相關(guān)專利申請(qǐng)的交叉引用

本申請(qǐng)要求以下申請(qǐng)文件的權(quán)益：于2015年11月13日提交的名稱為“通過(guò)視覺(jué)系統(tǒng)檢測(cè)反光面上缺陷的系統(tǒng)及方法(systemandmethodfordetectingdefectsonaspecularsurfacewithavisionsystem)”、序列號(hào)為no.62/255,360的未決美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)；于2015年12月31日提交的名稱“通過(guò)視覺(jué)系統(tǒng)檢測(cè)反光面上缺陷的系統(tǒng)及方法(systemandmethodfordetectingdefectsonaspecularsurfacewithavisionsystem)”、序列號(hào)為no.62/274,094的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)；以及于2016年10月5日提交的名稱為“通過(guò)視覺(jué)系統(tǒng)檢測(cè)反光面上缺陷的系統(tǒng)及方法(systemandmethodfordetectingdefectsonaspecularsurfacewithavisionsystem)”、序列號(hào)為no.62/404,431的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)，上述申請(qǐng)的教示均通過(guò)引用方式明確地并入本文。

本發(fā)明涉及用于檢查物體的表面的機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)，以及更具體地，涉及用于檢查反光面的視覺(jué)系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)，本文也稱之為“視覺(jué)系統(tǒng)”，用于在制造環(huán)境中執(zhí)行各種任務(wù)。通常，視覺(jué)系統(tǒng)由具有圖像傳感器(或者“成像器”)的一個(gè)或更多個(gè)相機(jī)組成，該圖像傳感器采集場(chǎng)景的灰度或彩色圖像，該場(chǎng)景包括待生產(chǎn)的物體?？梢詫?duì)物體的圖像進(jìn)行分析以向用戶提供數(shù)據(jù)/信息以及相關(guān)聯(lián)的生產(chǎn)工藝。圖像所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)通常通過(guò)可以專用的一個(gè)或更多個(gè)視覺(jué)系統(tǒng)處理器中的視覺(jué)系統(tǒng)，或者通用計(jì)算機(jī)(例如，pc、膝上計(jì)算機(jī)、平板電腦或智能手機(jī))內(nèi)實(shí)例化的一個(gè)或更多個(gè)軟件應(yīng)用程序中的一部分來(lái)進(jìn)行分析和處理。視覺(jué)系統(tǒng)所執(zhí)行的一些類型的任務(wù)可以包括對(duì)物體以及靜止或移動(dòng)表面(運(yùn)輸工具)，諸如傳送機(jī)或移動(dòng)臺(tái)上的表面進(jìn)行檢查。

對(duì)于視覺(jué)系統(tǒng)而言，對(duì)反光面拋光的物體進(jìn)行表面檢查已經(jīng)證實(shí)具有挑戰(zhàn)性。通常，來(lái)自表面的反射會(huì)因進(jìn)入相機(jī)的大量反射光使得缺陷和表面瑕疵(例如，小坑/凹谷和/或凸起/凸峰)顯得褪色(washedout)，所述缺陷和表面瑕疵這表示小區(qū)域相對(duì)于周圍的表面在坡度上存在小差異。一種用于試圖發(fā)現(xiàn)反光面上的表面缺陷的方法是通過(guò)使用暗場(chǎng)光照，其中，在物鏡處沒(méi)有收集被投影到物體上的照明光。這用于使散射光線的任意表面缺陷高亮。然而，這種技術(shù)對(duì)于如下環(huán)境中進(jìn)行安裝和使用存在限制，即，包括物體與相機(jī)組件之間的相對(duì)移動(dòng)的環(huán)境。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明克服了現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，提供了一種使用刀緣技術(shù)來(lái)對(duì)反光面上的反光面缺陷進(jìn)行檢測(cè)和成像的系統(tǒng)及方法，其中，相機(jī)孔徑或外部裝置被設(shè)置成在光路內(nèi)形成物理刀緣結(jié)構(gòu)，所述物理刀緣結(jié)構(gòu)有利地遮蔽來(lái)自具有預(yù)定坡度值的被照射的反光面的反射光線，并且使得以不同的斜坡偏轉(zhuǎn)的光線到達(dá)視覺(jué)系統(tǒng)相機(jī)傳感器。在一個(gè)實(shí)施例中，照明器被聚光以便于從照明器的比被檢查的表面的區(qū)域大的區(qū)域出來(lái)并且收斂到表面的區(qū)域上。光線被(反光面)區(qū)域所反射并且繼續(xù)收斂于要么相機(jī)的入口孔徑附近的斑點(diǎn)，要么相機(jī)內(nèi)側(cè)的孔徑光闌(例如，可調(diào)整光圈)上的斑點(diǎn)。在任一位置處，從表面的平坦部分所反射的光大多數(shù)被刀緣或孔徑光闌阻擋。相反地，從缺陷的斜坡部分所反射的光大多數(shù)被反射到入口孔徑中。照射光束相對(duì)于相機(jī)的光軸成一定角度以提供與被檢查的表面成合適角度的入射角。示意性地，照明器可以包括線性偏振片，該線性偏振片將偏振光傳送到物體的表面。物體可以是多層的，并且可以包括例如偏振層。偏振光線從表面反射并且進(jìn)入相機(jī)傳感器/相機(jī)光學(xué)器件出的正交偏振片。示意性地，表面可以是靜止的并且可以由2d傳感器陣列所采集，或者表面相對(duì)于相機(jī)移動(dòng)，該相機(jī)可以限定為具有行掃描傳感器的行掃描相機(jī)。

在一個(gè)示意性實(shí)施例中，提供了一種用于對(duì)物體的反光面上的缺陷成像的系統(tǒng)及方法。表面通過(guò)視覺(jué)系統(tǒng)相機(jī)來(lái)成像，該視覺(jué)系統(tǒng)相機(jī)具有圖像傳感器和光學(xué)器件并且限定了光軸。照明器組件，其以與所述光軸不平行的預(yù)定角將構(gòu)造的光束投影到所述表面。刀緣元件與光學(xué)器件相關(guān)聯(lián)，該刀緣元件可變地阻擋光學(xué)器件的最大視場(chǎng)的一部分。刀緣元件和預(yù)定角度均被設(shè)置成使得：從光學(xué)器件發(fā)射到傳感器的光線大體上穿透表面上的缺陷特征的斜坡凸峰和凹谷或波形和波紋，并且斜坡缺陷特征周圍的反射光被刀緣元件所阻擋。示意性地，刀緣元件包括光學(xué)元件中的可變孔徑，以及預(yù)定角度與從平坦表面的表面變形的斜坡相關(guān)聯(lián)。在實(shí)施例中，傳感器是2d傳感器并且物體相對(duì)于相機(jī)靜止?？商娲兀瑐鞲衅飨薅ㄐ袙呙柘鄼C(jī)裝置并且物體相對(duì)于相機(jī)移動(dòng)，以及照明組件將照明線。投影到表面上使用行照明線使得通過(guò)2d傳感器檢查移動(dòng)部件和檢查比單個(gè)圖像所覆蓋的區(qū)域大得多的部件。在實(shí)施例中，除了可見(jiàn)光之外，照明器大體上限定了紅外或近紅外波長(zhǎng)范圍，并且物體可以限定包括抗反射涂層和/或偏振層的層，在這種情況下，照明器可以被偏振并且光學(xué)器件包括偏振濾光片。通過(guò)非限制性示例方式，物體可以是amoled顯示屏，并且偏振層是1/4λ延遲器以及偏振濾光片限定為正交偏振濾光片。照明器可以包括用于偏振照明光的偏振片，并且光學(xué)器件包括偏振濾光片。照明源可以限定為聚光束，該聚光束朝向刀緣結(jié)構(gòu)附近的一點(diǎn)收斂。刀緣結(jié)構(gòu)可以限定為位于光學(xué)器件前面的光路中的外部結(jié)構(gòu)(位于光學(xué)器件與物體之間)。示意性地，照明器組件將光線投影穿過(guò)位于視覺(jué)系統(tǒng)相機(jī)的光軸上的分束器，使得：來(lái)自于照明器組件的離軸照明被投影到與光軸重合的物體表面。在另一實(shí)施例中，照明器組件限定了多個(gè)照明源，多個(gè)照明源中的每個(gè)將光線投影到各個(gè)分束器，每個(gè)分束器位于視覺(jué)系統(tǒng)相機(jī)的光軸上，使得：來(lái)自于照明器組件的離軸照明被每個(gè)分束器投影到與所述光軸重合的物體表面。

示意性地，刀緣元件可以限定為位于光軸上的光學(xué)器件內(nèi)的阻擋結(jié)構(gòu)。該阻擋結(jié)構(gòu)被設(shè)置在與光學(xué)器件的前面相鄰的掩模構(gòu)件上。該阻擋結(jié)構(gòu)可以被設(shè)置成選擇性地對(duì)于特征相關(guān)聯(lián)的散射光進(jìn)行增強(qiáng)或抑制。阻擋結(jié)構(gòu)可以限定穿過(guò)光學(xué)器件沿著伸長(zhǎng)方向延伸的線，并且可以具有與光學(xué)器件上的聚焦照明斑點(diǎn)的尺寸有關(guān)的、沿著橫穿伸長(zhǎng)方向的寬度。細(xì)長(zhǎng)方向可以由特征的方位來(lái)限定。掩模構(gòu)件包括位于線的每個(gè)相對(duì)側(cè)上的周圍不透明區(qū)域，在線與不透明區(qū)域之間具有線性孔徑。阻擋結(jié)構(gòu)包括圓盤(pán)，圓盤(pán)的中心大約位于光軸上并且具有與特征中的一個(gè)或多個(gè)的尺寸有關(guān)的直徑。環(huán)形結(jié)構(gòu)可以圍繞盤(pán)，并且可以限定盤(pán)與環(huán)形區(qū)域的內(nèi)周之間的環(huán)形孔徑。環(huán)形區(qū)域可以被設(shè)置成抑制散射光。示意性地，掩模構(gòu)件限定了至少下列部件之一：搭扣式或旋擰式透鏡蓋，位于光學(xué)器件的前面的上方的貼花，以及位于光學(xué)器件上的可變模式光電機(jī)構(gòu)。在實(shí)施例中，裝置可以包括被設(shè)置成與光學(xué)器件結(jié)合第一偏振片和被設(shè)置成與照明器組件結(jié)合的第二偏振片。

附圖說(shuō)明

結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做以下說(shuō)明，其中：

圖1是具有包括2d像素陣列的相機(jī)的示例性視覺(jué)系統(tǒng)的圖示，該相機(jī)用于采集具有缺陷的示例性靜止物體表面的圖像，該示例性視覺(jué)系統(tǒng)包括照明器和光圈控制，該光圈控制被設(shè)置成對(duì)靜止物體表面的反光面上的表面變形缺陷特征進(jìn)行解析；

圖2是具有包括行掃描(1d)像素陣列的相機(jī)的示例性視覺(jué)系統(tǒng)的圖示，該相機(jī)用于采集具有缺陷的示例性移動(dòng)物體表面的圖像，該示例性視覺(jué)系統(tǒng)包括照明器和光圈控制，該光圈控制被設(shè)置成對(duì)移動(dòng)物體表面的反光面上的表面變形缺陷特征進(jìn)行解析；

圖3是根據(jù)圖1或圖2的裝置來(lái)解析表面變形缺陷特征的刀緣效應(yīng)的應(yīng)用的圖示；

圖4是圖2中的視覺(jué)系統(tǒng)布置的圖示，該視覺(jué)系統(tǒng)布置對(duì)被構(gòu)造成包括示例性偏振層的多層的、形式為amoled顯示屏的示例性物體進(jìn)行掃描，其中，物體包括位于上述層的至少一層內(nèi)的凸峰和凹谷缺陷特征；

圖5是圖4中的視覺(jué)系統(tǒng)布置和示例性被掃描物體的側(cè)視圖，其示出了照明光的光路和所采集的被反射的關(guān)于凸峰缺陷特征的光線；

圖6是圖4中的視覺(jué)系統(tǒng)布置和示例性被掃描物體的側(cè)視圖，其示出了照明光的光路和所采集的被反射的關(guān)于凹谷缺陷特征的光線；

圖7是根據(jù)示例性實(shí)施例的視覺(jué)系統(tǒng)布置的側(cè)視圖，其示出了與相機(jī)和光學(xué)器件相關(guān)聯(lián)的刀緣結(jié)構(gòu)的使用；

圖8是根據(jù)另一實(shí)施例的視覺(jué)系統(tǒng)布置和示例性被掃描的物體的側(cè)視圖，其示出了多個(gè)照明源以及相關(guān)聯(lián)的刀緣組件；

圖9和圖10是根據(jù)圖1的描述操作的視覺(jué)系統(tǒng)的圖示，該視覺(jué)系統(tǒng)包括提供與相機(jī)的光軸重合的離軸照射光的分束器，該分束器使用了一個(gè)照明器，而相機(jī)使用了兩個(gè)照明器；

圖11表示具有可見(jiàn)缺陷特征的示例性物體表面的圖像，這些可見(jiàn)缺陷特征均使用根據(jù)本文的實(shí)施例的視覺(jué)系統(tǒng)來(lái)以陰影圖的形式顯示在表面的周圍；

圖12是根據(jù)實(shí)施例的使用離軸照明和刀緣裝置來(lái)確定物體的反光面上的波紋的過(guò)程的流程圖；

圖13至圖15是分別示出了平滑表面特征與波紋表面特征的組合、波紋表面特征、以及平滑表面特征的響應(yīng)的圖像強(qiáng)度的示例性直方圖；

圖16是根據(jù)實(shí)施例的用于照射和掃描表面的行的、照明器和圖像傳感器的示例性光學(xué)裝置；

圖17是圖16的圖示的透視圖；

圖18是根據(jù)示意性實(shí)施例的示例性視覺(jué)系統(tǒng)相機(jī)和照明器圖示，其中，使用了掩模形式的刀緣元件，該刀緣元件包括位于相機(jī)的光學(xué)組件前面或之內(nèi)的固定或可變?yōu)V光元件；

圖19是用于結(jié)合圖18的示例性相機(jī)來(lái)限定線性孔徑內(nèi)的示例性非透明中央線的掩模的前視圖；

圖20是用于限定位于光學(xué)組件的中央處的示例性的圓盤(pán)元件的掩模的前視圖；

圖21至25分別是示例性非透明盤(pán)元件和外部環(huán)形元件的前視圖，非透明盤(pán)元件和外部環(huán)形元件由其間的環(huán)形孔徑隔開(kāi)，并且每個(gè)元件限定了預(yù)定直徑；

圖26是圖18中的具有掩模的視覺(jué)系統(tǒng)相機(jī)和照明器裝置所成像的示例性物體(例如，觸摸屏表面)的圖像，其示出了該示例性物體上的波紋表面細(xì)節(jié)；

圖27是圖18的視覺(jué)相機(jī)系統(tǒng)和照明器裝置所成像的、圖26中的示例性物體的圖像，其進(jìn)一步示出了觸摸屏表面上細(xì)節(jié)(例如，傳感器陣列)；以及

圖28是圖18的視覺(jué)相機(jī)系統(tǒng)和照明器裝置所成像的、圖26中的示例性物體的圖像，其示出了圖27中的傳感器陣列的高度精確的細(xì)節(jié)。

具體實(shí)施方式

圖1是根據(jù)示意性實(shí)施例的示例性視覺(jué)系統(tǒng)布置100的圖示，其中，場(chǎng)景包括相對(duì)于靜止視覺(jué)系統(tǒng)相機(jī)120靜止設(shè)置的反光物體110。在該實(shí)施例中，視覺(jué)系統(tǒng)相機(jī)120包括二維(2d)圖像傳感器s，在(例如)矩形布置中，二維圖像傳感器s包括n×m像素陣列。相機(jī)包括光學(xué)封裝件oc，光學(xué)封裝件oc可以包括任意可接受的透鏡組件(例如，具有c型物鏡座、f型物鏡座或m12型基座的透鏡)。在該實(shí)施例中，透鏡包括手動(dòng)或自動(dòng)孔徑控制——例如，可變光圈，其中，用戶或者其他外部控制者可以將合適的孔徑設(shè)置124輸入到手動(dòng)或自動(dòng)孔徑控制中(如下文進(jìn)一步描述的那樣)。傳感器s和光學(xué)封裝件oc共同地限定了光軸oa，該光軸通常垂直于物體110的廣義表面平面。布置100包括照明器130，該照明器130將光線的(例如，通過(guò)光學(xué)器件oi)平行光束132投影到表面110上。在一個(gè)實(shí)施例中，光束132被調(diào)整成很大部分維持在物體上并且避免延伸到剩余的場(chǎng)景。光束132被定位在與物體110的反光面的廣義平面成角a。該角與平面法線n并不垂直(通常為銳角)。法線n通常平行于相機(jī)光軸oa。

如所示出的那樣，物體110的表面包括缺陷特征140，該缺陷特征140可以限定向下漸開(kāi)的凹谷(也稱為“坑”)或向上凸起的凸峰(也稱為“凸起”)，其可以使用下文所述的布置和技術(shù)進(jìn)行有效地成像。在一個(gè)示例性實(shí)施例中，來(lái)自于被照亮的場(chǎng)景和物體110的圖像數(shù)據(jù)140被傳送至視覺(jué)系統(tǒng)處理器150。處理器150可以直接地被集成到一個(gè)或更多個(gè)相機(jī)組件中，或者如所描繪的那樣可以位于獨(dú)立計(jì)算裝置160上，該獨(dú)立計(jì)算機(jī)裝置160具有合適的用戶接口(例如，鼠標(biāo)162、鍵盤(pán)164)和顯示功能(屏幕和/或觸摸屏166)。計(jì)算裝置160可以包括服務(wù)器、pc、膝上計(jì)算機(jī)、智能手機(jī)或?qū)Ｓ锰幚硌b置、具有相關(guān)存儲(chǔ)器的其他類型的處理器、網(wǎng)絡(luò)裝置、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器等，這對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言應(yīng)該是清楚的。

視覺(jué)系統(tǒng)處理(器)150可以包括各種功能軟件處理器和模塊。這些過(guò)程/模塊可以包括關(guān)于控制相機(jī)/傳感器以及照明器130(通過(guò)照明控制信息170)的各種參數(shù)的控制器152。視覺(jué)系統(tǒng)處理(器)150還包括各種視覺(jué)工具152，諸如，特征檢測(cè)器(例如，邊緣檢測(cè)器、角落檢測(cè)器、模糊工具(blobtools)等)。這些工具用于在下文所描述的照明和光學(xué)條件下分析圖像的表面特征并且(例如)定位缺陷特征140。視覺(jué)系統(tǒng)處理器還包括缺陷查找器/查找模塊156，該缺陷查找器/查找模塊156采用各種工具154來(lái)定位并識(shí)別表面上的缺陷?？梢詫?duì)缺陷進(jìn)行量化并且將適合的信息172發(fā)送至處理過(guò)程(例如，部分拒絕和警告過(guò)程)174。

如下文進(jìn)一步描述的那樣，在多個(gè)實(shí)施例中，相機(jī)120可以包括(在光路內(nèi)的)偏振濾光片p。另一濾光片pi可以被設(shè)置在照明器上以便于將偏振光束遞送至表面上。

參考圖2，示出了視覺(jué)系統(tǒng)布置200，其中，具有反光面的示例性物體200直接沿著移動(dòng)方向(箭頭m)穿過(guò)成像場(chǎng)景。示意性地，通過(guò)移動(dòng)運(yùn)輸工具212來(lái)移動(dòng)物體，該移動(dòng)運(yùn)輸工具212可以包括移動(dòng)臺(tái)或傳送器。在該實(shí)施例中，相機(jī)220包括傳感器s1和光學(xué)器件oc1。示意性地，在該實(shí)施例中，傳感器s1被設(shè)置為1d像素陣列(或者2d陣列，其中，一行像素被處理)，從而限定為行掃描相機(jī)。在一個(gè)實(shí)施例中，相機(jī)可操作成能夠讀取2d像素陣列的一行或更多行。在這樣的裝置中，使用了本領(lǐng)域技術(shù)人員所清楚的時(shí)域技術(shù)來(lái)將來(lái)自行的像素信息結(jié)合到單個(gè)圖像中。因此，可以機(jī)械地對(duì)物體進(jìn)行掃描，同時(shí)連續(xù)地讀取成像器以形成部件的逐步掃描圖像。因此，相機(jī)的維度會(huì)比成像系統(tǒng)或探測(cè)器的高對(duì)比度區(qū)域要大得多。在可替代實(shí)施例中，應(yīng)當(dāng)注意，當(dāng)部件保持靜止時(shí)，成像/照明系統(tǒng)還可以被掃描成一個(gè)單元因此，行掃描通常會(huì)對(duì)與圖1的靜止裝置相對(duì)的、具有無(wú)線尺寸的區(qū)域提供高對(duì)比度，其中，高對(duì)比度集中在一點(diǎn)或一區(qū)域上。然而，在特定應(yīng)用中，移動(dòng)物體裝置和靜止物體裝置都有優(yōu)點(diǎn)。

如上文所描述的那樣，光學(xué)器件oc1包含在光圈控制224中。場(chǎng)景被照明器230照亮，照明器230示意性地將光的線232投影到場(chǎng)景和物體210的表面。值得注意的是，線按照如下方式延伸：平行于傳感器像素陣列的延伸方向，并且與移動(dòng)方向m正交。相機(jī)傳感器s1和光學(xué)器件oc1的光軸oa1通常垂直于/法向物體的廣義表面平面，以及光線的所投影的“扇形(fan)”被定向成與表面平面法線n1成非垂直(銳角)角a1。相機(jī)將圖像數(shù)據(jù)240以一系列掃描線的形式發(fā)送至視覺(jué)圖像處理器250。該處理器按照類似于上述處理器150(圖1)的方式工作。在該實(shí)施例中，傳輸工具還將移動(dòng)信息(例如，以編碼器點(diǎn)擊或脈沖形式)242發(fā)送至處理器250。該信息被用于(例如，基于沿著移動(dòng)方向m的、與每個(gè)脈沖相關(guān)聯(lián)的預(yù)定物理移動(dòng)增量)相對(duì)于物體的物理坐標(biāo)空間記錄每個(gè)掃描線。這使得處理器250能夠根據(jù)一系列1d像素行構(gòu)造物體的2d圖像。處理器250可以是適當(dāng)?shù)奶幚硌b置(未示出，但是類似于上文的裝置160)的一部分。處理器250還提供照明控制270并且基于成像器和照明控制252、視覺(jué)系統(tǒng)工具254和缺陷查找器256的操作遞送與物體表面有關(guān)的適當(dāng)?shù)娜毕菪畔?。這些操作類似于上述處理器150(圖1)所進(jìn)行的操作。相機(jī)光學(xué)器件可以包括偏振片p1，以及照明器230同樣可以包括偏振片，偏振片的功能將在下文進(jìn)行描述。

在一個(gè)實(shí)施例中，照明器可以限定成led驅(qū)動(dòng)的、光纖照明器或任意其他可接受的照明器。在任一裝置中，光線可以提供成可見(jiàn)光、紅外光或近紅外光，以及其他波長(zhǎng)光。應(yīng)當(dāng)注意的是，在各個(gè)實(shí)施例中，可以通過(guò)移動(dòng)物體、移動(dòng)相機(jī)或者移動(dòng)物體和相機(jī)二者來(lái)實(shí)現(xiàn)物體與相機(jī)之間的相對(duì)移動(dòng)。移動(dòng)可以是線性的或弧形的。

ii.光學(xué)關(guān)系

已經(jīng)描述了兩種示例性裝置100和200，其用于采集具有包含表面瑕疵(諸如，坑和凸峰缺陷)的反光面的物體的圖像，現(xiàn)在將進(jìn)一步詳細(xì)地對(duì)系統(tǒng)的與各種示例性表面相關(guān)聯(lián)的系統(tǒng)的操作進(jìn)行描述。下面的描述涉及這兩種裝置。如圖3中的示例性(示意性)裝置300所示，通過(guò)定向?yàn)榉侵苯翘幍墓庠凑丈浒狗?12和凹谷314的示例性表面310。照明器320限定了通常比區(qū)域(由寬度is表示)大表面310上所照亮的光斑(spot)的區(qū)域(由寬度ia表示)。所照亮的光斑或表面是待檢查的區(qū)域，其可以包括凸峰和凹谷。照亮的光線322基于照明器320中的合適的聚焦光學(xué)器件(其可以是傳統(tǒng)的光學(xué)器件)收斂在光斑上，以及所反射的光線324仍聚焦在光斑326上，要么在相機(jī)的入口孔徑附近要么在相機(jī)內(nèi)側(cè)的孔徑光闌上。在任一位置處，從表面發(fā)射的光主要被刀緣結(jié)構(gòu)330和/或孔徑光闌(例如，可變透鏡光圈)所遮擋?；谡丈涔馐拖鄬?duì)于彼此的相機(jī)光軸342以及表面310之間的相對(duì)傾斜，從凸峰和凹谷缺陷的斜坡部分反射的光(光線344)大部分被發(fā)射通過(guò)刀緣結(jié)構(gòu)330，并且進(jìn)入光學(xué)器件340的入口孔徑以到達(dá)傳感器350。每個(gè)缺陷的相對(duì)斜坡上的光完全地從入口孔徑/光學(xué)器件340反射和/或進(jìn)入刀緣結(jié)構(gòu)330(360)。

表面310上的所產(chǎn)生的圖像370的區(qū)域具有陰影圖的形式，其中，所成像的凸峰372是一半明亮(基于來(lái)自面向斜坡的入射光線344)而另一半黑暗(基于來(lái)自于與斜坡相對(duì)的遮擋光線360)；而所成像的凹谷一半黑暗(基于遮擋光線360)而另一半明亮(基于來(lái)自于面向斜坡的光線344)。系統(tǒng)可以基于哪一半黑暗以及哪一半是明亮來(lái)將凸峰與凹谷分辨開(kāi)，如所示出的那樣，左半部分明亮表示凸峰，而右半部分明亮表示凹谷。凸峰和凹谷周圍的區(qū)域相對(duì)于所反射的斜坡區(qū)域是黑暗或亮度不太強(qiáng)的區(qū)域。當(dāng)斜坡朝向相機(jī)光軸時(shí)帶來(lái)的影響結(jié)果會(huì)使得所反射的光線能夠聚焦在斜坡上，以及斜坡的偏差(第一偏差)會(huì)產(chǎn)生關(guān)于缺陷的強(qiáng)度的高對(duì)比度變化，而由于刀緣的傾斜和遮擋效應(yīng)的組合將使得來(lái)自于缺陷的周圍區(qū)域的光線會(huì)有效地衰減。

對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言，應(yīng)當(dāng)清楚的是，裝置300的安裝需要適當(dāng)?shù)貙⒄彰鞴馐蛐逼虏⑾鄬?duì)于斜坡傾斜，以及使相機(jī)朝向表面。刀緣的設(shè)置—要么通過(guò)設(shè)置外部結(jié)構(gòu)或移動(dòng)可調(diào)節(jié)光圈進(jìn)行設(shè)置——于是被用于獲得所需要用于增強(qiáng)像場(chǎng)中的缺陷的理想的光遮擋級(jí)別。

iii.進(jìn)一步的應(yīng)用

上述視覺(jué)系統(tǒng)布置可以操作在各種物體和表面上。圖4示出了行掃描視覺(jué)裝置400，其中，行掃描視覺(jué)系統(tǒng)相機(jī)220(圖2所描述的)對(duì)移動(dòng)(移動(dòng)m)物體420，該移動(dòng)物體420從上面所描述的行照明器230下方穿過(guò)。在一個(gè)示例性實(shí)施例中，照明器230可以包括線性偏振片pi1以及相機(jī)光學(xué)器件oc1可以包括正交偏振濾光片p1。例如，物體可以限定為反光面、分層表面，諸如amoled顯示屏。該示例包括玻璃或藍(lán)寶石頂層424上的頂部抗反射涂層422。其覆蓋了偏振片和/或其他濾光片以及涂層426，該涂層426位于主動(dòng)顯示層428。該主動(dòng)層428包括位于該主動(dòng)層428上方的示例性凸峰缺陷430以及位于該主動(dòng)層428下方的凹谷缺陷440。

再參考圖5和圖6，其示出了相對(duì)于相機(jī)光軸oa1位于傾斜的ap1處的照明器光束510，示例性(主動(dòng))amoled層428可以限定傳統(tǒng)的偏振旋轉(zhuǎn)層，諸如，1/4λ延遲器。因此，通過(guò)發(fā)送偏振的照明光束510，裝置400可以利用物體的內(nèi)在屬性。上表面通常通過(guò)菲涅耳反射來(lái)反射一些照明光510。該光大部分被相機(jī)光學(xué)器件oc1的入口孔徑的邊緣所遮擋。剩余的能夠進(jìn)入該孔徑的光被入口孔徑處的正交偏振片p1所遮擋，正交偏振片p1被定向成與照明偏置片pi1成90度。穿透頂層422、424的照明光穿過(guò)1/4λ延遲器、反射離開(kāi)主動(dòng)層428，隨后第二次穿過(guò)1/4λ延遲器，從而從線性偏置轉(zhuǎn)換成圓偏振，在完成了第一遍之后，于是回到線性偏置，第二遍則旋轉(zhuǎn)90度。所反射的光束520從表面出來(lái)穿過(guò)偏振片p1進(jìn)入相機(jī)光學(xué)器件oc1的入口孔徑。通過(guò)這種方式，只有達(dá)到包括缺陷(圖5中的凸峰以及圖6中的凹谷)的層的光才會(huì)被圖像傳感器接收，然后所接收(過(guò)濾)的光被刀緣分解以識(shí)別傾斜的缺陷特征。

由于物體的表面存在不同的薄膜層和涂層(例如，抗反射涂層422)，因此，理想的是提供以紅外或近紅外波長(zhǎng)范圍/波長(zhǎng)段的照明光束510。反光面(例如，amoled顯示屏等)上的大多涂層和薄膜被用于濾除可見(jiàn)光譜的光。因此，使用紅外或近紅外照明器克服了這些涂層或薄膜層由于所發(fā)送的照明光具有較長(zhǎng)的波長(zhǎng)而帶來(lái)的濾波效果。應(yīng)當(dāng)注意的是，可以結(jié)合相機(jī)光學(xué)期間oc1設(shè)置具有任意可接受布置的刀緣結(jié)構(gòu)ke1。在一個(gè)實(shí)施例中，其可以位于透鏡和偏振片之間。在一些實(shí)施例中，如下文所描述的那樣，刀緣可以與偏振片集成。

參考圖7，可以考慮的是，可以一個(gè)各種方式將刀緣結(jié)構(gòu)應(yīng)用于相機(jī)和光學(xué)器件的光學(xué)路徑上。所示出的具有刀片712和托架714的基本刀緣結(jié)構(gòu)710被安裝在視覺(jué)系統(tǒng)相機(jī)730的透鏡光學(xué)器件720的前面。刀緣結(jié)構(gòu)遮蔽了整個(gè)孔徑ac的一部分，從而當(dāng)照明器750的傾斜的照明光束740發(fā)射離開(kāi)表面760時(shí)該刀緣結(jié)構(gòu)能夠與照明器750的傾斜的照明光束740交互。

圖8示出了裝置800的另一實(shí)施例，其中，一對(duì)照明組件810和812分別將光束820和822投影到包含表面830的反光面缺陷上。每個(gè)光束820、822相對(duì)于光學(xué)器件852的光軸和視覺(jué)系統(tǒng)相機(jī)850的傳感器854沿著不同的方位(分別為角840和842)傾斜。因此，光線會(huì)發(fā)生不同的反射(凸峰和凹谷的可能相反的斜坡)。一對(duì)相應(yīng)的刀緣結(jié)構(gòu)860、862位于光學(xué)入口的前面以分別遮蔽所反射的光束820和822。可替代地，可以通過(guò)光學(xué)(透鏡)組件852的可調(diào)節(jié)(雙箭頭870)光圈872來(lái)針對(duì)兩個(gè)光束提供刀緣。應(yīng)當(dāng)注意的是，其他(兩個(gè)以上)照明器可以按照其他傾斜角度照射表面，以及可以使用合適的刀緣結(jié)構(gòu)。

通常，可以按照各種方式來(lái)完成透鏡孔徑的調(diào)節(jié)。在鏡體上設(shè)置有調(diào)節(jié)環(huán)的情況下，用戶可以在觀察示例性物體的顯示的同時(shí)旋轉(zhuǎn)該調(diào)節(jié)環(huán)直到獲得缺陷的合適的高對(duì)比度圖像為止。當(dāng)透鏡和/或相機(jī)組件包括機(jī)電(或其他)驅(qū)動(dòng)光圈時(shí)，該過(guò)程可以自動(dòng)地執(zhí)行。視覺(jué)系統(tǒng)處理器可以通過(guò)確定哪種設(shè)置能夠使得在所采集的圖像中缺陷提供最高對(duì)比度差來(lái)優(yōu)化孔徑設(shè)置。

現(xiàn)在參考圖9和圖10，示出了分別具有2d像素陣列的視覺(jué)系統(tǒng)相機(jī)光學(xué)器件910和912的示例性視覺(jué)系統(tǒng)900和1000，具有2d像素陣列的視覺(jué)系統(tǒng)相機(jī)光學(xué)器件910和912用于采集具有反光面的示例性靜止物體920的2d圖像，包括一個(gè)照明器930(圖9)或多個(gè)(兩個(gè))照明器1030和1032(圖10)，兩者均提供離軸照明以照亮上面所所述的、物體920的反光面上或下方的凸峰和凹谷缺陷。與光學(xué)器件912相關(guān)聯(lián)的孔徑光圈提供了上述刀緣(通常由元件ke2表示)。照明器930、1030和1032可以均為led照明器(如所示出的示例性離軸led940和光學(xué)器件942)、纖維束照明器或者任意其他可接受前燈照明器。常規(guī)設(shè)計(jì)的分束器950、1050和1052被設(shè)置成平行于每個(gè)光軸960和1060，以及照明器相對(duì)于軸960和1060以90度角投影光束，其限定為板、立方體、棱鏡或任意可以將入射光束分割成兩個(gè)或兩個(gè)以上光束的其他設(shè)備，這些光束可以具有或不具有相同的光學(xué)功率，并且可以定向?yàn)榛虿⒉欢ㄏ驗(yàn)?0度角。通過(guò)這種方式，離軸變得與成像器的光軸重合。這使得設(shè)計(jì)更加緊湊，并且潛在地使得照明器能夠與相機(jī)光學(xué)器件集成在一起。當(dāng)使用了圖9中的一個(gè)照明器930時(shí)，使用從相對(duì)側(cè)提供照明的兩個(gè)照明器1030、1032(圖10)會(huì)生成表面上的缺陷的更加均勻的圖像。應(yīng)當(dāng)注意的是，分束器可以包括多種偏振濾光片和其他光調(diào)節(jié)部件，包括，透鏡等。例如，相機(jī)可以包括與光學(xué)器件912結(jié)合的偏振器p2。照明器930、1030可以包括在光路上的相應(yīng)偏振器pi2，以及照明器1032包括沿著器光路的相應(yīng)的偏振器pi3。按照如上所描述的那樣(參見(jiàn)圖5)，對(duì)偏振器進(jìn)行布置和起作用。

iv.結(jié)果

圖11示出了根據(jù)本文的實(shí)施例由視覺(jué)系統(tǒng)所產(chǎn)生的顯示圖像1100的圖形表示。該圖像詳細(xì)說(shuō)明了物體的表面，已經(jīng)識(shí)別了物體的表面中多個(gè)表面(或者子表面)缺陷1110、1120、1130、1140、1150和1160。這些示例性缺陷均是凹谷(1110、1120、1130和1140)或凸峰(1150和1160)，其明亮的一半和黑暗的一半被定向成沿著不同的方向，這取決于是凸峰被照亮還是凹谷被照亮。然而，由于照射發(fā)生傾斜的結(jié)果，每個(gè)凸峰和每個(gè)凹谷都示出了具有相同方向的明亮一半和黑暗一半，而與其大小/形狀無(wú)關(guān)。其他視覺(jué)系統(tǒng)處理可以使用與缺陷有關(guān)的圖像來(lái)確定這些缺陷是否表示可能不可接收的尺寸。

v.波浪狀表面特征的檢測(cè)和評(píng)估

上述系統(tǒng)和方法可以用于確定反光物體上的具有起伏、波形或波浪狀表面特征形式的瑕疵/缺陷。例如，平板屏幕可以限定(在一定程度上連續(xù)的)波形(波浪狀)而不是凸峰或淺凹的區(qū)域。盡管一些波浪狀是可接受的，但是應(yīng)當(dāng)想到的是，根據(jù)波形的區(qū)域或大小(幅度)過(guò)量的這些特征會(huì)超過(guò)可接受閾值，從而導(dǎo)致物體看起來(lái)是有缺陷的。

圖12詳細(xì)地說(shuō)明了過(guò)程1200，其中，對(duì)反光面的波浪狀進(jìn)行了確定和評(píng)估。波紋在過(guò)程1200的步驟1210中，圖像系統(tǒng)使用如上文中總體上描述的離軸照明和刀緣結(jié)構(gòu)采集可能波浪狀的反光物體表面的圖像?？梢允褂煤线m的透鏡對(duì)整個(gè)物體的圖像進(jìn)行采集，或者可以按照行掃描方式(下文進(jìn)一步進(jìn)行描述的)進(jìn)行采集。照明和刀緣裝置使得大多數(shù)光線投影到表面上以從圖像傳感器光學(xué)器件反射離開(kāi)，或者進(jìn)入刀緣結(jié)構(gòu)，所反射的光線的一部分基于波浪狀或波形的斜坡進(jìn)入到圖像傳感器。這使得光波紋(例如，線)被黑暗區(qū)域所包圍。在所采集的圖像中限定了看起來(lái)像明亮線的一些列這樣的波紋。

在一個(gè)示例性實(shí)施例中，可以對(duì)所采集的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行各種圖像處理過(guò)程——諸如，高斯平滑過(guò)程。

在過(guò)程1200的步驟1220，可以對(duì)所采集的圖像中的像素的整個(gè)圖像強(qiáng)度圖進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析——例如，圖像中的像素(灰度)強(qiáng)度與像素頻率的直方圖。參考圖13，示出了同時(shí)具有平滑和波浪狀表面特征的圖像的直方圖。通常，平滑區(qū)域顯示了高頻率處的密集強(qiáng)度分布。相反地，波浪狀區(qū)域顯示了低頻率處的強(qiáng)度的廣泛傳播(直方圖區(qū)域1310和1320)。因此，波浪狀區(qū)域可以由圖14中的相對(duì)寬的直方圖表示，而平滑區(qū)域可以由相對(duì)窄的直方圖1500表示。應(yīng)當(dāng)注意的是，這是多種統(tǒng)計(jì)方法中的一種，—通常涉及某些像素強(qiáng)度值出現(xiàn)的程度——以分析所采集的圖像的平滑區(qū)域與所采集的圖像的波浪狀區(qū)域。

再次參考圖12中的過(guò)程1200，對(duì)例如直方圖中的強(qiáng)度值的分布進(jìn)行了評(píng)估(步驟1230)。該評(píng)估可以包括直方圖分析，其中，例如對(duì)像素值的灰度級(jí)分布進(jìn)行計(jì)算，并且生成直方圖尾線(tail)。然后，過(guò)程1200通過(guò)例如計(jì)算直方圖尾線是否位于平均值的可接受范圍內(nèi)(決策步驟1250)來(lái)確定是否存在波形或其他缺陷。如果存在波紋/缺陷(例如，直方圖尾線位于平均值范圍之外)，則過(guò)程1200分支到步驟1260。例如，對(duì)于每一個(gè)具有超出范圍的尾線的直方圖的圖像都可以受限于一閾值。該閾值可以由用戶定義或自動(dòng)地確定。然后，對(duì)閾值圖像內(nèi)的所有缺陷的尺寸和位置進(jìn)行測(cè)量。如果任意缺陷(或者缺陷的聚集體)的測(cè)量得到了超過(guò)預(yù)定指標(biāo)(其可以由用戶定義或自動(dòng)地設(shè)置)的結(jié)果，則過(guò)程1200指示物體表面上的特定缺陷和/或這類缺陷的位置。該過(guò)程還可以采取其他行為，諸如，部分拒絕或發(fā)出警告信號(hào)(步驟1270)。相反地，如果直方圖尾部沒(méi)有指示波紋和/或缺陷，則物體被認(rèn)為是可接受的并且通常不具有實(shí)質(zhì)性缺陷。這種情況會(huì)被指示出和/或不采取任何行動(dòng)(步驟1280)。

可以按照行掃描過(guò)程來(lái)執(zhí)行用于評(píng)估反光物體上的波形表面特征的上述過(guò)程(1200)。圖16和17分別示出了裝置1600和裝置1700，其中，具有示例性波浪狀表面特征1720(圖17)的物體1610直接沿著已知(例如，經(jīng)由編碼器)移動(dòng)(雙箭頭m)通過(guò)圖像傳感器ls的視場(chǎng)(線1630)。注意，根據(jù)需要，掃描移動(dòng)mo沿著相對(duì)的方向之一或者沿著相對(duì)的方向二者。圖像傳感器ls位于相機(jī)lsc內(nèi)，并且被配置成行掃描傳感器，該行掃描傳感器具有一行像素使得其能夠采集到從物體表面發(fā)射的圖像。相機(jī)視場(chǎng)1630的區(qū)域被殼體lih內(nèi)的行掃描源li所提供的離軸照明所照亮。該照明源(li)可以是任意可接受的光裝置——例如，一行l(wèi)ed。該光線被常規(guī)設(shè)計(jì)和形狀的柱面透鏡1650所聚焦，其提供了具有所期望的寬度w1和無(wú)限長(zhǎng)度的照明區(qū)域(穿過(guò)物體表面橫穿移動(dòng)方向mo)。注意，在一個(gè)示例性實(shí)施例中，照明線寬度w1可以為幾毫米或更小——但是可以更窄或更寬，這取決于掃描的分辨率。通過(guò)光源li和柱面透鏡1650的相應(yīng)的長(zhǎng)度確定所述長(zhǎng)度。柱面透鏡被設(shè)置成與照明源li間隔了一封閉透鏡架1640，該封閉透鏡架1640在光源li與物體的表面1610之間提供了所期望的焦距。在一個(gè)示例性實(shí)施例中，柱面透鏡1650可以被限定為半圓柱體，該半圓柱體與透鏡架1649間隔有一定距離并將所述線聚焦在表面上。所示出的光線的離軸投影使得被發(fā)射的光線1652的大多數(shù)(圖17中所描述的所投影的平面或扇形)被發(fā)射(線1654)到圖像傳感器器件(例如，透鏡孔徑)la之外，和/或任意外部刀緣結(jié)構(gòu)。如所示出的那樣，所接收到的由斜坡表面所發(fā)射的光線1656被行掃描相機(jī)lsc接收。在一個(gè)示例性實(shí)施例中，位于封閉透鏡架1670的端部處的另一柱面透鏡1660將所接收到的光線聚焦到相機(jī)光學(xué)器件(刀緣結(jié)構(gòu)la)和行掃描傳感器ls內(nèi)。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)清楚除了所描述的柱面透鏡之外的各種相機(jī)光學(xué)器件裝置。如圖16所示出的那樣，偏振片pi4可以被設(shè)置在照明源li(在沿著光路的不同位置處)的光路內(nèi)。同樣地，偏振片p3可以被設(shè)置在所接收的、傳感器ls的光路內(nèi)。這些元件都被設(shè)置，但是為了清楚起見(jiàn)，圖17的裝置1700的描述中并沒(méi)有示出這些內(nèi)容。

應(yīng)當(dāng)注意的是，盡管使用了柱面透鏡形狀，但是在可替代裝置中可以使用各種橫截面形狀——例如，拋物面。同樣地，除了透鏡以外，鏡子可以代替透鏡來(lái)聚焦照明光。有利地，照明裝置確保整個(gè)表面持續(xù)高度地照亮并且每個(gè)被掃描的線完全表示表面的局部斜坡。該裝置可以有利地使得任意尺寸的表面都能夠被成像并且針對(duì)凹坑、凸峰和波紋進(jìn)行分析。例如，可以通過(guò)提供足夠長(zhǎng)的行照明組件和穿過(guò)物體表面的一個(gè)或更多個(gè)行掃描相機(jī)來(lái)對(duì)平板電腦或膝上計(jì)算機(jī)的屏幕，或者更大的平板電視進(jìn)行分析。每個(gè)相機(jī)可以對(duì)整體物體的一部分成像并且提供表面的單獨(dú)或拼合在一起的評(píng)估。

還應(yīng)當(dāng)注意的是，可以明確考慮到，在可替代實(shí)施例中，可以使用例如照明器與菲涅耳透鏡或其他光學(xué)裝置結(jié)合來(lái)對(duì)物體的更大的區(qū)域成像。

vi.線、盤(pán)和圓形光學(xué)掩模

圖18示出了廣義視覺(jué)系統(tǒng)布置1800的示意性實(shí)施例的圖示，該廣義視覺(jué)系統(tǒng)布置包括光學(xué)組件18030，和具有圖像傳感器1820的視覺(jué)系統(tǒng)相機(jī)組件1810。傳感器1820以上述大體上所描述的方式互連(如所示出的那樣)至視覺(jué)系統(tǒng)處理器，并且對(duì)傳感器1820所采集的圖像進(jìn)行合適的視覺(jué)系統(tǒng)任務(wù)。光學(xué)組件1830可以是任意可接受的可變或固定焦距和/或可變或固定孔徑透鏡單元，或者透鏡單元的組合，例如，傳統(tǒng)的m12型基座，f型物鏡座或c型物鏡座透鏡。

根據(jù)一個(gè)示意性實(shí)施例，所述光學(xué)/透鏡組件1830的前面1832可以被固定或可移動(dòng)掩模組件1840所覆蓋。掩模組件1840可以是旋擰類型或搭扣類型，或者可以經(jīng)由透鏡組件1830的前面的支架(未示出)被安裝。掩模組件1840還可以應(yīng)用為膠粘劑貼花或者直接涂覆在透鏡組件的前(或其他)表面。在旋擰附接方式的情況下，掩模組件1840可以類似于其他傳統(tǒng)濾光片的方式操作以結(jié)合各種透鏡裝置來(lái)使用，以及可以被適配成螺紋穿過(guò)傳統(tǒng)透鏡濾光座的端部。

可選地，掩模組件1840可以根據(jù)需要手動(dòng)地或自動(dòng)地(例如，經(jīng)由螺旋管、伺服系統(tǒng)、步進(jìn)機(jī)等)從透鏡的光路中出來(lái)或進(jìn)去。掩模組件還可以限定(例如)為光電機(jī)構(gòu)，該光電機(jī)構(gòu)可以經(jīng)由可選控制電路1850來(lái)在具有所期望的尺寸和形狀的完全透明和部分不透明之間變化。通過(guò)非限制性方式，掩模組件1840可以包括窗口(通常為圓形)，該窗口包括lcd快門(mén)或其他形式的可配置窗口。

裝置1800包括上面所描述的照明器1860，所述照明器1860被定向成以相對(duì)于表面1870的整個(gè)平面成非直角(如所示出的那樣)投影光線。在該實(shí)例中，表面1870限定了沿著至少一個(gè)方向的波紋，所述波紋包括一系列凸峰1872和介于凸峰之間的槽1874。有角度的光線撞擊這些凸峰和槽，并且被這些凸峰和槽散射，光線的一部分進(jìn)入相機(jī)光學(xué)組件1830。掩模組件1840按照其各種形式限定了刀緣元件，該刀緣元件使得多數(shù)散射光衰減，并且僅僅將具有特定有限角度范圍的光線指向傳感器1820。在該實(shí)施例中，所覆蓋/涂覆的掩模由虛線1880表示，其包括中心覆蓋區(qū)域1882和外部覆蓋區(qū)域1884，中心覆蓋區(qū)域1882與外部覆蓋區(qū)域1884之間具有開(kāi)口孔徑，來(lái)自表面1870的發(fā)射光線1890穿過(guò)該開(kāi)口孔徑。在各種實(shí)施例中，偏振片pi5與照明器1860結(jié)合，并且相應(yīng)的偏振片p4可以設(shè)置成與光學(xué)/透鏡組件結(jié)合。按照如上大體上所描述的那樣(例如，圖5)，對(duì)偏振器進(jìn)行布置和起作用。

圖19示出了根據(jù)示意性實(shí)施例的視覺(jué)系統(tǒng)布置1900的更詳細(xì)的示例。該實(shí)施例包括類似于上述圖9中所示出和描述的分束器和偏振片裝置。具體地，裝置1900包括相機(jī)組件1910和透鏡/光學(xué)器件1920。根據(jù)本文的實(shí)施例，透鏡/光學(xué)器件1920包括掩模組件1930。在掩模組件1940的前面為按照上述原理工作的偏振片p5，分束器1950被設(shè)置，來(lái)自被檢查的物體1960的反射光通過(guò)該分束器1950被發(fā)射至相機(jī)1910。照明組件1970被設(shè)置。照明組件1970包括照明源1972和聚光透鏡1974。聚光透鏡的前面設(shè)置有偏振片pi6。應(yīng)當(dāng)注意的是，偏振片p5可以包括位于其表面的掩模圖案，以及該組件可以被設(shè)置為附接至透鏡1920的前面的旋擰式或搭扣式附件。

根據(jù)一個(gè)示意性實(shí)施例，提供了另一種視覺(jué)系統(tǒng)布置2000。該裝置2000包括相機(jī)組件2010和透鏡/光學(xué)器件2020。根據(jù)本文的實(shí)施例，透鏡/光學(xué)器件2020包括掩模組件2030。在掩模組件2040的前面為按照上述原理工作的偏振片p6，分束器2050被設(shè)置，來(lái)自被檢查的物體2060的反射光通過(guò)該分束器1950被發(fā)射至相機(jī)2010。在該實(shí)施例中，分束器2050與物體2060之間設(shè)置有聚光透鏡2070。該聚光器與照明組件2080結(jié)合操作，照明組件2080包括照明源2082、聚焦透鏡2084和偏振片pi7。應(yīng)當(dāng)注意的是，可以根據(jù)對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員所清楚的公知光學(xué)原理來(lái)制定聚焦透鏡2084、聚光透鏡2070和其他光學(xué)部件的尺寸并且對(duì)這些光學(xué)部件進(jìn)行設(shè)置。

上述各種掩模組件的中心覆蓋區(qū)域和外部覆蓋區(qū)域可以限定各種集合形狀、尺寸以及關(guān)系?？梢酝ㄟ^(guò)經(jīng)驗(yàn)或者試錯(cuò)法來(lái)選擇合適的掩模，以實(shí)現(xiàn)對(duì)被檢查的給定表面的最佳圖像。這在圖21至圖27中進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)地描述，這些圖示提供了各種類型/尺寸的掩模圖案。

參考圖21，生成刀緣的一種形式的掩模2100限定了位于透明線性孔徑2120內(nèi)的中央不透明線2110。剩余的位于透明孔徑2120周圍的掩模的外部區(qū)域2130也是不透明的。線2110、2120被定向成大體上平行于表面的特征波紋(如果有的話)的細(xì)長(zhǎng)方向，并且這種形式的掩模在這類狀況下是最有效的。更通常地，根據(jù)需要，細(xì)長(zhǎng)的方向被(例如，通過(guò)旋轉(zhuǎn)掩模)選擇以增強(qiáng)或抑制表面特征。通過(guò)非限制性示例并且為了更好地理解裝置的功能，孔徑的寬度wla是可變的，例如，對(duì)于直徑d0為50-55毫米的透鏡而言，wla介于5毫米與10毫米之間，并且中央不透明線wl介于1毫米至5毫米之間。通常，線的寬度wl的尺寸被設(shè)置為與來(lái)自照明器的聚焦光斑的寬度相匹配。應(yīng)當(dāng)注意的是，假定每個(gè)如下掩模裝置(圖22至27)具有類似的透鏡直徑d0。對(duì)于較大或較小直徑的透鏡，整體維度可以成比例地變化。

圖22示出了包括直徑為dd的中央不透明的、圓形(阻擋)盤(pán)2210的掩模2200。該盤(pán)為裝置提供了所期望的刀緣元件。通常，盤(pán)的尺寸被選擇成與待被增強(qiáng)或抑制的表面特征(例如，缺陷)的尺寸相匹配。應(yīng)當(dāng)注意的是，該示例性掩模裝置2200至透鏡的邊緣(虛線圓2230)不具有任何外部不透明區(qū)域，并且都是透明的。該基本刀緣元件使得能夠在凸峰和槽的給定角度范圍內(nèi)接收光線，這些凸峰和槽可以以各種方向定向在表面上。

圖23示出了具有直徑dd1(大約為9毫米)的中央不透明(阻擋)盤(pán)2310，和具有內(nèi)徑da(大約為14毫米)的環(huán)形不透明區(qū)外部區(qū)域2330。盤(pán)直徑dd1與外部區(qū)域2330之間的不同產(chǎn)生了透明環(huán)形窗口2320，從表面反射的光線可以從該透明環(huán)形窗口2320穿過(guò)。應(yīng)當(dāng)注意的是，中央阻擋盤(pán)的直徑以刀緣元件的方式限定了光線衰減的程度，而為了增強(qiáng)清晰度，環(huán)形外部區(qū)域的直徑限定了光學(xué)系統(tǒng)的共焦效應(yīng)。

在相應(yīng)的圖24、圖25、圖26和圖27中描述了掩模配置2400、2500、2600和2700的一些其他示例，其中央阻擋盤(pán)和外部環(huán)形區(qū)域限定了其間的環(huán)形孔徑。通過(guò)非限制性示例的方式，掩模2400的盤(pán)直徑dd2大約為5至6毫米，以及外部環(huán)形區(qū)域內(nèi)徑da1大約為8至9毫米。掩模2500的盤(pán)直徑dd3大約為3至4毫米，以及外部環(huán)形區(qū)域內(nèi)徑da2大約為5至6毫米。掩模2600的盤(pán)直徑dd4大約為3至4毫米，以及外部環(huán)形區(qū)域內(nèi)徑da3大約為8至9毫米。掩模2700的盤(pán)直徑dd5大約為5至6毫米，以及外部環(huán)形區(qū)域內(nèi)徑da4大約為10至12毫米。這些維度僅僅是可能的維度的寬范圍的示例，其可以針對(duì)被檢查的表面的各自的如下特征來(lái)調(diào)整，諸如，視覺(jué)系統(tǒng)布置的角度、照明強(qiáng)度和/或波長(zhǎng)。

如上面通常所描述的那樣，可以通過(guò)使用各種技術(shù)(例如，印刷、光刻、應(yīng)用具有印刷或模制圖案的透明薄膜，等等)將具有合適圖案的涂層施加到類濾光片玻璃表面來(lái)構(gòu)造掩模。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)清楚的是，可以使用各種技術(shù)來(lái)將固定的掩模圖案施加至相機(jī)光學(xué)器件。同樣地，如上文所描述的那樣，掩?？梢韵薅òɡ缦袼鼗砻娴幕钚猿煞?。要么與視覺(jué)系統(tǒng)處理器分離的要么是視覺(jué)系統(tǒng)處理器的一部分的控制器選擇性地處理活性掩模的各個(gè)像素以生成具所期望的形狀和尺寸的掩模圖案。應(yīng)當(dāng)注意的是，控制器可以被適配成通過(guò)各種配置，直到用戶或自動(dòng)視覺(jué)系統(tǒng)過(guò)程(例如，基于對(duì)比)確定最佳圖案設(shè)置。圖案的形狀可以類似于圖21至27所描述的形狀，或者可以具有更復(fù)雜的形狀以更好地與唯一的表面特征和/或波紋圖案保持一致。

應(yīng)當(dāng)注意的是，在一些實(shí)施例中，可以使用與一個(gè)或更多個(gè)視覺(jué)系統(tǒng)處理器互連的多個(gè)相機(jī)。每個(gè)相機(jī)可以從相同或不同角度采集具有不同尺寸和/或配置的掩模(例如，不同尺寸的阻擋盤(pán))的物體表面的圖像，以及表面的多個(gè)圖像可以被分析以確保具有不同尺寸、形狀和/或方位的波紋特征被合適地成像。類似地，在掩?？勺?要么通過(guò)在光學(xué)器件前面放置不同的掩模，要么通過(guò)改變掩模的圖案)的情況下，可以對(duì)多個(gè)圖像進(jìn)行采集和分析。

參考圖28的圖像2800，示出了根據(jù)上述實(shí)施例使用掩模來(lái)成像的手持裝置的傳統(tǒng)觸摸屏。在該圖像中，無(wú)論是肉眼觀察，還是通過(guò)多個(gè)具有相對(duì)平坦的無(wú)特色表面的傳統(tǒng)視覺(jué)系統(tǒng)布置，都可以清楚地識(shí)別出表面波紋。在圖29中，圖像2900還示出了通常不可見(jiàn)的細(xì)節(jié)，在該示例中，觸摸屏的傳感器矩陣/陣列2910。通過(guò)圖30中的圖像示例性地進(jìn)一步示出了使用本文所描述的掩模和成像技術(shù)所實(shí)現(xiàn)的細(xì)節(jié)級(jí)別，其中，在觸摸屏的區(qū)域的近距離圖中可以清楚地辨別出圖29中的陣列2910中的各個(gè)導(dǎo)線3010。

vii.結(jié)論

應(yīng)當(dāng)清楚的是，上述系統(tǒng)及方法提供了一種有效技術(shù)來(lái)用于識(shí)別多個(gè)分層和未分層反光面上的包括凸峰和凹谷缺陷的斜坡缺陷和波形/波紋缺陷。通過(guò)采取合適波長(zhǎng)的照明光和濾波片(例如，各種偏振片)，系統(tǒng)及方法可以有效地對(duì)具有各種涂層和分層的表面成像。理想地是，示意性刀緣裝置可以根據(jù)缺陷在哪一側(cè)來(lái)區(qū)分使得從凸峰或凹谷反射的光線相對(duì)于背景要么明亮要么黑暗的缺陷的坡度(一階導(dǎo)數(shù))。缺陷的大小可能與缺陷的斜坡成正比。較小的缺陷會(huì)具有較小的坡度，其會(huì)使得來(lái)自背景的較少照明光線偏轉(zhuǎn)。光源的小空間范圍使得其在從被檢查表面發(fā)射之后出現(xiàn)少量聚焦，使得其在沒(méi)有阻擋缺陷光線的情況下能夠更容易地阻擋背景。然而，更擴(kuò)展的光源會(huì)減少隨機(jī)測(cè)試表面傾斜的負(fù)面影響，這在生產(chǎn)環(huán)境中會(huì)遇到，以減小缺陷對(duì)比度為代價(jià)。因此，刀緣通過(guò)減小通過(guò)阻擋背景光線的背景來(lái)增大對(duì)比度。此外，示意性地利用斜率、形狀、和偏振檢測(cè)使得大部分背景光被從相機(jī)的孔徑反射和濾掉，而來(lái)自斜坡缺陷的光線以高對(duì)比度被聚焦在相機(jī)中。此外，示例性裝置通常通過(guò)使用行掃描相機(jī)和聚焦照明線使得能夠應(yīng)用于寬范圍尺寸的反光面。還體現(xiàn)在此提供一個(gè)面具，包括一個(gè)刀刃元件和其他元件(如共焦元件)，提供一個(gè)高度精煉

上文已經(jīng)對(duì)本發(fā)明的示意性實(shí)施例進(jìn)行了詳細(xì)描述。在不偏離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以進(jìn)行各種修改和添加。根據(jù)需要，上述各個(gè)實(shí)施例中的每個(gè)實(shí)施例的特征可以與所描述的其他實(shí)施例的特征結(jié)合，以便于提供與新實(shí)施例相關(guān)聯(lián)的多樣性的特征組合。此外，盡管上文描述了本發(fā)明的裝置及方法的多個(gè)獨(dú)立的實(shí)施例，但是所描述的內(nèi)容僅僅是本發(fā)明的原理的應(yīng)用的示意性描述。例如，本文所使用的術(shù)語(yǔ)“過(guò)程”和/或“處理器”應(yīng)采取廣泛的包括各種電子硬件和/或軟件的基礎(chǔ)功能和部件(可替代地，可以被稱為“模塊”或“元件”)。此外，所描述的過(guò)程或處理器可以與其他過(guò)程和/或處理器結(jié)合，或者被劃分為子過(guò)程或子處理器。根據(jù)本文的實(shí)施例，這樣的子過(guò)程和/或子處理器可以被不同地組合。同樣地，應(yīng)當(dāng)明確考慮的是，本文中的任何函數(shù)、過(guò)程和/或處理器可以使用電子硬件、由具有程序指令的非易失性計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)組成的軟件，或者硬件與軟件的組合來(lái)實(shí)現(xiàn)。此外，所使用的各種定向和布置術(shù)語(yǔ)，如“垂直”、“水平”、“上”、“下”、“底部”、“頂部”，“側(cè)邊”，“前面”、“后面”、“左邊”、“右邊”等等，僅用作相對(duì)于固定左邊空間，主人，重力的作用方向，相對(duì)約定而不是絕對(duì)方向/布置。此外，術(shù)語(yǔ)“大體上”或“大約”是相對(duì)于給定測(cè)量值或測(cè)量特征來(lái)使用的，其指的是為了達(dá)到所期待的結(jié)果的在正常操作范圍的量，但是，其包括由于系統(tǒng)的所允許的偏差內(nèi)的固有不準(zhǔn)確度和誤差而造成的一些變化。因此，這種描述應(yīng)當(dāng)僅作為示例性的，而并非限定本發(fā)明的范圍。