机器视觉在光纤端面缺陷检测中的应用

　　本文介绍了如何利用机器视觉进行光纤端面的缺陷检测，并使用美国国家仪器(NI)公司的VBAI视觉自动检测开发环境完成了机器视觉系统的开发。VBAI(Vision Builder for Automated Inspection)是NI推出的一款视觉检查软件，作为自动检测的视觉生成器。此工具是实验室进行快速视觉效果验证的理想工具，也是很好的生产线简易测试平台。结果显示，该系统能够比较精确地检测出缺陷所在位置及其大小，速度较快，达到了对光纤端面缺陷检测的要求。

　　1 检测系统

　　本文所提出的光纤端面缺陷机器视觉检测系统由光纤端面检测仪以及PC系统组成。检测的时候将光纤活动连接器插入光纤端面检测仪的固定测试平台中，而光纤端面检测仪通过USB线连接到PC系统上，这样就能将图像采集到电脑里。调整显微镜焦距，一旦得到了满意的图像，就启动软件对光纤端面进行分析，与软件预设的标准指标进行比较，从而定量地确定各区域信息，判断该光纤端面合格与否。

　　该系统的检测效果与软件的能力、显微镜性能以及操作人员对焦图像的技能有关，已经证明了其在准确性、可重复性、再现性以及检测效率等方面明显优于人工检测。该方案还可以提供检测结果的具体记录，包括端面图像和损伤检测数据等，提高系统的自动化程度。

　　2 检测过程

　　本系统所使用的检测软件是基于VBAI视觉自动检测开发环境开发的，具备对光纤端面图像进行处理和分析的能力，其处理流程如图1所示。

　　在使用光纤端面检测仪对光纤端面进行图像采集的时候，由于光纤端面每次出现在视野范围中的位置都有所不同，所以首先要对光纤端面纤芯的位置进行定位才能对其进行一系列的检测。要定位纤芯的位置，首先需要将采集到的图像二值化。因为通过光纤端面检测仪采集得到的初始图像为32位的，而在VBAI中对图像分析处理的函数模块基本上都是不支持32位图的，所以只有把32位图转化成二值图像，才能对其进行一系列精确的分析。使用VBAI的视觉助手(Vision Assistant)函数模块对初始图像进行图像处理，通过抽取色彩值(Extract HSL)的子函数即可得到灰度8位图，然后使用阈值法将图像二值化。

　　阈值法是一种简单而且有效的图像分割方法，此方法是用一个或几个阈值将图像的像素灰度级分为几个级别，属于一个级别的像素点被认为是同一类物体。需要注意的是，在光纤端面检测的过程中，由于包层可能会和包层外的脏污属于同一个灰度级，所以在对包层外的脏污检测的时候是不能同时对包层上的脏污进行检测的，需要将包层屏蔽以后再检测。

　　在本系统中，设F(x，y)表示对图像二值化的输出，其像素灰度级范围为[a，b]，对同一类型的缺陷检测时只需要设定一个a和b之间的阈值TH，把图像的像素分成大于TH的像素群(缺陷)和小于TH的像素群(背景)两部分。即：

　　图像二值化将缺陷像素点的灰度值设为0，背景像素点的灰度值设为1。在VBAI的视觉助手函数模块中就有设置阈值(Threshold)的函数子模块，调用的时候只需要在阈值直方图上根据双峰法找到波峰与波谷，并手动调整阈值的大小，使其能将缺陷与背景区分开来即可，如图2所示。