人類的視覺感知和判斷是檢測低對比度、微妙性和不可預(yù)知性缺陷的標(biāo)準(zhǔn).在消費(fèi)電子、航空航天和汽車制造業(yè)等行業(yè)，人力檢測員可能會(huì)被派駐在生產(chǎn)線上進(jìn)行復(fù)雜的裝配驗(yàn)證或表面檢測。這些任務(wù)可以從檢測膝上型電腦組件的內(nèi)部部件到檢測智能設(shè)備外殼上的外觀缺陷，到評估車輛表面的光潔度。在那些期望無缺陷的行業(yè)中，較小的缺陷可能會(huì)給制造商的聲譽(yù)帶來災(zāi)難。這些缺陷也是自動(dòng)化系統(tǒng)較難檢測的，下面將了解　　五個(gè)跡象，表明光度法的成像系統(tǒng)是您檢測應(yīng)用的正確選擇。

　　盡管操作效率低下，但人類仍然在生產(chǎn)線上工作，這是因?yàn)樗麄冇歇?dú)特的能力來檢測超出自動(dòng)化系統(tǒng)能力的微妙、不可預(yù)測和上下文相關(guān)的錯(cuò)誤。

　　機(jī)器視覺的自動(dòng)視覺檢測在客觀性、效率和重復(fù)性方面優(yōu)于人工檢測。然而，盡管操作效率低下，人類仍然在生產(chǎn)線上工作，這是因?yàn)樗麄冇歇?dú)特的能力來檢測和評估錯(cuò)誤，這些錯(cuò)誤太微妙、太不可預(yù)測，或者要求上下文過于具體，無法在自動(dòng)化系統(tǒng)上進(jìn)行數(shù)字編程。因此，在完好無瑕和無差錯(cuò)操作的地方，許多高價(jià)值產(chǎn)品的制造商仍然依賴手工檢測方法。

　　可能有適合制造商的介質(zhì)，他們需要人工檢測人員的視力，但希望獲得自動(dòng)化的好處。成像光度計(jì)(用于測量人眼感知的光強(qiáng)和亮度的基于ccd的相機(jī))可以與生產(chǎn)排序軟件相結(jié)合，并適用于各種復(fù)雜的檢測任務(wù)。這些相機(jī)具有高分辨率和寬的動(dòng)態(tài)范圍，能夠在標(biāo)準(zhǔn)機(jī)器視覺解決方案往往不夠的應(yīng)用中進(jìn)行準(zhǔn)確檢測。本文概述的五個(gè)指標(biāo)旨在幫助讀者了解基于光度法的成像解決方案的能力及其對檢測應(yīng)用的適用性。

　　標(biāo)準(zhǔn)機(jī)器視覺的局限性

　　標(biāo)準(zhǔn)機(jī)器視覺攝像機(jī)(可定義為由CCD或cmos傳感器組成的二維輻射成像儀，通常分辨率為12 MP或更低)非常適合于具有視覺上明顯且可預(yù)測的缺陷的應(yīng)用，很少有超出程序感興趣點(diǎn)范圍的異?；蛉毕?。這些系統(tǒng)通常會(huì)為了速度而犧牲精度，提供相對低分辨率的傳感器，捕捉足夠的圖像細(xì)節(jié)來檢測指定的錯(cuò)誤。標(biāo)準(zhǔn)機(jī)器視覺系統(tǒng)軟件工具通常被應(yīng)用于靜態(tài)位置，以尋找諸如鉆孔中缺少的螺絲或產(chǎn)品上的不正確定位標(biāo)簽等缺陷，用于分析所定義的感興趣點(diǎn)內(nèi)的圖像特征。如果形狀、尺寸、顏色或零件特征的位置發(fā)生變化，機(jī)器視覺系統(tǒng)可能無法在圖像的對比度變化范圍內(nèi)檢測缺陷。

　　因此，這些系統(tǒng)通常被應(yīng)用于高度重復(fù)的應(yīng)用中，在這些應(yīng)用中，圖像變化可以很容易地通過戰(zhàn)略照明來增強(qiáng)，并且不需要任何判斷或上下文信息來進(jìn)行分析。在這些應(yīng)用程序中，視覺檢測相對容易，這使得機(jī)器視覺成為了人工檢測的一個(gè)很好的替代，為質(zhì)量控制提供了一個(gè)可重復(fù)的、自動(dòng)化的解決方案。然而，對于更復(fù)雜的應(yīng)用，標(biāo)準(zhǔn)機(jī)器視覺系統(tǒng)可能無法提供100%缺陷檢測所需的成像和軟件能力。

　　成像光度計(jì)的特點(diǎn)是高分辨率傳感器和先進(jìn)的光學(xué)元件，以捕獲比典型的機(jī)器視覺相機(jī)更詳細(xì)的圖像。

　　基于光度法的成像系統(tǒng)

　　一個(gè)替代解決方案的標(biāo)準(zhǔn)機(jī)器視覺，提供優(yōu)越的成像和軟件功能是一個(gè)基于光度的成像系統(tǒng)。成像光度計(jì)通常用于測試和測量發(fā)光產(chǎn)品，如顯示器和LED照明，成像光度計(jì)也適用于非照明設(shè)備的復(fù)雜檢測應(yīng)用。成像光度計(jì)的特點(diǎn)是，它們的設(shè)計(jì)是為了衡量光的強(qiáng)度和功率相對于人的眼睛的靈敏度。由于視覺檢測依賴于解釋反射光或光的發(fā)射來捕獲和處理圖像，因此更接近于模擬人類對光的感知的系統(tǒng)更有能力執(zhí)行類似人類的錯(cuò)誤檢測。

　　成象光度計(jì)還具有更高分辨率的傳感器和先進(jìn)的光學(xué)元件來捕獲比典型機(jī)器視覺攝像機(jī)更詳細(xì)的圖像。這樣就可以檢測到更多細(xì)微的缺陷，因此，可以將更多的功能應(yīng)用到圖像中有意義的變化中。結(jié)合先進(jìn)的基于光度的軟件工具，成像光度計(jì)解釋這些細(xì)節(jié)以捕捉圖像中的異常，利用光均勻性分析技術(shù)來檢測照明顯示器中的雜音(云)，以便在不可預(yù)測的位置定位和量化未編程的缺陷。結(jié)合這種上下文缺陷評估，人的視覺感知，和優(yōu)越的成像質(zhì)量，一個(gè)基于光度的視覺系統(tǒng)融合了自動(dòng)化的好處和人類的視力和判斷力。

　　在質(zhì)量控制方面，成像光度計(jì)比標(biāo)準(zhǔn)機(jī)器視覺和人體檢測具有五個(gè)關(guān)鍵方面的優(yōu)勢：

　　1.零件上的缺陷是小的、微妙的或低對比度的。

　　與標(biāo)準(zhǔn)機(jī)器視覺相機(jī)相比，基于光度法的相機(jī)具有更高的分辨率和動(dòng)態(tài)范圍，使得它們能夠更好地檢測小的和低對比度的缺陷。為光測量而設(shè)計(jì)的成像光度計(jì)須捕捉非常詳細(xì)的圖像，以便在像素級分析光的分布和顏色變化。另一方面，標(biāo)準(zhǔn)視覺系統(tǒng)更多地用于區(qū)分具有基線一致性的像素連接的“小塊”之間的差異，而且在其典型的高吞吐量應(yīng)用程序中，通常很少需要像素對像素的測量。

　　決議：

　　成像光度計(jì)的CCD分辨率可能高達(dá)2900萬像素，在較少數(shù)情況下甚至更高。這一精度水平只能由在線的人工檢測員復(fù)制，盡管即使是微妙的細(xì)節(jié)也可能被人的眼睛所忽略。

動(dòng)態(tài)范圍：

　　動(dòng)態(tài)范圍是可以在圖像中識(shí)別的灰度值的數(shù)目。具有更寬的動(dòng)態(tài)范圍的傳感器使光度照相機(jī)能夠檢測由陰影或光反射引起的表面上的發(fā)際線變化(例如表示劃痕的陰影，或指示金屬成分的光譜反射)。

　　這與光度相機(jī)的高分辨率相結(jié)合，使基于光度法的視覺系統(tǒng)能夠以較高的精度對小的和低對比度的缺陷進(jìn)行圖像和分類，同時(shí)保持圖像處理速度和低圖像噪聲。(圖像噪聲在具有相機(jī)CCD內(nèi)部冷卻功能的成像系統(tǒng)中進(jìn)一步降低)。在某些情況下，一個(gè)光度成像系統(tǒng)可以檢測到缺陷是如此的微妙，以至于它們往往不被人類的檢測人員注意到。這些包括玻璃上的輕微劃痕，鍵盤鍵之間的間隙變化小于1毫米，或者黑色表面的鉆孔沒有微小的黑色螺絲(如下面的例子所示)。

　　2.缺陷是不可預(yù)測的，并且是隨機(jī)發(fā)生的。

　　裝配越復(fù)雜，錯(cuò)誤在生產(chǎn)過程中發(fā)生的可能性就越大，并且越難知道何時(shí)何地會(huì)發(fā)生錯(cuò)誤。人類檢測員的好處是將優(yōu)越的判斷力應(yīng)用于視覺檢測，使用上下文來評估缺陷是否存在。他們不需要被告知在哪里查找某個(gè)部分的缺陷，從而發(fā)現(xiàn)異常，在給定的程序集中可能出現(xiàn)許多缺陷的環(huán)境中，這是有益的。

　　一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的機(jī)器視覺系統(tǒng)須用靜態(tài)的興趣點(diǎn)編程，以知道在哪里“查找”缺陷。這需要先進(jìn)的缺陷位置知識(shí)和一致的生產(chǎn)環(huán)境，在這些環(huán)境中，零件不會(huì)發(fā)生很大的變化。對于高度復(fù)雜的組件，這種視覺系統(tǒng)的預(yù)編程可能需要幾個(gè)小時(shí)的工作，而新的缺陷可能仍未被發(fā)現(xiàn)。隨機(jī)發(fā)生的錯(cuò)誤，如凹痕、污跡、劃痕和其他表面擦傷，是標(biāo)準(zhǔn)機(jī)器視覺攝像機(jī)識(shí)別和檢測的較困難的地方，因?yàn)樗鼈兊奈恢?、大小和范圍變化如此之大?/span>

　　在左上象限(左)和光度檢測(右)中包含彩色雜音的照明顯示器的示例。

　　基于光度法的視覺系統(tǒng)利用其光測量能力來檢測和量化不可預(yù)測的裝配和表面缺陷。一個(gè)例子是使用“剛剛明顯的差異”(JND)評估均勻度測量。此值表示表面上的變化量，使標(biāo)準(zhǔn)觀察者至少有一半的時(shí)間可以從視覺上看到差異。許多測光(以及比色)成像儀利用JND來評估照明顯示中的顯著不均勻性和雜音(云霧)，這將被人類觀察者認(rèn)為是不可接受的。JND測量可以應(yīng)用于非照明表面，以檢測和分級表面上的“均勻性”問題，而這些問題是由與預(yù)期公差相背離的細(xì)微變化引起的，表明劃痕、凹痕、污跡和其他缺陷。

　　使用均勻性評價(jià)原理在平板屏幕上檢測到污跡。

　　可以根據(jù)缺陷的嚴(yán)重程度或范圍來測量凹痕的長度和寬度，以確定設(shè)備是否通過或失敗。

　　3.質(zhì)量問題需要量化和記錄

　　與人工檢測人員不同，機(jī)器可以同時(shí)處理無限數(shù)量的數(shù)據(jù)點(diǎn)，應(yīng)用值量化每個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)，以速度(甚至是無線方式)處理和通信數(shù)據(jù)，并在不丟失重要細(xì)節(jié)的情況下長時(shí)間存儲(chǔ)大量數(shù)據(jù)。大多數(shù)機(jī)器視覺系統(tǒng)能夠?qū)⑷毕萦涗洖閿?shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。然而，標(biāo)準(zhǔn)機(jī)器視覺系統(tǒng)測量和分級離散缺陷的能力有限，以評估可能需要部分拒絕的嚴(yán)重程度。這在應(yīng)用程序中是必要的，因?yàn)檎`差范圍可能低于給定的閾值–例如，稍有偏差的徽標(biāo)，或相對較淺深度的凹痕。這些閾值在整體尺寸、紋理、復(fù)雜性或其他特性的上下文中可能有所不同，對人類觀察者來說或多或少是一個(gè)錯(cuò)誤。

　　成像光度計(jì)能夠從圖像中獲取比標(biāo)準(zhǔn)機(jī)器視覺系統(tǒng)更多的數(shù)據(jù)，捕獲更多的像素和更多的灰度，以評估可能表明缺陷的對比點(diǎn)，如誤線電纜(右)。

　　標(biāo)準(zhǔn)機(jī)器視覺系統(tǒng)和基于光度法的缺陷量化系統(tǒng)在能力上的差異可以追溯到它們在分辨率和動(dòng)態(tài)范圍上的差異。成像光度計(jì)能夠從圖像中獲取比標(biāo)準(zhǔn)機(jī)器視覺系統(tǒng)更多的數(shù)據(jù)，捕捉更多的像素和更多的灰度，以評估可能表示缺陷的感興趣的對比點(diǎn)。例如，在可檢測的斑點(diǎn)大小時(shí)，缺陷可以通過標(biāo)準(zhǔn)攝像機(jī)(以像素計(jì)數(shù)、長度、寬度或其他值輸出)來測量，但是標(biāo)準(zhǔn)機(jī)器視覺光學(xué)限制了對較小的增量測量或?qū)Ρ榷炔町惖脑u估。

　　或者，使用成像光度計(jì)的先進(jìn)檢測系統(tǒng)可以提供軟件工具，為缺陷分配一個(gè)“可見性評分”。這個(gè)分?jǐn)?shù)是通過將缺陷的具體尺寸(小于毫米的測量)與程序公差進(jìn)行比較來計(jì)算的，從而能夠在成像部件的范圍內(nèi)評估缺陷的嚴(yán)重程度。如果缺陷的可見性評分過高，則可能會(huì)拒絕該部分。在其他情況下，缺陷的可見性分?jǐn)?shù)可能在一個(gè)可接受的范圍內(nèi)，表明一個(gè)部件能夠被修復(fù)并返回到線上。檢測系統(tǒng)獲取的缺陷趨勢數(shù)據(jù)也可用于Pareto分析，有助于限制錯(cuò)誤，并隨著時(shí)間的推移減少被拒絕零件的數(shù)量。

　　光度測量軟件為每個(gè)缺陷指定一個(gè)“可見性評分”，根據(jù)定義的公差對缺陷的嚴(yán)重程度進(jìn)行分級。

　　然后，制造商可以設(shè)置合格/不合格公差，以接受或拒絕給定可見性分?jǐn)?shù)的缺陷。

　　4.檢測的一致性和重復(fù)性很重要

　　人類提供更高的視力和判斷力來識(shí)別和分級嚴(yán)重的缺陷。然而，它們使人與人之間的判定不一致，并且不提供可重復(fù)的、可操作的數(shù)據(jù)來支持可跟蹤性，就像自動(dòng)化解決方案所做的那樣。此外，它們很容易疲勞研究復(fù)雜的陣列和配置的組件延長的時(shí)間。隨著時(shí)間的推移，人類檢測的準(zhǔn)確性急劇下降，并且隨著裝配的復(fù)雜性的增加而變得更加糟糕。例如，鍵盤和鍵盤框等平板產(chǎn)品的缺陷表現(xiàn)出從復(fù)雜陣列到完全隨機(jī)特征的視覺模式，更有可能被人為檢測人員所忽略，因?yàn)檫@些人很容易精疲力竭，仔細(xì)檢測高細(xì)節(jié)的零件。但是，捕捉復(fù)雜數(shù)組中的微小缺陷對于防止這些程序集中的潛在故障至關(guān)重要。

　　人類提供更高的視力和判斷力來識(shí)別和分級嚴(yán)重的缺陷。然而，它們使人與人之間的判斷不一致，并且不能提供可重復(fù)的、可操作的數(shù)據(jù)來支持自動(dòng)化。

　　在需要對復(fù)雜組件進(jìn)行缺陷檢測的情況下，制造商可以雇用幾個(gè)人工檢測人員對部件進(jìn)行重復(fù)檢測，以確保所有錯(cuò)誤都被檢測出來。這是一種昂貴的方法，特別是在停機(jī)時(shí)間有限的生產(chǎn)線上，需要對生產(chǎn)線上的多個(gè)檢測人員進(jìn)行多次輪班，以便進(jìn)行一致的質(zhì)量控制?；蛘撸上窆舛扔?jì)實(shí)現(xiàn)連續(xù)操作的好處，具有一致的、可重復(fù)的缺陷檢測性能。自動(dòng)化系統(tǒng)不會(huì)隨著時(shí)間的推移而失去效率，并且能夠應(yīng)用一致的缺陷評估，而不管部分復(fù)雜性如何，因?yàn)樾阅懿皇苡邢薜臄?shù)據(jù)容量的影響。因?yàn)樗鼈兪怯枚x的質(zhì)量公差編程的，所以性能隨著時(shí)間的推移保持一致。

　　光度成像系統(tǒng)使用準(zhǔn)確的空間測量來分析圖像以量化缺陷，這對需要跨越多條線和工廠的制造商特別有利。將這些測量結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)公差值進(jìn)行比較，以確保使用相同的標(biāo)準(zhǔn)對從生產(chǎn)線到工廠的檢測進(jìn)行評估，保持質(zhì)量控制的一致性和過程的重復(fù)性。

　　5.人類或其他技術(shù)未能達(dá)到目標(biāo)

　　也許比較有說服力的理由，評估光度基礎(chǔ)的成像檢測應(yīng)用，是失敗的其他解決方案，以充分滿足制造商的需要。一些制造商仍然依賴于人工檢測人員，僅僅是因?yàn)闄C(jī)器視覺和其他自動(dòng)化技術(shù)無法檢測關(guān)鍵缺陷或與人類判斷的準(zhǔn)確性相匹配來評估缺陷嚴(yán)重程度。對于這些制造商來說，避免錯(cuò)誤進(jìn)入供應(yīng)鏈的成本太高，不能冒險(xiǎn)切換到自動(dòng)化的檢測過程，盡管它有明顯的好處。

　　在需要人類檢測人員的視力和判斷力，但需要自動(dòng)化的應(yīng)用中，一個(gè)基于光度的系統(tǒng)可能是理想的解決方案。一種高度專業(yè)化的解決方案，基于光度的系統(tǒng)被校準(zhǔn)到獨(dú)特的測量環(huán)境，并被配置成滿足檢驗(yàn)應(yīng)用的準(zhǔn)確標(biāo)準(zhǔn)。每個(gè)系統(tǒng)都提供了一套獨(dú)特的功能，以適應(yīng)較困難和較關(guān)鍵的質(zhì)量控制任務(wù)。隨著設(shè)備的正確應(yīng)用，基于光度法的視覺解決方案將立即為人類檢測環(huán)境帶來投入回報(bào)，特別是在需要重復(fù)檢測人員或多班檢測人員以達(dá)到預(yù)期的吞吐量和準(zhǔn)確性目標(biāo)的情況下。

　　結(jié)語

　　與標(biāo)準(zhǔn)機(jī)器視覺系統(tǒng)相比，成像光度計(jì)比人類更準(zhǔn)確、更一致、更有成本效益，并且更能分辨視覺檢測和分析，為具挑戰(zhàn)性的視覺檢測應(yīng)用提供了一個(gè)專門的解決方案。成象光度計(jì)的分辨率可達(dá)2900萬像素，動(dòng)態(tài)范圍超過60分貝，具有低噪聲、冷卻CCD操作和科學(xué)校準(zhǔn)以準(zhǔn)確評估部分表面反射的光。這種光學(xué)靈敏度允許成像光度計(jì)捕獲清晰的圖像，以便進(jìn)行自動(dòng)視覺檢測，確保應(yīng)用的軟件工具能夠準(zhǔn)確地檢測和分類裝配和表面缺陷。利用基于測光技術(shù)的視覺差異評估(JND)來評估缺陷的范圍和嚴(yán)重程度以匹配人類的判斷，成象光度計(jì)也是一種適合于在線檢測人員的替代方法，在某些情況下甚至超過了人類的視覺感知能力。有了這種人和機(jī)械優(yōu)勢的平衡，采用光度法系統(tǒng)的制造商可以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率的提高，從而獲得明確的投入回報(bào)。

　　光度成像解決方案彌合了機(jī)器視覺系統(tǒng)和人類視覺之間的差距，提供了一致的、可量化的數(shù)據(jù)，與人類檢測人員的視力相匹配。有了這種人和機(jī)械優(yōu)勢的平衡，采用光度法系統(tǒng)的制造商可以為具挑戰(zhàn)性的檢測建立自動(dòng)化操作。