一种基于光谱成像的异物检测系统及检测方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于光谱成像的异物检测系统及检测方法，包括照明系统照射在检测台上方，且为被检测物体提供均匀的光照；光谱成像装置：快速获取被检测物在400nm-1100nm波段范围内任意光谱通道内的光谱图像，其成像帧频范围1-1000帧/秒，空间分辨率10μm-1000μm，并将得到的光谱传输给计算机；计算机：接收光谱成像装置输出的光谱图像，并将样本光谱图像与实测的光谱图像进行对比，判断出光谱差异点是否是异物。本发明专利技术不仅可获得目标的图像信息，还可获得目标的光谱信息，利用背景与异物光谱信息的差异，可将异物从背景总分辨出来，对于背景与异物在形状和颜色相近的情况，具有实时快速、识别率高的优点，可广泛应用于镍泡沫的检测线。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及光谱成像
，具体是指一种基于光谱成像的异物检测系统及检测方法。
技术介绍
镍泡沫可用作过滤器材料，处理流体中磁性粒子的磁流导体。其它应用包括应用于储氢媒介、热交换媒介。我国镍泡沫行业运行目前发展形势良好，该行业企业正逐步向产业化、规模化发展。镍泡沫是一种性能优良的吸声材料，在高频具有较高的吸声系数;通过吸声结构的设计可以提高其在低频的吸声性能。镍泡沫也是制造镉-镍电池和氢-镍电池的最佳电极材料之一。通过试验研制成功了用电沉积技术制备镍泡沫的工艺。所用基体材料为多孔的开孔泡沫塑料，采用化学镀镍、真空镀镍和浸导电胶三种方法均可制备导电层，经预镀镍便可在通用的硫酸盐镀镍电解液中电镀厚镍，后经灼烧、还原、退火工序便可得到性能优良的镍泡沫材料。  镍泡沫是一种新能源电池的生产材料，在新能源汽车领域具有广泛的应用，但在镍泡沫的生产和加工过程中，会带来少量的铜杂质，而这会带来电池的短路引起爆炸事故。因此，在镍泡沫的生产和加工过程中铜杂质的数量是受到严格限制的，需要相应的异物在线检测装置用于镍泡沫生产过程中铜杂质的在线检测。目前常用的异物或杂质检测系统主要是通过杂质的大小、形状以及其亮度和对比度来从背景中识别和提取的，但当异物同背景的对比度较差或其大小和形状难以识别时，会造成异物识别困难和漏检。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于光谱成像的异物检测系统及检测方法，解决目前的镍泡沫的检测方法依赖于检测人员的主观判断、异物同背景的对比度较差或其大小和形状难以识别时容易出现识别困难和漏检的问题，达到精确检测、准确判断杂质的目的。 本专利技术的目的通过下述技术方案实现： 一种基于光谱成像的异物检测系统，包括一个： 照明系统：照明系统照射在检测台上方，且为被检测物体提供均匀的光照； 光谱成像装置：快速获取被检测物在400nm-1100nm波段范围内任意光谱通道内的光谱图像，其成像帧频范围1-1000帧/秒，空间分辨率10μm-1000μm，并将得到的光谱传输给计算机； 计算机：接收光谱成像装置输出的光谱图像，并将样本光谱图像与实测的光谱图像进行对比，判断出光谱差异点是否是异物。 本专利技术采用在检测台的上方安装一个照明系统，照明系统提供稳定均匀的照明环境，光谱成像装置将被检测的材料的光谱转换成反应其特征的光谱图像；然后由计算机对得到的被检测物体的光谱图像与样本的光谱图像进行对比，得出是否存在异物的结论，从而实现异物判断的自动型，排除了人为的主观意识，而且，利用光谱图像在特定波段的特性来进行判断，其可靠性很高；从光谱和空间多个维度对异物和背景进行区分和定位，可以实现异物的快速、准确检测，有效提高异物的检出率，在工业生产特定异物和异物的在线或离线检测中具有广泛的应用。 所述的光谱成像装置包括： 液晶可调滤光片：安装在光学镜头上，用于透过光谱通带内的光，并抑制通带外其他波长的光，在驱动控制器的控制下，其透过的光谱通带波长是可调谐的； 图像传感器：图像传感器包括CCD相机，在CCD相机上安装有光学镜头，其作用为对目标成像，并将图像传输至图像数据采集设备； 驱动控制器：驱动控制器与液晶可调滤光片之间用RS-232串口线相连接，驱动控制器向液晶可调滤光片发送指令，控制液晶可调滤光片的光谱通带波长，并按照由短波长到长波长的顺序，使得通过液晶可调滤光片的光谱通带波长依次变化，从而实现光谱通带连续调谐。 本专利技术采用液晶可调滤光片安装在CCD相机的光学镜头上，其作用类似于普通的光学带通滤光片，透过光谱通带内的光，并抑制通带外其他波长的光，而与普通的光学带通滤光片不同的是，液晶可调滤光片在驱动控制器的控制下，其透过的光谱通带波长是可调谐的，例如工作波段范围为400-1100nm的液晶可调滤光片，在驱动控制器的作用下，液晶可调滤光片透过的中心波长可以是400-1100nm中任意一个波长，而普通光学滤光片透过的光谱通带是固定的；图像传感器包括光学镜头和CCD相机，其作用为对目标成像，并将图像传输至计算机，光学镜头的前端与液晶可调滤光片用螺纹连接，光学镜头的后端连接CCD相机，与普通光学成像不同的是景物目标先透过液晶可调滤光片，再进入光学镜头和CCD相机，成像后的图像数据中，每一幅图像只有景物目标在光谱通带内的图像信息，形成光谱图像，例如液晶可调滤光片的工作波段为400-1100nm，光谱通带宽度为100nm，光谱通带数为7，则需要对同一景物目标成像7次，获得7幅光谱图像，其对应的光谱通带范围分别为400-500nm，500-600nm,……1000-1100nm，通过读取7幅图像中同一像素点的图像强度值，即可得到目标的光谱曲线，横坐标为波长，纵坐标为该波长下图像强度值；而对于普通光学成像只有一副图像，其图像包含了400-1100nm所有信息，无法提取到目标的光谱曲线；驱动控制器与液晶可调滤光片之间用RS-232串口线相连接，驱动控制器向液晶可调滤光片发送指令，控制液晶可调滤光片的光谱通带波长，并按照由短波长到长波长的顺序，例如从400nm至1100nm，使得通过液晶可调滤光片的光谱通带波长依次变化，从而实现光谱通带连续调谐；计算机通过驱动控制器控制液晶可调滤光片的图像传感器的图像数据通过网线传输至计算机，并存储在计算机内。 一种基于光谱成像的异物检测方法，包括以下步骤： （a）建立样本光谱图像； （b）对样本光谱图像中背景和异物的光谱特征曲线进行提取； （c）利用步骤（b）得到的结果构建线性判别函数； （d）对被测物体进行光谱图像成像操作； （e）对步骤（d）得到的光谱特征进行提取； （f）将步骤（e）得到的特征带入步骤（c）得到的线性判别函数进行计算，利用计算的结构判断出被测样品中是否有异物。 相比普通彩色成像的检测方法，基于光谱成像的异物检测方法，不仅可以获取目标的图像信息，还可以获取目标的光谱信息，对于异物与背景在形状、颜色接近的情况，普通彩色成像的方法很难将异物从背景中分辨出来，而基于光谱成像的异物检测方法，利用异物与背景的光谱差异，将异物分辨出来，可大大提高检测的准确率。 所述步骤（b）对样本光谱图像中背景和异物的光谱特征曲线进行提取是这样做的：将包含背景和异物的样本光谱图像中，分别提取10个背景像素点的光谱值和和10个异物的光谱值，假设光谱通道数为n，背景的光谱值为（b1[x1,x2….xn], b2[x1,x2….xn],….b10[x1,x2…xn]），异物的光谱值为（z1[x1,x2….xn], z2[x1,x2….xn],….z10[x1,x2….xn]）。通过测定背景与异物的光谱反射曲线，找到背景与异物光谱反射率曲线差异较大的波段范本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于光谱成像的异物检测系统，其特征在于，包括一个：照明系统：照明系统照射在检测台上方，且为被检测物体提供均匀的光照；光谱成像装置：快速获取被检测物在400nm‑1100nm波段范围内任意光谱通道内的光谱图像，其成像帧频范围1‑1000帧/秒，空间分辨率10μm‑1000μm，并将得到的光谱传输给计算机；计算机：接收光谱成像装置输出的光谱图像，并将样本光谱图像与实测的光谱图像进行对比，判断出光谱差异点是否是异物。

【技术特征摘要】
1.一种基于光谱成像的异物检测系统，其特征在于，包括一个：
照明系统：照明系统照射在检测台上方，且为被检测物体提供均匀的光照；
光谱成像装置：快速获取被检测物在400nm-1100nm波段范围内任意光谱通道内的光谱图像，其成像帧频范围1-1000帧/秒，空间分辨率10μm-1000μm，并将得到的光谱传输给计算机；
计算机：接收光谱成像装置输出的光谱图像，并将样本光谱图像与实测的光谱图像进行对比，判断出光谱差异点是否是异物。
2.根据权利要求1所述的一种基于光谱成像的异物检测系统，其特征在于，所述的光谱成像装置包括：
液晶可调滤光片：安装在光学镜头上，用于透过光谱通带内的光，并抑制通带外其他波长的光，在驱动控制器的控制下，其透过的光谱通带波长是可调谐的；
图像传感器：图像传感器包括CCD相机，在CCD相机上安装有光学镜头，其作用为对目标成像，并将图像传输至图像数据采集设备；
驱动控制器：驱动控制器与液晶可调滤光片之间用RS-232串口线相连接，驱动控制器向液晶可调滤光片发送指令，控制液晶可调滤光片的光谱通带波长，并按照由短波长到长波长的顺序，使得通过液晶可调滤光片的光谱通带波长依次变化，从而实现光谱通带连续调谐。
3.一种基于光谱成像的异物检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
（a）建立样本光谱图像；
（b）对样本光谱图像中背景和异物的光谱特征曲线进行提取；
（c）利用步骤（b）得到的结果构...

【专利技术属性】
技术研发人员：骆永全，黄立贤，刘仓理，沈志学，张大勇，王海峰，储松南，黄智蒙，赵祥杰，
申请(专利权)人：中国工程物理研究院流体物理研究所，
类型：发明
国别省市：四川;51