专利名称：带材表面缺陷检测成像方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及对带材的成品表面缺陷检测，更具体地说，涉及一种带材 表面缺陷检测成像方法及装置，该成像方法及装置能实现应用一组摄像单 元就可获取带材表面所存在的全部缺陷并且带材表面的同一缺陷在不同场 照明下形成的图像能够精确匹配。
背景技术：
基于机器视觉的带材表面缺陷检测系统已经在世界各大带材生产企业
中获得了广泛应用。该类检测系统均先采用CCD摄像机获取带材表面图像， 然后通过对图像数据进行分析，得出检测结论。因此，成像的清晰度以及 凸现缺陷与背景的差异度，直接影响到该视觉检测系统的检测效果。
目前常用的成像方法有很多，包括明场成像、暗场成像及过渡场成像， 请参阅图l所示，明场成像即使摄像机1拍摄角度与光源2照射角度呈法 线对称；请参阅图2所示，暗场成像即使摄像机1拍摄角度与光源2照射 角度呈法线不对称；请参阅图3所示，而过渡场成像的摄像机l拍摄角度 与光源2照射角度介于明场和暗场之间。以上三种成像方法均是由一组摄 像机l和一个光源2构成的单一场成像，这种单一场成像可以获得大部分 清晰的带材表面3缺陷的对比图像，但其缺点是会对某些特定的缺陷不敏 感，从而导致漏检一些重要的缺陷。为了提高对各种缺陷的普适性，目前 还有通过将两个单一场成像组合起来的双场成像方法，请参阅图4所示， 该双场成像方法通过光源2b与摄像机lb构成暗场成像，以及光源2a与 摄像机la构成明场成像，从而分别对带材表面3进行扫描，生成缺陷图像; 请参阅图5所示，为了降低系统成本和结构复杂性，对图4的双场成像方 法进行简化，使同一光源2与摄像机lb、摄像机la分别构成暗场和明场 的两组成像。该双场成像方法可以获得全面的带材缺陷信息，提高缺陷检 测的准确率，但是相比较于单一场成像方法，由于增加了硬件成本和结构
复杂性，也就增加了缺陷数据处理量，从而降低了成像的实时性，例如， 同一个缺陷在两组成像中会呈不同特征的图像，使得缺陷图像难以精确匹 配，导致产生一组缺陷重复报出、甚至发生被分类为不同缺陷的现象。
发明内容
针对现有技术中存在的上述的单一场成像易发生漏检、双场成像结构 复杂成本高、以及实时性差的缺点，本发明的目的是提供一种带材表面缺 陷检测成像方法及装置，该成像方法及装置能够结构简单、成本低、实时 性佳，使带材表面的同一缺陷在不同场照明下形成的图像能够精确匹配。
为实现上述目的，本发明釆用如下技术方案 该带材表面缺陷检测成像方法的具体步骤如下
A. 建立一同步信号发生单元并产生同步信号，对下述的光源切换单元 和摄像单元进行同步控制；
B. 建立一光源切换单元，使用该切换单元对下述两个光源进行切换控
制；
C. 使用两个光源交替对带材表面照明，并分别与摄像单元构成单一场 成像。
所述的步骤A中的产生同步信号的具体步骤如下 Al.采用同步信号发生器发出原始同步信号； A2.使用滤波器对原始同步信号进行滤波； A3.通过整形器对滤波后的同步信号进行整形； A4.使用频率调制器对整形后的同步信号进行频率调制，形成理想的 同步信号。
所述步骤A中的同步信号也可由同步信号发生器直接产生。 在步骤C中
将两个光源的照明频率选取为摄像单元的扫描频率的二分之一。 该带材表面缺陷检测成像装置包括
同步信号发生单元，该单元产生使切换单元和摄像单元进行同步的同 步信号；
切换单元，有两个输出控制端，分别连接到两个照射光源，控制两个
照射光源的切换；
摄像单元；
两个照射光源，交替对带材表面进行照明，并分别与摄像单元构成单 一场。
所述的同步信号发生单元包括同步信号发生器、滤波器、整形器和频 率调制器，同步信号发生器发出原始同步信号，滤波器、整形器和频率调 制器依次对原始同步信号进行滤波、整形和频率调制，形成理想的同步信 号。
所述的两个光源的照明频率均为摄像单元的扫描频率的二分之一。 在上述技术方案中，本发明的带材表面缺陷检测成像方法为建立一同
步信号发生单元并产生同步信号，对切换单元和摄像单元进行同步控制； 使用切换单元对两个光源进行切换控制；使用两个光源交替对带材表面照 明，并分别与摄像单元构成单一场成像。检测成像装置包括同步信号发生 单元、切换单元、摄像单元、两个照射光源。该成像方法及装置主要通过 切换控制两个照射光源交替照明，使得光源与摄像单元在一个扫描周期内 只构成一个单一场成像，以获取全部带材表面缺陷图像，且带材表面的同 一缺陷在同一摄像单元、不同场照明下形成的图像能够精确匹配，避免了 相同缺陷因重复成像产生的后续处理问题，大大提高了带材表面缺陷检测 的准确性，另外还降低了成像装置的成本以及结构的复杂性。
图l是现有技术的明场成像的原理示意图2是现有技术的暗场成像的原理示意图3是现有技术的过渡场成像的原理示意图4是现有技术的双场成像的原理示意图;
图5是现有技术的简化后的双场成像的原理示意图6是本发明的带材表面缺陷检测成像方法的流程示意图7是本发明的带材表面缺陷检测成像装置的成像原理示意图8是根据本发明的一应用实例的带材表面缺陷检测装置的原理示意
框图9是本发明的带材表面缺陷检测成像装置的各单元的信号时序图。
具体实施例方式
下面结合附图和实施例进一步说明本发明的技术方案。 实施例1
请参阅图6所示，本发明的带材表面缺陷检测成像方法的具体步骤是: 先建立一同步信号发生单元并产生同步信号，对切换单元和摄像单元进行
同步控制；.然后建立一切换单元，使用该切换单元对下述两个光源进行切 换控制；再使用两个光源交替对带材表面照明，并分别与摄像单元构成单 一场成像，从而形成摄像单元对带材表面进行的扫描成像。其中，同步信 号可以由同步信号发生器直接产生，也可以视具体情况，先采用同步信号 发生器发出原始同步信号；然后使用滤波器对原始同步信号进行滤波；再 通过整形器对滤波后的同步信号进行整形；最后使用频率调制器对整形后 的同步信号进行频率调制，形成理想的同步信号并输出。该同步信号发生 器可选取速度编码器，速度编码器发出的同步信号应与带材速度同步或成 比例匹配。该切换单元可选取高频继电器或高频开关管，或其它的开关电 路。举例来说，若釆用高频继电器，利用高频继电器的常开和常闭两个触 点，按输入的同步信号的频率进行控制切换两个光源的导通，使得两个光 源以该频率交替对带材表面进行照明。将两个光源分别与摄像单元布置成
单一场成像，例如一个为明场成像，另一个为暗场成像，这样，当构成明 场的光源导通时，便与摄像单元进行明场成像，而此时构成暗场的光源关 闭；同样当构成暗场的光源导通时，便切换成暗场成像，而此时构成明场 的光源关闭，并始终保持重复交替进行，将两个光源的照明频率选取为摄 像单元的扫描频率的二分之一。摄像单元可釆用一般常见的线阵CCD摄像 机，对带材表面进行扫描成像。由于摄像单元与切换单元接收的同步信号 为一个相同的信号，因此摄像单元的扫描频率与切换单元的切换频率始终 保持同步，实现了光源与摄像单元在一个扫描周期内只进行一个单一场成 像，从而保证了摄像单元获取的带材表面缺陷图像是唯一的，不会出现重
复扫描现象。使带材表面的同一缺陷在不同场照明场下形成的图像能够精 确匹配，避免了相同缺陷因重复成像产生的后续处理问题，大大提高了带 材表面缺陷检测的准确性，效果显著，不但适合于工况环境较好的冷轧带 材表面缺陷检测，而且还适合于环境较恶劣的热轧带材表面缺陷检测及其 他各种环境下的带材表面缺陷检测。
实施例2
请参阅图7所示，本发明的带材表面缺陷检测成像装置IO包括同步信 号发生单元ll，同步信号发生单元ll分别连接到切换单元12、摄像单元
13,同步信号发生单元ll发出同步信号，并控制切换单元12与摄像单元 13的同步；切换单元12,分别连接到两个照射光源14a、 14b,并控制两 个照射光源14a、 14b的切换；两个照射光源14a、 14b，交替对带材表面 3进行照明，并分别与摄像单元13构成单一场成像，从而使摄像单元13 对带材表面3进行扫描成像。请结合图8所示，该同步信号发生单元11 为一个单一的同步信号发生器。当需要较大的同步信号时，也可以视真体 情况，使该同步信号发生单元包括同步信号发生器、滤波器112、整形器 U3和频率调制器114，同步信号发生器可选取速度编码器111,速度编码 器111发出的同步信号应与带材速度同步或成比例匹配。由速度编码器111 发出原始同步信号，滤波器112、整形器113和频率调制器114依次对原 始同步信号进行滤波、整形和频率调制，最终形成理想的同步信号并输出。 切换单元12可选取高频继电器或高频开关管121，或其它的开关电路。当 采用高频继电器时，利用高频继电器121的常开和常闭两个触点，按输入 的同步信号的频率对两个光源14a、 14b的导通进行切换控制，使得两个 光源14a、 14b以该频率交替对带材表面3进行照明。两个光源14a、 14b 分别与摄像单元13布置成单一场成像，例如在图8所示，光源14a与摄 像单元13构成了一个明场成像，光源14b与摄像单元13构成了一个暗场 成像，摄像单元13可采用一般常见的线阵CCD摄像机131,对带材表面3 进行扫描成像。请再结合图9所示，由于摄像单元13与切换单元12接收 的同步信号为一个相同的信号，因此摄像单元13的扫描频率与切换单元 12的切换频率始终保持同步，另外，两个照射光源14a、 14b的照明频率 均为摄像单元13的扫描频率的二分之一，当切换单元12的切换信号的第 一个上升沿到达时，光源14a导通，光源14a进行明场照明，同时摄像单 元13扫描并进行明场成像，此时光源14b关闭，直至下一个上升沿到达 时，光源14a关闭，光源14b开始导通，并且进行暗场照明，同时摄像单 元13扫描并进行暗场成像，直至再下一个切换信号的上升沿的到达，并始 终保持重复交替进行，因此实现了光源14a、 14b与摄像单元13的在一个 扫描周期内只进行一个单一场成像，从而保证了摄像单元13获取的带材表 面3的缺陷图像是唯一的，不会出现重复扫描现象。使带材表面3的同一 缺陷在不同场照明场下形成的图像能够精确匹配，避免了相同缺陷因重复 成像产生的后续处理问题，大大提高了带材表面3缺陷检测的准确性，效 果显著，不但适合于工况环境较好的冷轧带材表面缺陷检测，而且还适合 于环境较恶劣的热轧带材表面缺陷检测及其他各种环境下的带材表面缺陷 检测。
需要说明的是，在本发明中，检测成像方法及装置应用的领域，可以 是对金属带材(铜、铝、钢等)，或其它非金属 带材(塑料等)的表面缺 陷检测。
本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说 明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围 内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求书范围内。
权利要求
1.一种带材表面缺陷检测成像方法，其特征在于，该成像方法的具体步骤如下A.建立一同步信号发生单元并产生同步信号，对下述的切换单元和摄像单元进行同步控制；B.建立一光源切换单元，使用该切换单元对下述两个光源进行切换控制；C.使用两个光源交替对带材表面照明，并分别与摄像单元构成单一场成像。
2. 如权利要求l所述的带材表面缺陷检测成像方法，其特征在于， 所述的步骤A中的产生同步信号的具体步骤如下Al.釆用同步信号发生器发出原始同步信号； A2.使用滤波器对原始同步信号进行滤波； A3.通过整形器对滤波后的同步信号进行整形； A4.使用频率调制器对整形后的同步信号进行频率调制，形成理想的 同步信号。
3. 如权利要求l所述的带材表面缺陷检测成像方法，其特征在于， 所述步骤A中的同步信号也可由同步信号发生器直接产生，对切换单元和摄像单元进行同步控制。
4. 如权利要求l所述的带材表面缺陷检测成像方法，其特征在于 在步骤C中将两个光源的照明频率选取为摄像单元的扫描频率的二分之一。
5. —种带材表面缺陷检测成像装置，其特征在于， 该成像装置包括 同步信号发生单元，该单元产生使光源切换单元和摄像单元进行同步的同步信号；光源切换单元，有两个输出控制端，分别连接到两个照射光源，控制 两个照射光源的切换； 摄像单元；两个照射光源，交替对带材表面进行照明，并分别与摄像单元构成单 一场成像。
6. 如权利要求5所述的带材表面缺陷检测成像装置，其特征在于 所述的同步信号发生单元包括同步信号发生器、滤波器、整形器和频率调制器，同步信号发生器发出原始同步信号，滤波器、整形器和频率调 制器依次对原始同步信号进行滤波、整形和频率调制，形成理想的同步信 号。
7. 如权利要求5所述的带材表面缺陷检测成像装置，其特征在于 所述的两个光源的照明频率均为摄像单元的扫描频率的二分之一。
全文摘要
本发明公开了一种带材表面缺陷检测成像方法及装置，建立一同步信号发生单元并产生同步信号，对下述的切换单元和摄像单元进行同步控制；建立一光源切换单元，使用该切换单元对下述两个光源进行切换控制；使用两个光源交替对带材表面照明，并分别与摄像单元在一个扫描周期内只构成单一场(明、暗场)成像，以获取全部带材表面缺陷图像，且带材表面的同一缺陷在同一摄像单元、不同场照明下形成的图像能够精确匹配，避免了相同缺陷因重复成像产生的后续处理问题，大大提高了带材表面缺陷检测的准确性，另外还降低了成像装置的成本以及结构的复杂性。
文档编号G01N21/88GK101349652SQ20071004400
公开日2009年1月21日 申请日期2007年7月19日 优先权日2007年7月19日
发明者乔俊良, 何永辉, 宗德祥, 健 王, 石桂芬, 陆丽华, 黄胜标 申请人:宝山钢铁股份有限公司