自動檢查設備的製作方法
2023-04-30 10:23:41
專利名稱：自動檢查設備的製作方法
技術領域：
本發明涉及按照物品的一個表面特徵把一物品歸類的自動檢查設備，特別是涉及(但並不排除其它)分類陶瓷的瓷磚、或塑料瓷磚、或類似物的自動檢查設備。
背景技術：
在裝璜瓷磚製造領域，眾所周知的是，瓷磚都有一個裝璜表面，對裝璜表面進行設計，使它們能夠仿效天然的材料，例如石頭、花崗巖、或大理石。通過訓練有素的人員來完成對這些種類或其它種類的瓷磚的分類，這是保證瓷磚總體上相互配套所必不可少的；這些經過訓練的人員按照整體觀察裝璜瓷磚表面，並就瓷磚的分類情況作出主觀判斷，例如把這些瓷磚分類成不同的組，一般把具有相似表面特徵的瓷磚歸為一組。這些受過訓練的人員完成分類操作的心理過程是很複雜的，經常出現的情況是連他們自己也說不清楚為了得到一個分類要進行哪些判斷步驟。檢查一個裝璜表面的主要特徵，例如，幾何圖案或線條圖案是否存在或者是否正確，對於一個經過訓練的人員來說是相當簡單的事情，但當檢查沒有任何預定圖案的瓷磚表面，例如上述的具有石頭、花崗巖、或大理石效果的瓷磚，檢查結果就變得更加主觀隨意了。
即使這種類型的分類看起來是一個困難的任務，但在大多數情況下，一個受過訓練的人員都能極其迅速地對瓷磚進行分類，不必花費太多的力氣。然而，人工分類存在一些突出的問題，即人工分類用於瓷磚製造業時限制了分選過程的產量。其中的某些問題是，可能缺乏一致性，由於操作員疲乏引起的限制分類工作時間，對瓷磚製造廠中普遍存在的工作環境的敏感性、以及高額的勞動成本。
發明的目的和概述本發明旨在通過提供一種自動檢查設備克服上述問題中的某些問題。
因此，按本發明的一個目標，提供一種自動檢查設備，用於按照物品的表面特徵分類物品，該檢查設備包括一個腔室；傳送裝置，用於通過所說腔室傳送所說物品；照明裝置，用於當物品處於該室內時照射物體表面；一臺攝像機，用於當物品通過該室時捕獲所說表面的電子圖象；以及用於處理該圖象分類物品的處理裝置。
傳送裝置最好安排成以恆速傳送物品通過所說的室，攝像機是一臺高速攝像機，當物品通過該室時能捕獲物品表面的高解析度圖象。該設備進一步還可包括控制裝置，用於控制攝像機的操作、監視該室內的環境狀態、以及將處理裝置得到的分類過程的結果傳遞給該處理設備；還可提供位置確定裝置，以跟蹤物品進入、通過和走出該室的移動，攝像機的捕獲操作最好按照所說位置確定裝置的輸出進行。
腔室最好裝得不讓光從該室的外部進入該室之內，並且腔室進一步包括基本上無反射的吸光內壁；照明裝置最好由多個燈構成，將它們安排成一個光源；並且為了在該室內提供漫射光，還包括一個漫射結構。該漫射結構例如可包括一個粗級漫射體、一個反光鏡、和一個精細漫射體，反光鏡接收粗級漫射體的散射光並將其反射到精細漫射體。攝像機所處位置最好當一個物品處於該室中的一個預定位置時該攝像機只接收來自所說物品表面的非鏡向反射的漫射光；還可能存在與所說攝像機有關的濾光鏡裝置，以使攝像機對電磁光譜的可見光範圍的靈敏度最佳。
攝像機本身最好包括一個變焦鏡頭，並且具有一個可控的變焦距、焦點、光圈機構，並且在所說的室中可設置一個校準基準，能夠校正攝像機。此外，最好提供能對攝像機圖象進行補償的裝置，以消除例如由於對工件的不均勻照明可能引起的人為因素產生的後果，或者，為了對不同的攝像機像素輸出中的變化進行補償。還可提供阻止塵土對所說室中的表面汙染的裝置。
處理裝置最好包括一個圖象處理器，把圖象數據轉換成一個特徵值表，並且按照所說的表將物品分類，最理想的該處理裝置包括一臺計算機；多個特徵抽取算法；一個排序此特徵抽取算法的排序算法，在分辨物品等級中用來判據特徵抽取算法的效率；以及一個當該設備處在訓練方式時使操作員能確定物品的類型和等級，並且能在訓練方式和運行方式之間進行轉接的用戶接口。
按本發明的自動檢查設備可以和機械的分類設備結合起來使用，此機械分類設備當通過所說自動檢查設備在所確定的類別基礎上為實際分類物品時作出反應。
按照本發明的另一目標，提供一種自動檢查設備，用於按照物品的表面特徵分類物品，該檢查設備包括傳送裝置，用於傳送所說物品至一個圖象檢測位置；照明裝置，用於當物品處在所說圖象檢測位置時照射物品的一個表面；一臺攝像機，用於當物品通過圖象檢測位置時捕獲所說表面的一個電圖象；以及處理裝置，用於處理圖象以便分類物品。
按照本發明的下一個目標，提供一種自動檢查設備，將一工件根據它的的表面圖案和/或顏色和/或紋理結構進行分類，所說檢查設備包括傳送裝置，用於傳送所說工件至一個圖象檢測位置；照明裝置，用於在所說圖象檢測位置均勻照明所說工件；一臺攝像機，用於記錄所說工件在所說檢測位置的圖象；以及，處理裝置，用於處理圖象，所說處理裝置可確定工件的多個特徵並可使用這些特徵來確定工件的類別。
在所附的權利要求書中具體提出了本發明的上述特徵和其它特徵，從參照附圖給出的本發明的典型實施例的下述詳細描述中看到，本發明的這些特徵和優點將變得更加清楚明了。
附圖簡介
圖1是本發明的自動分類設備的第一實施例的示意方塊圖；圖2是圖1的自動分類設備的圖象捕獲室的示意剖面圖；圖3是表示訓練操作期間的分類程序的操作流程圖；圖4是表示運行期間分類程序的操作流程圖；圖5是從攝像機觀察的供攝像機校準的校準物在圖象捕獲室中的視圖；圖6是一個流程圖，表示在校準圖1的自動分類設備的攝像機成形部分的可變焦距過程中涉及的各個處理階段；圖7是一個流程圖，表示在校準攝像機的焦點過程中涉及的各個處理階段；圖8是一個流程圖，表示攝像機光圈的校準過程的第一部分；圖9是一個流程圖，表示攝像機光圈的校準過程的第二部分；圖10A和10B分別為圖1的典型的自動檢查設備的對應的端視圖和側視圖；圖11是按本發明的自動分類設備的另一個實施例的示意方塊圖；圖12是圖11的自動分類設備的圖象捕獲室和瓷磚傳送裝置的示意剖面圖；圖13是圖11的自動分類設備的瓷磚跟蹤裝置的示意俯視圖；圖14是實現本發明的另一種自動分類設備的示意剖面圖；以及圖15是圖14的自動分類設備的瓷磚傳送裝置和成像窗口的示意俯視圖。
實施例的詳細描述首先描述按本發明第一實施例的自動檢查設備，該設備用於按照物品的表面特徵分類物品，例如瓷磚。
參照附圖中的圖1，其中表示按照表面特徵檢查和分類裝璜瓷磚或類似物的自動設備10。設備10包括一個檢查設備11和一個線分類器(分散的和堆積在一起的)單元12。線分類器12將具有相同類別表面特徵的瓷磚實際組合在一起，但沒有獨立確定每塊瓷磚類別的機構。相反，線分選器單元12為完成分類功能能響應檢查設備11產生的類別信號。線分選器單元12在本領域中是眾所周知的，在這裡不需進一步說明。
檢查設備11包括一個圖象捕獲室13，瓷磚先通過室13傳送，而後抵達線分選器單元12。瓷磚通過室13時，定位在室13中的攝像機14捕捉到每個瓷磚的裝璜表面的數字電子圖象。在捕獲圖象下的這些條件由傳感器15監控，並通過環境控制系統16嚴格控制。將傳感器15輸出的信號送到微控制器17，微控制器17對攝像機14和環境控制系統16提供故障診斷和控制，下面對此再進行描述。
通過圖象處理單元18處理捕獲到的圖象，單元18對該圖象進行評估。使用該評估的結果來分類相應的瓷磚，並將這個類別信息送到微控制器17。微控制器17監視著位於線分類器單元12中的分類傳感器19，以檢測微控制器17輸出到分類器單元12的控制單元20的具體時間，並檢測有關這個特定瓷磚的類別信息。
主微機(PC)21提供自動分類設備10的監視控制，為了分類物品，主微機21進行程序和數據的非易失性的存儲，用於處理捕獲的數字電子圖象。該微機21也存貯用於配置圖象處理單元18和微控制器17的信息的資料庫22。雖然將分類系統10安裝成能自動地起作用，但仍有少量的高級用戶要求交互作用，為此要提供觸控螢幕23形式的用戶交互作用功能。
現在參看圖2，連續的傳送帶30以恆定的速度(例如1.0米/秒)通過圖象捕獲室13輸送瓷磚31。輸入傳感器32確定室13的入口處瓷磚31的存在，軸編碼器33與傳送帶皮帶輪34一道工作，以跟蹤瓷磚31進入、穿過和走出室13的移動。
對該檢查設備進行設計，使該設備能在不停止傳送帶30的條件下分類瓷磚31。這和人工檢查相比有明顯的好處，瓷磚分類較快而且不會使操作員疲乏。
攝像機14在沿傳送帶30的位置A的上方垂直定位，當瓷磚31移動到由輸入傳感器32和軸編碼器33的輸出確定的位置A時，觸發攝像機14，從而捕獲到該瓷磚表面的一幀圖象。準確捕獲瓷磚表面的一個有用的高解析度圖象所需的曝光時間約為1毫秒。所選的這個曝光時間已將攝像機14的性能考慮在內。曝光時間縮短將使諸如幀的移動拖尾之類的問題更為突出，曝光時間較短將減少捕獲移動中的瓷磚31的圖象有關的移動模糊現象。攝像機14與一個解析度為512×512個像素的單色電荷耦合器件的傳感元件合為一體。攝像機14產生模擬輸出信號，該模擬輸出信號送到圖象處理單元18(如圖1所示)，該信號在這裡被放大、偏置調節、和濾光，而後經一個模擬—數字轉換器(未示出)轉換成數位訊號。
攝像機14和可控的變焦距鏡頭35一道使用，鏡頭35可改變攝像機1 4的視場，使捕獲的圖象的大小適合於能夠檢查的各種尺寸的瓷磚31。在這一方面，因為改變變焦調節位置經常需要重新調節焦點位置，所以也需要可變的攝像機焦點。藉助於攝像機14具有軟體可控的焦點、增益、和光圈的能力，就能適應可變的瓷磚厚度和可變的瓷磚亮度。
攝像機14的電荷耦合器件的傳感元件對於紅外(IR)光波長是高度敏感的。但要求該設備能根據瓷磚的可見的表面特徵來分類瓷磚31，因此要提供一個紅外濾光器36，使攝像機在電磁光譜的可見光範圍的靈敏度最佳。使用紅外濾光器36的另一個優點是，直接從窯裡過來的熱瓷磚不會影響瓷磚表面的捕獲圖象。
必須隨時對攝像機14的變焦距、焦點、增益、和光圈進行校準，為此在傳送帶30下方的位置A上要提供許多固定的校準物體37。下面，將要詳細介紹這個校準過程。
在該實施例中，在不允許有任何外界光照射瓷磚31的經仔細控制的光照條件下使瓷磚31成像。通過定位在室13中的兩套等同的照明結構來提供受控的照明系統。為簡便起見，下面只介紹一個照明結構。該照明結構包括一排石英滷素燈(quartzhalogen bulb)38，燈38由恆定的直流(DC)12伏電源(未示出)驅動。最好不使用常規的交流(AC)照明，因為它的50赫茲操作不夠快，不能保證攝像機14捕獲圖象期間每個瓷磚都能得到相同程度的照射。
這一排滷素燈38在該照明結構中產生相當大的熱量。例如通過設置一個入口風扇來提供一個空氣冷卻系統(未示出)，風扇迫使空氣進入該照明結構，並產生穿過這一排燈38的空氣流，防止該照明結構過熱。
燈38發出的光射向一個兩級的漫射結構39，此結構39是進行過設計的，保證漫射光以最大可能範圍均勻照射瓷磚31。漫射結構39包括一個初級稜柱狀的塑料漫射體40、一個反光鏡41和一個精細乳白色的塑料漫射體42，它們密封在一起形成一個內部漫射空間43。燈38將光引向初級稜柱狀漫射體40，漫射體40將光散射進漫射空間43。散射的光首先自反光鏡41反射，而後穿過精細漫射體42，並照射圖象捕獲室13。
為了改善瓷磚31的照明，兩級的漫射結構39處於相對於瓷磚31最佳距離和角度，這是為了提供一個鏡向排他和均勻的視場照明。這種產生鏡向排他的照明的幾何形狀對於反射表面是極其重要的。通過設置無反射的吸光內壁44，還可防止室13中的二次光反射。
對檢查設備11進行設計，使它能整體式地裝配在瓷磚生產線上，並使它能在典型的工業上的瓷磚製造環境中可靠地發揮作用。為了克服瓷磚上或空氣中攜帶的塵埃進入室13中這一潛在問題，為室13提供一個空氣清潔系統58(見圖10)，系統5 8向室13提供清潔的空氣，並且從室13中抽出塵埃和不清潔的空氣。空氣清潔系統58安裝成能夠抽吸或吹掉瓷磚31表面的塵埃，和/或能夠配備機械式的清潔裝置以便在瓷磚進入室13時清潔瓷磚31。此外，空氣清潔系統58還可防止校準瓷磚37變髒，因此在需要時總可實現準確的重新校準。
被嵌入的微控制器17(示於圖1中，但沒示於圖2中)在室13中用於圖象捕獲的功能控制，並且監視和控制該檢查設備的所有其它必要的參數，以確保操作正確。具體來說，微控制器17監視輸入傳感器32和軸編碼器33，以確定瓷磚通過室13時瓷磚31的位置。當瓷磚31抵達位置A時，微控制器17向攝像機14發出一個電控脈衝以捕獲圖象。脈衝的長度確定了攝像機14的曝光時間。
微控制器17監視並控制攝像機14的可變參數，如它的焦點、變焦距、和光圈。在攝像機14中還設有一個電位位置傳感器(未示出)，該傳感器連到微控制器17，微控制器17確定焦點，變焦距、和光圈的調節位置。使用位置傳感器的輸出作為調節攝像機的鏡頭焦點、變焦距和光圈時的反饋控制。
微控制器17還連接到位於檢查設備11中的各個位置的溫度傳感器(未示出)。這些溫度傳感器輸出的信號使微控制器17能夠監視、控制和補償檢查設備11的操作中的和溫度有關的變化。這對檢查設備11中使用的模擬電路尤為重要，因為模擬電路的性能隨溫度變化有明顯的漂移。還要對照明系統38的風扇和參數進行監視，因此微控制器17能夠確定風扇或照明系統不正常工作和需要校正操作的時間。此外，容納檢查設備的外殼(見圖10)有幾個門，用於出入該檢查設備的光路、電路、等等。在門55上設有至室13的傳感器(未示出)，微控制器17能監視這些傳感器以保證設備操作期間門是關閉的，因此圖象捕獲過程不會受到進入室13的不期望的光的影響。
在檢查設備11的外殼上設有一組多種顏色的指示燈45，指示燈45連接到微控制器17並受微控制器17的控制，在設備操作期間向操作員指示檢查設備11的狀態。這組指示燈45使負責監視大量檢查設備操作的一個操作員當在一個特定的檢查設備11中(如，褐色的燈泡)發生故障時能夠很容易地注意到。
檢查設備11進行自動操作的前提是首先要對檢查設備11進行「訓練」，掌握瓷磚的表面特徵，這是為了使它在自動檢查期間能做出必要的判斷。在「訓練」過程中，該系統要學習尋找哪些特徵才能實現瓷磚的分類。要求設備將識別的所有類別的樣品瓷磚都穿過該設備，實現對系統的「訓練」。該系統對這些樣品瓷磚進行處理，處理過程中使用了大量的特徵確定算法和統計分析程序，然後從中選擇出有限數目的算法和程序。選擇這些算法和程序的依據是(a)在所需數目的瓷磚級別之間要能進行最佳的辨別；(b)計算所需之成本。在設備的運行期間(實時分類期間)使用這些選定的算法和統計分析程序。訓練期間的長短將隨幾個因素而變，其中包括要分類的瓷磚類別數目、所用的每個類別的樣品數目和辨別瓷磚的不同類別的難易程度。
在運行期間，當瓷磚31通過檢查設備11時，實時地處理瓷磚表面的圖象。在捕獲了瓷磚表面的圖象後，選定的算法和程序就要產生一個描述瓷磚表面所需特徵的特徵值表格。然後，使用該表格分類瓷磚31，並為瓷磚實際分類產生適當的指令。
微機21存貯大量的特徵抽取算法和統計分析程序，使用它們來確定包含一個或多個特定的特徵的一個瓷磚表面的等級。資料庫22存貯要用於每個瓷磚類型的算法和程序的索引。要考察的特徵的實例是總灰度、對比度變化、和用「條紋」(texton)密度和分布術語表示的紋理。在訓練期間，用於特定的瓷磚類型的相關的算法和程序是運行在形成各種類別的樣品瓷磚的每個圖象和為每一個瓷磚類型的一組數字(索引)上的，每一個瓷磚類型又確定了一個用來分類瓷磚的所有算法和程序的子組(子索引)。這一子組是在訓練期間被確定的。根據幾個標準來選擇用於運行期間的這些算法和程序，例如它們產生結果的速度、以及這些結果在各個類別的瓷磚之間的相差的大小等級。配置圖象處理器中的硬體，以最有效地執行為實時分類的選定程序。使用確定特定類別的特徵值範圍來配置分類程序，這個特徵值範圍也駐留在圖象處理器18中。在檢查期間，對於未知瓷磚所產生的特徵值依次進行分析，從而得到特定瓷磚31被推論出的歸屬類別。
當在運行期間捕獲到瓷磚的圖象時，通過保存在圖象處理單元18硬體中的選定的算法和程序來處理該圖象。分類程序使用最終的特徵值表格導出瓷磚31的類別碼。將該類別輸送給微控制器17，微控制器17產生適當的分類碼，並且在瓷磚31已抵達分類器單元12時將該分類碼傳送給分類器單元12。這個時間是由監視分類器傳感器19和軸編碼器33的微控制器17確定的。
負責完成上述自動檢查設備的核心功能的軟體程序稱之為分類程序。用微機21上的軟體來實施這一程序，以便在訓練期間完成數據的獲取和處理；並且在圖象處理器17上用軟體配置的硬體來實施這個程序，以便在運行期間完成數據的獲取和處理。在圖3的流程圖中表示了訓練期間分類器的操作，圖4的流程圖中表示了運行期間分類器的操作。應該注意的是，圖3和4中的每個處理方框中都包括發生了相應處理過程的硬體的縮寫符號。縮寫PC代表微機21、IP代表圖象處理單元18、UI代表用戶接口23、μC代表微控制器17。
參照圖3，在70步，經用戶接口23在微機21上啟動訓練周期。然後，該程序向圖象處理單元18和微控制器17送出指令，以便在71步校準攝像機14的變焦距、焦點和光圈。現在暫不介紹如何校準攝像機鏡頭的細節，但將在本說明書的其它地方予以陳述。
下一個處理步驟涉及使用一組樣品瓷磚，這組樣品瓷磚代表在分類的一個特定瓷磚類型中的不同級別。通過具有一定技能的人員對這些瓷磚進行預分級，他們的分級知識對於訓練系統是很必要的。在訓練期間，把一個樣品瓷磚輸送到檢查設備11中，並在72步經用戶接口23向微機21輸入該瓷磚的相應瓷磚級別或類別。在73步捕獲樣品瓷磚表面的一個圖象，然後，一個過程開始了，即從圖象中抽取儘可能多的信息並且把該被抽取的圖象數據與該樣品瓷磚的相應已知級別之間關聯起來。
在74步，通過大量的特徵抽取算法從捕獲的樣品瓷磚表面圖象中抽取數據，並且通過統計分析程序分析該數據，以確定包括特定特徵的樣品瓷磚表面的圖象所屬的級別。將每個算法及其統計分析程序批加載到圖象處理單元18，並在該樣品瓷磚表面的數位化捕獲圖象上運行。每個算法的每個統計程序的運行結果作為一個特徵值給出，一旦所有的相關算法和它們的統計分析程序都已運行，則得到一個特徵值表，它代表關於該樣品瓷磚的所有有用數據。隨後將此表傳送到微機21上，並在75步將此表加到一個被稱為訓練集文件的數據文件上。在75步，還要將在前面的72步已經輸入的該數據對應的樣品瓷磚的特定類別加到此訓練集文件上。
然後在76步，對依然留在樣品瓷磚架上的每一個樣品瓷磚重複在73、74和75各步中進行過的抽取和分類有關樣品瓷磚表面信息的過程。此外，在72步還要經用戶接口23輸入每個樣品瓷磚的預先確定的級別，並且在75步將該級別加到訓練集文件上。使大量的樣品瓷磚在它們所在的每個級別內均勻分布，就可獲得瓷磚運行分類的高準確性。具體來說，如果在一個級別內，有某些樣品實例處在兩個級別之間的邊界線上，則這個分類過程將會按最佳方式完成。
一旦按以上所述處理了所有的樣品瓷磚，就在77步對處理的結果進行分析，以確定在運行期間要使用的特徵抽取算法和它們相應的統計程序的子組，並且確定如何解釋這些算法和程序的結果。
因為分類過程是在一個連續的循環中運行的，所以只有一個有限的周期時間，在這段時間內要捕獲一個瓷磚圖象、處理該圖象，並在另一個瓷磚預定被分級之前要確定這個瓷磚的級別。這個時間限制意味著，這一子組的所有特徵抽取算法和它們的統計分析程序是根據幾個標準選定的，其中包括在可能的最短時間內實施這些算法和程序，以及這些算法和程序能把一個級別的瓷磚從一些級別的瓷磚中明確地區別出來。此外，為了解釋選定的算法和它們的統計分析程序在導出瓷磚級別中的結果所應用的方法還必須在可利用的時間內足夠快地實現。因此，在考慮選擇哪些算法和統計分析程序以及如何處理其結果的過程中，還必須考慮區別能力以及計算成本(計算效率×時間)。
通過分析特徵值的表格和樣品瓷磚的已知級別的特徵排序程序實現將瓷磚分離為在它們的正確級別過程中確定哪些算法和統計分析程序是最好的。在決定一個瓷磚級別過程中有許多不同的可用來確定邊界位置的現有技術，例如所謂的「n-meansclustering(n個裝置群集)「算法」、「k-nearest neighbours(k個最近鄰近)」算法、以及線性判別分析。但對本發明的這個實施例來說，基於成員資格的分類方案(模擬至模糊邏輯)被認為是最適用的。
基於成員資格的分類方案涉及確定瓷磚每個類別的重疊高斯分布或三角形成員資格分布，而不是與其它分類算法一道使用的所謂「程序塊壁」邊界分布。這種分類方法的主要優點是，在兩個級別之間的邊界處，通過分析瓷磚歸屬每個級別的機率來實現分類。因此，當像n維空間(n≥3)碰到的情況那樣存在複雜的邊界條件時，基於成員資格的分類方案在確定瓷磚屬於哪個級別方面大有好處。
在可利用的時間內當確定算法和統計程序的何種組合將產生最佳結果時，每個算法及其相關的統計分析程序產生一個結果所需的時間對每個瓷磚類型都必須是已知的。預先確定這個信息，並將它存貯在微機21的資料庫22中。在一個算法上執行某些統計分析程序可能與其它程序的某些部分等效；此外，幾個算法在它們抽取的特徵方面可能極其相似。為了消除某些這種冗餘性並得到改善的結果，該特徵排序算法利用某些程序的結果來確定另外一些程序的結果，並且還試圖選擇抽取不同類型特徵的算法和程序。
一旦在77步分析了這些結果，並且選定了算法和程序，就在78步將該全部信息存入微機21的資料庫22以備隨後的批加載，從而在運行操作前進行了圖象處理單元18的配置。
附圖中的圖4表示運行期間分類程序操作中包含的各個處理階段。在80步，用戶經用戶接口23啟動該程序，接著向微機21輸入被存貯的確定瓷磚類型的識別信息。然後，該程序在80步檢查該系統是否為這種特定類型的瓷磚完成了訓練；如果沒有，則如圖3所示啟動訓練。在完成了這種訓練，或者說確認該系統已對相應類型瓷磚進行了訓練時，則在81步將相應的訓練數據批加載到圖象處理器18。
將裝入的訓練數據存貯在圖象處理單元18中的中央存貯器(未示出)裡。對圖象處理單元18進行設計，使它能通過裝有分布硬體處理指針(這些指針是軟體可配置的)有效地執行這些算法和統計分析程序。在這一階段，硬體處理指針被配置，以實施一個或多個算法/程序。
一旦在82步已經配置了圖象處理單元18，該程序就指示圖象處理單元18和微控制器17去校準攝像機14的變焦距、焦點和光圈，對此下面還要作詳細介紹。
然後，圖象處理單元18準備為與以前識別的瓷磚類型相對應的瓷磚作聯機分類。分類從圖象處理器18在83步捕獲在攝像機14下方通過的未經分類的瓷磚的裝璜表面的一個圖象開始。如前所述，攝像機14產生一模擬輸出信號，該模擬輸出信號經放大、偏置調節、濾光(通過一個抗混淆濾光器)、而後通過模擬-數字轉換器數位化。然後，這個數位訊號為已知的異常情況進行校正，例如進行陰影校正(下面再討論)，並且將其送到數字式的幀存貯器(未示出)，在這裡為了進一步的圖象處理，一個數字表示的捕獲圖象被存儲起來。
下一階段，在84步，從已存入的圖象表示中抽取預先選擇的特徵。圖象處理單元18執行預先配置成硬體處理指針的算法/程序，存貯最終的特徵值，然後為下一個要實施的算法/程序重新配置硬體。這一過程一直重複到在捕獲的圖象上完成所有裝入的算法/程序，並且編譯成一個完整的特徵表時為止。
然後，在85步使用這樣得到的特徵表將瓷磚分類成一個瓷磚級別。如果該特徵表不將該瓷磚歸入一個已知的級別，則要將該瓷磚歸入一個排除類。該分類程序的一個優選特點就是要對排除類進行分析，並且根據從前得到的結果確定一個新的級別是否出自一些被排除的瓷磚中。如果該分類器在一訓練組瓷磚上進行訓練，而這一訓練組瓷磚不代表所有分類可能得到的級別，那麼該分類程序的這個特點就是極其有用的。
在85步確定了瓷磚的級別，圖象處理器就馬上向微控制器17傳送這一級別，微控制器17在86步又為線分類器電路12產生一個分類碼。在87步，對每一個通過檢查設備11的瓷磚重複步驟83，84，85和86的整個過程，直到分類完所有瓷磚時為止。
線分類器單元12對於屬於每個已知級別的瓷磚都有其相應的箱體，並且對於被排除的瓷磚也有一個箱體。如果從排除類中確定了一個新的級別，則為了分離出這些瓷磚，要調整級分類器單元12以接收新的類別，並且要使以前排除的所有瓷磚再次通過該檢查設備。
必須校準檢查設備11以便正確操作，這在一兩個階段的過程中實現。在第一階段，進行攝像機變量，如變焦距、光圈、增益、焦點的校準、以及數字器的增益和偏置的優化；在第二階段，補償照明中的以及攝像機14的傳感元件響應中的微小變化。
現在參照圖5，提供兩個校準物37，用於第一校準階段。校準物37在攝像機14的視場50中居中垂直定位，並包括一個變焦距/焦點校準物51和一個灰度校準物52。變焦距/焦點校準物51包括一個成線圖案(條靶)53，用於攝像機14的變焦距和焦點的自動過程中校準。灰度校準物52包括一個n段的灰度(例如，n＝5)，用於攝像機14的光圈和增益調節的自動過程中校準以及數字器的增益和偏置調節的自動過程中校準。
在第二校準階段，也稱之為陰影校正中，在位置A放上一個顏色均勻的不帶圖案的基準瓷磚，並獲得該基準瓷磚的一個圖象。為了將噪聲減至最小，該圖象是基準瓷磚的多個圖象的一個平均圖象。然後可檢測出該圖象的均勻性變化，這種變化可能是由照明不均勻、或者攝像機不同像素的輸出的變化引起的。然後計算出校正因子，從而可用軟體校正所有畫面圖象的均勻性，而後再用特徵算法去進行處理。這種校正是在圖象數據數位化後馬上就完成了的。
圖6表示攝像機14的變焦鏡頭35的校準過程中所包含的處理階段。該過程從91步獲得校準物37的圖象開始。就陰影校正而論，可以捕獲多個校準物37的圖象，而後取平均以減小噪聲影響。然後分析對應於變焦距/焦點校準物或條靶51的部分捕獲圖象，以確定每個條在它的成線圖案中的特徵寬度。在92步，將這些特徵條寬度與在93步預先存貯的條寬度進行比較，因為該預先存貯的條寬度對現行分類的瓷磚31的大小來說應代表變焦鏡頭的正確調節位置，這個變焦鏡頭的正確調節位置一般來說在對現行分類的瓷磚31的類型進行訓練的期間就已確定。如果該特徵寬度和預先存貯的寬度之間的差值落在預定的容差限值之內，則變焦鏡頭35不需調節。但如果該差值在這些限值的外面，到在94步計算出變焦鏡頭35的一個新的調節位置以減小這個差值，並且將該新的調節位置傳送給微控制器17，微控制器17又驅動校正電機，從而在95步按要求的量調節變焦鏡頭位置。在96步，重複整個過程，直到特徵條寬度和預先存貯的條寬度之間的差值落在預定的容差限值中時為止。
圖7表示在校準攝像機14的焦點的過程中進行的各個處理階段。校準在100步開始，通過獲取校準物37的多個圖象並對它們取平均，從而得到校準物37的一個圖象，並對變焦距/焦點校準物51的條靶進行分析。在101步，導出從捕獲的圖象測量到的各個條寬度的圖象直方圖，然後在102步計算該直方圖的變化。按照理想情況，如果圖象被聚焦，則條寬度的變化將是最大的，所以在103步要檢驗經過校準後的變化，確定這個變化是否已經達到最大值。如果變化沒有達到它的最大值，則在104步要導出攝像機14的一個新的焦點調節位置，以便進一步增大變化量。將新的焦點調節位置傳送給微控制器17，並在105步將攝像機鏡頭的焦點改變到期望的調節位置。在106步，重複上述過程，直到這個變化達到最大值時為止，在這一最大值點認為焦點校準已經完成。
在圖8和9中表示的是攝像機光圈和數字器增益及偏置的校準過程。圖8表示該過程的第一部分，即在訓練期間以及運行期間的啟動階段發生的過程；圖9表示該過程的第二部分，即在運行期間的瓷磚分類過程。
參照圖8，該校準過程在訓練期間由圖象處理單元18啟動，在110步獲得一個任意樣品瓷磚的多個捕獲圖象的一個平均圖象。在111步，確定該樣品瓷磚的對比度，並在112步檢查該對比度以確定它是否是可得到的最大對比度。如果沒有達到最大對比度，則在113步將數字器增益設定為1，並且在113步還要調節攝像機光圈和數字器偏置，以確定使對比度最大的調節位置。在114步，重複該過程，直到攝像機光圈和數字器增益的調節位置產生所選樣品瓷磚的最大對比度時為止。在115步，確定在這些調節位置情況下的n個灰度段中的每個灰度段的平均灰度級(界標灰度級)，並且將這個數據同光圈和偏置調節位置數據一起都送到微機21。對每一種瓷磚類型訓練檢查設備11的條件都是要變化的，因此在116步把傳送的數據存貯在瓷磚資料庫22中是非常重要的。這就能實現訓練獲得的那些準確的條件在每個特定瓷磚類型的運行期間重新產生。
在運行期間開始時，用來自微機21的數據啟動圖象處理單元18(見圖4，81步)。具體來說，對於要分類的瓷磚類型，在117步(圖8)，裝入和界標灰度級有關的數據、光圈調節和數字器偏置調節。然後在118步，通過微控制器17來設定攝像機光圈，並且在118步通過圖象處理單元18來配置數字器增益(設定為1.0)和數字器偏置。
現在參照附圖中的圖9，其中表示在運行期間通過調節數字器增益和偏置進行的「過程中」圖象校準。這是一種一有機會就要進行的主動校準，這是為了在現行條件中和在對特定瓷磚類型的訓練期間存在的那些條件之間的任何差異保持極為精確的補償。與此相對照，可以認為光圈、變焦距和焦點的校準是被動的校準，因為這些校準一般只在運行期間的啟動階段進行。
該「過程中」圖象校準從120步獲得n段灰度校準物52的一個平均圖象開始。分析該圖象，並在121步確定n段中的每一段的平均灰度級。給出被測得的灰度級相對於界標灰度級的曲線，並且確定通過所有點的最佳擬合線的梯度和偏移。這個梯度和偏移是分別和數字器的增益和偏置直接相比較，因此可以很容易地計算出數字器增益和偏置的變化，這個變化可用來補償訓練期間和運行期間之間的亮度/數字器的特徵變化。因此，在隨後的122步要調節數字器增益，以補償這些差異。類似地，在123步要調節數字器偏置，以便進行補償。
下一階段，在124步檢查測得的灰度級(在容差限值範圍內)是否等於界標灰度級。如果相等，則以前計算出來的調節值將是可以忽略的，並且完成了光圈校準。但如果它們不相等，則以前計算出來的調節值將給所要求的數字器增益和偏置調節值提供一個比以前更好的近似值。
在「過程中」校準存在嚴格的時間限制，這是因為它必須在完成一個瓷磚的分類和開始下一個瓷磚分類之間的短暫時間內被實現。關於這一點，如果在124步沒有獲得界標灰度級，則圖象處理器18就要在125步確定是否有足夠多的時間在126步重複整個「過程中」校準過程。如果有足夠的時間，則在126步重複該過程；否則，在隨後的分類過程中要使用新導出的數字器增益和偏置。
圖10A和10B表示用於前述的檢查設備11的典型外殼60。兩個主門55通向室13，兩個輔助門56通向照明結構。攝像機外殼57和空氣清潔系統58分別位於圖象捕獲室13的上方和下方。小室59和大室61整體式裝配在外殼60中，小室59用於微控制器17，大室61用於圖象處理單元18和微機21及其外圍設備，如鍵盤、印表機、等等。外殼60安裝在立柱62上，外殼60升高的高度應使傳送帶30可接收瓷磚31並且能向另一個處理設備傳送瓷磚31。
圖11示意地表示出按本發明第二實施例的一個自動檢查設備211。自動檢查設備211包括一個容納攝像機214、傳感器215和由處理裝置控制的環境控制系統216的圖象捕獲室213。處理裝置包括微控制器217、圖象處理單元218和微機221，微機221有一個與其相關的資料庫222和一個觸控螢幕223。微控制器217連到線分類器單元212的傳感器219和控制單元220上，用於引導和堆放不同類別的瓷磚。檢查設備211的上述所有各個方面都類似於(圖1的)第一實施例，因此下面的描述只針對兩個檢查設備間的不同點。
二者之間的主要差別在於所涉及的設備和在圖象捕獲過程中所用的方法。具體地說，不將瓷磚傳送到圖象捕獲室213，而是讓瓷磚在室213的圖象捕獲窗口225的下方通過，並且通過該窗口獲取瓷磚的圖象。這可使圖象捕獲室213的尺寸減小、複雜性降低，並且還使室213可完全密封，從而提高了它的抗惡劣苛刻的工業環境的保護能力。此外，攝像機214不只捕獲一個瓷磚的一個圖象，而是當在攝像機214下方移動瓷磚時獲取大量的行掃描圖象。然後在圖象處理單元218的一個幀存貯中組合這些行掃描圖象，從而提供該瓷磚表面的一個數字表示。高精度的跟蹤裝置224與傳送帶230相連，並且當瓷磚在窗口225下通過時裝置224多次產生觸發攝像機214的信號。因為只取瓷磚的行掃描圖象，所以可極大地簡化圖象捕獲室213中的照明結構226。
現在參照附圖中的圖12，圖象捕獲室213包括一個密封的室，其中在位置A處設有上述的圖象捕獲窗口225。窗口225由低折射率、低反射性和優良的光譜透射性的一種玻璃製成。在圖象捕獲窗口225的附近設有一個簡單的照明結構226，當瓷磚在圖象捕獲室213下通過時，用於照射瓷磚231。
照明結構226包括一對一般在20-40千赫範圍的高頻下工作的交流螢光管燈227和一對向圖象捕獲窗口225反射光線的反射器結構228。此螢光管燈227在足夠高的頻率下工作，保證攝像機214捕獲圖象期間每個瓷磚都受到相同程度的照射效果。此外，它們產生的熱量比直流照明小得多，這也是有益的。這一對反射體結構228具有內反光鏡表面229，可將管燈227發出的絕大部分的光反射到瓷磚231；並且對結構228進行安排，使它們能夠確定一個攝像機214通過的間隙，使它能夠捕獲瓷磚231的行掃描圖象。這種布局的幾何形態和管燈227的位置應能提供視場的鏡向排他和均勻照明。這基本上防止了從瓷磚231的直接反射；此外，通過在室213的內壁232上以及在反射結構228的外表面233上提供無反射的吸光塗層還可防止二次反射。
攝像機214位於室213的上部，攝像機214的鏡頭235首先在瓷磚231上初始聚焦，其後對隨後的瓷磚分類保持固定不動。不需要對每一個瓷磚都改變焦點，這是因為不存在可改變的變焦距，並且因為鏡頭235的視場深度足夠大，既能提供瓷磚231的聚焦圖象，又能提供位於瓷磚成像位置正下方的位置A處的校準物236的聚焦圖象。因為攝像機的視場固定，所以鏡頭235不需要可變的變焦距。由於不需要可變的變焦距和焦點，所以簡化了校準過程，並且不需要前面實施例中需要的變焦距/鏡頭校準物51。
給攝像機鏡頭235設置一個紅外濾光器236，可使攝像機在電磁光譜的可見區域的靈敏度最佳。還設有一個液晶快門裝置238，並將它固定在攝像機鏡頭235上。使用這個快門裝置能防止攝像機214對瓷磚圖象的過度曝光，過度曝光可能由傳送帶230的跳動(改變了帶速)引起的，下面對此還要作更加詳細的描述。
攝像機214的功能以及數字器(未示出)的功能都和溫度有強烈的依賴關係，為了調節它們的工作溫度，就要提供一個空氣調節系統(未示出)。數字器的位置靠近攝像機模擬輸出端，並且在攝像機的外殼內，以便把漂移效應減至最小；並且讓冷空氣在圍繞攝像機外殼的一個閉合迴路中循環。為了提高溫度調節器的精度，要在攝像機外殼上設置一個微型熱泵239，熱泵239固定到大型散熱片240上。將熱泵239設在所有的攝像機的模擬溫度敏感迴路上，例如設在CCD本身上，就可實現理想的溫度控制。特別是，當CCD儘可能保持冷卻時，CCD將工作在最好的狀態。但是，因為在該迴路上定位熱泵機械結構上的困難並且費用昂貴，用目前的技術，這是不實際的設想，因此熱泵只設在攝像機的外殼上。
空氣調節閉合迴路伸展到計算環境，即微控制器217、圖象處理單元218和微機221，這也是為了調節它們各自的工作溫度。使用空氣調節系統的優點是不需要過濾器，因此可減少對設備211的維護(尤其是在多塵的工業環境中的維護)。
微控制器217經溫度傳感器(未示出)監測攝像機外殼的溫度，並藉此控制熱泵239和空氣調節系統的操作。微控制器217還負責監視圖象捕獲室213中的條件，並因設置了一個光傳感器241而能提供精確測量由於老化引起的管燈227的亮度變化，以及檢測管燈227不能正常工作的時間。
攝像機214一行接一行地攝製瓷磚231的圖象，因此有可能使用許多類型的行掃描攝像機。在這個特定的實施例中，使用的是時間域積分[Time Domain Integration(TDI)]攝像機214(其中加入了一個CCD陣列)。TDI攝像機214捕獲瓷磚231的全寬度圖象和沿瓷磚長度方向的x行的圖象，其中例如x＝96。瓷磚231每次移動了與CCD陣列中的一行像素相對應一個距離，攝像機214就被觸發，攝像機便捕獲瓷磚231在新位置的下一個圖象，因而使橫過瓷磚的一個特定行成像x次。然後，對該特定行的多個圖象取平均，就可提供一個極其準確的行圖象。
使用TDI攝像機214的一個優點是可以使用較低的發光強度，這是因為捕獲了同一行的多個圖象，相對這一行來說有效地提高了曝光時間。此外，因為使用了CCD陣列中的所有的像素，所以可以將和攝像機的CCD像素陣列的響應不均勻有關的問題都平均消掉。此外，還可避免出現幀移動拖尾。
使用TDI攝像機獲得的優點，特別是當它通過成像位置A時與瓷磚231的準確跟蹤密切相關。提供一個瓷磚位置跟蹤裝置250(如圖13所示)，以產生攝像機214的觸發信號。位置跟蹤裝置250包括安裝在傳送帶230的各自兩側的兩個完全一樣的齒輪結構。每個齒輪結構都包括一排導輪251、252、253、一個齒輪255和一個位置編碼輪256。在每排導輪兩端的導輪251是不和相鄰導輪相接的自由旋轉輪。這些自由旋轉輪用於引導瓷磚231進入跟蹤裝置250，因此可以校正可能存在的瓷磚231的任何微小的位置偏移。每排導輪252、253圍繞分界線254對稱定位。儘管在圖12中沒有表示出來，但分界線254對應於圖12中的瓷磚成像位置A。藉助於齒輪255將導輪252和253在操作上耦合起來，齒輪255轉而又耦合到位置編碼輪256。位置編碼輪256的半徑比齒輪255的半徑小得多，因此導輪252、253的任何轉動都藉助於齒輪255對位置編碼輪的齒輪比而被放大。軸編碼器257帶有每個位置編碼輪256，其目的為了測量位置編碼輪256的轉動，由此可為觸發攝像機214提供一個高解析度的位置確定信號。
每個齒輪結構都固定在一個框架(未示出)上，該框架安裝在傳送帶230的支撐結構(未示出)上。每個框架安裝一個彈簧裝置，迫使齒輪結構彼此靠近。該彈簧裝置提供一個很弱的彈簧力，但這個彈簧力還要足夠強，保證瓷磚231和導輪251、252、253之間接觸良好，這就改善了位置跟蹤裝置250的精度。
當一個瓷磚231進入位置跟蹤裝置250時，首先通過自由旋轉輪251使瓷磚231排齊。瓷磚231的前緣258隨後和導輪252接觸，導輪252的轉動激勵位置確定信號的產生。該跟蹤裝置的另一個特點是，導輪253和導輪252一起轉動，即使瓷磚231尚未抵達導輪253的位置也是這樣。因此，當瓷磚231的前緣258抵達導輪253時，導輪253能平滑地引導瓷磚前緣258穿過該裝置250。此外，這一特點還能使位置確定信號在瓷磚前緣抵達瓷磚成像位置A之前、和在瓷磚後緣251離開這一位置A之後產生，從而可捕獲瓷磚表面的一個完整的圖象。圖13還表示出當瓷磚231按箭頭260的方向穿過該裝置250時每個輪的轉動的各個方向。
對軸編碼器257，以及齒輪255和位置編碼輪256之間的齒輪比進行選擇，以便每當瓷磚移動了與攝像機中的一行像素對應的一個距離時都能為攝像機提供觸發信號。因此，攝像機的觸發依賴於傳送帶230的速度；在理想的情況下，如果這個速度恆定，則攝像機的曝光時間也是恆定不變的。但實際上傳送帶230的速度總是有「起伏跳動」的趨勢，因此必須提供補償以防止曝光時間變化。補償是由圖12所示的液晶快門裝置238提供的。這個裝置238可在高速/高頻下操作，以便簡化對攝像機214的每個圖象捕獲過程中的曝光時間的調節。另外，當瓷磚通過圖象檢測位置時通過光選通改變曝光時間。
如前面所述，圖象捕獲室213要和外部環境隔絕密封，以防多塵的工業環境的汙染。然而，即使像在前面的實施例那樣，先把瓷磚231弄乾淨而後再讓它抵達成像位置A，仍存在著在圖象捕獲室213的下方塵埃積累的趨勢。因此，為了保持校準物236(見圖12)上基本上沒有塵埃，應提供一個校準物清潔裝置(未示出)。該清潔裝置包括沿校準物236的一個邊緣定位的一排空氣排氣口，並且在校準物236的另一個邊緣上提供相應的與排氣口面對的一排吸氣口。這樣，就能橫過校準物236的表面上維持一個恆定的空氣氣流，從而可防止塵埃在該表面上堆積。
第二實施例中使用的軟體基本上和第一實施例相同。最重要的變化是提供了有關瓷磚分級過程的更多的用戶控制。關於這一點，已採用的用戶接口應能通過交互觸控螢幕223向用戶給出大量信息，其中包括處理參數、瓷磚級別邊界、以及其它相關的數據。向用戶提供大量的處理選擇方案，其中包括「調諧」分級過程，用於調節瓷磚級別邊界；通過選擇一個訓練瓷磚作為一個特定級別的中心的代表給分級過程加權；以及建立過程報警，用於監視分級過程的性能並當超過預定限值時通報用戶。給與用戶的另一個特點是可從現存的數據中產生新的瓷磚級別。這就允許使用一組樣品瓷磚進行沒有覆蓋所有級別的訓練，通過產生新的瓷磚級別邊界來確定額外增加的級別。
當正被「調諧」分級過程時，給與用戶的是所選的分級特徵、訓練期間或分類期間的結果、以及確定級別之間的邊界的系統對這些情況的圖形顯示。用戶然後能夠移動一個選定的邊界至一個新的位置，並且如果選擇了這個邊界位置、從圖形上會看到這種在瓷磚成員資格對各種級別上出現的作用。用戶能夠簡單而迅速地調節系統的性能，並且還能觀察到這種改變對分級結果可能會產生的效果。
現在參照圖14和15所表示的本發明的第三實施例。這個實施例和前述的第二實施例幾乎完全相同，下面只介紹它們之間的不同點。
在第三實施例中，使用「在線」校準過程來提供檢測的圖象數據的精細調節，以便對溫度漂移、照明條件的變化、以及速度跳動進行補償。這個過程涉及一個校準物300的圖象，它存在於攝像機的每一個行掃描中。為了得到這個圖象，讓攝像機的行掃描超過瓷磚301的寬度，並且讓校準物3 00在這種掃描的額外寬度上成像(見圖15)。於是，校正物300在TDI攝像機的視場303中靠近一個高精度傳送帶302(下面再討論)處被定位。將校準物300粘結到圖象捕獲室213的玻璃窗口225的下側。這樣做的優點是，因為校準物的表面與塵埃隔絕，所以不再需要第二實施例中的校準物清潔裝置。按另一種方式，還可將校準物放在這個密封室中，以得到同樣的結果。
在前面描述過的「過程中」校準中，調節數字器增益和偏置來補償運行期間和訓練期間之間的變化。但因這一過程對「在線」校準來說還不夠快，所以要通過一快速數字查找表(未示出)來傳遞數據，從而使運行期間檢測的灰度級等於界標灰度級。為了便利於用查找表中的數碼精確相乘，輸入10位未曾補償的強度數據，以便產生8位的被補償的輸出數字。使用查找表的好處是能迅速地提供補償強度數據，也允許非線性的傳送函數進行轉換。
使用「在線」校準的另一個優點是不需要高精度的跟蹤裝置。關於這一點，不必在自動檢查設備中裝置瓷磚位置跟蹤裝置250(圖13)。相反，通過給出恆定曝光時間的高頻晶體振蕩器(未示出)可獨立地觸發攝像機，並且使用一個更精確的傳送帶裝置使速度跳動減至最小，可使瓷磚301能以基本上恆定的速度通過成像區。使用這種傳送帶裝置就不再需要LCD快門或光選通了。
這個新的傳送帶裝置包括三個傳送帶一個輸入傳送帶304、一個輸出傳送帶305和在輸入及輸出傳送帶之間的高精度傳送帶302。每個傳送帶都由自動調節的電機驅動，並且使這些電機能以恆定的預定速度移動傳送帶。使傳送帶的速度大於該瓷磚製造/處理系統的其它部件的速度，從而就能保證在瓷磚分類器上不會積累積壓的瓷磚。此外，要使所有這三個傳送帶都以相同的速度操作。
提供的輸入和輸出傳送帶304、305起緩衝高精度傳送帶302的作用，這是為了避免由於瓷磚加速和減速不可避免要發生的負荷加載，而瓷磚的加速和減速隨著瓷磚從較幔的傳送帶分別地進入和離開瓷磚檢查設備時發生。因此，高精度傳送帶是不加負荷的，因而能維持速率恆定。此外，高精度傳送帶302的長度最小，這本來就能減小速度跳動。為保持瓷磚沿傳送帶移動的軌道，每個傳送帶都設有至少一個軸編碼器306。
為了進一步改善數位化的瓷磚圖象的質量，對數字器輸出的圖象強度進行平均，以減小噪聲的影響。對形成一個2×2方陣的4個相鄰像素輸出的圖象強度進行平均，以得到一個新的較大的象素的一個圖象強度值。因而，將空間解析度減小了4倍，例如將一個2×2k陣列的像素減小到1×1k陣列的像素。但強度解析度保持在10位，因此可將該平均的數據輸到查找表中。按理想的情況，強度的平均應在模擬處理階段由攝像機的CCD完成，這一系統能很容易地與攝像機的功能相適應。然而目前在攝像機上還不能利用這個方便條件，因此強度的平均還是要在數字處理階段完成。
於是參照特殊實施例描述了本發明，但應認識到，所述的實施例僅是典型的情況，並且在不離開下面的權利要求書中提出的本發明的構思和範圍的條件下，易於作出改進和變化。例如，儘管所述的實施例用於瓷磚，但這些實施例也可按另外的方式用於分級或分類塑料或軟木瓦，或者其它產品，如木塊。本發明還可應用於檢驗紡織品或其它片狀材料，如壁紙、鈔票、郵票、工藝複製品、等。此外，儘管所述的實施例利用了來自單色攝像機的灰度信息，但攝像機也可以是彩色攝像機，並且也可以實現這種圖象的處理以檢測彩色的變化。此外，這些設備還提供於檢測瓦面的缺陷，如傷痕和凹坑。向瓦的表面投射一個預先確定的圖案，並且對由這些缺陷引起的圖案的任何畸變進行光學檢測，就可檢測出這些種類的變形。此外，可以擴展微機和圖象處理器之間的通信聯繫以攜帶更多的數據，結果，可從微控制器遠距離實現對每個特徵確定算法的圖象處理器的重新配置。
權利要求
1.一種自動檢查設備，用於按照物品的表面特徵把一物品歸類，該檢查設備包括一個腔室；傳送裝置，用於通過所說室傳送所說物品；照明裝置，用於當物品處在該室中時照射物品的表面；一臺攝像機，用於當物品通過該室時捕獲所說表面的一個電圖象；以及處理裝置，用於處理該圖象以分類物品。
2.按照權利要求1的一種自動檢查設備，其中，對傳送裝置進行安排，使它能以基本上恆定的速度傳送物品通過所說的室，並且攝像機是一種高速攝像機，它被裝置成能在物品穿過該室時捕獲物品表面的一個高解析度圖象。
3.按照權利要求1或2的一種自動檢查設備，進一步還包括控制裝置，用於控制攝像機的操作，監視該室中的環境條件、並與處理設備一起傳送處理裝置完成的分類過程的結果。
4.按照前述權利要求的任何一個中的一種自動檢查設備，進一步還包括位置確定裝置，用於跟蹤物品進入、穿過和走出該室的移動。
5.按照權利要求4的一種自動檢查設備，其中攝像機捕獲操作依賴於所說位置確定裝置的輸出。
6.按照前述權利要求的任何一個中的一種自動檢查設備，其中，對所說的室進行安排，使它能阻止光從室的外部進入該室中，並且該室進一步還包括基本上無反射的吸光內壁。
7.按照前述權利要求的任何一個中的一種自動檢查設備，其中所說照明裝置包括安排成一個光源的多個燈以及在該室中提供漫射光的一個漫射結構。
8.按照權利要求7的一種自動檢查設備，其中，所說漫射結構包括一個粗級漫射體、一個反光鏡和一個精細漫射體，反光鏡接收粗級漫射體散射的光並且向精細漫射體反射該光。
9.按照前述權利要求的任何一個中的一種自動檢查設備，其中，所說攝像機的定位位置使物品位於該室內的一個預定位置時該攝像機只接收來自所說物品表面的非鏡向反射的漫射光。
10.按照前述權利要求的任何一個中的一種自動檢查設備，其中，使濾光器裝置與所說攝像機相接，以使攝像機對電磁光譜的可見區域的靈敏度最佳。
11.按照前述權利要求的任何一個中所述的一種自動檢查設備，其中所說攝像機包括一個變焦距鏡頭，並且具有可控的變焦距、焦點、和光圈機構。
12.按照前述權利要求的任何一個中所述的一種自動檢查設備，進一步還包括一個位於所說室中能使攝像機校準的校準基準。
13.按照前述權利要求的任何一個中所述的一種自動檢查設備，進一步還包括一個冷卻系統，對該冷卻系統進行安排，使它能冷卻攝像機和計算機環境。
14.按照前述權利要求的任何一個中所述的一種自動檢查設備，進一步還包括阻止塵埃汙染所說室內的表面的裝置。
15.一種自動檢查設備，用於按照物品的表面特徵把一物品歸類，該檢查設備包括傳送裝置，用於傳送所說物品到一個圖象檢測位置；照明裝置，用於當物品處在所說圖象檢測位置時照射物品表面；一臺攝像機，用於當物品通過圖象檢測位置時捕獲所說表面的一個電圖象；以及處理裝置，用於處理圖象以分類物品。
16.按照權利要求15的一種自動檢查設備，其中，對傳送裝置進行安排，使它能以基本上恆定的速度使物品通過圖象檢測位置，並且攝像機是一種高速攝像機，它被安裝成能在物品穿過該圖象檢測位置時捕獲物品表面的高解析度圖象。
17.按照權利要求15或16的一種自動檢查設備，其中所說攝像機是一種行掃描攝像機，它被安裝成能捕獲所說物品的部分圖象，且用電子學方法把這些部分圖象重組成一個完整的所說物品的圖象。
18.按照權利要求17的一種自動檢查設備，其中所說攝像機是一種時域積分攝像機。
19.按照權利要求15-18的任何一個中所述的一種自動檢查設備，進一步還包括一個高速快門裝置，用於調節攝像機的曝光。
20.按照權利要求15-19的任何一個中所述的一種自動檢查設備，進一步還包括控制裝置，用於控制攝像機的操作、監視捕獲圖象的環境條件和用處理設備傳送由處理裝置實現的分類過程的結果。
21.按照權利要求15-20的任何一個中所述的一種自動檢查設備，進一步還包括位置確定裝置，用於跟蹤物品進入、通過和走出圖象檢測位置的移動。
22.按照權利要求21的一種自動檢查設備，其中對所說位置確定裝置進行安排，以對齊並引導所說物品穿過所說圖象檢測位置。
23.按照權利要求21或22的一種自動檢查設備，其中對攝像機的捕獲操作進行處理，使其能依賴於所說位置確定裝置的輸出。
24.按照權利要求15-23的任何一個中所述的一種自動檢查設備，其中所說攝像機裝在一個封閉的室內，對該室進行安排，使來自該室的外部的光只能通過位於所說圖象檢測位置的一個窗口進入該室內併到達所說攝像機，所說的室包括基本上無反射的吸光內壁。
25.按照權利要求24的一種自動檢查設備，其中所說照明裝置在所說的室的內部包括安排成一個或多個高頻螢光燈作為光源，用於通過所說室的窗口照明所說物品。
26.按照權利要求25的一種自動檢查設備，其中所說照明裝置包括反射器，用於向所說窗口反射光線。
27.按照權利要求15-26的任何一個中所述的一種自動檢查設備，其中所說攝像機的定位位置應使當物品位於所說圖象檢測位置時攝像機只接收來自所說物品表面的非鏡向反射的漫射光。
28.按照權利要求15-27的任何一個中所述的一種自動檢查設備，其中將濾光器裝置與所說攝像機相接，使攝像機對電磁光譜的可見區的靈敏度最佳。
29.按照權利要求15-28的任何一個中所述的一種自動檢查設備，其中所說攝像機具有可控的光圈機構。
30.按照權利要求15-29的任何一個中所述的一種自動檢查設備，進一步還包括一個位於所說圖象檢測位置能進行攝像機的校準的校準基準。
31.按照權利要求30的一種自動檢查設備，進一步還包括阻止塵埃汙染所說校準基準表面的裝置。
32.按照權利要求15-31的任何一個中所述的一種自動檢查設備，進一步還包括一個冷卻系統，對冷卻系統進行安排，使它能冷卻攝像機和計算機的環境。
33.按照權利要求32的一種自動檢查設備，其中所說的冷卻系統包括一個空氣調節系統。
34.按照權利要求32或33的一種自動檢查設備，其中所說冷卻系統包括用於冷卻所說攝像機的熱泵和散熱片。
35.按照前述權利要求的任何一個中所述的一種自動檢查設備，其中提供能補償攝像機圖象消除人為因素的影響的裝置，例如由對工件的非均勻照射或溫度變化引起的影響，或者用於對各種各樣攝像機像素的輸出的變化進行補償。
36.按照前述權利要求的任何一個中所述的一種自動檢查設備，其中所說處理裝置包括一個圖象處理器，對圖象處理器進行設計，使它能把圖象數據轉換成一個特徵值表，並根據所說的表分類物品。
37.按照前述權利要求的任何一個中所述的一種自動檢查設備，其中所說處理裝置包括一臺計算機和一個用戶接口；對計算機進行編程，使它能執行多個特徵抽取算法和一個排序算法，該排序算法使用特徵抽取算法排序作為瓷磚級別之間區別中判據它們的效率，該用戶接口能在設備處於訓練方式時允許操作員規定物品的類型和級別，並且能在訓練方式和運行方式之間進行轉接。
38.一種自動分選設備，包括按前述權利要求的任何一個中所述的一種自動檢查設備和一個機械分類設備，所說機械分類設備響應於所說自動檢查設備根據所說的自動檢查設備確定的物品類別進行實際地分類物品。
39.按照權利要求38的一種自動分類設備，其中所說機械分類設備包括一個輸入傳感器，用於確定以前分類的物品抵達所說機械分類設備的時間。
40.按照前述任何一個權利要求所述的一種自動檢查設備或一種自動分類設備，其中所說物品包括一塊瓷磚。
41.一種自動檢查設備，用於根據工件表面的圖象、和/或顏色、和/或紋理結構對工件進行分類，所說檢查設備包括傳送裝置，用於傳送所說工件至一個圖象檢測位置；照明裝置，用於在所說圖象檢測位置均勻照射所說工件；一臺攝像機，用於在所說檢測位置記錄所說工件的圖象；以及處理裝置，用於處理圖象，對所說處理裝置進行設計，使它能確定該工件的多個特徵，並用這些特徵來確定工件的類別。
42.一種基本上如以前參照附圖所描述的一種自動檢查設備和一種自動分類設備。
全文摘要
一種自動檢查設備(11，211)，用於按照物品(31，231)的一個表面特徵把一物品歸類(31，231)，該設備包括傳送物品(31，231)到一個圖象檢測位置的傳送裝置(30，230)和在物品通過圖象檢測位置時捕獲物品(31，231)表面電圖象的一架攝像機(14，214)。提供照明裝置(38，39，227，228)以便在物品通過圖象檢測位置時照射物品(31，231)的表面。還提供包括一個微控制器(17，217)、一個圖象處理單元(18，218)和一臺微機(21，221)的處理裝置，為了分類物品(31，231)，對該處理裝置進行配置，使它能處理捕獲的電圖象。
文檔編號B07C5/342GK1127037SQ94192758
公開日1996年7月17日 申請日期1994年5月27日 優先權日1993年5月28日
發明者M·R·達齊爾, D·J·菲利普斯, A·W·格蘭治, N·J·米歇爾, D·韓富利 申請人:公理圖像處理系統有限公司