金属锈斑最优光谱波段选取视觉检测装置和方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种金属诱斑最优光谱波段选取视觉检测装置和方法，属于视觉检测
技术领域。
【背景技术】
[0002] 金属诱斑的视觉检测技术被广泛应用于装备制造过程的金属原料筛选和产品分 级，是装备制造成套工艺的重要环节。目前金属诱斑的视觉检测普遍采用直接地后期图像 处理的方式，根据诱斑与背景在光电传感器上的通道数据阶跃变化，即灰度突变来完成检 巧。。然而普通的视觉成像装置通道数量有限，限制了金属诱斑的检测精度，且在工业现场复 杂环境中，灰度突变特性受环境光，金属工件形貌和姿态等因素影响严重，难W对金属诱蚀 情况准确做出评价。因此，如何实现金属诱斑的高准度、高精度的视觉检测成为了装备制造 高端化的迫切需求。
【发明内容】
[0003] 为了实现运一需求，本发明提供一种金属诱斑最优光谱波段选取视觉检测装置和 方法，通过一维光谱数据加二维空间数据信息的采集，提高金属诱斑与背景的对比度，从而 提高金属诱斑的视觉检测准确度和精度。
[0004] 为了解决上述技术问题，本发明金属诱斑最优光谱波段选取视觉检测装置予W实 现的技术方案是：包括光学与传感系统、测量控制系统、计算机信息处理系统和记录显示系 统；所述光学与传感系统用于测出金属件的一维光谱数据加二维空间数据信息；所述测量 控制系统用于对所述光学与传感系统的成像光谱进行选择；所述的计算机信息处理系统用 于对采集的一维光谱数据加二维空间数据分析计算处理，并将处理结果传送给所述的记录 显示系统；所述记录显示系统记录并显示金属诱斑的检测结果。
[0005] 所述光学与传感系统包括：第一透镜组、一片透射式衍射光栅、第二透镜组、一个 娃基液晶化iquid化ystalonSilicon，LC0S)、一台CCD相机和外部壳体；所述的第一透 镜组作为物镜将被测金属目标成像到所述的衍射光栅面上；所述的衍射光栅将入场光线色 散，形成一维衍射光谱；所述的第二透镜组将入场光线成像在CCD面的同时，在所述的LC0S 面形成一维线性光谱；所述的LC0S通过所述的测量控制系统发出的控制信号对不同波长 光线进行选择；所述的CCD相机接收成像光线，实现所述光学与传感系统的多光谱成像；所 述的外部壳体用于固定光学元件，并对光路进行密封W避免外界干扰光进入。
[0006] 本发明金属诱斑最优光谱波段选取视觉检测方法，包括W下步骤： 步骤一、光谱谱线的标定： 选用主波长为405nm、510nm和650nm立种半导体激光器进行光谱标定；半导体激光器 放置在光学与传感系统的成像入口处；调整半导体激光器同光学与传感系统的相对位置W 实现准直； 已知波长的激光束发生偏折后到达所述的LC0S面上，形成一条谱线；调整所述CCD相 机位置，使CCD对LCOS成像，从而得到谱线与图像坐标的对应关系； 依次完成405皿、510皿和650皿S种固定波长对应的LC0S面坐标采样；利用已知的波 长光谱与LC0S面坐标关系进行线性插值，补全整个光谱，得到光谱标定函数M;光谱谱线标 定结束后，将所述CCD相机重新调整回原位，使CCD面与LC0S面相对所述的第一透镜组互 为共辆； 步骤二、寻找最优光谱波段： 测量控制系统控制所述的LC0S晶元的开关，使可见光波段分成N个细小波段；依次选 取各细分波段为开状态，对应波长光线在CCD面成像；将光学与传感系统多次采集不同波 长的图像组合成=维多光谱数据；=维多光谱数据的表达式为：
劝在第一衍射级次光谱强度分布；載是CCD所采集的第端段图像数据，对口r 为图像的二维坐标，n=1，2…，自是光谱标定所得对应关系的分段函数，诚日巧JLC0S面的二维坐标，即：
在计算机信息处理系统中，对采集的=维多光谱数据做=维边缘检测，初步区分被测 金属表面诱斑数据域与被测金属表面背景数据域；在两数据域内各任选一条谱线作为被测 金属表面诱斑的系统光谱响应值与被测金属表面背景的系统响应值胃 只考虑一维光谱信息时，系统光谱响应值可写为：
为LC0S在开状态下的CCD光谱响应函数r濕胃I为环境光源的光谱功率分 布；錢jii为被测金属表面的光谱反射函数；Iliil为最佳光谱选取函数； 被测金属表面诱斑相对被测金属表面背景的对比度表现为两者系统光谱响应值的比 值：
寻找最佳光谱选取函数、务：(X為)，即： CN105115908A 坑明巧 3/5 页
则寻找最佳光谱选取函数可W变换为：
当确定时，式子（7)成为化4为变量的曲线判定函数，选取函数最大值；测量控 制系统采用函数最大值所对应的矣(、為(再次控制所述的LC0S做出相应反应，运样便实 现了光学与传感系统的最优光谱波段成像； 步骤=、图像处理： 通过最优光谱波段成像，金属表面诱斑与金属表面背景在光学与传感系统中形成鲜明 对比； 在计算机信息处理系统中，取两者在最优光谱波段的平均值作为图像分割阔值，即：
经阔值分割处理后，得到金属诱斑的检测结果图像：
检测结果是一幅二值图像；当^。> 时，标注为1的像素为金属诱斑，标注为0的像 素为金属表面背景；当:錢骑，标注为0的像素为金属诱斑，标注为1的像素为金属 表面背景； 计算机信息处理系统将得到的金属诱斑检测结果传送给记录显示系统。
[0007] 与现有技术相比，本发明的有益效果是： 本检测装置采用LC0S与色散元件、光电探测器组合成的光学与传感系统，采集包括一 维光谱数据加二维空间数据信息的=维数据阵列，较W往的视觉检测装置能得到更加丰富 和完整的视觉特征信息。融合了金属诱斑与背景的光谱特征差异，本发明采用最优光谱波 段选取的检测方法，减少了环境光，金属工件形貌和姿态等因素对检测结果的影响，有效提 高了金属诱斑的视觉检测准确度和精度。本检测装置和方法通用性强，对光谱特征差异明 显的其他材质的缺陷检测同样适用。
【附图说明】
[0008] 图1为本发明视觉检测装置的系统结构组成框图； 图2为本发明视觉检测装置中光学与传感系统的结构示意图； 图3为本发明金属诱斑最优光谱波段选取视觉检测方法的流程图； 图4为本发明光学与传感系统采集的=维多光谱数据阵W及诱斑与背景谱线选取示 意图； 图5为本发明最优光谱波段选取的曲线判定函数图； 图6为本发明实施例的钢质工件在检测前，最优波段成像和检测结果图； 图中：1-第一透镜组，2-透射式衍射光栅，3-第二透镜组，4-娃基液晶，5-CCD相机， 6-外部壳体。
【具体实施方式】
[0009] 下面结合【具体实施方式】对本发明作进一步详细地描述。
[0010] 如图1所示，本发明金属诱斑最优光谱波段选取视觉检测装置，包括光学与传感 系统10、测量控制系统20、计算机信息处理系统30和记录显示系统40 ;所述光学与传感系 统10用于测出金属件的一维光谱数据加二维空间数据信息；所述测量控制系统20用于对 所述光学与传感系统10的成像光谱进行选择；所述的计算机信息处理系统30用于对采集 的一维光谱数据加二维空间数据分析计算处理，并将处理结果传送给所述的记录显示系统 40 ;所述记录显示系统40记录并显示金属诱斑的检测结果； 如图2所示，所述光学与传感系统10包括：第一透镜组1、一片透射式衍射光栅2、第二 透镜组3、一个LC0S4、一台CCD相机5和外部壳体6 ;所述的第一透镜组1作为物镜将被 测金属目标成像到所述的衍射光栅2面上；所述的衍射光栅2将入场光线色散，形成一维衍 射光谱；所述的第二透镜组3将入场光线成像在CCD面的同时，在所述的LC0S4面形成一 维线性光谱；所述的LC0S4通过所述的测量控制系统20发出的控制信号对不同波长光线 进行选择；所述的CCD相机5接收成像光线，实现所述光学与传感系统10的多光谱成像；所 述的外部壳体6用于固定光学元件，并对光路进行密封W避免外界干扰光进入。
[0011] 如图3所示，本发明金属诱斑最优光谱波段选取视觉检测方法包括W下步骤： A. 用主波长为405nm、510nm和650nm=种已知波长半导体激光器进行光谱谱线标定， 得到光谱标定函数M; B. 测量控制系统20利用得到的光谱标定函数M对光谱进行细分控制，将光学与传感 系统1〇多次采集不同波长的图像组合成=维多光谱数据采集=维多光谱数据//^《，>',、店.）； C. 寻找最优光谱选取函数;；