一种划痕检测的最优检测角度选取装置及其选取方法与流程

本发明属于检测角度最优选取，具体涉及一种划痕检测的最优检测角度选取装置及其选取方法。

背景技术：

1、在物证勘查、工业质检等众多领域，针对划痕检测装置进行优化设计以及提出检测角度最优选取方法能够显著提升在复杂光照条件下透明或不透明目标表面的划痕检测准确性与效率。通过科学的方法确定最佳照明角度和观测角度，使目标表面划痕与背景的mueller矩阵特征差异最大化，从而在自然光不足或无需强主动照明的环境下，依然能清晰辨识细微划痕，有效避免因复杂光照导致的漏检。这为公安物证搜查中细微痕迹的提取、工业生产中玻璃器件或精密工件表面缺陷的无损快速检测提供了可靠的技术支撑，切实降低了检测难度，提高了工作的自动化水平和可靠性。

2、然而，目前的研究多集中于mueller矩阵成像技术本身或一般的缺陷检测应用，尚缺乏专门针对基于mueller矩阵的划痕检测装置进行系统性的检测角度优化研究。现有方法往往依赖经验或固定角度，未能充分挖掘mueller矩阵参数随角度变化反映表面微结构差异的潜力，导致在应对不同材质、不同形貌的划痕时，装置的灵敏度和普适性受限。这一研究空白使得现有技术的性能未能最优化，在一定程度上制约了该先进检测装置在更广泛、更苛刻场景下的有效应用与实际效能发挥。因此，为了在复杂环境下快速确定划痕检测装置最优的检测角度，亟需一种划痕检测的最优检测角度选取装置及其选取方法。

技术实现思路

1、本发明提供一种划痕检测的最优检测角度选取装置及其选取方法，用以解决在复杂环境下快速确定划痕检测装置最优的检测角度的问题。

2、本发明通过以下技术方案实现：

3、一种划痕检测的最优检测角度选取装置，所述最优检测角度选取装置包括方位角转盘1、可伸缩支架i2、俯仰角固定支架i3、可伸缩支架ii4、俯仰角固定支架ii5、装置固定架6、待测目标7、偏振照明装置8以及mueller矩阵成像装置9；

4、所述方位角转盘1用于模拟调整划痕检测装置的方位角，方位角能调整的角度范围为0°~360°；

5、所述可伸缩支架i2和可伸缩支架ii4用于分别支撑并配合俯仰角固定支架i3和俯仰角固定支架ii5来调整偏振照明装置8和mueller矩阵成像装置9的俯仰角，俯仰角能调整的角度范围为-50°~50°；

6、所述装置固定架6用于固定和支撑带有目标表面刮痕的待测目标7；

7、所述待测目标7为按需求摆放为带有表面划痕的透明或不透明目标；

8、所述偏振照明装置8用于提供不同偏振方向的主动偏振照明光，来提高mueller矩阵成像装置9中可见光偏振相机95的进光量；

9、所述mueller矩阵成像装置9用于在不同偏振照明光下采集待测目标7的16张不同偏振角度的偏振图像，从而进行mueller图像计算，并得到mueller矩阵图像中的

m22和

m33图像，通过

m22图像和

m33图像计算得到退偏图像，用于可视化观察并分析待测目标7表面裂痕。

10、进一步的，所述偏振照明装置8包括led照明灯81、扩束镜组82、反射镜组i83、反射镜组ii84、起偏片85、发射窗口86；

11、所述led照明灯81、扩束镜组82、反射镜组i83、起偏片85和发射窗口86依次设置，所述扩束镜组82与反射镜组i83之间设置反射镜组ii84，所述反射镜组ii84分为上下两片，所述扩束镜组82的光线直射反射镜组i83，再从反射镜组i83反射至反射镜组ii84，再从反射镜组ii84反射至起偏片85形成偏振照明光，偏振照明光从发射窗口86的边缘出射，其中起偏片85能调整的度数范围为0°~360°。

12、进一步的，所述mueller矩阵成像装置9包括主光学窗口91、反射镜组92、狭缝93、准直镜组94、可见光偏振相机95、图像处理子系统96、图像指标计算子系统97、图像记录子系统98；

13、所述反射镜组92、狭缝93、准直镜组94通过主光学窗口91获取目标表面划痕反射光信号，并将光信号传递到可见光偏振相机95，从而进行可见光偏振成像；

14、所述可见光偏振相机95用于采集可见光偏振图像；

15、所述图像处理子系统96用于对不同偏振照明光下采集到的偏振图像进行mueller图像计算，并最终计算得到退偏图像；

16、所述图像指标计算子系统97用于计算退偏图像的图像评价指标，并以定量化的图像评价指标来评估退偏图像的图像质量，其中图像评价指标包括对比度、标准差以及平均梯度；

17、所述图像记录子系统98用于对经过图像处理子系统96处理后的mueller图像和退偏图像进行保存，并将对应的时间戳进行同步记录。

18、一种划痕检测的最优检测角度选取装置及其选取方法，所述最优检测角度选取方法使用如上述划痕最优检测角度选取装置，所述最优检测角度选取方法包括以下步骤：

19、步骤1：组装、固定并调试划痕最优检测角度选取装置；

20、步骤2：调整方位角转盘1将mueller矩阵成像装置9调整为方位角0°，俯仰角固定支架ii5将mueller矩阵成像装置9的俯仰角调整为50°，并将待测目标7调整为正面面向mueller矩阵成像装置9，并调整方位角转盘1将偏振照明装置8调整为方位角0°，俯仰角固定支架i3将偏振照明装置8的俯仰角调整为50°；

21、步骤3：分别调整起偏片85的偏振方向为0°、45°、90°和135°，从而使偏振照明装置8发出0°、45°、90°和135°的偏振照明光，并每调整一次起偏片85的偏振方向，相应的通过mueller矩阵成像装置9进行一次图像采集；

22、步骤4：调整方位角转盘1将偏振照明装置8调整为方位角0°，利用俯仰角固定支架i3分别调整偏振照明装置8的俯仰角为40°、30°、20°、10°、0°、-10°、-20°、-30°、-40°、-50°，每调整一次偏振照明装置8的俯仰角时重复步骤3的相关操作；

23、步骤5：利用俯仰角固定支架i3分别调整mueller矩阵成像装置9的俯仰角为40°、30°、20°、10°、0°、-10°、-20°、-30°、-40°、-50°，并重复步骤3和4的相关步骤；

24、步骤6：针对mueller矩阵成像装置9采集到的图像进行mueller矩阵图像计算，从而得到mueller矩阵图像中的

m22和

m33图像，其次通过

m22图像和

m33图像计算得到退偏图像，通过图像指标计算子系统97进行对比度、标准差和平均梯度的图像评价指标计算，通过全面评估和对比不同方位角和俯仰角下的退偏图像，来确定划痕检测装置最优检测角度在什么角度下的方位角和俯仰角被取得；

25、步骤7：若使用者需要保存退偏图像，则通过图像记录子系统98对图像处理子系统96计算后的退偏图像进行保存。

26、进一步的，所述步骤3具体为，调整起偏片85的偏振方向为0°，led照明灯81发出的光通过扩束镜组82进行扩束，再经过反射镜组i83和反射镜组ii84的反射，照明光透过起偏片85形成偏振方向为0° 的偏振光，最后通过发射窗口86的边缘出射；

27、当偏振照明装置8发出0°的偏振照明光后，通过mueller矩阵成像装置9进行1次图像采集，图像处理子系统96进行偏振图像的解算，偏振图像是2*2像素排列的偏振马赛克图像，图像处理子系统96分别提取出每个像素偏振片阵列角度相对应的像素将偏振马赛克图像重新组合为0°、45°、90°和135°四个不同偏振角度的图像，将可见光偏振相机95拍摄的偏振图像分解为0°、45°、90°和135°四张不同偏振角度的偏振图像，图像处理子系统96临时储存这四张不同偏振角度的偏振图像；

28、调整起偏片85的偏振方向使偏振照明装置8发出45°、90°和135°的偏振照明光，每调整一次起偏片85的偏振方向，相应的通过mueller矩阵成像装置9进行1次图像采集，偏振照明装置8共发出0°、45°、90°和135°这4种偏振方向的偏振照明光，mueller矩阵成像装置9共进行了4次图像采集，共通过图像处理子系统96解算得到16张偏振图像。

29、进一步的，所述步骤3中，当待测目标7为透明介质时，进一步调整方位角转盘1将偏振照明装置8的方位角分别调整为15°、30°、45°、60°、75°、90°、105°、120°、135°、150°、165°、180°、195°、210°、225°、240°、255°、270°、285°、300°、315°、330°、345°，每调整一次方位角的角度，就分别调整起偏片85的偏振方向为0°、45°、90°和135°，从而使偏振照明装置8发出0°、45°、90°和135°的偏振照明光，并每调整一次起偏片85的偏振方向，相应的通过mueller矩阵成像装置9进行一次图像采集；

30、所述步骤3中，当待测目标7为不透明介质时，偏振照明装置8的方位角的调整范围为270°、285°、300°、315°、330°、345°、0°、15°、30°、45°、60°、75°、90°，每调整一次方位角的角度，就分别调整起偏片85的偏振方向为0°、45°、90°和135°，从而使偏振照明装置8发出0°、45°、90°和135°的偏振照明光，并每调整一次起偏片85的偏振方向，相应的通过mueller矩阵成像装置9进行一次图像采集。

31、进一步的，所述步骤6 mueller矩阵图像的计算公式具体为，

32、

33、其中，、、、、、、、、、、、、、、和为mueller矩阵的16个元素，角标中的第一个字母为mueller矩阵所对应的行，角标中的第二个字母为mueller矩阵所对应的列；、、、、、、、、、、、、、、、为采集到的偏振图像，角标中的第一个字母为偏振照明光的起偏方向，角标中的第二个字母为可见光偏振相机95采集到的偏振图像通过图像处理子系统96分解得到的偏振图像对应的偏振方向，其中偏振方向为0°和90°的偏振光用1和2表示，45°和135°的偏振光用3和4表示。

34、进一步的，所述步骤3退偏图像的计算公式具体为：

35、

36、通过上式计算得到的退偏图像，可理解为通过数值来量化退偏振程度的大小，退偏数值越大代表退偏程度越大，退偏数值越小代表退偏程度越小，大量实验结果表明在目标表面裂痕中，当退偏大于0.75时则说明该部分像素区域为目标表面划痕，当退偏小于0.75时则说明该部分像素区域为非划痕的目标表面，从退偏图像中就能可视化观察并分析划痕种类、深度和长度。

37、进一步的，所述步骤3对比度计算公式具体为：

38、

39、其中，c为目标表面划痕与非目标表面划痕之间的对比度；为目标表面划痕的平均强度值；为非目标表面划痕的平均强度值。在具体的计算中，首先选取待测图像中非目标表面划痕roi区域和目标表面划痕roi区域，其次计算非目标表面划痕roi区域像素总强度值、非目标表面划痕roi区域像素点总数、目标表面划痕roi区域像素总强度值和目标表面划痕roi区域像素点总数，然后计算得到非目标表面划痕平均强度值和目标表面划痕平均强度值，最后通过计算得到目标表面划痕与非目标表面划痕之间的对比度；

40、所述步骤3标准差计算公式具体为：

41、

42、其中，是图像的标准差；是图像的第

i行、第

j列的像素强度值；

m和

n是图像的行列数;是图像平均强度值；

43、所述步骤3图像平均强度值的计算公式具体为：

44、

45、所述步骤3平均梯度计算公式具体为：

46、

47、其中，是图像的平均梯度；

m和

n是图像的行列数。

48、进一步的，计算在不同方位角和俯仰角下退偏图像对应的对比度、标准差和平均梯度的图像评价指标，将这三项图像评价指标进行加和计算，图像评价指标数值最高的对应的mueller矩阵成像装置9和偏振照明装置8所在的方位角和俯仰角即为最优检测角度。

49、本发明的有益效果是：

50、本发明通过设计的划痕检测装置和相对应的最优检测角度选取方法，实现了在复杂光照环境下对透明或不透明目标表面划痕的智能化、高效检测，从而显著提升细微划痕的辨识度。它克服了传统经验或固定角度检测方式灵敏度不足、普适性差的局限，针对目标表面划痕保持高检测准确性，大幅降低漏检率。这一方法为物证勘查中微弱痕迹的提取与工业质检中精密器件表面缺陷的无损快速检测提供了可靠的理论依据与技术支撑，有效推动了检测过程的自动化、高效化与精准化，拓展了mueller矩阵成像技术在更苛刻实际场景中的应用深度。