[發明專利]金屬銹斑最優光譜波段選取視覺檢測裝置和方法

有效

• 申請號: 201510513673.1
• 申請日: 2015-08-20
• 公開（公告）號: CN105115908B
• 公開（公告）日: 2017-11-21
• 發明（設計）人: 趙首博;范劍英;王洋
• 申請（專利權）人: 哈爾濱理工大學
• 主分類號: G01N21/25
• 分類號: G01N21/25
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種金屬銹斑最優光譜波段選取視覺檢測裝置和方法，屬于視覺檢測技術領域。

背景技術

金屬銹斑的視覺檢測技術被廣泛應用于裝備制造過程的金屬原料篩選和產品分級，是裝備制造成套工藝的重要環節。目前金屬銹斑的視覺檢測普遍采用直接地后期圖像處理的方式，根據銹斑與背景在光電傳感器上的通道數據階躍變化，即灰度突變來完成檢測。然而普通的視覺成像裝置通道數量有限，限制了金屬銹斑的檢測精度，且在工業現場復雜環境中，灰度突變特性受環境光，金屬工件形貌和姿態等因素影響嚴重，難以對金屬銹蝕情況準確做出評價。因此，如何實現金屬銹斑的高準度、高精度的視覺檢測成為了裝備制造高端化的迫切需求。

發明內容

為了實現這一需求，本發明提供一種金屬銹斑最優光譜波段選取視覺檢測裝置和方法，通過一維光譜數據加二維空間數據信息的采集，提高金屬銹斑與背景的對比度，從而提高金屬銹斑的視覺檢測準確度和精度。

為了解決上述技術問題，本發明金屬銹斑最優光譜波段選取視覺檢測裝置予以實現的技術方案是：包括光學與傳感系統、測量控制系統、計算機信息處理系統和記錄顯示系統；所述光學與傳感系統用于測出金屬件的一維光譜數據加二維空間數據信息；所述測量控制系統用于對所述光學與傳感系統的成像光譜進行選擇；所述的計算機信息處理系統用于對采集的一維光譜數據加二維空間數據分析計算處理，并將處理結果傳送給所述的記錄顯示系統；所述記錄顯示系統記錄并顯示金屬銹斑的檢測結果。

所述光學與傳感系統包括：第一透鏡組、一片透射式衍射光柵、第二透鏡組、一個硅基液晶（Liquid Crystal on Silicon，LCOS）、一臺CCD相機和外部殼體；所述的第一透鏡組作為物鏡將被測金屬目標成像到所述的衍射光柵面上；所述的衍射光柵將入場光線色散，形成一維衍射光譜；所述的第二透鏡組將入場光線成像在CCD面的同時，在所述的LCOS面形成一維線性光譜；所述的LCOS通過所述的測量控制系統發出的控制信號對不同波長光線進行選擇；所述的CCD相機接收成像光線，實現所述光學與傳感系統的多光譜成像；所述的外部殼體用于固定光學元件，并對光路進行密封以避免外界干擾光進入。

本發明金屬銹斑最優光譜波段選取視覺檢測方法，包括以下步驟：

步驟一、光譜譜線的標定：

選用主波長為405nm、510nm和650nm三種半導體激光器進行光譜標定；半導體激光器放置在光學與傳感系統的成像入口處；調整半導體激光器同光學與傳感系統的相對位置以實現準直；

已知波長的激光束發生偏折后到達所述的LCOS面上，形成一條譜線；調整所述CCD相機位置，使CCD對LCOS成像，從而得到譜線與圖像坐標的對應關系；

依次完成405nm、510nm和650nm三種固定波長對應的LCOS面坐標采樣；利用已知的波長光譜與LCOS面坐標關系進行線性插值，補全整個光譜，得到光譜標定函數M；光譜譜線標定結束后，將所述CCD相機重新調整回原位，使CCD面與LCOS面相對所述的第一透鏡組互為共軛；

步驟二、尋找最優光譜波段：

測量控制系統控制所述的LCOS晶元的開關，使可見光波段分成N個細小波段；依次選取各細分波段為開狀態，對應波長光線在CCD面成像；將光學與傳感系統多次采集不同波長的圖像組合成三維多光譜數據；三維多光譜數據的表達式為：

（1）

T為在第一衍射級次光譜強度分布；是CCD所采集的第n波段圖像數據，x和y為圖像的二維坐標，n =1,2…,N ；是光譜標定所得對應關系的分段函數，u和v為LCOS面的二維坐標，即：

（2）

在計算機信息處理系統中，對采集的三維多光譜數據做三維邊緣檢測，初步區分被測金屬表面銹斑數據域與被測金屬表面背景數據域；在兩數據域內各任選一條譜線作為被測金屬表面銹斑的系統光譜響應值與被測金屬表面背景的系統響應值；

只考慮一維光譜信息時，系統光譜響應值可寫為：

（3）

為LCOS在開狀態下的CCD光譜響應函數；為環境光源的光譜功率分布；為被測金屬表面的光譜反射函數；為最佳光譜選取函數；

被測金屬表面銹斑相對被測金屬表面背景的對比度表現為兩者系統光譜響應值的比值：

（4）

尋找最佳光譜選取函數，即：

（5）

通常表現為以光波長為變量的窗函數，設