机器视觉工业缺陷检测的那些事（一）

一般机器视觉系统：相机、镜头、光源、运动系统。

视觉工业检测大体分为工件尺寸测量与定位，和表面缺陷检测，及各种Logo标识的检测与识别等。

尺寸测量主要是检测物体的长、宽、高，比较常见主要是物体的二维尺寸（宽和高）检测。

表面缺陷检测主要是物体表面局部物理或者化学性质不均匀的区域，比较常见的有金属或者塑料制品表面的划痕（如：手机壳/屏幕表面的划痕）、斑点和孔洞（如：PCB板漏了焊点或者表面多了焊点），纸张表面的色差、脏污点、破损，纸制品表面的压痕、凸起，玻璃等非金属制品表面的杂质、破损、污点、平整度等。

Logo标识的检测与识别，主要是Logo标识印刷是否正确、是否完整。

视觉检测系统基本组成主要包括图像的获取、图像的处理分析、数据管理及人机交互（也有的分为相机、光源、镜头、图像采集卡、视觉处理系统等五个部分）。其中图像的获取模块，硬件部分主要包括照明光源、相机、镜头、图像采集卡等。图像的处理分析，软件算法部分主要包括图像的预处理与检测处理，预处理对图像数据进行加工，使我们需要的图像特征更加明显；检测处理是根据图像特征对损伤、尺寸进行检测。数据管理及人机交互，对于检测到的物体是否合格，以及去向根据实际需要做相应的处理。

一、硬件选型

1、光源的选择

光源是基础，打光是艺术。一个好的打光效果，基本决定了视觉检测成功的一大半。

光源的合理性选择，直接影响了输入图像数据的质量与应用效果。针对每个不同的应用案例与环境，需要选择相应的光源与合理的照明方式，以求达到最好的应用效果。

（1）光源可分为可见光和不可见光。

常用的几种可见光源有LED灯、萤光灯、卤素灯（光纤光源)、特殊光源。

LED 灯：

• 使用寿命约10000－30000小时。

• 可以使用多个LED达到高亮度，同时可组合不同的形状；

• 响应速度快，波长可以根据用途选择，制成不同的颜色。

萤光灯：

• 使用寿命大约1500－3000小时；

• 优点：扩散性好、适合大面积均匀照射；

• 缺点：响应速度慢，亮度较暗。

光纤卤素灯：

• 使用寿命大约1000小时；

• 优点：亮度高；

• 缺点：响应速度慢，几乎没有光亮度和色温的变化。

（2）按照射方式不同可分为背向照明、前向照明、结构光和频闪光照明等。

背向照明是被测物放在光源和摄像机之间，它的优点是能获得高对比度的图像，图像效果为黑白分明的被测物轮廓，常用于尺寸测量；

前向照明是光源和摄像机位于被测物的同侧，这种方式便于安装，主要用于检测物体表面的重要细节特征、缺陷和划痕。

结构光照明是将光栅或线光源等投射到被测物上，根据它们产生的畸变，解调出被测物的三维信息。

频闪光照明是将高频率的光脉冲照射到物体上，摄像机拍摄要求与光源同步。

（3）按照照明方式可分为穹形光源、环形光源、平行光源、同轴光源、点光源、低角度光源、线光源、光栅等。

选择光源的角度：根据期望的图像效果，选择不同入射角度的光源。

穹形光源，主要用于球型或曲面物体的缺陷检测、不平坦的光滑表面字符的检测、金属或镜面的表面检测。如玻璃瓶、滚珠、小工件表面、塑料或铝制容器等。

环形光照射，多用于集成电路料带与管脚字符、金属工件刻印字符、光滑表面划痕、瓶口尺寸或裂痕、平面工件表面质量检测。

条形光源（可控照明，红色，蓝色，绿色单色光源）也叫条形灯是一种从侧面打光的照明光源，常用的角度是45度，也有更小的角度。侧光灯可以避免正面照射产生的强烈反光，同时还可以对边缘部分实现高亮的照明。是一种在尺寸测量、外观检测方面应用非常广泛的一种照明方式。常用于：LCD缺陷的检测、包装文字检测、包装膜破损检测、纸张质量检测、常规印刷质量检测、制造物裂纹的检测、电子部件的形状识别和大小的测量、各种线阵检测等。

同轴光照射，图像效果为明亮背景上的黑色特征，用于反光厉害的平面物体检测，能够加强有差异角度的表面特征，增强表面纹理（划痕、凹陷、压印），减少阴影。如金属、玻璃等光洁表面的划痕和瑕疵检测，芯片和硅片的破损检测、金属件上的冲压字符检测、线路板焊点与符号、集成电路的管脚字符检测等。

高角度照射，图像整体较亮，适合表面不反光物体；

低角度照射，图像背景为黑，特征为白，可以突出被测物轮廓及表面凹凸变化；

多角度照射，图像整体效果较柔和，适合曲面物体检测；