计算成像助力2.5D缺陷检测

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东莞市沃德普自动化科技有限公司

背景

机器视觉是一个新兴且不断迭代发展的行业，近年来行业内陆续推出了不同角度照明方案、分时频闪成像方案、光谱成像、3D成像等方案，仍然存在难以检测的缺陷类型。如凹凸特征检测并有效识别其特征大小，棱边缺陷检测，有感、无感划痕区分，兼容所有特征的检测等。这些难题，成为了行业内一直难以攻克的问题。

沃德普计算成像系统

针对这些挑战，沃德普推出了计算成像系统，其中包含了悟空相位成像系统（图（1））和线扫光度立体成像系统（图（2））。这两个系统均利用特殊光场照明，并利用图像信息增强的新技术，助力解决以上难题。

悟空相位成像系统，通过拍摄获取多张图像序列，每个都有不同的照明或光学配置，从每个图像中提取数据并进行组合，获取图像中任意位置特征均呈现出来的图像，并进行计算成像。悟空相位成像系统可兼容不同方向的瑕疵成像、及提供2.5D缺陷成像，实现一次采集，完成待检产品的不同形态瑕疵呈现，可以应用在反光产品的表面瑕疵高速检测中。

线扫光度立体成像系统，是指捕获多个图像，利用图像处理生成更好的输出图像，具有单一镜头图像无法提供或兼容的特征。该方案的原理是用重建出物体表面的法向量，以及物体不同表面点的反射率来复原阴影部分，因此只需要采集四张由不同方向的光照射物体的图像。该方案主要用于检测非反光产品表面2.5D缺陷，支持高速在线检测。

图（1）

悟空相位成像系统

示意图

图（2）

线扫光度立体成像系统

示意图

本文主要介绍悟空相位成像系统，如下图（3）为常规方案拍摄划痕、脏污及气泡的成像效果，面对细微瑕疵，难以对特征进行处理和提取。图（4）为悟空相位成像系统提供的效果图，可以呈现上述难以成像的特征，简化后期的算法处理难度。

  图（3） 常规方案

  图（4） 相位方案

线扫检测中，通过相位线阵光源输出高频信号给线扫相机，将图像数据直接传至图像预处理器，并处理获得对应的八张相位原图和六张预处理效果图。六张预处理器效果图包含形状图1、形状图2、镜面反射图、光泽比图、漫反射图、标准图，可分别对图像具有2.5D凹凸的特征、细小划伤、脏污异物、产品轮廓定位进行提取。

悟空相位成像系统提供图像调节功能，可对预处理后的图像进行二次调节，利于对特征对比度或轮廓的增强，如下图5~7所示。

图（5）

相位原图X1

图（6）

形状图1-调参前

图（7）

形状图1-调参后

此外，该系统还可以区分有感和无感的特征，即有深度和无深度的信息，将背景干扰信息过滤，提取用户所需的特征，如下图8~10所示。

 图（8）

相位原图X1

图（9）

相位原图Y1

图（10）

形状图1

面对被测产品表面不够光滑，或具有反光方向性的情况，相位成像系统还可通过调节光源角度、光斑正弦性周期、亮度来适配效果，如下图11~12。

图（11）相位常规方案-无相位效果，预处理效果不佳

图（12）相位调整方案-有相位效果，可输出效果

目前，该系统主要应用于锂电的铝壳电池、蓝膜电池的划痕和气泡检测；产品为高反光产品的凹凸点、压痕检测，推荐使用线扫相位成像方式；如果产品是磨砂等非光滑面，推荐使用线扫光度立体成像方式，或其它检测方式。

总的来说，无论是悟空相位成像系统还是线扫光度立体成像系统，都是为了解决机器视觉行业中的难题而推出的解决方案。通过这些先进的技术和设备，沃德普可以更好地应对各种复杂的检测任务，提高生产效率和产品质量。

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