一種基於光譜成像的異物檢測系統的製作方法

2023-09-22 08:03:20 2

一種基於光譜成像的異物檢測系統的製作方法
【專利摘要】本實用新型公布了一種基於光譜成像的異物檢測系統，包括：照明系統照射在檢測臺上方，且為被檢測物體提供均勻的光照；光譜成像裝置：快速獲取被檢測物在400nm-1100nm波段範圍內任意光譜通道內的光譜圖像，其成像幀頻範圍1-1000幀/秒，空間解析度10μm-1000μm，並將得到的光譜傳輸給計算機；計算機：接收光譜成像裝置輸出的光譜圖像，並將樣本光譜圖像與實測的光譜圖像進行對比，判斷出光譜差異點是否是異物。本實用新型不僅可獲得目標的圖像信息，還可獲得目標的光譜信息，利用背景與異物光譜信息的差異，可將異物從背景總分辨出來，對於背景與異物在形狀和顏色相近的情況，具有實時快速、識別率高的優點，可廣泛應用於鎳泡沫的檢測線。
【專利說明】一種基於光譜成像的異物檢測系統

【技術領域】
[0001]本實用新型涉及光譜成像【技術領域】，具體是指一種基於光譜成像的異物檢測系統。

【背景技術】
[0002]鎳泡沫可用作過濾器材料，處理流體中磁性粒子的磁流導體。其它應用包括應用於儲氫媒介、熱交換媒介。我國鎳泡沫行業運行目前發展形勢良好，該行業企業正逐步向產業化、規模化發展。鎳泡沫是一種性能優良的吸聲材料，在高頻具有較高的吸聲係數；通過吸聲結構的設計可以提高其在低頻的吸聲性能。鎳泡沫也是製造鎘-鎳電池和氫-鎳電池的最佳電極材料之一。通過試驗研製成功了用電沉積技術製備鎳泡沫的工藝。所用基體材料為多孔的開孔泡沫塑料，採用化學鍍鎳、真空鍍鎳和浸導電膠三種方法均可製備導電層，經預鍍鎳便可在通用的硫酸鹽鍍鎳電解液中電鍍厚鎳，後經灼燒、還原、退火工序便可得到性能優良的鎳泡沫材料。
[0003]鎳泡沫是一種新能源電池的生產材料，在新能源汽車領域具有廣泛的應用，但在鎳泡沫的生產和加工過程中,會帶來少量的銅雜質,而這會帶來電池的短路弓I起爆炸事故。因此，在鎳泡沫的生產和加工過程中銅雜質的數量是受到嚴格限制的，需要相應的異物在線檢測裝置用於鎳泡沫生產過程中銅雜質的在線檢測。目前常用的異物或雜質檢測系統主要是通過雜質的大小、形狀以及其亮度和對比度來從背景中識別和提取的，但當異物同背景的對比度較差或其大小和形狀難以識別時，會造成異物識別困難和漏檢。
實用新型內容
[0004]本實用新型的目的在於提供一種基於光譜成像的異物檢測系統，解決目前的鎳泡沫的檢測方法依賴於檢測人員的主觀判斷、異物同背景的對比度較差或其大小和形狀難以識別時容易出現識別困難和漏檢的問題，達到精確檢測、準確判斷雜質的目的。
[0005]本實用新型的目的通過下述技術方案實現:
[0006]一種基於光譜成像的異物檢測系統，包括一個:
[0007]照明系統:照明系統照射在檢測臺上方，且為被檢測物體提供均勻的光照；
[0008]光譜成像裝置:快速獲取被檢測物在400nm-l 10nm波段範圍內任意光譜通道內的光譜圖像，其成像幀頻範圍1-1000幀/秒，空間解析度10 μ m-1000 μ m,並將得到的光譜傳輸給計算機；
[0009]計算機:接收光譜成像裝置輸出的光譜圖像，並將樣本光譜圖像與實測的光譜圖像進行對比，判斷出光譜差異點是否是異物。
[0010]本實用新型採用在檢測臺的上方安裝一個照明系統，照明系統提供穩定均勻的照明環境，光譜成像裝置將被檢測的材料的光譜轉換成反應其特徵的光譜圖像；然後由計算機對得到的被檢測物體的光譜圖像與樣本的光譜圖像進行對比，得出是否存在異物的結論，從而實現異物判斷的自動型，排除了人為的主觀意識，而且，利用光譜圖像在特定波段的特性來進行判斷，其可靠性很高；從光譜和空間多個維度對異物和背景進行區分和定位，可以實現異物的快速、準確檢測，有效提高異物的檢出率，在工業生產特定異物和雜質的在線或離線檢測中具有廣泛的應用。
[0011]所述的光譜成像裝置包括:
[0012]液晶可調濾光片:安裝在光學鏡頭上，用於透過光譜通帶內的光，並抑制通帶外其他波長的光，在驅動控制器的控制下，其透過的光譜通帶波長是可調諧的；
[0013]圖像傳感器:圖像傳感器包括CXD相機，在CXD相機上安裝有光學鏡頭，其作用為對目標成像，並將圖像傳輸至圖像數據採集設備；
[0014]驅動控制器:驅動控制器與液晶可調濾光片之間用RS-232串口線相連接，驅動控制器向液晶可調濾光片發送指令，控制液晶可調濾光片的光譜通帶波長，並按照由短波長到長波長的順序，使得通過液晶可調濾光片的光譜通帶波長依次變化，從而實現光譜通帶連續調諧。
[0015]本實用新型採用液晶可調濾光片安裝在CCD相機的光學鏡頭上，其作用類似於普通的光學帶通濾光片，透過光譜通帶內的光，並抑制通帶外其他波長的光，而與普通的光學帶通濾光片不同的是，液晶可調濾光片在驅動控制器的控制下，其透過的光譜通帶波長是可調諧的，例如工作波段範圍為400-11OOnm的液晶可調濾光片，在驅動控制器的作用下，液晶可調濾光片透過的中心波長可以是400-1100nm中任意一個波長，而普通光學濾光片透過的光譜通帶是固定的；圖像傳感器包括光學鏡頭和CCD相機，其作用為對目標成像，並將圖像傳輸至計算機，光學鏡頭的前端與液晶可調濾光片用螺紋連接，光學鏡頭的後端連接CCD相機，與普通光學成像不同的是景物目標先透過液晶可調濾光片，再進入光學鏡頭和CCD相機，成像後的圖像數據中，每一幅圖像只有景物目標在光譜通帶內的圖像信息，形成光譜圖像，例如液晶可調濾光片的工作波段為400-1100nm，光譜通帶寬度為lOOnm，光譜通帶數為7，則需要對同一景物目標成像7次，獲得7幅光譜圖像，其對應的光譜通帶範圍分別為400-500nm，500-600nm，……1000-1 lOOnm，通過讀取7幅圖像中同一像素點的圖像強度值，即可得到目標的光譜曲線，橫坐標為波長，縱坐標為該波長下圖像強度值；而對於普通光學成像只有一副圖像，其圖像包含了 400-1100nm所有信息，無法提取到目標的光譜曲線；驅動控制器與液晶可調濾光片之間用RS-232串口線相連接，驅動控制器向液晶可調濾光片發送指令，控制液晶可調濾光片的光譜通帶波長，並按照由短波長到長波長的順序，例如從400nm至llOOnm，使得通過液晶可調濾光片的光譜通帶波長依次變化，從而實現光譜通帶連續調諧；計算機通過驅動控制器控制液晶可調濾光片的圖像傳感器的圖像數據通過網線傳輸至計算機，並存儲在計算機內。
[0016]一種基於光譜成像的異物檢測方法，包括以下步驟:
[0017](a)建立樣本光譜圖像；
[0018](b)對樣本光譜圖像中背景和異物的光譜特徵曲線進行提取；
[0019](C)利用步驟(b)得到的結果構建線性判別函數；
[0020](d)對被測物體進行光譜圖像成像操作；
[0021](e)對步驟(d)得到的光譜特徵進行提取；
[0022](f)將步驟(e)得到的特徵帶入步驟(C)得到的線性判別函數進行計算，利用計算的結構判斷出被測樣品中是否有異物。
[0023]相比普通彩色成像的檢測方法，基於光譜成像的異物檢測方法，不僅可以獲取目標的圖像信息，還可以獲取目標的光譜信息，對於異物與背景在形狀、顏色接近的情況，普通彩色成像的方法很難將異物從背景中分辨出來，而基於光譜成像的異物檢測方法，利用異物與背景的光譜差異，將異物分辨出來，可大大提高檢測的準確率。
[0024]所述步驟(b)對樣本光譜圖像中背景和異物的光譜特徵曲線進行提取是這樣做的:將包含背景和異物的樣本光譜圖像中，分別提取10個背景像素點的光譜值和和10個異物的光譜值，假設光譜通道數為Π，背景的光譜值為(bl [X1, Xf.xn]，b2 [X1, Xf.xn]，….MOlix1, X2…xJ )，異物的光譜值為(zl [X1, x2....xn], z2[xlr x2....xn],....ζ10[χ1； x2....xn])。通過測定背景與異物的光譜反射曲線，找到背景與異物光譜反射率曲線差異較大的波段範圍，以及所需要光譜通道數，光譜通道數越多，識別準確率越高，但是光譜通道數多會使掃描速度降低，從而使得檢測速度降低，因此在滿足識別率要求的情況下，光譜通道數越少越好，在考慮這些因素後，選擇光譜通道數為10較好。提取樣本背景點與異物點的光譜值的作用是用於步驟(C)，求解線性判別函數中的係數。
[0025]步驟(C)利用步驟(b)得到的結果構建線性判別函數為:d(X)= X1+ w2x2+ w3x3+...+ WnXn+ wn+1，將樣本中背景和異物的光譜值都輸入到線性判別函數d(X)，將其中的係數值(W1，W2，WfWn+1)求解出來，確定該樣品線性判別函數的係數。確定完線性判別函數形式與係數後，將未知光譜信息輸入至線性判別函數，通過計算線性判別函數中d(x)的值，就知道該光譜信息代表背景還是異物。
[0026]步驟(f)利用計算的結構判斷出被測樣品中是否有異物是:d(X)>0時，被檢測點X是異物，d(X) 時，被檢測點X是背景。
[0027]本實用新型與現有技術相比，具有如下的優點和有益效果:
[0028]I本實用新型一種基於光譜成像的異物檢測系統，不僅可獲得目標的圖像信息，還可獲得目標的光譜信息，利用背景與異物光譜信息的差異，可將異物從背景總分辨出來，對於背景與異物在形狀和顏色相近的情況，本方法相比現有的彩色成像檢測方法，具有一定優勢；
[0029]2本實用新型一種基於光譜成像的異物檢測系統，具有實時快速、識別率高的優點，可廣泛應用於鎳泡沫的檢測線。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0030]此處所說明的附圖用來提供對本實用新型實施例的進一步理解，構成本申請的一部分，並不構成對本實用新型實施例的限定。在附圖中:
[0031]圖1為本實用新型檢測系統原理框圖；
[0032]圖2為本實用新型檢測方法的流程框圖；
[0033]圖3為本實用新型待測雜質銅屑和背景鎳泡沫的光譜反射曲線；
[0034]圖4為本實用新型實施例中鎳泡沫中顯微鏡下的銅雜質實物圖；
[0035]圖5為本實用新型實施例中為異物銅雜質光譜檢測結果圖。

【具體實施方式】
[0036]為使本實用新型的目的、技術方案和優點更加清楚明白，下面結合實施例和附圖，對本實用新型作進一步的詳細說明，本實用新型的示意性實施方式及其說明僅用於解釋本實用新型，並不作為對本實用新型的限定。
實施例
[0037]如圖1所示，一種基於光譜成像的異物檢測系統，包括照明系統:照明系統照射在檢測臺上方，且為被檢測物體提供均勻的光照；光譜成像裝置:快速獲取被檢測物在400nm-1100nm波段範圍內任意光譜通道內的光譜圖像，其成像幀頻範圍1_1000幀/秒，空間解析度?ο μ m-1000 μ m,並將得到的光譜傳輸給計算機；計算機:接收光譜成像裝置輸出的光譜圖像，並將樣本光譜圖像與實測的光譜圖像進行對比，判斷出光譜差異點是否是異物；其中光譜成像裝置包括:液晶可調濾光片安裝在光學鏡頭上，用於透過光譜通帶內的光，並抑制通帶外其他波長的光，在驅動控制器的控制下，其透過的光譜通帶波長是可調諧的；圖像傳感器包括CCD相機，在CCD相機上安裝有光學鏡頭，其作用為對目標成像，並將圖像傳輸至圖像數據採集設備；驅動控制器與液晶可調濾光片之間用RS-232串口線相連接，驅動控制器向液晶可調濾光片發送指令，控制液晶可調濾光片的光譜通帶波長，並按照由短波長到長波長的順序，使得通過液晶可調濾光片的光譜通帶波長依次變化，從而實現光譜通帶連續調諧。
[0038]如圖2所示，本實用新型一種基於光譜成像的異物檢測方法，按照以下步驟進行:
[0039](a)用光譜儀測試銅雜質和鎳泡沫的光譜曲線，確定光譜成像裝置的工作波長範圍以及光譜通道數，圖3是銅雜質和鎳泡沫的光譜反射曲線圖，通過測定鎳泡沫與銅雜質的光譜反射曲線，找到鎳泡沫與銅雜質光譜反射率曲線差異最大的波段範圍，以及所需要光譜通道數。光譜通道數越多，識別準確率越高，但是光譜通道數多會使掃描速度降低，從而使得檢測速度降低，因此在滿足識別率要求的情況下，光譜通道數越少越好，從圖中可以看出，鎳泡沫與銅雜質在400nm-800nm波段內的光譜反射曲線具有較大的差異，光譜通道數需要10個左右；
[0040](b)建立樣本光譜圖像；樣本即為鎳泡沫實物，由於鎳泡沫中含銅雜質極少，為了獲取更多銅雜質的光譜特徵曲線，需要在同一張鎳泡沫中放置幾十顆銅雜質，銅雜質的大小與實際情況相近。然後利用光譜成像裝置對該樣本光譜成像，獲得樣本的光譜圖像；
[0041](C)對樣本光譜圖像中鎳泡沫和銅雜質的光譜特徵曲線進行提取，將包含鎳泡沫和銅雜質的樣本光譜圖像中，分別提取10個鎳泡沫像素點的光譜值和和10個銅雜質的光譜值，假設光譜通道數為η,鎳泡沫的光譜值為(bl [X1, x2....Xn], b2[x1； x2....xn],....blOtx!, X2…xn])，銅雜質的光譜值為(zl [X1, x2....xn], z2[x1； x2....xn],....ζ10[χ1； x2—.xj )；
[0042](d)利用步驟(c)得到的結果構建線性判別函數，d(X)= X1+ W2X2+ W3X3+-+ wnxn+wn+1，將樣本中鎳泡沫和銅雜質的光譜值都輸入到線性判別函數d (X)，將其中的係數值(W1，W2，WfWn+1)求解出來，確定該樣品線性判別函數的係數；
[0043]( d)對被測物體進行光譜圖像成像操作:圖4為鎳泡沫實物，該鎳泡沫中含有一顆銅雜質，並以作標記。利用光譜成像裝置對該鎳泡沫進行光譜成像，得到一組(共10幅)光譜圖像。
[0044](e)光譜特徵提取及計算:從上述光譜圖像中依次提取每個像素點對應的光譜曲線，代入步驟d中的線性判別函數中，並計算，若d (X) >0，則該像素點為銅雜質，並令該像素點強度值為255 (即為亮點)；若d(X) ( O,則該像素點為鎳泡沫,並令該像素點強度值為O(即為黑點)。將每個像素點計算完成後，得到圖5結果，從圖5可以看到圖像中有一亮點，即代表該位置有一顆銅雜質。
[0045]以上所述的【具體實施方式】，對本實用新型的目的、技術方案和有益效果進行了進一步詳細說明，所應理解的是，以上所述僅為本實用新型的【具體實施方式】而已，並不用於限定本實用新型的保護範圍，凡在本實用新型的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本實用新型的保護範圍之內。
【權利要求】
1.一種基於光譜成像的異物檢測系統，其特徵在於，包括一個: 照明系統:照明系統照射在檢測臺上方，且為被檢測物體提供均勻的光照； 光譜成像裝置:快速獲取被檢測物在400nm-l 10nm波段範圍內任意光譜通道內的光譜圖像，其成像幀頻範圍1-1000幀/秒，空間解析度10 μ m-1000 μ m,並將得到的光譜傳輸給計算機； 計算機:接收光譜成像裝置輸出的光譜圖像，並將樣本光譜圖像與實測的光譜圖像進行對比，判斷出光譜差異點是否是異物； 所述的光譜成像裝置包括: 液晶可調濾光片:安裝在光學鏡頭上，用於透過光譜通帶內的光，並抑制通帶外其他波長的光，在驅動控制器的控制下，其透過的光譜通帶波長是可調諧的； 圖像傳感器:圖像傳感器包括CCD相機，在CCD相機上安裝有光學鏡頭，其作用為對目標成像，並將圖像傳輸至圖像數據採集設備； 驅動控制器:驅動控制器與液晶可調濾光片之間用RS-232串口線相連接，驅動控制器向液晶可調濾光片發送指令，控制液晶可調濾光片的光譜通帶波長，並按照由短波長到長波長的順序，使得通過液晶可調濾光片的光譜通帶波長依次變化，從而實現光譜通帶連續調諧。
【文檔編號】G01N21/95GK204044085SQ201420275043
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年5月27日 優先權日:2014年5月27日
【發明者】駱永全, 黃立賢, 劉倉理, 沈志學, 張大勇, 王海峰, 儲松南, 黃智蒙, 趙祥傑 申請人:中國工程物理研究院流體物理研究所