii的实施方式。该数字转换T的步骤能够使数字掩模Mi的像素与图像Ii的处理区域Zt的像素重合或叠置。因此，一般来说，数字掩模Mi的像素Hi和处理区域Zt的像素π被放置在同一 X，Y参照系内，使得像素的坐标可以被分别写为:m(x，y)表示数字掩模Mi，而p(x，y)表示处理区域Zt。在以下描述中给出了该几何转换T的示例。
[0057]接续，本发明的方法包括，在处理步骤130中，将图像处理应用至图像^中的处理区域Zt的每个像素，该处理取决于数字掩模Mi的重合像素的强度值。应当考虑的是，考虑到数字掩模Mi的对应或重合像素m(x，y)，对图像的处理区域Zt内的每个像素P (X，y)进行图像处理。
[0058]图像处理可以包括至少以下步骤，将图像的像素p(x，y)与数字掩模Mi的像素m(x, y)进行比较，或者实际上执行以下处理操作:
[0059].p(x, y)-m(x, y)
[0060].p(x, y)/m(x, y)
[0061].a*p(x, y)+b*m(x, y)，其中这和 h为系数。
[0062]接续，本发明的方法包括，在步骤140中，分析处理步骤的结果，以确定容器，特别是处理区域Zt内的容器，是否存在缺陷。
[0063]接续，本发明的方法包括，在步骤150中，确定是否更新数字掩模Mi。在步骤160中，本发明的方法包括将数字掩模Mi更新为处理区域Zt内的像素的强度等级的函数。该更新步骤160使得能够例如使用统计学或数学规则使数字掩模Mi或多或少地演化。
[0064]是否修改数字掩模Mi的选择(步骤150)可取决于不同因素，例如考虑中的图像、容器生产的当前状态，例如通过统计分析所确定的，和/或或多或少的严格质量控制要求。在本发明简化的第一变形中，对于每个被检查的容器，所有图像都不断地为数字掩模的演化做出贡献。在另一个变形的实施方式中，仅在对应于容器生产开始的有限期间内对数字掩模Mi进行演化。在另一个变形的实施方式中，对数字掩模进行更新仅考虑被认为是没有任何缺陷的容器的图像。在该特定的实施方式中，当分析步骤确定容器2不具有任何缺陷时，将数字掩模Mi修改为Mi+Ι。在这种情况下，修改数字掩模Mi以一个像素接一个像素地结合处理区域Zt内的至少一部分像素的强度值。通过合并大量(几十个)图像以及容器来制备数字掩模的优势在于使其能够自动地获得容器的平均图像，该平均图像可以被认为是没有缺陷的容器的图像，从而自动地得到局部可变的检测灵敏度。
[0065]本发明的方法包括对下一个容器2重新执行如上所述的处理步骤，可以对数字掩模Mi+Ι进行修改。
[0066]因此，本发明的方法安装了检测缺陷的原则，该原则依赖于与正在检查的容器的图像进行比较的预处理图像的不断累积。该检测原则用于消除重复发生的信息(阴影或图案)，因此在受到可视图案的存在干扰的处理区域内获得更好的测量灵敏度，甚至有可能对整个处理区域使用同样的检测标准，包括对不同的可视图案。
[0067]本发明的方法因此包括制备数字掩模Mi:
[0068].考虑容器2的至少一个图像；
[0069].确定在至少所述图像的搜索区域Zr内的可视图案3 (或标记)的位置和方向；
[0070].将作为标记可视图案3的位置和方向的函数的几何转换应用至所述图像的处理区域Zt或掩模，以将处理区域Zt和数字掩模放置在其重合的位置；以及
[0071].至少将图像的处理区域与数字掩模合并，以更新数字掩模Mi。
[0072]从以上可以看出，通过合并图像处理区域Zt来制造数字掩模Mi。通常，将图像与数字掩模合并包括修改数字掩模中的重合像素的值。该修改可以以多种方式进行，例如，举例来说:对具有或不具有阈值的数字掩模中的像素值和图像内的像素值进行系统或条件线性组合，同时考虑邻近像素或邻近像素组。
[0073]在一个变形的实施方式中，所述方法包括在初始步骤中根据容器的至少一个图像开始制备数字掩模举例说明，该容器不包括任何缺陷。
[0074]从以上描述中可以看出，对容器2的随机方向和位置进行校正，以使图像的像素与数字掩模的像素严格重合。可以以多种方式执行该几何转换。
[0075]当容器2的底部的图像Ii被获取(图1和1A)时，可以基于确定可视图案3相对于原始位置或固定参照的旋转角度和偏移，通过对图像进行几何转换来修改图像。
[0076]当容器壁的图像Ii通过一系列照相机6被获取(图2、图2A、图2B)时，关于图像的几何转换使用了至少一个失真处理。考虑到容器2为旋转体的形式，每个照相机6应用失真处理，使得获取到的所有照片具有待处理的共同的参照系。失真计算用于获得容器壁的平面图像，该容器壁本身通常为圆柱形。所述方法能够使失真之后获得的照片或小图片连接在一起，以提供整个容器壁的展开图像(图2B)。之后，可以将可视图案3定位在经失真处理的一连串小图片中的一个内。
[0077]根据本发明的有利特征，所述方法包括在处理步骤之前形成对获取到的容器的图像进行过滤的步骤。因此，为了提高获取到的图像的质量，可以做出规定以校正其直方图，从而通过低带通滤波器来降低噪音，或者通过使用高通型滤波器来增强图像中的缺陷的局部对比度。可以在几何转换步骤之前或之后执行所述过滤。
[0078]考虑在更新数字掩模时，将该过滤步骤应用至图像。
[0079]本发明不限于所描述和示出的示例，因为在不超出本发明的范围的情况下可对这些示例做出各种修改。本发明还适用于分析从热瓶子发射的辐射中直接获得的红外图像。
【权利要求】
1.一种使用视觉系统(I)来检查由透明或半透明材料制成且包括至少一个可视图案(3)的容器(2)的光学方法，其特征在于，所述方法包括: ?照射通过所述视觉系统(I)的所述容器(2); ?形成通过所述视觉系统(I)的每个容器(2)的至少一个图像(Ii)，每个图像具有确定数量的像素，每个像素具有各自的强度等级； ?确定在所述容器的所述图像内的至少一个处理区域(Zt)和至少一个搜索区域(Zr)，所述处理区域(Zt)包括至少一个待检查的可视图案，以及所述搜索区域(Zr)出现至少一个标记可视图案⑶； ?制备至少针对所述图像的所述处理区域(Zt)的数字掩模(Mi); ?确定所述标记可视图案(3)在所述容器的所述图像的所述搜索区域(Zr)内的位置和方向； ?将几何转换应用至所述数字掩模(Mi)或所述处理区域(Zt)，所述转换为所述标记可视图案(3)的所述位置和所述方向的函数，以能够在处理步骤期间将所述掩模(Mi)和所述处理区域(Zt)放置在其重合的位置； ?将图像处理应用至所述处理区域(Zt)的每个像素，所述处理取决于所述数字掩模(Mi)的重合像素的强度值，以检测所述容器中任何缺陷的存在；以及?通过以下步骤更新所述数字掩模(Mi): ?考虑所述容器⑵的至少一个图像(Ii);以及 ?决定是否将所述数字掩模修改为所述图像的函数，所述掩模的修改包括: ?确定待检查的所述可视图案(3)在所述图像的所述处理区域(Zt)中的位置和方向；?将几何转换应用至所述图像的所述处理区域(Zt)或所述掩模，以能够将所述掩模(Mi)和所述处理区域(Zt)放置在其重合的位置；以及 ?至少将所述图像的所述处理区域(Zt)与所述掩模合并，以更新所述数字掩模(Mi)。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，其包括在初始步骤中从容器的至少一个图像中制备所述数字掩模。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，其包括将图像处理应用至所述处理区域(Zt)的每个像素，在所述处理中，将所述处理区域(Zt)的每个像素与所述数字掩模的所述重合像素进行比较。
4.根据权利要求1到3中任一项所述的方法，其特征在于，其包括分析所述图像以检测所述可视图案中的缺陷。
5.根据权利要求1和2所述的方法，其特征在于，其包括将平移中的移位和/或旋转应用为所述几何转换。
6.根据权利要求1和2所述的方法，其特征在于，其包括将失真图像应用为所述几何转换。
7.根据权利要求1到6中任一项所述的方法，其特征在于，在所述处理步骤之前，其包括对获取到的所述容器的所述图像执行过滤步骤，并在更新所述掩模的步骤中考虑已经应用至所述过滤步骤的所述图像。
【文档编号】G01N21/90GK104520698SQ201380028180
【公开日】2015年4月15日 申请日期:2013年5月28日 优先权日:2012年5月28日
【发明者】S·罗曼, N·普洛通 申请人:Msc&Sgcc公司