Схема освітлення для виявлення поверхневих подряпин на основі машинного бачення

У промисловому виробництві часто виникають поверхневі дефекти, такі як тріщини та подряпини на продуктах. Галузь машинного бачення досягла значних успіхів у перевірці поверхонь порівняно з попередніми роками, а виявлення подряпин, забруднень та інших дефектів на поверхнях продуктів уже не є складною задачею.

Вона широко застосовується для перевірки поверхонь у таких галузях, як метал, скло, екрани мобільних телефонів та рідкокристалічні панелі.

Однак такі дефекти часто мають неправильну форму, низький контраст глибини та легко піддаються втручанню природної текстури або малюнків на поверхні продукту. Тому виявлення дефектів подряпин на поверхні ставить дуже високі вимоги до правильного освітлення, роздільної здатності камери, відносного положення між контрольованою деталлю та промисловою камерою, а також до складних алгоритмів машинного бачення.

Базовий процес аналізу виявлення подряпин у машинному баченні поділяється на два етапи: по-перше, визначити, чи є подряпина на поверхні продукту. По-друге, після підтвердження наявності подряпини на проаналізованому зображенні — виділити цю подряпину.

ⅰ .  Подряпини на поверхні загалом можна поділити на три основні категорії:

Тип 1 Подряпини: Візуально порівняно легко впізнати, мають чітку зміну відтінків сірого порівняно з навколишньою областю. Можна вибрати менший поріг, щоб безпосередньо позначити дефектну частину.

Тип 2 Подряпини: Деякі мають менш очевидні зміни яскравості. Весь знімок має відносно однорідну шкалу сірого, область подряпини невелика (лише кілька пікселів), а яскравість лише трохи нижча, ніж у навколишнього зображення, що ускладнює їх розрізнення.

Вихідне зображення може бути оброблене за допомогою фільтра середнього значення для отримання більш гладкого зображення. Відніміть це зображення від вихідного. Якщо абсолютне значення різниці більше певного порогу, позначте це як об'єкт. Позначте всі об'єкти, обчисліть їхню площу, видаліть об'єкти з надто малою площею та позначте решту як подряпини.

Подряпини типу 3: Мають суттєві відмінності в яскравості між частинами, а форма зазвичай довга і вузька. Якщо до зображення застосувати сегментацію з фіксованим порогом, позначена дефектна частина буде меншою за фактичну.  

Оскільки подряпини на таких зображеннях довгі та тонкі, то виявлення лише на основі відтінків сірого може не виявити розширені частини дефекту. Для таких зображень, виходячи з їхніх характеристик, обрано метод, який поєднує подвійні порогові значення та ознаки форми дефекту.

Унаслідок різноманітності зображень у промисловому контролі для кожного типу зображення під час обробки необхідно аналізувати різноманітні методи та комплексно їх ураховувати для досягнення бажаного ефекту.

Зазвичай значення відтінків сірого частини подряпини темніше, ніж у навколишній нормальної області, тобто значення відтінків сірого подряпини менше. Крім того, більшість з них — на гладких поверхнях, тому зміна відтінків сірого по всьому зображенню є дуже рівномірною, узагалі відсутні текстурні ознаки.

Тому виявлення подряпин, як правило, використовує ознаки відтінків сірого на основі статистики або методів порогової сегментації для позначення частини подряпини.

Крім того, виявлення дефектів поверхневих подряпин має надзвичайно високі вимоги до правильного освітлення.

ⅱ. Загальні методи освітлення для машинного зору включають наступні чотири:

Коаксіальне освітлення, освітлення під малим кутом, контрове освітлення та освітлення під великим кутом. Ці чотири методи освітлення ефективно виявляють важкі подряпини, але для продуктів із високими вимогами до поверхні, таких як легкі подряпини, ефект менш помітний.  

Аналіз великих даних показує, що для подряпин на поверхні продукту запропоновано два основних рішення: освітлення під малим та великим кутом.

(I) Метод малих кутів

Під час контакту та тертя двох об'єктів легко виникають подряпини на поверхні, тобто подряпини мають напрямок.

Розглядаючи ефект освітлення під малим кутом, якщо ми використовуємо паралельне освітлення (паралельне подряпинам), подряпини будуть розмиті світлом, і ефект на зображенні буде менш помітним.

Якщо ми використовуємо перпендикулярне освітлення (перпендикулярне подряпинам), подряпини будуть підсвічені, і ефект на зображенні буде дуже помітним.  

На основі вищенаведеного аналізу ми використовуємо вісім стрічкових джерел світла для експонування виробу способом розподілу часу, розробляючи наступну схему освітлення.

Кільцеве джерело світла розділене на вісім каналів керування, здійснюється тимчасове експонування, послідовно виконується вісім знімків. Нарешті, програмне забезпечення використовує алгоритм для накладення всіх дефектів, що дозволяє виявити наявність подряпин на поверхні виробу на високому рівні.

Це рішення з отримання зображення підходить для високоточних продуктів із високими вимогами до перевірки поверхні, але не підходить для продуктів із жорсткими вимогами до ефективності.

(II) Метод великого кута

Досвід показує, що для м'яких подряпин при коаксіальному освітленні чим більша відстань роботи джерела світла, тим більш вираженим є ефект.

Однак для того самого джерела світла, більша відстань до об'єкта також означає меншу світловипромінювальну поверхню та зменшення яскравості джерела світла. Неможливо одночасно досягти як ефекту, так і практичності.

Звичайно ,працівник у на заводі використовують флуоресцентне освітлення під час візуального огляду інформації на поверхні продукції. Світло флуоресцентної лампи дзеркально відображається в їхніх очах.

Для оброблених поверхонь із дзеркальним відбиттям, на основі закону відбиття світла, застосовують метод освітлення, який створює ефект дзеркального відбиття.

Уважні люди помітять, що метод візуального огляду часто передбачає проектування зображення флуоресцентної лампи на продукцію, а потім коливання продукції для переміщення тіні лампи всередині неї.

Таким чином, пляма світла освітлює окрему ділянку продукції, відображаючи інформацію про її поверхні, що дозволяє людському оку чітко визначити, чи є у продукції дефекти, і навіть найменші дефекти стають добре помітними.

Вище наведено пропозиції щодо освітлення на основі машинного зору для виявлення поверхневих подряпин. Сподіваюся, це стане корисним для вашого проекту.