[发明专利]一种金属板带表面微小缺陷的在线检测方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种金属板带表面微小缺陷在线检测方法以及实现该方法的装置与算法，通过红色、绿色、蓝色三台条形光源和单台彩色线阵CCD摄像机的组合，在不增加摄像机分辨率的情况下可实现表面微小缺陷的在线检测。并且在检测微小缺陷的同时，还可以通过现有算法实现常规缺陷的检测，结合微小缺陷和常规缺陷的检测结果就可以得到金属板带表面完整的缺陷信息。 

背景技术

表面缺陷是影响金属板带质量的一个重要因素，尤其对于高品质金属板带，如汽车板、家电板、不锈钢等，对于表面缺陷的要求非常严格。为了在线检测金属板带表面质量，控制表面缺陷的产生，从20世纪70年代开始，发达国家投入巨资研制表面在线检测技术。到20世纪末，德国、美国、日本等发达国家已经开发了具有实用价值的机器视觉表面在线检测系统。该系统的原理是将光源发出的光照射到金属板带表面，通过CCD摄像机在线采集金属板带表面的反射光。由于缺陷区域与无缺陷区域在反射性质上的不同，因此，在摄像机采集到的图像中，缺陷区域与无缺陷区域在灰度上存在着差别，通过图像处理算法可检测缺陷区域并对缺陷进行分类识别。 

照明方式是机器视觉表面在线检测系统的关键，它直接影响到缺陷在图像中的对比度。表面检测技术中常用的照明方式有两种，一种是明场照明，一种是暗场照明。附图中，图1表示了明场照明和暗场照明的工作原理。图1(a)是明场照明方式，摄像机放置在反射光的光路上。如果金属中表面没有缺陷，反射光的光强应该是分布均匀的。如果表面有缺陷，反射光的光强在缺陷区域就会发生变化，通过图像中灰度的变化情况可检测缺陷区域。图1(b)是暗场照明方式，摄像机没有放置在反射光的光路上。如果金属板带表面是绝对光滑的，那么摄像机就采集不到反射光。如果表面上有三维缺陷（凹凸性的缺陷），就会在缺陷区域造成漫反射，摄像机就可以采集到漫反射光，因此暗场照明方式可检测三维缺陷。 

明场照明和暗场照明的原理来源于镜面反射，由于一般的金属板带不是严格的镜 面，因此，在实际应用中，往往把两种照明方式结合起来使用。为了减少设备数量，降低系统成本，也可以采用介于明场照明与暗场照明的方式，如附图的图2所示。与图1相比，图2中摄像机所在的角度介于明场照明与暗场照明之间，在这种角度下，系统可以同时检测到明场照明和暗场照明下的缺陷，在不增加设备的情况下，达到检测多种缺陷类型的目的。 

但是明场照明、暗场照明和介于明暗场照明的方式对于微小缺陷的检出能力不足。为了提高微小缺陷的检出能力，需要提高摄像机的分辨率，这样会增加设备成本，而且由于摄像机分辨率增加会造成数据量的增加，从而对系统的数据处理能力提出更高的要求。 

本发明在不增加摄像机分辨率的基础上，将不同颜色（红、绿、蓝）的照明光源从不同角度照射到金属板带表面，利用一台彩色线阵CCD摄像机同时采集这些反射光，并分成不同的通道图像。利用不同角度照明对微小缺陷产生的反射光的差异，设计算法检测微小缺陷。 

发明内容

本发明采用了单台彩色线阵CCD摄像机与红色、绿色、蓝色三台条形光源的组合实现表面微小缺陷和常规缺陷的检测。 

通过单台彩色线阵CCD摄像机与红色、蓝色二台条形光源组合实现表面微小缺陷的检测，所述彩色三CCD的线阵摄像机，具有R、G、B三行像元，分别对红、绿、蓝三种波长的光线敏感，放置在垂直于金属板带表面的方向上，所述红色、蓝色条形光源放置在金属板带宽度方向上，其在金属板带表面的光照区域相同，该区域也就是摄像机的图像采集区域，所述红色、蓝色条形光源分别放置在摄像机位于金属板带运行方向的两侧，其入射角相等，发光强度相等，距离金属板带表面的高度也相等，从摄像机采集到的彩色图像分离出R、G、B通道图像，其中R、B通道图像分别对应所述红色、蓝色条形光源的反射光强度分布，本发明设计了表面倾角计算方法，可通过R通道图像和B通道图像计算表面倾角分布图，并根据表面倾角分布图检测金属板带表面微小缺陷。 

本发明的表面倾角分布图计算方法是，将摄像机采集到的彩色图像分离出R、B通道图像，根据R、B通道图像计算表面倾角分布图，计算公式为：