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機器視覺CCD外觀質量檢測技術分析✘│✘◕◕:彩色CCD還是彩色檢測系統₪▩?
2021-08-09 作者✘│✘◕◕:WINTRISS 微覺視檢測技術公司(www.ra-ku-go.com)

        在當前機器視覺表面缺陷檢測系統以黑白系統為主流的背景下✘↟₪,有個別廠家的技術投入及研發能力不夠☁✘☁、在市場上競爭力不足✘↟₪,更缺乏品牌知名度✘↟₪,出於市場策略的考慮✘↟₪,不斷向客戶推薦“彩色相機檢測系統”來博取眼球✘↟₪,甚至混淆視聽│•。作為深耕於機器視覺表面檢測領域三十年的全球化企業✘↟₪,WINTRISS將透過本文從技術角度深度剖析“彩色CCD檢測系統”與WINTRISS“彩色檢測系統”的差距✘↟₪,以正視聽│•。

        1. 使用者選用缺陷檢測系統的時候✘↟₪,其真正關心的是什麼₪▩?

        缺陷檢測系統的成敗✘↟₪,關鍵在於系統的缺陷檢出能力☁✘☁、缺陷分類準確率✘↟₪,以及檢測系統穩定性│•。清晰☁✘☁、高對比度和細節完整的成像✘↟₪,以及經過長期技術積累和市場驗證的視覺檢測及分類演算法✘↟₪,是達成高效能檢測系統的兩大基石│•。任何脫離這兩大基石並意圖透過其他所謂“捷徑”來提升檢測效能的手段都是不科學的——包括粗暴地用三線掃描彩色CCD替換黑白CCD│•。

        在技術層面✘↟₪,無需濾光片的黑白單線CCD(單條感光片)成像可以精確地反映目標材料原有的視覺特徵(色彩資訊除外)和細節│•。由於在絕大多數應用場景中✘↟₪,材料色彩資訊對缺陷的檢出和分類並無實際影響✘↟₪,因此作為視覺檢測行業的通識✘↟₪,從缺陷檢測效果角度考慮✘↟₪,黑白單線CCD是缺陷檢測系統的常規選擇│•。WINTRISS彩色檢測系統正是基於黑白單線CCD相機✘↟₪,獨創性地結合了三彩色(R紅☁✘☁、G綠☁✘☁、B藍)檢測通道的彩色檢測系統✘↟₪,從缺陷檢測成效角度出發✘↟₪,為市場提供多元化的檢測方案│•。

        2. 彩色CCD是缺陷檢測的最佳選擇嗎₪▩?

        目前彩色CCD有三種實現方案✘│✘◕◕:稜鏡分光三CCD彩色相機☁✘☁、雙線CCD相機(Bayer Pattern彩色CCD)及三線CCD相機│•。

        從技術上✘↟₪,稜鏡分光三CCD彩色相機使用稜鏡將同一入射光分解成紅☁✘☁、綠☁✘☁、藍三道彩色光✘↟₪,分別投射到三條獨立的CCD感光單元✘↟₪,其輸出是由三條感光單元的感光值合成│•。這類彩色相機✘↟₪,第一不需要使用濾光片✘↟₪,保留了材料反射光的所有光譜和光子;第二✘↟₪,照射到三條感光單元的光來自同一入射光線(經稜鏡分光而成)✘↟₪,不存在空間偏差✘↟₪,其生成的影象可完整且準確地捕捉材料的色彩資訊☁✘☁、視覺特徵和細節│•。從成像效果上✘↟₪,採用稜鏡分光三CCD彩色相機的檢測方案可以和WINTRISS 彩色檢測系統方案相媲美;但是由於這類彩色相機結構複雜☁✘☁、價格昂貴以及對振動極度敏感✘↟₪,暫時沒有缺陷檢測系統採用該方案來實現彩色檢測│•。

        目前缺陷檢測系統使用的彩色CCD都採用雙線CCD(Bayer Pattern彩色CCD)或三線(R☁✘☁、G☁✘☁、B)CCD✘↟₪,這類彩色CCD存在兩個固有的問題✘│✘◕◕:1)使用濾光片以過濾出紅☁✘☁、綠☁✘☁、藍三個單色✘↟₪,造成光譜和光子損失;2)由於使用多線(雙線或三線)CCD✘↟₪,成像存在空間偏差│•。這些固有問題最終會導致生成的影象顏色失真和細節丟失✘↟₪,其中基於Bayer Pattern(Bayer filter)的雙線CCD問題會更為嚴重│•。這類相機✘↟₪,原理上每個濾光點(Pixel 點位)只能透過紅☁✘☁、綠☁✘☁、藍之中的一種顏色✘↟₪,因此對應的Pixel點位實際只採集到單一顏色(紅☁✘☁、綠☁✘☁、藍中的一種)的資訊✘↟₪,被濾除的其他兩種顏色資訊是透過插值法補回——使用臨近Pixel點位的顏色資訊進行大致估算✘↟₪,這使得其輸出的彩色資訊相較於材料的實際彩色資訊有較大差距│•。

        3. 創新性的WINTRISS  彩色缺陷檢測系統

        WINTRISS表面缺陷彩色檢測系統在兼顧客戶對彩色影象呈現的偏好☁✘☁、確保檢測效果的基礎上✘↟₪,獨創性地提出了基於黑白單線CCD相機結合三彩色(紅☁✘☁、綠☁✘☁、藍)檢測通道的彩色檢測系統│•。以WINTRISS專有的高效能智慧檢測相機(黑白單線CCD)為平臺✘↟₪,經過數年努力✘↟₪,成功研製出同軸頻閃彩色光源和多通道檢測技術│•。透過使用同軸頻閃彩色光源✘↟₪,於同一檢測角度高速掃描目標材料✘↟₪,生成目標材料的三組原色(紅☁✘☁、綠☁✘☁、藍)灰階影象✘↟₪,以三個相互獨立的檢測通道同步送進相機內建的FPGA處理單元✘↟₪,進行同步高速缺陷檢測演算法處理✘↟₪,並透過對同一缺陷在三檢測通道的檢出結果進行綜合和關聯分析✘↟₪,給出更為準確和全面的缺陷特徵│•。同時✘↟₪,透過對檢出缺陷的三組原色(紅☁✘☁、綠☁✘☁、藍)影象進行合成✘↟₪,生成缺陷和三線彩色CCD視覺效果類似的彩色缺陷影象供使用者閱覽│•。

圖例✘│✘◕◕:半固化片材料應用WINTRISS彩色線上檢測系統檢出的缺陷圖片

        此外✘↟₪,WINTRISS彩色檢測系統相容WINTRISS  OPSIS 8000系列黑白智慧相機✘↟₪,因此對所有已安裝該系列智慧相機的應用✘↟₪,都支援在更換相機韌體及同軸頻閃光源後✘↟₪,快速便捷的升級為彩色系統✘↟₪,這是其他競品公司得技術無法實現的│•。

        結論

        綜上所述✘↟₪, 透過採用彩色CCD實現彩色檢測的企業如要達到和WINTRISS彩色檢測類似的缺陷檢測能力✘↟₪,拋開其在檢測演算法和缺陷分類演算法方面與WINTRISS的差距✘↟₪, 其必須採用稜鏡分光三CCD彩色相機✘↟₪,而這顯然是眾多企業從成本及技術上無法實現的│•。

        WINTRISS 彩色檢測系統與採用彩色CCD相比具有以下優勢✘│✘◕◕:

1)成像效果可以更準確和完整的捕捉缺陷的視覺特徵與細節✘↟₪,檢測率和檢測效果更佳;

2)可在有效控制成本的基礎上將現有系統快速便捷的升級至彩色檢測系統;

3)WINTRISS在核心缺陷檢測演算法和缺陷分類演算法上擁有多年的技術積累✘↟₪,使WINTRISS  彩色檢測系統在整體的表面缺陷檢測效能上優於競品│•。

        關於WINTRISS微覺視

        WINTRISS微覺視 (www.ra-ku-go.com) 創立於1989年✘↟₪,是一家專注於表面質量視覺檢測技術研發☁✘☁、生產及銷售的高科技企業✘↟₪,公司以自有專利相機☁✘☁、專利光源及運用AI演算法的軟體系統為核心✘↟₪,專注為細分行業提供定製化的解決方案✘↟₪,幫助客戶監控產品質量☁✘☁、提升生產力✘↟₪,實現企業價值與客戶價值的共同成長│•。公司營銷網路覆蓋北美☁✘☁、亞洲☁✘☁、歐洲☁✘☁、中東等區域✘↟₪,在中國設有營銷中心及技術支援中心│•。經過三十年的發展✘↟₪,公司已成為機器視覺檢測行業領導者✘↟₪,產品廣泛應用於薄膜☁✘☁、鋰電池☁✘☁、PCB☁✘☁、金屬☁✘☁、玻璃☁✘☁、紙☁✘☁、無紡布☁✘☁、太陽能等行業✘↟₪,在全球安裝應用數千套│•。

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