機(jī)器視覺在光纖端面缺陷檢測中的應(yīng)用

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　　本文介紹了如何利用機(jī)器視覺進(jìn)行光纖端面的缺陷檢測，并使用美國國家儀器(NI)公司的VBAI視覺自動檢測開發(fā)環(huán)境完成了機(jī)器視覺系統(tǒng)的開發(fā)。VBAI(Vision Builder for Automated Inspection)是NI推出的一款視覺檢查軟件，作為自動檢測的視覺生成器。此工具是實驗室進(jìn)行快速視覺效果驗證的理想工具，也是很好的生產(chǎn)線簡易測試平臺。結(jié)果顯示，該系統(tǒng)能夠比較精確地檢測出缺陷所在位置及其大小，速度較快，達(dá)到了對光纖端面缺陷檢測的要求。

　　1 檢測系統(tǒng)

　　本文所提出的光纖端面缺陷機(jī)器視覺檢測系統(tǒng)由光纖端面檢測儀以及PC系統(tǒng)組成。檢測的時候?qū)⒐饫w活動連接器插入光纖端面檢測儀的固定測試平臺中，而光纖端面檢測儀通過USB線連接到PC系統(tǒng)上，這樣就能將圖像采集到電腦里。調(diào)整顯微鏡焦距，一旦得到了滿意的圖像，就啟動軟件對光纖端面進(jìn)行分析，與軟件預(yù)設(shè)的標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)進(jìn)行比較，從而定量地確定各區(qū)域信息，判斷該光纖端面合格與否。

　　該系統(tǒng)的檢測效果與軟件的能力、顯微鏡性能以及操作人員對焦圖像的技能有關(guān)，已經(jīng)證明了其在準(zhǔn)確性、可重復(fù)性、再現(xiàn)性以及檢測效率等方面明顯優(yōu)于人工檢測。該方案還可以提供檢測結(jié)果的具體記錄，包括端面圖像和損傷檢測數(shù)據(jù)等，提高系統(tǒng)的自動化程度。

　　2 檢測過程

　　本系統(tǒng)所使用的檢測軟件是基于VBAI視覺自動檢測開發(fā)環(huán)境開發(fā)的，具備對光纖端面圖像進(jìn)行處理和分析的能力，其處理流程如圖1所示。

　　在使用光纖端面檢測儀對光纖端面進(jìn)行圖像采集的時候，由于光纖端面每次出現(xiàn)在視野范圍中的位置都有所不同，所以首先要對光纖端面纖芯的位置進(jìn)行定位才能對其進(jìn)行一系列的檢測。要定位纖芯的位置，首先需要將采集到的圖像二值化。因為通過光纖端面檢測儀采集得到的初始圖像為32位的，而在VBAI中對圖像分析處理的函數(shù)模塊基本上都是不支持32位圖的，所以只有把32位圖轉(zhuǎn)化成二值圖像，才能對其進(jìn)行一系列精確的分析。使用VBAI的視覺助手(Vision Assistant)函數(shù)模塊對初始圖像進(jìn)行圖像處理，通過抽取色彩值(Extract HSL)的子函數(shù)即可得到灰度8位圖，然后使用閾值法將圖像二值化。

　　閾值法是一種簡單而且有效的圖像分割方法，此方法是用一個或幾個閾值將圖像的像素灰度級分為幾個級別，屬于一個級別的像素點被認(rèn)為是同一類物體。需要注意的是，在光纖端面檢測的過程中，由于包層可能會和包層外的臟污屬于同一個灰度級，所以在對包層外的臟污檢測的時候是不能同時對包層上的臟污進(jìn)行檢測的，需要將包層屏蔽以后再檢測。

　　在本系統(tǒng)中，設(shè)F(x，y)表示對圖像二值化的輸出，其像素灰度級范圍為[a，b]，對同一類型的缺陷檢測時只需要設(shè)定一個a和b之間的閾值TH，把圖像的像素分成大于TH的像素群(缺陷)和小于TH的像素群(背景)兩部分。即：

　　圖像二值化將缺陷像素點的灰度值設(shè)為0，背景像素點的灰度值設(shè)為1。在VBAI的視覺助手函數(shù)模塊中就有設(shè)置閾值(Threshold)的函數(shù)子模塊，調(diào)用的時候只需要在閾值直方圖上根據(jù)雙峰法找到波峰與波谷，并手動調(diào)整閾值的大小，使其能將缺陷與背景區(qū)分開來即可，如圖2所示。