创新成果 | 应科院智能机器视觉技术及其在表面缺陷检测和三维测量的应用

■ 前言 

应科院研发与应用紧密结合，与企业和政府部门一起合作，聚焦五大重点范畴，涵盖产品和系统，通过先进科技研发创新为企业和社会发展提供动力。【创新成果】专栏将陆续介绍应科院的研发团队、研发成果及其应用，欢迎有意合作的机构通过微信平台与我们联络。

应科院智能机器视觉技术

智能制造是应科院技术研发的五大核心科研领域之一，其中智能机器视觉技术组是智能感测技术与系统技术部中的一个核心竞争团队。他们基于人工智能，开发自动化缺陷检测、深度机器视觉软件、智能工业机器人、嵌入式视觉等技术。 

应科院智能机器视觉技术团队在适用于各种表面属性的系统级智能在线缺陷检测技术平台领域具有丰富研发经验，并有多项技术获得专利，如：多层透明表面缺陷检测技术、弯曲透明表面缺陷检测技术、以及复合表面缺陷检测技术等。该团队还获得「日内瓦国际发明展」等多个国际奖项。

应科院结合硬件的光学技术和图像处理算法软件平台，组成了完善的视觉解决方案。方案可根据客户的需求定制自动化外观缺陷检测设备，对镜面物体也有着更高的灵敏度，能够满足特殊材料与复杂形状的产品检测要求，如检测三维手机盖板玻璃表面、汽车零部件、半导体元器件（晶元、电子封装器件）、相机镜片、镜头模组、印刷电路板（PCB）等。

应科院所使用的相位偏折法还可以测量物体的三维尺寸，可用于高反射、透明的物体的尺寸测量。例如，测量三维手机盖板玻璃的轮廓、球面/非球面的镜头、3D曲面玻璃等。采用多相机对物体进行多角度采集，拼接采集到的数据，最终还原被测物体的3D原貌，并可在GPU加速下更快地进行。在测量物体尺寸的同时，还可以进行缺陷检测，功能合二为一。

应科院智能机器视觉技术应用案例

汽车零件缺陷检测系统

应科院使用相位测量偏折法进行汽车零部件的缺陷检测，运用半自适应参数和路径规划算法，并利用嵌入式系统和GPU加速，是针对复杂反光表面的快速缺陷检测系统。该系统可用于汽车零件、厨卫用具等生活用品的检测。

手机盖板玻璃检测与3D测量系统

该系统同时集成缺陷检测和3D曲率测量，固定位置8次同时拍摄，覆盖盖板玻璃形貌，并使用GPU加速，适用于透明或反光表面的三维测量、重构三维形貌。

多年来，应科院始终在智能制造领域深耕，致力于通过科技加快生产速度，简化制造过程和提升效率。应科院已推出多种先进平台、工具及解决方案，全力协助智能化工业转型、推进现代化智慧城市建设。

我们将持续专注在智慧城市、金融科技、智能制造、健康技术、专用集成电路等领域探索，实现更多研发的可能性成果，为现代化社会的生产与生活提供更多先进的技术及解决方案。

延伸阅读

【工业检测需求现状】

随着当今工业产品的种类越来越多，在工业生产过程中，对各项关键指标的检测与控制愈发重要，无论是终端产品的外观还是模组功能，每一道工序都需要有相应的检测措施。以iPhone代工厂为例，产品生产过程中超过30%的人力资源是用于产品的外观检测。这项开支每年高达40.8亿人民币。

很多所需检测的物体具有高反射、透明、曲面等特征，这些表面的外观缺陷检测十分困难。例如，在手机行业，需要检测盖板玻璃、金属装框是否有缺陷，装配之后的间隙是否满足要求，并需要对手机盖板玻璃轮廓进行三维测量等；在汽车行业，需检测零部件的外观，以及装配后的形位公差等。这些物体的检测是工业生产中的难点与痛点，对检测设备的要求极高。

显然，传统的人工检测与机器检测已无法满足庞大复杂的工业生产。目前，更多的智能工厂选择使用机器视觉检测系统，运用智能图像采集和先进图像处理技术，进行自动化的产品检测与控制。

【机器视觉技术和相位偏折术】

机器视觉技术有两个核心：光学技术和图像处理算法。光学技术，即运用优良的视觉系统，在源头上采集最清晰、最高对比度的2D/3D图像数据。这些图像被传递给基于人工智能的算法平台，进行一系列精密的计算、分析与判断。在现代化智慧工厂中，还可以在工业物联网的支持下实现远程的实时监测、在线决策、品质控制。

相位偏折术基于光的反射原理，结合了双目视觉和相位偏移技术。精度高、动态范围广、能够进行非接触式全场测量，特别适用于高反射、高透明物体的在线缺陷检测及三维测量。

相位偏折术检测技术由相机、条纹发生器和控制系统三部分组成：

相机用来记录被检测物体的图像信息。条纹发生器可显示一系列条纹图案，将条纹反射到物体表面上。基于光的反射，视觉处理算法可以精确地计算出物体表面不平坦的区域及位置，检测出划痕、压伤、崩边、斑点、微粒、蚀刻不良、空气夹杂物、注塑成型偏差、涂层缺陷、漏光和来料不良等各类常见的缺陷。

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