產品的外觀缺陷直接影響著產品的質量問題，而在檢測時，由于產品缺陷種類繁多且干擾因素眾多，導致產品的外觀缺陷檢測一直是機器視覺檢測中的難點。

外觀缺陷檢測的難點

外觀缺(que)陷檢測的(de)難點主要來自(zi)于產品本身以及(ji)檢測儀器的(de)選(xuan)擇(ze)，主要有以下幾大(da)類：

1）產品的多樣性，經常使外觀檢測(ce)陷(xian)入困境；

2）產品的(de)外(wai)觀缺陷除了常見的(de)劃痕、雜質、裂紋等，還有易與背景(jing)融于一體的(de)透(tou)明膠水輪廓檢測；

3）反(fan)光物體(ti)通常會使圖像呈現大面積白斑，無法提取缺(que)陷特征；

4）圓弧面缺(que)陷，受弧面的影響導致視野不能做大，如用明(ming)視野法(fa)，則成像(xiang)光斑非常小；用暗視野成像(xiang)則對于缺(que)陷方向有局限性；

5）部分(fen)產品(pin)表面由于材質原因，灰塵、雜質與劃(hua)痕難以區分(fen)檢測；

6）空(kong)心(xin)圓柱(zhu)體內壁曲面的(de)缺陷(xian)檢(jian)測，經常(chang)由于景(jing)深不足(zu)且(qie)鏡頭視角受(shou)限，無法得到理(li)想的(de)圖(tu)像(xiang)。

       除了缺陷檢測本身固有的難點之外，在機器視覺檢測系統中，光源的選擇和使用(yong)也(ye)是能(neng)否精確檢出缺陷(xian)的一個關(guan)鍵環節。光源、相機、鏡頭的選取與搭(da)配，是技術人員面(mian)對的一大考驗。在選擇光源時，通常需要如下考慮：

1）針對不(bu)同(tong)的檢測要(yao)求，光(guang)源可使用常亮模式(shi)，也可進行(xing)多工位頻閃拍照；

 2）根據(ju)外觀缺陷(xian)的形狀或材質特性，可選擇明場(chang)或暗場(chang)照明，同時光(guang)源角度也可按需調整(zheng)；

3）根據視野(ye)與(yu)(yu)精度要(yao)求(qiu)，除了選(xuan)擇不同的相機與(yu)(yu)鏡(jing)頭組合外，光源的工作距離也尤(you)為重要(yao)。

針對不同類型的外觀缺陷檢測光源方案

       不(bu)(bu)同的(de)外觀(guan)(guan)缺(que)陷(xian)有(you)著(zhu)不(bu)(bu)同的(de)特征，要想達到一個好(hao)的(de)檢測效果，需要對(dui)各種(zhong)光源(yuan)的(de)原理及應用(yong)熟稔于心。選擇合適的(de)光源(yuan)才能更(geng)高效地面(mian)對(dui)不(bu)(bu)同缺(que)陷(xian)的(de)需求。以(yi)下為針對(dui)不(bu)(bu)同外觀(guan)(guan)缺(que)陷(xian)樣品的(de)常用(yong)打光方案(an)。

1）針對反光且(qie)外(wai)形(xing)不(bu)規則的物體(ti)(ti)，可(ke)使(shi)(shi)用多(duo)角度(du)(du)多(duo)光譜光源。多(duo)光譜光源從多(duo)角度(du)(du)照射，可(ke)使(shi)(shi)物體(ti)(ti)表面(mian)不(bu)規則的區域展現出不(bu)同的成像(xiang)(xiang)特(te)性(xing)；而反光面(mian)與粗糙(cao)面(mian)對光的散射效果不(bu)同，則可(ke)在圖片上投(tou)射出不(bu)同的灰度(du)(du)信(xin)息(xi)。通過計算(suan)顏(yan)色分布和圖像(xiang)(xiang)陰影變(bian)化，可(ke)準確突(tu)出物體(ti)(ti)表面(mian)的層次信(xin)息(xi)，方(fang)便后期(qi)抓取圖像(xiang)(xiang)特(te)征。

2）針對大面積大視野的(de)樣品(pin)檢測，條形光(guang)(guang)(guang)(guang)源(yuan)(yuan)和背(bei)光(guang)(guang)(guang)(guang)源(yuan)(yuan)是首(shou)選光(guang)(guang)(guang)(guang)源(yuan)(yuan)。大尺寸背(bei)光(guang)(guang)(guang)(guang)源(yuan)(yuan)，通過(guo)LED的(de)高密度(du)排列，提供(gong)高均勻性與高亮(liang)度(du)的(de)照(zhao)明效果，能突出物體的(de)外形輪廓等(deng)特征。而(er)條光(guang)(guang)(guang)(guang)的(de)指向性強且(qie)光(guang)(guang)(guang)(guang)線均勻，通過(guo)調(diao)整(zheng)角(jiao)度(du)或者多(duo)個(ge)條光(guang)(guang)(guang)(guang)組(zu)合(he)可檢測較大面積的(de)外觀(guan)缺(que)陷(xian)。

3）針對(dui)磨砂材(cai)質的(de)表面(mian)缺陷，可(ke)使(shi)用指向(xiang)性好的(de)光(guang)源。指向(xiang)性好的(de)光(guang)源可(ke)以突出(chu)材(cai)料表面(mian)的(de)顆粒感；相比之下，漫(man)射(she)光(guang)源則會使(shi)外觀缺陷的(de)成像圖沒(mei)有(you)對(dui)比度(du)。

4）針對部分(fen)需要分(fen)多(duo)次拍照(zhao)且有(you)速(su)度(du)要求的(de)樣品，需使用(yong)高亮(liang)光源。多(duo)工位多(duo)次拍攝成像的(de)外觀檢測(ce)，需使用(yong)頻閃拍照(zhao)系統，且光源體積(ji)要小，重量要輕。

不同類型的光源對外觀缺陷檢測的影響

        專注于生產機器視覺光源(yuan)的(de)沃(wo)德普自動化(hua)公司(wordop)，推出了多款針對缺(que)陷檢測的(de)光源(yuan)解決方案。

1）交叉線形光源

圖1：交叉線形光源(yuan)

        傳統(tong)線形(xing)光(guang)(guang)(guang)(guang)源，多應(ying)用(yong)于高(gao)速大幅面樣品的識別、定位、缺(que)(que)陷檢測(ce)及尺寸測(ce)量等檢測(ce)項。在劃(hua)痕(hen)類(lei)的缺(que)(que)陷檢測(ce)中，如(ru)果使(shi)用(yong)傳統(tong)的線形(xing)光(guang)(guang)(guang)(guang)源，只能檢測(ce)出“橫向缺(que)(que)陷”，而“縱向缺(que)(que)陷”則難(nan)以被發現。為了(le)(le)讓“縱向缺(que)(que)陷”也無處遁(dun)逃(tao)，沃德普推出了(le)(le)交叉(cha)線形(xing)光(guang)(guang)(guang)(guang)源。它(ta)利用(yong)特殊的光(guang)(guang)(guang)(guang)學設(she)計，使(shi)兩側的光(guang)(guang)(guang)(guang)線呈一定角度匯集到光(guang)(guang)(guang)(guang)源中間位置，凸顯(xian)縱向缺(que)(que)陷，通(tong)過降低背景亮度來提升(sheng)缺(que)(que)陷的對比度。圖2為交叉(cha)線形(xing)光(guang)(guang)(guang)(guang)源的照明(ming)光(guang)(guang)(guang)(guang)斑與(yu)工作距離(li)關系的示意圖。

圖2：交叉線形光(guang)源照明光(guang)斑與工作(zuo)距離關系的示意圖

       光源(yuan)（推薦）工作(zuo)距離為50~150mm。表1為交叉線形光源(yuan)的推薦工作(zuo)距離、理(li)論有效(xiao)范(fan)圍與實(shi)際有效(xiao)范(fan)圍的關(guan)系圖。

表1：距離關系

        手機等移動電子產品的玻璃蓋板的表面缺陷檢測，是當下機器視覺的熱點應(ying)用(yong)，也是難(nan)點應(ying)用(yong)之一。針對(dui)(dui)玻璃蓋(gai)板表面的劃痕，分別使用(yong)普通線(xian)形光源和交(jiao)叉線(xian)形光源對(dui)(dui)其進行檢測（光源架設方向(xiang)與運動方向(xiang)垂直），檢測結(jie)果(guo)對(dui)(dui)比如(ru)圖3所(suo)示。

（a)  普(pu)通(tong)線光檢(jian)測“橫向(xiang)劃(hua)痕(hen)(hen)”   （b) 普(pu)通(tong)線光檢(jian)測“縱向(xiang)劃(hua)痕(hen)(hen)”    （c) 交叉線光檢(jian)測“縱向(xiang)劃(hua)痕(hen)(hen)”

圖3：玻璃蓋板(ban)上的劃(hua)痕檢測

        玻璃蓋(gai)板(ban)上的(de)(de)劃(hua)(hua)痕(hen)檢(jian)(jian)(jian)測(ce)結果如圖(tu)3所示，從圖(tu)3（a)、（b）、（c)分別是(shi)普通(tong)線(xian)(xian)光(guang)(guang)檢(jian)(jian)(jian)測(ce)“橫(heng)向(xiang)(xiang)劃(hua)(hua)痕(hen)”、普通(tong)線(xian)(xian)光(guang)(guang)檢(jian)(jian)(jian)測(ce)“縱向(xiang)(xiang)劃(hua)(hua)痕(hen)”、交(jiao)叉線(xian)(xian)光(guang)(guang)檢(jian)(jian)(jian)測(ce)“縱向(xiang)(xiang)劃(hua)(hua)痕(hen)”。從圖(tu)中可以(yi)看出(chu)，使(shi)用(yong)普通(tong)線(xian)(xian)光(guang)(guang)源檢(jian)(jian)(jian)測(ce)“橫(heng)向(xiang)(xiang)劃(hua)(hua)痕(hen)”時(shi)缺(que)陷可見(jian)，使(shi)用(yong)普通(tong)線(xian)(xian)光(guang)(guang)源檢(jian)(jian)(jian)測(ce)“縱向(xiang)(xiang)劃(hua)(hua)痕(hen)”時(shi)缺(que)陷不可見(jian)，使(shi)用(yong)交(jiao)叉線(xian)(xian)光(guang)(guang)源檢(jian)(jian)(jian)測(ce)“縱向(xiang)(xiang)劃(hua)(hua)痕(hen)”時(shi)缺(que)陷可見(jian)。因此，在(zai)實際檢(jian)(jian)(jian)測(ce)過(guo)程中，將(jiang)普通(tong)線(xian)(xian)光(guang)(guang)源和交(jiao)叉線(xian)(xian)光(guang)(guang)源配(pei)合使(shi)用(yong)，可以(yi)很好地檢(jian)(jian)(jian)出(chu)玻璃蓋(gai)板(ban)上的(de)(de)橫(heng)豎劃(hua)(hua)痕(hen)。這種方法(fa)可用(yong)于檢(jian)(jian)(jian)測(ce)玻璃蓋(gai)板(ban)、薄(bo)膜、金屬(shu)面等(deng)產品上的(de)(de)劃(hua)(hua)痕(hen)和條紋等(deng)缺(que)陷。

2）平面無影光源

圖4：平面無影光源

        平面無影光(guang)(guang)源能提供高均(jun)勻(yun)度的(de)漫射(she)照明，可以消除產(chan)品(pin)表(biao)面不平整形(xing)成(cheng)(cheng)的(de)干擾，成(cheng)(cheng)像(xiang)效果與“圓(yuan)(yuan)頂+同(tong)軸光(guang)(guang)源組合”類似，且相比于組合光(guang)(guang)源而言，更節省空間(jian)。圖(tu)5為(wei)(wei)兩組光(guang)(guang)源的(de)成(cheng)(cheng)像(xiang)原理圖(tu)，左側為(wei)(wei)平面無影光(guang)(guang)源，右側為(wei)(wei)“圓(yuan)(yuan)頂+同(tong)軸”的(de)組合光(guang)(guang)源。

圖(tu)5：成像(xiang)原理圖(tu)

        在檢測表(biao)面不(bu)平整的(de)物體時，如塑(su)料等材質柔軟的(de)包裝袋表(biao)面，推薦使(shi)用平面無(wu)影光(guang)(guang)源(yuan)(yuan)。圖(tu)6為(wei)手機拍(pai)攝的(de)食品(pin)包裝袋樣品(pin)，圖(tu)7的(de)（a)、（b）、（c）分別為(wei)同軸光(guang)(guang)源(yuan)(yuan)、圓(yuan)頂光(guang)(guang)源(yuan)(yuan)、平面無(wu)影光(guang)(guang)源(yuan)(yuan)對食品(pin)包裝袋上的(de)字符的(de)檢測效果對比(bi)。

圖6：手(shou)機拍(pai)攝的食(shi)品包裝袋樣品

（a）同軸(zhou)光(guang)源                     （b）圓頂光(guang)源                   （c）平面無影光(guang)源              

圖(tu)(tu)7：不同光源的成像(xiang)效(xiao)果圖(tu)(tu)

       如圖7所示，使(shi)(shi)用(yong)同軸光(guang)源(yuan)(yuan)時，光(guang)線(xian)明暗不(bu)(bu)均(jun)勻，無(wu)法檢測不(bu)(bu)平整(zheng)物品（a）；使(shi)(shi)用(yong)圓頂(ding)光(guang)源(yuan)(yuan)照明存在(zai)陰影(ying)，也無(wu)法檢測不(bu)(bu)平整(zheng)物品（b）；使(shi)(shi)用(yong)平面(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)無(wu)影(ying)光(guang)源(yuan)(yuan)，打光(guang)均(jun)勻，成像(xiang)清(qing)晰且包裝(zhuang)袋上的(de)字(zi)(zi)體(ti)清(qing)晰可見(jian)，適(shi)用(yong)于檢測不(bu)(bu)平整(zheng)物品表面(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)（c）。從圖7中不(bu)(bu)難看出(chu)，使(shi)(shi)用(yong)同軸光(guang)源(yuan)(yuan)時成像(xiang)效果(guo)最差，而使(shi)(shi)用(yong)平面(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)無(wu)影(ying)光(guang)源(yuan)(yuan)的(de)成像(xiang)效果(guo)最好。除此之外(wai)，平面(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)無(wu)影(ying)光(guang)源(yuan)(yuan)還適(shi)用(yong)于弧面(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)產品字(zi)(zi)符(fu)檢測、圓柱體(ti)表面(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)檢測以及電子元器件字(zi)(zi)符(fu)檢測等應用(yong)領(ling)域。

3）平面條紋光源

圖8：平面(mian)條紋光(guang)源

       平(ping)面(mian)條(tiao)紋(wen)光(guang)源(yuan)使(shi)用平(ping)面(mian)條(tiao)紋(wen)式照(zhao)明，通過反射的(de)(de)光(guang)線相互干(gan)(gan)涉而形(xing)成明暗(an)相間的(de)(de)干(gan)(gan)涉直條(tiao)紋(wen)，當檢(jian)測物體表面(mian)有凹凸(tu)(tu)不(bu)平(ping)時(shi)，由(you)于(yu)光(guang)程變(bian)(bian)化(hua)使(shi)得部分(fen)直條(tiao)紋(wen)產生形(xing)變(bian)(bian)，以此(ci)來檢(jian)測元(yuan)件表面(mian)的(de)(de)凹凸(tu)(tu)點(dian)及(ji)細小缺陷(xian)問題。平(ping)面(mian)條(tiao)紋(wen)光(guang)源(yuan)可(ke)很好的(de)(de)彌補(bu)同軸光(guang)源(yuan)難以檢(jian)測的(de)(de)凹凸(tu)(tu)點(dian)及(ji)細小缺陷(xian)不(bu)明顯的(de)(de)短板，適用于(yu)反光(guang)物體、膜材、五(wu)金件、玻璃上(shang)的(de)(de)凹凸(tu)(tu)點(dian)及(ji)細小缺陷(xian)的(de)(de)檢(jian)測。圖(tu)9為平(ping)面(mian)條(tiao)紋(wen)光(guang)源(yuan)成像(xiang)原理(li)圖(tu)。

圖(tu)9：平面(mian)條紋光(guang)源成像原理圖(tu)

       在實(shi)際應用中，平面條紋光(guang)源以其獨特的(de)發(fa)光(guang)原理，有(you)著無可替代的(de)成像優勢。以下為兩組經典案例。

       案例1：玻(bo)璃(li)(li)蓋板劃(hua)痕檢(jian)(jian)(jian)測(ce)。圖10為平(ping)面(mian)條紋光源和同軸光源的成像效果(guo)對比(bi)。（a）為平(ping)面(mian)條紋光源檢(jian)(jian)(jian)“劃(hua)痕”的效果(guo)，可以看到(dao)(dao)玻(bo)璃(li)(li)蓋板表面(mian)劃(hua)痕清晰可見。b)為同軸光源檢(jian)(jian)(jian)“劃(hua)痕”，可以看到(dao)(dao)玻(bo)璃(li)(li)蓋板表面(mian)整體被均勻照(zhao)射，但(dan)劃(hua)痕不(bu)可見。

（a）平面(mian)條(tiao)紋光源檢(jian)“劃(hua)痕”的效果     （b）同軸光源檢(jian)“劃(hua)痕”      

圖10：成像效(xiao)果對(dui)比

       案例2：偏光膜表面變形(xing)與凹(ao)(ao)凸點檢(jian)(jian)測(ce)。圖11為平面條(tiao)(tiao)(tiao)紋光源(yuan)的(de)(de)成像圖。（a）為平面條(tiao)(tiao)(tiao)紋光源(yuan)檢(jian)(jian)膜材“變形(xing)”的(de)(de)效果(guo)，（b）為平面條(tiao)(tiao)(tiao)紋光源(yuan)檢(jian)(jian)“凹(ao)(ao)凸點”的(de)(de)效果(guo)，可以看到檢(jian)(jian)測(ce)圖片中有缺陷的(de)(de)地方條(tiao)(tiao)(tiao)紋明顯形(xing)變，不再呈現出平行(xing)的(de)(de)特(te)征。

（a）平(ping)面條(tiao)紋光源(yuan)檢膜材“變(bian)形”的效果(guo)         （b）平(ping)面條(tiao)紋光源(yuan)檢“凹凸(tu)點”的效果(guo) 

圖11：成像(xiang)效果圖

總結

       從上述案例中可以得知，只有根據產品的檢測需求以及產品的自身特性來選擇合適的光源，才能得到好的光學方案。隨著光源的種類不斷增多，在保證成像質量的同時也朝著節省空間與成本的方向發展，同時很多檢測上的疑難點得到了解決與改善。在機器視覺檢測系統中，正確(que)選用適合的光源，不僅(jin)可以有效(xiao)提升成像對比度、保證圖像均勻性，同(tong)時還可降低算法難度，大幅提升了檢(jian)測效(xiao)率，使得(de)檢(jian)測化繁為簡(jian)，更具性價比。

       深圳市雙翌光電科技有限公司是一家以機器視覺為技術核心，自主技術研究與應用拓展為導向的高科技企業。公司自成立以來不斷創新，在智能自動化領域研發出視覺對位系統、機械手視覺定位、視覺檢測、圖像處理庫等為核心的20多款自主知識產權產品。涉及自動貼合機、絲印機、曝光機、疊片機、貼片機、智能檢測、智能鐳射等眾多行業領域。雙翌視覺系統最高生產精度可達um級別，圖像處理精準、速度快，將智能自動化制造行業的生產水平提升到一個更高的層次，改進了以往落后的生產流程，得到廣大用戶的認可與肯定。隨著智能自動化生產的普及與發展，雙翌將為廣大生產行業帶來更全面、更精細、更智能化的技術及服務。