光学系统在机器视觉检测中的应用收藏

   摘要：    本文先介绍了机器视觉检测的基本原理，并对现在现有的光学系统检测的所涉及到的光学知识总了总结，最后以实际产品——汽车玻璃机器视觉在线检测系统为例，根据产品的原理和参数，做了光学系统分析。

    关键词 机器视觉检测 光学系统 汽车玻璃机器视觉在线检测系统    一、机器视觉检测基本原理    机器视觉检测是指利用计算机来模拟人眼制造光学检测系统，并用光学检测系统测量客观事物的物理特性，再经过计算机处理系统将采集到物理数据进行整理和定量的分析的技术。

就如,要检测的是某一工业产品的质量指标，则先通过分析该指标的物理特性之后，利用相应波长的光学成像系统对所测物理量成像，再经过图像采集系统将所称的光学像进行捕捉，接着利用采集与数字化系统对所捕捉的图像采集和数字化处理并索道分析系统中，分析系统经过分析之后给出定量的分析结果。

如果指标不合格，则提高定量的调整量，由此就避免了在检测某些指标时因人而已导致的误差和不确定性机器视觉检测技术总结    从整体上来说，现在所用的光机器视觉光学检测系统产品繁多，但经过我的调研发现基本上不出"一线二理"，一线是指系统的原理流程线，二理是指利用光学特性的两个基本原理：

   "一线"：待测物→光学成像系统→图像捕捉系统→采集与数字化→分析系统    "二理"："二理"即两种原理，其一是利用物距相距之间的关系检测物体的外形是否合格，如检测车轴等；其二是利用不同的物质对光的吸收程度和反射程度的不同来检测某种物质的含量化学成分分析、图形识别等。

   二、汽车玻璃机器视觉在线监测系统    汽车玻璃机器视觉在线检测系统（RVT-GlassInspection System ）是利用机器视觉检测的一个典型例子，在上面的模块中介绍了几个利用机器视觉检测的基本原理，在这个模块中将对现成的产品——汽车玻璃机器视觉在线检测系统做实际的分析，并根据相应的的系统参数，做一些简要的光学系统分析。

   1.基本原理    RVT-GlassInspection是是将图像的捕捉，处理和分析集成与一体的视觉系统该系统用扫描摄像机捕捉玻璃图像，系统接收的触发信号后开始连续扫描玻璃的图像在系统扫描过程中如果系统发现有凹陷或凸起等缺陷时发出相应的信号，若为发现则最后输出相应的无缺陷信号。

   2.主要的系统参数    （实际产品的系统参数不止这些，在此只列出与光学系统有关的参数）    a.检测识别对象：MARK、LOGO、爆边、汽泡、划伤等    b.待测物定义：平板玻璃，尺寸范围Max宽度 - 1250mm

   c.系统物理解析度为1250/5150= 0.24mm；    d.摄像机：SENTECH工业线扫描摄像机，解析度5150/7400像素，最大线速7K    e.镜头：尼康 f=25mm，宽口调焦镜头

   f.光源：长1450mm 衡亮LED背光源    三、基于系统的光学分析    1.成像原理    在该系统中光源的光线照射到玻璃上，经过玻璃的反射之后进入了摄像集中，并在摄像机中成像，同时经过图像采集和量化之后，将图像信息以数字的形式保存起来。

其中主要涉及到了两个几何光学的系统和一个光学传感器系统第一个是以光源为入射光线，以玻璃为反射面，以从玻璃摄入到摄像机得光线为反射光线的反射系统，其中光源是实物，玻璃是反射面，从光源反射出来的光形成的像是像；第二个是以玻璃为物，从玻璃反射到摄像机的光线为入射光线，以摄像机的镜头为折射透镜，以在摄像机里面成的想为实像；第三个是在摄像机中成的实像经过CCD或者CMOS做的的成像屏幕上成像，并以此为传感器将光信号转换成电信号，便于图像信息的采集和量化。

   2.玻璃缺陷的识别    从该仪器的系统参数可以看出，在这个系统里面的待测物是平板玻璃，其中特别说明了是平板玻璃，所以如果汽车玻璃合格也就是平整的话，从来自光源的在玻璃上的反射光在是规律变化的，同样在摄像机中成的想也就会有规律的变化，进而通过采集器采集量化后的数据也是有规律变化的，但是当反射平面（汽车玻璃平面）出现凹陷（或凸起）的现象时，对于一摄像机的镜头为折射透镜的光学系统来说，物距发生了变化，如果凹陷则物距变大，如果凸起则物距变小。

   我们可以得出，随着的变大或变小，也会有相应的变化，根据的变化情况，我们就可以判断出是凹陷还是凸起，同时，在扫描的时候是按行扫描的，所以可以根据扫描的行数和分辨就可判断出玻璃缺陷处得大小当然因为缺陷的大小是根据像素点的来确定，所以小于分辨率的凹陷就不呢结果检测出来，而如果分辨率很高得话，需要处理的数据量将会很大，所以，为了提高数据处理的速度，在满足要求的分辨率的情况下课相应的降低分辨率以减少需要处理的数据量。

（也可以是检测图标，只不过与检测缺陷相比，检测确实是利用物距与相聚的关系来确定是否有凹陷，而如果是检测图标，则因为不同颜色的反射面反射相同的入射光，反射强度不一样，所以利用的是反射光的强度的不同）    3.参数分析

   1.从检测识别对象来说，检测图标的类型是由机器视觉检测其的原理来决定的，因为要利用反射光的规律性变化，所以要检测的物体需要是玻璃平板；因为原理1利用的根据物距和相聚之间的关系来判定玻璃的表面，所以能检测的是玻璃平板的凹凸情况；原理2利用的是根据不同颜色的反射面将通以入射光得到的反射光的强度不同，所以可以检测的平板玻璃上的图标等。

   2.解析度实际上说的跟分辨率是一样，所以与测量结果的精度有关    3.镜头f=25mm，在系统内部处理物距相聚的时候用得到，但是因为在系统的内部都以将相应的参数设置好，所以，实际上对于使用者来说只需知道利用该参数确定能检测的玻璃与摄像头之间的距离什么时候最合适即可。

   4.光源：波长1450mm，因为在其他条件不变的情况下，光源的强度和光源的波长成线性的关系，所以，波长能在一定程度上可以反映出需要的光源的功率，但是光源的波长是要根据反射光的强度来确定，所以在保持尽量小的搞好的情况下，还需要满足反射光线足够强。

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