引言：隨著工業(yè)自動化的迅猛發(fā)展，機器視覺的應(yīng)用已經(jīng)越來越多深入到智能制造設(shè)備的檢測領(lǐng)域，其中包含了不同的檢測類別，如識別定位、輪廓尺寸、外觀缺陷等檢測。沃德普致力于提供一副成像特征明顯的圖像，提供行業(yè)領(lǐng)先的系統(tǒng)性成像解決方案。本文詳細(xì)介紹的是悟空相位成像系統(tǒng)，通過一次掃描，可以檢測2D類型的特征，同時獲取2.5D類型的特征，解決壓痕類、凹凸點類、細(xì)小瑕疵類的檢測難題。

一、悟空相位成像系統(tǒng)的原理

“悟空相位成像系統(tǒng)”采取了相位偏折技術(shù)對于獲取的圖像進行計算和特征放大。相位偏折技術(shù)在廣義上屬于結(jié)構(gòu)光的一種（也被稱之為條紋反射法），主要應(yīng)用于檢測光滑的類鏡面物體表面連續(xù)變化的特征，我們常稱的2.5D特征。一個完整的光學(xué)檢測系統(tǒng)，包含了相位成像光源、相機鏡頭模塊、圖像處理與分析、數(shù)據(jù)處理、用戶界面等組件。

通過計算編程正弦條紋投影至待測物上，利用相機采集待測物表面經(jīng)過調(diào)制的彎曲條紋，進行相機標(biāo)定。得到相機內(nèi)參后，將得到的調(diào)制條紋圖進行與計算或是測量得到的系統(tǒng)幾何結(jié)構(gòu)參數(shù)進行運算得到梯度關(guān)系，最后進行積分重建，將梯度關(guān)系轉(zhuǎn)換為高度關(guān)系。如下圖1-1所示。

圖1-1

在實際的測量計算過程中，單一方向的正弦條紋所提供的梯度信息存在一定的局限性。因此，在實踐應(yīng)用中，采用八張不同方向的投影條紋圖案來獲取表面在水平和豎直兩個方向上的梯度分布。只有對這兩個方向的梯度分布進行積分處理，才能準(zhǔn)確地獲取最終的高度信息。

線掃檢測中，通過相位線陣光源輸出高頻信號給線掃相機，將圖像數(shù)據(jù)直接傳至圖像預(yù)處理器，并處理獲得對應(yīng)的八張相位原圖和六張預(yù)處理效果圖。六張預(yù)處理器效果圖包含形狀圖1、形狀圖2、鏡面反射圖、光澤比圖、漫反射圖、標(biāo)準(zhǔn)圖，可分別對圖像具有2.5D凹凸的特征、細(xì)小劃傷、臟污異物、產(chǎn)品輪廓定位進行提取。

一、悟空相位成像系統(tǒng)的構(gòu)成

圖2-1

用戶可根據(jù)需求選擇面陣/線掃的相位光源、根據(jù)被測物的成像視野和精度選擇合適的相機鏡頭，提供圖像預(yù)處理器及內(nèi)置圖像預(yù)處理軟件對相機采集的原圖直接進行圖像預(yù)處理。具體產(chǎn)品規(guī)格見產(chǎn)品說明手冊，本文不做詳細(xì)說明。

三、悟空相位成像系統(tǒng)的特點

以下面兩組成像對比圖進行展開：圖3-1為常規(guī)方案拍攝劃痕、臟污及氣泡的成像效果，面對細(xì)微瑕疵，難以對特征進行處理和提取。圖3-2為悟空相位成像系統(tǒng)提供的效果圖，可以呈現(xiàn)上述難以成像的特征，簡化后期的算法處理難度。

圖3-1

圖3-2

特點1 突顯2.5D特征變化

特點2 消除背景干擾

特點3 突顯細(xì)小劃痕缺陷

特點4 適應(yīng)不同反光度產(chǎn)品

當(dāng)前檢測產(chǎn)品反光度較低，使用默認(rèn)的相位光斑無法正常投影到產(chǎn)品上，形成相位偏折效果。該系統(tǒng)提供多種正弦光斑可選，面對不同反光度產(chǎn)品時可根據(jù)圖像效果進行選擇，如上圖3-13和圖3-15選用不同的正弦光斑，對應(yīng)的形狀圖效果大不相同。具有相位偏折變化的原圖，對應(yīng)的形狀圖中可明顯呈現(xiàn)2.5D類型特征。

特點5 超快的計算效率

該系統(tǒng)可提供圖像預(yù)處理器或預(yù)處理算子對原圖進行處理，通過使用GPU加速，獲得超快的計算效率。在特定圖像大小的對比下，領(lǐng)先同行接近一半的處理效率，為用戶節(jié)省CT時間，提升檢測效率。