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相機子組合件灰塵及缺陷檢測系統及方法.pdf

摘要
申請專利號:

CN201610483732.X

申請日:

2016.06.27

公開號:

CN106303509A

公開日:

2017.01.04

當前法律狀態:

實審

有效性:

審中

法律詳情: 實質審查的生效IPC(主分類):H04N 17/00申請日:20160627|||公開
IPC分類號: H04N17/00; G01N21/88; G01N21/94 主分類號: H04N17/00
申請人: 柯達阿拉里斯股份有限公司
發明人: 約翰·賈米森; 羅伯特·約翰遜
地址: 美國紐約州
優先權: 2015.06.26 US 14/752,051
專利代理機構: 北京律盟知識產權代理有限責任公司 11287 代理人: 齊楊
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法律狀態
申請(專利)號:

CN201610483732.X

授權公告號:

|||

法律狀態公告日:

2018.07.24|||2017.01.04

法律狀態類型:

實質審查的生效|||公開

摘要

本申請案涉及一種相機子組合件灰塵及缺陷檢測系統及方法。檢查CCD相機子組合件的高分辨率圖像以確定所述子組合件內側是否存在灰塵。通過檢查灰塵粒子的大小、數目及位置,可確定在將所述相機子組合件集成到經完全組裝的文檔掃描儀中時,所述灰塵是否可能造成問題。還可檢測例如玻璃覆蓋物上的刮痕等其它污染物及缺陷。此方法可用作對來自制造商的個別相機子組合件的接受準則。

權利要求書

1.一種用于檢驗相機子組合件以找出可影響圖像質量的異常的系統,所述系統包
括:
a)固定裝置,其用于固持待被檢驗以找出所述異常的相機子組合件;
b)高分辨率相機,其由所述固定裝置固持,經配置以捕獲所述相機子組合件的高分
辨率圖像;
c)控制電路板,其經配置以在檢驗過程期間提供電力以控制照明元件;
d)檢驗控制裝置,其連接到所述高分辨率相機,其中所述檢驗控制裝置包括處理器
及存儲器;
其中所述檢驗控制裝置中的所述處理器執行存儲于所述存儲器中的軟件模塊以控
制所述高分辨率相機、捕獲由所述高分辨率相機拍攝的所述相機子組合件的圖像且對所
述所捕獲圖像執行分析以找出所述異常的存在。
2.根據權利要求1所述的系統,其中所述照明元件位于所述相機子組合件內。
3.根據權利要求1所述的系統,其中所述照明元件位于所述相機子組合件外部。
4.根據權利要求1所述的系統,其中所述分析確定所述異常的所述存在使得所述
相機子組合件對于安裝到成像裝置中來說是可接受還是不可接受的。
5.根據權利要求1所述的系統,其中所述固定裝置經配置以相對于也安裝于所述
固定裝置中的所述相機子組合件而以預定高度及角度來固持所述高分辨率相機。
6.根據權利要求1所述的系統,其中所述檢驗控制裝置對在相機子組合件玻璃的
焦平面處發現的所述異常的特性進行定位及列表。
7.根據權利要求1所述的系統,其中所述檢驗控制裝置包括粒子檢測及缺陷表征
軟件模塊,以定位所述相機子組合件玻璃的適合于進行檢查以找出所述異常的區域。
8.根據權利要求7所述的系統,其中所述檢驗控制裝置通過所述粒子檢測及缺陷
表征軟件模塊來定位及測量所述異常。
9.根據權利要求1所述的系統,其中可影響圖像質量的所述異常包含小到0.05mm2
的灰塵粒子或刮痕。
10.根據權利要求1所述的系統,其中所述粒子檢測及缺陷表征軟件模塊關于接受
準則而分析所述異常,在將所述相機子組合件集成到圖像裝置中之前根據所述接受準則
做出接受或拒絕所述相機子組合件的決策。
11.一種使用根據權利要求1所述的系統來檢驗相機子組合件以找出可影響圖像質
量的異常的存在的方法,所述方法包括:
a)利用所述高分辨率相機來捕獲ROI的圖像以檢測至少一個異常的存在;
b)通過使用所關注相機子組合件上的至少一個參考點來確定所述相機子組合件的所
述玻璃上的所關注區ROI;
c)定位并測量所述至少一個異常且確定所述異常是否超過預定閾值;
e)通過清潔所述相機子組合件的外側且重新測量所述至少一個異常而將表面灰塵與
所述相機子組合件的玻璃蓋的內側內的異常區分開;
f)表征并分析所述異常且如果超過預定閾值級,那么確定所述異常使得所述相機子
組合件對于安裝到成像裝置中來說是不可接受的。

說明書

相機子組合件灰塵及缺陷檢測系統及方法

技術領域

本發明涉及在相機子組合件的制造期間的缺陷檢測,且特定來說涉及一種用于在相
機子組合件安裝于成像系統產品內之前檢測所述相機子組合件中的灰塵及缺陷的系統
及方法。

背景技術

文檔掃描儀的主要成像組件通常被OEM制造商捆綁在一起且制造為“相機子組合
件”。可接著將子組合件運送到最終制造位點,其中將所述子組合件集成或構建到文檔
掃描儀的其余部分中。

在制造用于安裝到成像裝置中的相機子組合件時,灰塵污染總是成為問題,這是因
為所述灰塵污染可導致利用裝置捕獲的圖像的質量的降低。其它污染物(例如玻璃蓋上的
刮痕)也可發生于制造期間且類似地導致經減低圖像質量。典型子組合件由全部封圍于氣
密式塑料主體中的CCD相機、反射器、相關聯電子器件及玻璃蓋組成。子組合件還可
包括LED照明裝置。成像傳感器可為CIS傳感器(與CCD相對比),且照明裝置可為CCFL
(與LED相對比)。特定來說,如果在制造過程期間灰塵粒子進入子組合件內側,那么所
述灰塵粒子可四處移動且通常到達玻璃表面的底側上。此可通常為運送及處置相機子組
合件或經完全組裝的成像裝置(例如文檔掃描儀)的結果。在掃描或圖像捕獲期間存在于
玻璃表面上的任何灰塵粒子如果處于恰當位置中且足夠大,那么可導致不良質量圖像。
舉例來說,灰塵粒子可顯現為存在于所捕獲圖像中的垂直條痕。

用于解決CCD相機的成像路徑中的條痕的常見技術是執行計及灰塵的存在的圖像
校準。然而,灰塵粒子并非靜止的且可在相機子組合件內移動。如果一或多個灰塵粒子
移動,那么成像裝置(例如掃描儀)將接著被校準成考慮到不再存在的條痕而使得由灰塵
粒子在其新位置處造成的條痕未被考慮到。由于子組合件為密封的,因此一旦將子組合
件安裝到成像裝置中,便可難以移除灰塵或完全補償所述灰塵在相機子組合件內的存
在。

需要一種在從制造商接受相機子組合件且將所述相機子組合件組裝于成像裝置中
之前檢測所述相機子組合件中的灰塵粒子的準確自動化方法。當前,使用來自外部源的
直接照明來執行對安裝之前的相機組合件的視覺檢驗。然而,此視覺檢驗技術具有數個
缺點。其為極勞動密集型的,灰塵粒子可通常被遺漏且難以一致地應用用于做出關于子
組合件是可接受還是不可接受的確定的準則。舉例來說,分析的程度及最終確定可取決
于進行視覺檢驗的個體而變化,這是因為每一不同檢驗者可應用不同準則或一些檢驗者
可比其它檢驗者周密。因此,需要一種在將相機子組合件安裝到圖像裝置中之前檢驗所
述相機子組合件以找出灰塵粒子的準確自動化方法。

發明內容

本發明針對于一種用于在相機子組合件安裝于成像裝置中之前對所述相機子組合
件執行缺陷檢測的系統及方法。特定來說,所述系統及方法通過以下操作而檢測相機子
組合件上的灰塵、刮痕或其它缺陷:將所述子組合件放置到固定裝置中、對所述子組合
件進行照明、捕獲高分辨率圖像且分析這些圖像以檢測任何缺陷的存在及嚴重程度。

相機子組合件通常由全部封圍于氣密式塑料主體中的CCD相機或其它圖像感測元
件、選用照明元件、反射器、相關聯電子器件及玻璃蓋構成。這些子組合件接著包含于
各種成像裝置(包含文檔掃描儀、個人掃描儀及數碼相機)中。如上所述,相機子組合件
中的灰塵、刮痕或其它缺陷可導致由成像裝置捕獲的圖像的經減低質量。一旦將子組合
件安裝于成像裝置中,便可難以充分補償灰塵及缺陷,從而降低成像裝置的質量及有用
性。本文中所描述的系統及方法提供在子組合件安裝于成像裝置中之前對所述子組合件
中的缺陷的自動檢測及分析。具有顯著缺陷或具有可難以通過數字圖像校準技術進行補
償的缺陷的子組合件可在安裝之前被拒絕。因此,所述系統及方法可用于幫助防止安裝
具有顯著缺陷的相機組合件,借此增加數字成像裝置的質量。

所述系統包含經專門設計以固持相機子組合件的固定裝置。通過經專門設計電路板
及標準布線而將電力供應到相機子組合件。所述電路板控制在子組合件受測試單元內或
者安裝或附接到固定裝置的LED的照明級。經專門設計固定裝置還相對于相機子組合
件而以預定高度及角度來固持高性能區域相機(例如,CCD陣列相機)或任何高分辨率相
機。區域相機是CCD陣列相機。其拍攝呈二維(矩形)的圖片,與單線相機相對比。

基于對視野的要求(具有使整個相機子組合件成像的目標)及對有效分辨率的要求
(>=600dpi)而確定相機高度。所述角度需要為90度(垂直于相機子組合件上的玻璃)。當
組裝固定裝置時,焦點是固定的。存在對總體放大率的軟件檢查以確保維持系統的完整
性。將由受測試單元的LED背光的相機子組合件玻璃的一或多個高分辨率圖像捕獲并
發送到處理單元。所述處理單元通過執行粒子檢測及缺陷表征軟件模塊而分析所述高分
辨率圖像,所述粒子檢測及缺陷表征軟件模塊對在相機子組合件玻璃的焦平面處發現的
異常的特性進行定位及列表。粒子檢測及缺陷表征模塊進一步將灰塵與刮痕區分開且確
定所述異常的嚴重程度。粒子檢測及缺陷表征模塊關于接受準則而分析所獲取高分辨率
圖像,且基于此分析而在相機子組合件與掃描儀的其余部分集成之前接受或拒絕所述相
機子組合件。

附圖說明

圖1A提供具有內部照明元件的受測試相機子組合件的圖片。

圖1B提供具有外部照明元件的相機子組合件的圖片。

圖2展示經照明相機子組合件玻璃的一部分的俯視圖。

圖3展示示范性所關注區(ROI)。

圖4展示經增強所關注區,其展示所檢測粒子。

圖5提供通過粒子檢測及缺陷表征軟件檢測的粒子的經放大圖片。

圖6展示經后處理所關注區(被放大)。

圖7提供來自處理的結果的部分列表。

圖8A提供操作者工作流程的流程圖。

圖8B提供粒子檢測及缺陷表征軟件的流程圖。

具體實施方式

本文中所描述的系統及方法包含用于固持待檢驗的相機子組合件的固定裝置,所述
固定裝置還固持經配置以捕獲相機子組合件的高分辨率圖像的高分辨率相機。提供控制
電路板,所述控制電路板在檢驗過程期間將電力提供給相機子組合件且控制一或多個照
明元件。高分辨率相機連接到包含處理器及存儲器的檢驗控制裝置。控制裝置執行存儲
于存儲器裝置中的軟件模塊以控制高分辨率相機、捕獲相機子組合件的高分辨率圖像且
執行對所捕獲圖像的分析。特定來說,控制裝置包含粒子檢測及缺陷表征軟件模塊,所
述粒子檢測及缺陷表征軟件模塊使用機器視覺技術來定位子組合件玻璃的適合于進行
檢查的區域。在特定實施例中,軟件自動檢測所關注區且在所述所關注區上進行放大。
雖然應不需要手動選擇,但在特定實施例中,可通過經由編輯初始化(.INI)文件的文本來
改變ROI位置而采取手動選擇。動態所關注區(ROI)產生會在將相機子組合件定位于固
定裝置中時針對小的單元間差異提供穩健性。動態所關注區(ROI)產生使用坐標系統,
所述坐標系統實際上是相機子組合件看起來像什么的“映圖”或“指南”。此映圖知曉
相機子組合件上的兩個參考點及ROI相對于所述參考點應定位于何處。

在將相機子組合件插入到固定裝置中且拍攝圖像之后,發現相機子組合件圖像上的
兩個參考點。接著使用坐標系統的知識來定位ROI(即,相機子組合件的可能含有灰塵/
缺陷的矩形玻璃部分)的位置。以此方式,甚至可針對插入到固定裝置中且受測試的每一
相機子組合件考慮小的旋轉差異及小的X-Y位置差異。

控制單元通過粒子檢測及缺陷表征模塊來執行自適應閾值確定以定位及測量焦平
面處的小到0.05mm2的異常。自適應閾值確定是測量圖像中的代碼值。圖像是單通道(單
色)圖像,8位。因此,照度通道的代碼值介于從0到255的范圍內。經照明灰塵及缺陷
是亮鏡面突出顯示且與具有低代碼值的周圍暗背景相比具有高代碼值。在.INI文件中將
初始閾值設定為25個代碼值,如依照參考灰塵檢測系統以實證方式確定。可使用
LabVIEW閾值確定實用程序迭代地改變閾值級。

迭代過程用于將表面灰塵與玻璃蓋內側上的灰塵粒子區分開且估計相機子組合件
內的灰塵粒子的總數目。預定粒子特性用于將灰塵與刮痕或粒子識別過程中的其它污染
物區分開。關于每一所定位灰塵粒子或其它缺陷的數據特征存儲于存儲器中。所存儲特
征包含缺陷數目、缺陷大小、缺陷類型及缺陷位置。這些特征可作為與被分析的所捕獲
圖像相關聯的元數據而存儲。一旦粒子識別過程完成,控制單元便應用接受準則,例如
粒子大小及x-y位置的元數據以及圖像數據以多種格式保存,且針對相機子組合件采取
適當動作過程。可相對于玻璃蓋的特定點、框架、相機子組合件上的點或任何其它指定
位置而確定x-y位置。舉例來說,可相對于玻璃蓋的左上角或相對于被分析的子組合件
的中心點而確定x-y位置。

特定來說,控制單元基于準則的應用而確定缺陷的量及大小是否使得相機組合件對
于安裝到成像裝置中來說是不可接受的。如果初始測量顯露任何灰塵或刮痕,那么執行
清潔操作且重新測試單元。通過清潔單元,透鏡的表面上的灰塵應至少部分地被移除且
在后續測試時將不會再次顯現于相同位置中。相機組合件內的灰塵將可能不受清潔程序
影響,且在后續測試時將可能顯現于相同位置中。通過此清潔過程,可因此將表面灰塵
及缺陷與子組合件內的灰塵或缺陷區分開。此過程可為迭代的且可繼續達可由用戶編程
的數目個循環,或可繼續直到清潔使所檢測灰塵量降低到低于可編程或用戶選擇的閾值
為止。在可編程數目個清潔循環之后剩余的缺陷可分類為潛在有害的缺陷且可通過軟件
經歷進一步分析。控制單元可含有手動輸入以允許用戶針對灰塵檢測設定用戶選擇的閾
值,且還可允許用戶輸入清潔循環的優選或最大數目以供單元進行操作。另外,控制單
元可含有灰塵檢測閾值及清潔循環數目的預設值。可設定準則及閾值,如按特定相機及
成像裝置應用所需而確定。舉例來說,在針對灰塵的特定實施例中,將準則設定于最大
分段長度處且閾值是3個粒子>=0.20mm(發現于ROI內的任何地方)。當滿足此閾值
時,確定相機子組合件對于安裝到成像裝置中來說是不可接受的。可針對灰塵以及其它
缺陷設定額外或替代準則及閾值。

如圖1A及1B中所見,系統包含經配置以固持受測試相機子組合件110及高分辨率
成像相機120兩者的固定裝置組合件100。高分辨率成像相機120可調整地安裝到固定
裝置100,使得高分辨率成像相機的高度及角度可改變。然而,在特定實施例中,固定
裝置提供為具有固定高度及角度的完整單元。控制電路130連接到相機子組合件且在相
機子組合件110固持于固定裝置100中時將電力供應到所述相機子組合件并控制到所述
相機子組合件的信號。特定來說,控制電路130控制一或多個照明元件以在相機子組合
件處于固定裝置組合件中時將背光照明提供給所述相機子組合件。如圖1A中所見,照
明元件可定位于相機子組合件110內。替代地,如圖1B中所見,照明元件150可安裝
于固定裝置100上或附接到所述固定裝置。如果照明元件150安裝于固定裝置100上,
那么照明元件可安裝于固定裝置上的任何位置中或附接于所述固定裝置上的任何點處。
在特定優選實施例中,照明元件是LED且LED輸出電平為固定的。在子組合件由照明
元件進行照明的同時,高分辨率成像相機120由連接到相機120的控制單元140控制以
捕獲相機子組合件的高分辨率圖像。控制單元可通過電纜或導線連接到相機120,或者
可以無線方式連接相機120。將這些高分辨率圖像遞送到控制單元140以用于處理及分
析。

如圖2中所見,經照明相機組合件的所捕獲圖像可為從所述組合件的俯視視角拍攝
的。圖2展示完整相機子組合件。在中間的單個中心帶(200)是可含有灰塵/缺陷的玻璃。
當接通照明裝置時,此區域中的灰塵/缺陷將為亮點。在中心區域上方及下方的帶是相機
子組合件內側的反射器。將這些帶展示為非陰影的,這是因為其將LED的光(照明)反射
回到高分辨率相機中。相機子組合件中的實際LED在這些圖中是不可見的。接下來的
帶(在圖的頂部邊緣及底部邊緣處、在非陰影帶上方及下方的條紋帶)表示相機子組合件
的塑料主體。由于相機子組合件及照明裝置內的不同組件的高度差異而展示幾種不同
帶。最終外側帶表示在相機子組合件底下的墊子。此為固定裝置的部分而非相機子組合
件的部分。圖2圖解說明子組合件玻璃200的圖像,展示定位于子組合件的玻璃頂部上
或下面的缺陷210。控制單元140執行對圖像的初始分析且識別潛在缺陷210的位置。
替代地,控制單元可包含手動輸入以供用戶手動選擇圖像內的潛在缺陷區域。接著確定
在這些潛在缺陷區域周圍的所關注區(ROI),不論是由控制單元識別還是通過到控制單
元中的輸入而手動選擇。這些ROI可通過運行于控制單元上的程序而自動確定或可由用
戶手動選擇。

圖3是在所捕獲圖像內的潛在缺陷區域周圍取得的實例性ROI的圖解說明。如圖3
中所見,ROI 310可為從子組合件的總體所捕獲圖像300內選擇的。此選定ROI 310可
囊括所捕獲圖像的具有潛在缺陷的所有區域。雖然圖3僅圖解說明一個ROI,但在圖像
內存在多個潛在缺陷位置的情況下可選擇多個ROI。經劃線矩形外側的區域展示并非
ROI的部分的區域且因此將不被分析。在大多數情形中,由于由本發明提供的精確度,
因此僅一個ROI是必要的。

在已確定且選擇出ROI之后,控制單元140及其中的軟件模塊執行對ROI的增強
以便較清晰地識別所捕獲圖像中的粒子或其它缺陷。如圖4中較清晰地可見,缺陷400
被定位及識別。圖5圖解說明圖4中的缺陷400的位置的經放大視圖。如圖5中所見,
缺陷位置包含不同大小的多個缺陷。

圖6圖解說明所關注區的經后處理圖像。對圖像(如圖5中所見)執行處理以確定所
述圖像上的缺陷的大小、位置及數目。圖5展示閾值確定過程,而圖6是ROI內的粒子
分析。圖7提供從處理步驟獲得的結果的列表。

如圖7中所見,控制單元140分析所捕獲圖像且將關于缺陷的位置、數目及嚴重程
度的數據存儲于存儲器內。基于所存儲信息,控制單元接著鑒于預定準則而處理來自圖
像的數據。取決于來自圖像的數據是否滿足所述準則,控制單元確定正被分析的相機組
合件是否足以安裝于成像裝置內,或所述相機組合件中的缺陷是否使得相機組合件不適
于安裝。圖7中報告的數據以像素為單位展示缺陷的大小及面積。可容易地將這些值轉
換且報告為mm單位,這是因為系統的有效分辨率(DPI)是已知的。

圖8A展示用于測試相機子組合件以找出異常的步驟的總體工作流程的流程圖。在
步驟801處,捕獲相機子組合件受測試單元(“UUT”)的序列號。可通過用戶掃描條形
碼或手動地將序列號輸入到控制單元140中或者通過控制單元使用相機120檢測UUT
序列號而完成此步驟。在步驟802處,將UUT插入到固定裝置組合件110中且連接電
纜以將控制電路130與UUT連接。在步驟803處,控制電路130使相機子組合件內的
LED進行照明,且高分辨率相機120拍攝相機子組合件的高分辨率捕獲。在步驟804處,
控制電路130執行粒子檢測及缺陷表征軟件以識別UUT中的任何缺陷。在步驟805處,
如果軟件未發現任何缺陷,那么過程繼續進行到步驟809。如果發現缺陷,那么所述軟
件指示控制單元開始對相機的清潔操作。

在步驟807處,控制電路將基于以下各項中的一些或全部的組合而確定是否需要額
外掃描:所檢測缺陷的數目、所檢測缺陷的類型或嚴重程度、是否已執行預設數目個掃
描及清潔循環,或者是否已執行用戶設定數目個掃描及清潔循環。如果所述電路確定需
要重復掃描,那么處理返回到步驟803以允許拍攝額外高分辨率捕獲。如果否,那么處
理繼續進行到步驟808。在步驟808處,由控制電路識別及分析在清潔循環之后存在于
相機中的任何剩余缺陷以用于報告給用戶。在步驟809處,控制電路將相機子組合件內
的LED去激活,且用戶將UUT從控制電路斷開連接并將所述UUT從固定裝置移除。

圖8B展示粒子檢測及缺陷表征軟件的流程圖。在步驟851處,產生所關注區且接
著在步驟852處使用自適應閾值確定來檢測異常(例如灰塵粒子或刮痕)。在步驟853處
表征異常,且在步驟854處將預定準則應用于異常以確定相機子組合件是將合格還是失
敗(例如,如果合格,那么相機子組合件被認為安裝到成像裝置中是可接受的)。在步驟
855處,將合格/失敗狀態報告給用戶。在步驟856處,如果單元處于失敗狀態中,或者
取決于用戶偏好或默認設定,如果已在相機中識別足以需要清潔的缺陷,那么在步驟857
處,執行清潔操作。如果否,那么在步驟859處將UUT測試結果列表且存儲或呈現給
用戶。在步驟858處,在執行清潔操作857之后,軟件基于以下各項中的一些或全部的
組合而確定是否需要額外掃描:所檢測缺陷的數目、所檢測缺陷的類型或嚴重程度、是
否已執行預設數目個掃描及清潔循環或者是否已執行用戶設定數目個掃描及清潔循環。
如果否,那么在步驟859處將UUT測試結果列表且存儲或呈現給用戶。如果需要額外
掃描,那么處理返回到步驟851以執行額外掃描。

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相機 組合 灰塵 缺陷 檢測 系統 方法
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