一种在线玻璃缺陷检测系统及方法与流程

本发明涉及玻璃缺陷检测，具体为一种在线玻璃缺陷检测系统及方法。

背景技术：

1、在线玻璃缺陷检测需要对移动中的玻璃板进行连续、非接触式检测，以发现气泡、结石、划伤等缺陷。现有技术普遍采用均匀光源或静态结构光照射玻璃板，通过单一光路的工业相机采集图像，利用灰度阈值、边缘检测等传统图像处理算法识别缺陷。这种方法在玻璃板匀速移动、缺陷尺寸极小或缺陷光学特性接近玻璃本体时，极易受背景光照波动和玻璃自身纹理干扰，微小缺陷产生的信号改变常淹没在由光源不均匀、玻璃透射率渐变所引起的趋势性光强变化中，检测灵敏度不足。同时，单光路采集方式难以区分透射路径和反射路径各自携带的缺陷信息，对于位于玻璃内部与表面的缺陷无法获得互补响应。

2、此外，现有检测方法大多仅关注单帧图像中的异常区域，忽略缺陷在时序图像序列中的动态传播行为。即使部分方法利用多帧关联，也只是简单进行目标跟踪，未从扰动传播路径的形态和演变规律中提取能表征缺陷类型的参数。实际生产中，气泡类缺陷在移动过程中引起的散射扰动路径蜿蜒多变，而结石类缺陷受力后可能出现形变，其扰动路径长度会呈现增长或收缩趋势，现有方法缺乏对这种时空传播特征的量化手段，难以输出包含缺陷类型信息的检测结果。

技术实现思路

1、本发明提供一种在线玻璃缺陷检测系统及方法，解决现有技术利用均匀光源或静态结构光配合单光路采集难以从趋势性光强变化中分离出微小缺陷扰动信号的问题，同时解决无法基于缺陷扰动传播路径的时空形态特征区分缺陷类型的问题。

2、为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：本发明提供一种在线玻璃缺陷检测方法，通过生成动态结构光场序列并将该序列投射至移动玻璃板的检测区域，在检测区域同步采集透射光路下的第一时序图像序列和反射光路下的第二时序图像序列，由此利用双光路信息的互补性增强缺陷表征能力。提取第一时序图像序列和第二时序图像序列中相同像素坐标位置的光强值，构建每个像素坐标位置的光强响应轨迹，使得玻璃内部微观缺陷对动态结构光场的扰动能够被完整记录在时序光强变化中。

3、对光强响应轨迹执行滑动窗口分解，获取每个滑动窗口内的局部趋势分量和局部扰动分量，其中局部趋势分量反映玻璃本体正常区域的背景光强变化，局部扰动分量则对应于缺陷引起的异常光强调制，从而将缺陷信息从背景中有效分离。定位局部扰动分量的幅值超过扰动判定阈值的像素坐标位置作为扰动像素位置，实现缺陷敏感区域的准确标记，显著降低玻璃厚度不均或光源波动造成的误检。

4、追踪扰动像素位置在相邻帧间的空间位移，生成缺陷扰动传播路径，利用缺陷区域在动态结构光场激励下扰动响应在空间上的连续传播特性，将孤立扰动点关联为连贯传播轨迹，提升对微弱缺陷和跨帧缺陷的检出完整性。计算缺陷扰动传播路径在时空域中的路径蜿蜒度和路径长度变化率，路径蜿蜒度用于识别散射型缺陷造成的扰动方向不规则变化，路径长度变化率则用于识别形变型缺陷造成的扰动传播速率异常，根据路径蜿蜒度和路径长度变化率输出缺陷检测结果，实现对缺陷类型的自动分类，满足在线玻璃生产中对气泡、结石、应力条纹和光学畸变等不同类型缺陷的高效区分需求。

5、作为本发明生成动态结构光场序列的一个优选方案，将预设频率集的每种频率映射至空间光调制器的对应编码区域，通过空间光调制器生成具有载波频率空间分布的初始结构光场，控制光源驱动信号按扫描时序调节发射光强幅值，使相邻帧间的初始结构光场在相位正交方向上交替偏移半个相位周期，按照扫描时序将各帧结构光场组合为动态结构光场序列，动态结构光场序列的相邻帧之间具有相位正交关系和频率编码关系。通过相位正交偏移与频率编码，使得结构光场在时间和空间维度均携带丰富编码信息，提升对玻璃内部不同深度和不同方向缺陷的激发效率。

6、同步采集检测区域在透射光路下的第一时序图像序列和在反射光路下的第二时序图像序列时，沿透射光路配置第一线阵相机，沿反射光路配置第二线阵相机，调整第一线阵相机和第二线阵相机的采集启动触发信号为同一时钟源输出的同步脉冲；根据移动玻璃板的传送速率设定同步脉冲的发射间隔，使第一线阵相机和第二线阵相机在同步脉冲的每个上升沿触发一帧线阵图像的采集；将连续采集的多帧线阵图像按帧序号拼接为第一时序图像序列和第二时序图像序列，第一时序图像序列与第二时序图像序列具有相同的帧序对齐关系。利用同一时钟源和传送速率匹配的同步脉冲，确保透射和反射两路图像序列在时间上严格对齐，为后续像素级数据融合提供精确的同步基准。

7、构建每个像素坐标位置的光强响应轨迹时，将第一时序图像序列和第二时序图像序列分别通过空间配准变换映射至统一的基准坐标网格，在基准坐标网格中建立每个网格点与第一时序图像序列中源像素坐标的映射关系；将相同帧序号下的第一时序图像序列和第二时序图像序列按照映射关系进行像素级光强值叠加，得到每个像素坐标位置在各帧时刻的复合光强值；按照帧序号的递增顺序将每个像素坐标位置的复合光强值排列为光强响应轨迹，光强响应轨迹的数据长度等于第一时序图像序列的总帧数。通过空间配准和双光路光强融合，将透射和反射两路互补信息整合为复合光强响应，增强对微小缺陷光强调制的检测灵敏度。

8、对光强响应轨迹执行滑动窗口分解时，以预设窗口长度和预设滑动步长在光强响应轨迹的时间轴上依次截取多个分析窗口，每个分析窗口覆盖连续帧序号的子轨迹段；在每个分析窗口内执行基于局部中值滤波的轨迹分离操作，将子轨迹段在频域的上包络值作为局部趋势分量，将子轨迹段与局部趋势分量之间的差异序列作为局部扰动分量；将各分析窗口的局部扰动分量按时间轴顺序拼接，形成与光强响应轨迹等长度的扰动轨迹序列。采用局部中值滤波和频域上包络分离，能够自适应适应玻璃非均匀区域的缓变背景，提高扰动分量的提取稳定性和抗干扰能力。

9、定位局部扰动分量的幅值超过扰动判定阈值的像素坐标位置时，计算局部扰动分量在全部像素坐标位置上的幅值统计分布，提取幅值统计分布的上四分位数与下四分位数；根据上四分位数与下四分位数的差值确定扰动判定阈值的自适应调整基数，将上四分位数与自适应调整基数的加权和作为每个像素坐标位置的局部判定阈值；比较每个像素坐标位置对应的局部扰动分量的峰值幅值与局部判定阈值，将峰值幅值大于局部判定阈值的像素坐标位置标记为扰动像素位置。该方法利用数据驱动的自适应阈值机制，能够根据实际检测图像的幅值分布动态调整判定标准，避免固定阈值在不同批次玻璃或光照变化场景中导致漏检或过检。

10、生成缺陷扰动传播路径时，在相邻帧的扰动像素位置之间计算欧氏距离矩阵，将欧氏距离矩阵中小于距离关联阈值的像素配对记录为候选轨迹连接；对每个候选轨迹连接执行方向一致性校验，将轨迹方向变化量小于方向变化阈值的候选轨迹连接保留为有效连接；将有效连接按照帧序串联为连通轨迹组，对各连通轨迹组进行空间轨迹平滑，生成每条连通轨迹组的缺陷扰动传播路径。通过距离关联和方向一致性双重约束，有效排除噪声扰动点引起的错误连接，保证扰动传播路径的物理连续性和方向合理性。进一步在方向一致性校验时，获取候选轨迹连接在前一帧连接方向上的第一方向角以及当前帧候选连接方向的第二方向角，计算第一方向角与第二方向角之间的夹角差值，将夹角差值绝对值与方向变化阈值进行比较，当夹角差值绝对值小于方向变化阈值时，将候选轨迹连接判定为有效连接并将当前帧候选连接方向更新为前一帧连接方向，实现方向约束的递推更新，使得轨迹追踪在长时序范围保持稳定。

11、计算缺陷扰动传播路径在时空域中的路径蜿蜒度和路径长度变化率并输出缺陷检测结果时，沿每条缺陷扰动传播路径的帧序方向提取路径节点的空间坐标序列，计算空间坐标序列中相邻路径节点的方向角序列；统计方向角序列中方向角改变量大于角度突变阈值的突变节点数量，将突变节点数量与空间坐标序列总节点数的比值作为路径蜿蜒度；以固定帧间隔将缺陷扰动传播路径划分为分段路径，计算相邻分段路径的长度差值与固定帧间隔的比值作为路径长度变化率；对路径蜿蜒度大于蜿蜒度阈值的缺陷扰动传播路径标记为散射型缺陷路径，对路径长度变化率大于变化率阈值的缺陷扰动传播路径标记为形变型缺陷路径，汇总散射型缺陷路径和形变型缺陷路径的路径标识作为缺陷检测结果。从扰动传播路径的几何形态和时间演化两个维度提取量化特征，实现对散射型缺陷和形变型缺陷的判别分类，使得检测结果不仅包含缺陷位置，还包含缺陷类型信息，便于生产线分拣和工艺优化。

12、本发明还提供一种在线玻璃缺陷检测系统，包括存储器、处理器以及存储在存储器中并在处理器上运行的计算机程序，处理器执行计算机程序时实现上述在线玻璃缺陷检测方法的步骤，从而将图像采集、光强调制轨迹构建、扰动定位与路径追踪、缺陷分类等处理环节集成于在线检测系统中，满足高速玻璃生产线实时检测要求。

13、在上述技术方案中，本发明提供的技术效果和优点：

14、生成动态结构光场序列并将相邻帧设置为相位正交关系和频率编码关系，在玻璃板移动过程中形成时空编码的照射模式；同步采集透射光路和反射光路下的时序图像，对两种光路的像素级光强值进行叠加构建复合的光强响应轨迹。通过滑动窗口分解，将轨迹中由光源分布、玻璃厚度渐变等引起的缓慢变化分离为局部趋势分量，同时保留缺陷造成的瞬态光强波动作为局部扰动分量。这一方案使得原本隐藏于趋势背景中的微小缺陷扰动被单独提取，扰动分量幅值只反映缺陷对动态结构光场的散射或遮挡程度，不再受光源不均匀性和玻璃本体透过率差异的干扰，从而大幅提升对低对比度缺陷的检出能力。

15、在得到各像素的局部扰动分量后，定位扰动像素位置并利用相邻帧间的欧氏距离和方向一致性校验生成连续的缺陷扰动传播路径。对每条传播路径在时空域中计算路径蜿蜒度，通过统计方向角突变节点数占总节点数的比值，量化路径的曲折程度；同时计算路径长度变化率，将路径分段后相邻段长度差值与固定帧间隔的比值作为形变参数。当路径蜿蜒度超过相应阈值时，标记为气泡、夹杂等引起的散射型缺陷路径；当路径长度变化率超过相应阈值时，标记为结石、裂纹等引起的形变型缺陷路径。通过上述路径蜿蜒度和路径长度变化率的并行计算，输出同时包含缺陷位置与缺陷类型标识的检测结果，无需增加额外成像硬件即可实现缺陷分类。