人類的視覺感知和判斷是檢測低對比度、微妙性和不可預知性缺陷的標準.在消費電子、航空航天和汽車制造業(yè)等行業(yè)，人力檢測員可能會被派駐在生產(chǎn)線上進行復雜的裝配驗證或表面檢測。這些任務可以從檢測膝上型電腦組件的內(nèi)部部件到檢測智能設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，較小的缺陷可能會給制造商的聲譽帶來災難。這些缺陷也是自動化系統(tǒng)較難檢測的，下面將了解　　五個跡象，表明光度法的成像系統(tǒng)是您檢測應用的正確選擇。

　　盡管操作效率低下，但人類仍然在生產(chǎn)線上工作，這是因為他們有獨特的能力來檢測超出自動化系統(tǒng)能力的微妙、不可預測和上下文相關的錯誤。

　　機器視覺的自動視覺檢測在客觀性、效率和重復性方面優(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，這是因為他們有獨特的能力來檢測和評估錯誤，這些錯誤太微妙、太不可預測，或者要求上下文過于具體，無法在自動化系統(tǒng)上進行數(shù)字編程。因此，在完好無瑕和無差錯操作的地方，許多高價值產(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，但希望獲得自動化的好處。成像光度計(用于測量人眼感知的光強和亮度的基于ccd的相機)可以與生產(chǎn)排序軟件相結合，并適用于各種復雜的檢測任務。這些相機具有高分辨率和寬的動態(tài)范圍，能夠在標準機器視覺解決方案往往不夠的應用中進行準確檢測。本文概述的五個指標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用的適用性。

　　標準機器視覺的局限性

　　標準機器視覺攝像機(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測的缺陷的應用，很少有超出程序感興趣點范圍的異?；蛉毕?。這些系統(tǒng)通常會為了速度而犧牲精度，提供相對低分辨率的傳感器，捕捉足夠的圖像細節(jié)來檢測指定的錯誤。標準機器視覺系統(tǒng)軟件工具通常被應用于靜態(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簽等缺陷，用于分析所定義的感興趣點內(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)通常被應用于高度重復的應用中，在這些應用中，圖像變化可以很容易地通過戰(zhàn)略照明來增強，并且不需要任何判斷或上下文信息來進行分析。在這些應用程序中，視覺檢測相對容易，這使得機器視覺成為了人工檢測的一個很好的替代，為質(zhì)量控制提供了一個可重復的、自動化的解決方案。然而，對于更復雜的應用，標準機器視覺系統(tǒng)可能無法提供100%缺陷檢測所需的成像和軟件能力。

　　成像光度計的特點是高分辨率傳感器和先進的光學元件，以捕獲比典型的機器視覺相機更詳細的圖像。

　　基于光度法的成像系統(tǒng)

　　一個替代解決方案的標準機器視覺，提供優(yōu)越的成像和軟件功能是一個基于光度的成像系統(tǒng)。成像光度計通常用于測試和測量發(fā)光產(chǎn)品，如顯示器和LED照明，成像光度計也適用于非照明設備的復雜檢測應用。成像光度計的特點是，它們的設計是為了衡量光的強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)行類似人類的錯誤檢測。

　　成象光度計還具有更高分辨率的傳感器和先進的光學元件來捕獲比典型機器視覺攝像機更詳細的圖像。這樣就可以檢測到更多細微的缺陷，因此，可以將更多的功能應用到圖像中有意義的變化中。結合先進的基于光度的軟件工具，成像光度計解釋這些細節(jié)以捕捉圖像中的異常，利用光均勻性分析技術來檢測照明顯示器中的雜音(云)，以便在不可預測的位置定位和量化未編程的缺陷。結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，一個基于光度的視覺系統(tǒng)融合了自動化的好處和人類的視力和判斷力。

　　在質(zhì)量控制方面，成像光度計比標準機器視覺和人體檢測具有五個關鍵方面的優(yōu)勢：

　　1.零件上的缺陷是小的、微妙的或低對比度的。

　　與標準機器視覺相機相比，基于光度法的相機具有更高的分辨率和動態(tài)范圍，使得它們能夠更好地檢測小的和低對比度的缺陷。為光測量而設計的成像光度計須捕捉非常詳細的圖像，以便在像素級分析光的分布和顏色變化。另一方面，標準視覺系統(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：

　　成像光度計的CCD分辨率可能高達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制，盡管即使是微妙的細節(jié)也可能被人的眼睛所忽略。

動態(tài)范圍：

　　動態(tài)范圍是可以在圖像中識別的灰度值的數(shù)目。具有更寬的動態(tài)范圍的傳感器使光度照相機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)。

　　這與光度相機的高分辨率相結合，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行圖像和分類，同時保持圖像處理速度和低圖像噪聲。(圖像噪聲在具有相機CCD內(nèi)部冷卻功能的成像系統(tǒng)中進一步降低)。在某些情況下，一個光度成像系統(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.缺陷是不可預測的，并且是隨機發(fā)生的。

　　裝配越復雜，錯誤在生產(chǎn)過程中發(fā)生的可能性就越大，并且越難知道何時何地會發(fā)生錯誤。人類檢測員的好處是將優(yōu)越的判斷力應用于視覺檢測，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。

　　一個標準的機器視覺系統(tǒng)須用靜態(tài)的興趣點編程，以知道在哪里“查找”缺陷。這需要先進的缺陷位置知識和一致的生產(chǎn)環(huán)境，在這些環(huán)境中，零件不會發(fā)生很大的變化。對于高度復雜的組件，這種視覺系統(tǒng)的預編程可能需要幾個小時的工作，而新的缺陷可能仍未被發(fā)現(xiàn)。隨機發(fā)生的錯誤，如凹痕、污跡、劃痕和其他表面擦傷，是標準機器視覺攝像機識別和檢測的較困難的地方，因為它們的位置、大小和范圍變化如此之大。

　　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測的裝配和表面缺陷。一個例子是使用“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，使標準觀察者至少有一半的時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為是不可接受的。JND測量可以應用于非照明表面，以檢測和分級表面上的“均勻性”問題，而這些問題是由與預期公差相背離的細微變化引起的，表明劃痕、凹痕、污跡和其他缺陷。

　　使用均勻性評價原理在平板屏幕上檢測到污跡。

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

　　3.質(zhì)量問題需要量化和記錄

　　與人工檢測人員不同，機器可以同時處理無限數(shù)量的數(shù)據(jù)點，應用值量化每個數(shù)據(jù)點，以速度(甚至是無線方式)處理和通信數(shù)據(jù)，并在不丟失重要細節(jié)的情況下長時間存儲大量數(shù)據(jù)。大多數(shù)機器視覺系統(tǒng)能夠?qū)⑷毕萦涗洖閿?shù)字數(shù)據(jù)。然而，標準機器視覺系統(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重程度。這在應用程序中是必要的，因為誤差范圍可能低于給定的閾值–例如，稍有偏差的徽標，或相對較淺深度的凹痕。這些閾值在整體尺寸、紋理、復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錯誤。

　　成像光度計能夠從圖像中獲取比標準機器視覺系統(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，如誤線電纜(右)。

　　標準機器視覺系統(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態(tài)范圍上的差異。成像光度計能夠從圖像中獲取比標準機器視覺系統(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。例如，在可檢測的斑點大小時，缺陷可以通過標準攝像機(以像素計數(shù)、長度、寬度或其他值輸出)來測量，但是標準機器視覺光學限制了對較小的增量測量或?qū)Ρ榷炔町惖脑u估。

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

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

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

　　4.檢測的一致性和重復性很重要

　　人類提供更高的視力和判斷力來識別和分級嚴重的缺陷。然而，它們使人與人之間的判定不一致，并且不提供可重復的、可操作的數(shù)據(jù)來支持可跟蹤性，就像自動化解決方案所做的那樣。此外，它們很容易疲勞研究復雜的陣列和配置的組件延長的時間。隨著時間的推移，人類檢測的準確性急劇下降，并且隨著裝配的復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)出從復雜陣列到完全隨機特征的視覺模式，更有可能被人為檢測人員所忽略，因為這些人很容易精疲力竭，仔細檢測高細節(jié)的零件。但是，捕捉復雜數(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重要。

　　人類提供更高的視力和判斷力來識別和分級嚴重的缺陷。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的、可操作的數(shù)據(jù)來支持自動化。

　　在需要對復雜組件進行缺陷檢測的情況下，制造商可以雇用幾個人工檢測人員對部件進行重復檢測，以確保所有錯誤都被檢測出來。這是一種昂貴的方法，特別是在停機時間有限的生產(chǎn)線上，需要對生產(chǎn)線上的多個檢測人員進行多次輪班，以便進行一致的質(zhì)量控制?；蛘?，成像光度計實現(xiàn)連續(xù)操作的好處，具有一致的、可重復的缺陷檢測性能。自動化系統(tǒng)不會隨著時間的推移而失去效率，并且能夠應用一致的缺陷評估，而不管部分復雜性如何，因為性能不受有限的數(shù)據(jù)容量的影響。因為它們是用定義的質(zhì)量公差編程的，所以性能隨著時間的推移保持一致。

　　光度成像系統(tǒng)使用準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。將這些測量結果與標準公差值進行比較，以確保使用相同的標準對從生產(chǎn)線到工廠的檢測進行評估，保持質(zhì)量控制的一致性和過程的重復性。

　　5.人類或其他技術未能達到目標

　　也許比較有說服力的理由，評估光度基礎的成像檢測應用，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，僅僅是因為機器視覺和其他自動化技術無法檢測關鍵缺陷或與人類判斷的準確性相匹配來評估缺陷嚴重程度。對于這些制造商來說，避免錯誤進入供應鏈的成本太高，不能冒險切換到自動化的檢測過程，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，但需要自動化的應用中，一個基于光度的系統(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)被校準到獨特的測量環(huán)境，并被配置成滿足檢驗應用的準確標準。每個系統(tǒng)都提供了一套獨特的功能，以適應較困難和較關鍵的質(zhì)量控制任務。隨著設備的正確應用，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，特別是在需要重復檢測人員或多班檢測人員以達到預期的吞吐量和準確性目標的情況下。

　　結語

　　與標準機器視覺系統(tǒng)相比，成像光度計比人類更準確、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)性的視覺檢測應用提供了一個專門的解決方案。成象光度計的分辨率可達2900萬像素，動態(tài)范圍超過60分貝，具有低噪聲、冷卻CCD操作和科學校準以準確評估部分表面反射的光。這種光學靈敏度允許成像光度計捕獲清晰的圖像，以便進行自動視覺檢測，確保應用的軟件工具能夠準確地檢測和分類裝配和表面缺陷。利用基于測光技術的視覺差異評估(JND)來評估缺陷的范圍和嚴重程度以匹配人類的判斷，成象光度計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。有了這種人和機械優(yōu)勢的平衡，采用光度法系統(tǒng)的制造商可以實現(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。

　　光度成像解決方案彌合了機器視覺系統(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)性的檢測建立自動化操作。