一种微结构表面检测方法技术

一种微结构表面检测方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：图像采集；S2：匹配顺序S3：灰度匹配；S4：设置匹配步长；S5：敏感区域设置；S6：标记和输出。通过本方法可以针对微结构表面几何特征尺寸、间距和表面缺陷进行快速的检测。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种微结构表面检测方法。技术背景微结构表面具有各种复杂的不规则的几何特征，由于在机械零件形面上，不同的功能特性的微结构对几何特征的需求不同。微结构的三维形貌复杂，具有微小尺度特征，所以微结构的测量比常规超精密零件的测量难度更大。传统的微小测量方式，如接触式方法测量，根据形态学采样理论(MorphologicalExtractionTheorem)，要真实测量被测表面，需要被测表面任意位置的最小曲率半径必须大于测量触针的球头半径。与此同时，采样间隔不能大于球头半径。所以，该测量方法通常会受到微小测头尺寸的限制，使得精度达不到要求，同时测量效率低。而非接触光学测量方法基本上都是基于被测表面光的反射情况进行测量，但是微结构表面通常具有陡峭的凸凹结构，三维形貌复杂，所以采用光学测量的方法也到限制。扫描电镜(SEM)方法对被测表面进行测量是在空环境中，SEM与它测量方法相比具有高的横向分辨率(约5nm)，是通过逐次获取图像的立体测量方法对被测微结构表面进行评价，但是纵向分辨率依赖于横向分辨率和倾斜角度，而且检测效率较慢，所以SEM也无法满足微结构表面的测量要求。微结构功能表面中的微结构单元一般具有以下特点：尺寸小，数量多，分布密度大，三维形貌复杂。这些特征，使得对微结构的测量具有较大的难度。首先，微结构功能表面的尺寸范围一般都在亚毫米级，尺寸较小，难以用常规的度量工具测量；数量众多，如果用逐一测量的方式，则效率低；三维形貌复杂，具有几何突变的特征，则更增大了测量难度。所以，普通的测量工具或仪器的在精度和效率上都难以满足微结构的检测要求。有鉴于上述的缺陷，本设计人，积极加以研究创新，以期创设一种新型微结构表面检测方法，使其更具有产业上的利用价值。
技术实现思路
为解决上述技术问题，本专利技术的目的是提供一种微结构表面的检测方法。本专利技术的技术方案如下：一种微结构表面检测方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：图像采集，采集对象包括检测模板和待检测微结构，所述检测模板和待检测微结构处于相同的环境下进行采集；S2：匹配顺序，将采集到的检测模板和待检测微结构图像输入到计算机中，按照从所述待检测微结构上从左至右从上到下的顺序进行递进搜索，在待检测微结构上截取与所述检测模板相同尺寸的待测子图进行匹配；S3：灰度匹配，通过计算模板图片和待测子图上对应位置每个像素的灰度差值，再通过归一化交叉算法计算得到相关度值，得到每一个待测子图和检测模板的灰度匹配值；S4：设置匹配步长，设定灰度匹配值的最大阀值和最小阀值，当灰度匹配值靠近最小阀值时，递进搜索的步长为10像素；当灰度匹配值靠近最大阀值时，递进搜索的步长为1个像素；S5：敏感区域设置，设置敏感区域匹配度阀值，当灰度匹配值大于设定的敏感区域匹配度阀值时，在此位置规划一包含待测子图的区域设置为敏感区域，并在设定的敏感区域内进行灰度匹配，得到最大匹配值，将得到的最大匹配值设为该待测子图的真实匹配值，当完成一个待测子图的匹配后，移动检测模块至与已完成匹配待测子图不重合的下一待测子图；S6：标记和输出，将测定的待测子图的匹配值进行匹配度分级，并对不同的匹配度等级设置不同的颜色加以区分，将待测子图根据其检测的匹配的等级在待测子图边框加以对应的颜色。进一步的，所述步骤S1中相同的环境为相同的光照环境、相同的光照视角。进一步的，所述步骤S5中所述设定的敏感区域内进行灰度匹配，具体为将所述检测模板在所述敏感区域内按照从左至右从上到下的顺序进行每一步1个像素移动的顺序进行匹配。进一步的，所述步骤S6中，所述匹配度分级一共为五级，分别为匹配度0.65以下、匹配度0.65-0.70、匹配度0.70-0.80、匹配度0.80-0.88、匹配度0.88以上。借由上述方案，本专利技术至少具有以下优点：(1)本方法中检测模板和待检测微结构均在同样的环境下采集，保证了本方法检测不失一般性；(2)本方法根据匹配值设置不同的匹配步长，提高了检测效率，节省了检测花费的时间；(3)本方法设置了敏感区域，避免了采用归一化匹配算法容易生产重复匹配的问题；(4)本方法将检测匹配度值通过不同颜色的边框反馈在待检测微结构上，利于对微结构表面缺陷进行显示。附图说明图1、本专利技术的方法检测流程图；图2、本专利技术待检测微结构示意图；图3、本专利技术检测模板结构示意图；图4、本专利技术敏感区域结构示意图。具体实施方式下面结合附图和实施例，对本专利技术的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本专利技术，但不用来限制本专利技术的范围。参见图1至图4，本专利技术一较佳实施例所述的一种微结构表面检测方法，本方法包括图像采集，通过精细检测，选择几何形貌较好，尺寸误差小，表面无缺陷的微结构单元作为检测模板。分别对模板和待检测微结构进行图像采集。检测模板与待检测微结构需保证在相同的光照环境，相同的光照视角下进行图像采集，以消除光照、视角因素对灰度产生的影响，不失一般性。匹配顺序，利用程序对图像进行匹配，由于计算机读图顺序是从左到右，从上到下。所以，匹配顺序为待测图像上的左上角开始，以从左到右，从上到下的顺序按照步长递进搜索，在待测图像上每次截取与模板图像相同尺寸的子图与模板进行匹配。灰度匹配，利用归一化交叉算法(NCC)得到模板与每个待测子图的灰度匹配值。通过计算模板图片与待测子图对应位置每个像素的灰度差值，再利用归一化交叉相关算法得到相关度值，即为灰度匹配值。设置匹配步长，当匹配模板逐渐靠近微结构单元所在位置时，灰度匹配值会逐渐增大，如果匹配模板的递进的步长为1，则每次匹配完成后只前进一个像素。所以匹配效率低，速度慢。由于微结构的分布特点是规则排布，每个微结构相隔有一定的间距。当模板与待测单元的真实位置较远时，由于图像差异巨大，对应像素的相关性小，所以灰度匹配值小；而当模板与待测单元的真实位置较近时，灰度匹配值会逐步增大，是递增性增长。所以，当模板靠近待检测微结构单元时，匹配值增大，当到达待测微结构单元真实位置时，匹配值达到最大，而当模板远离待测微结构单元时，匹配值又减小。即在每个微结构单元附近区域，匹配值是先增大后减小的趋势，有一个匹配值极大值，该匹配值的极大值即为待检测微结构单元的真实灰度匹配值。根据匹配值与待测微结构距离的关系特征，设定不同的限定阈值。当匹配值小时，则表示模板距离待测微结构单元的距离远，所以可以采用大的步长递进(10像素)搜索，当匹配值大，则表示模板距离待测微结构单元的距离近，所以采用小的步长递(1像素)进搜索。敏感区域设置，以小步长搜索递进匹配微结构单元，使匹配模板检测到待测微结构单元的真实位置，此时的灰度匹配值为该领域内匹配值极大值，在待测微结构的位置附近有许多与最大匹配值相近的灰度匹配值，采用传统的归一化匹配算法的搜索策略容易产生重复匹配。当匹配模板递进搜索匹配时，会出现与该微结构位置邻域内最大匹配值接近的多个匹配值，即一个微结构单元周围有多个相近灰度匹配值，一个微结构检测出多个匹配度的情况。此外，由于为了提高匹配速率，而设置了较大步长，在微结构分步长递进匹配过程中，有可能跳过匹配度最大的匹配点，造成该微结构单元匹配度比真实值偏低的情况，造成匹配结果误差。为了解决这两个问题，采用设置匹配敏感区域的方法。通过设置敏感区域匹配度本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种微结构表面检测方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：图像采集，采集对象包括检测模板和待检测微结构，所述检测模板和待检测微结构处于相同的环境下进行采集；S2：匹配顺序，将采集到的检测模板和待检测微结构图像输入到计算机中，按照从所述待检测微结构上从左至右从上到下的顺序进行递进搜索，在待检测微结构上截取与所述检测模板相同尺寸的待测子图进行匹配；S3：灰度匹配，通过计算模板图片和待测子图上对应位置每个像素的灰度差值，再通过归一化交叉算法计算得到相关度值，得到每一个待测子图和检测模板的灰度匹配值；S4：设置匹配步长，设定灰度匹配值的最大阀值和最小阀值，当灰度匹配值靠近最小阀值时，递进搜索的步长为10像素；当灰度匹配值靠近最大阀值时，递进搜索的步长为1个像素；S5：敏感区域设置，设置敏感区域匹配度阀值，当灰度匹配值大于设定的敏感区域匹配度阀值时，在此位置规划一包含待测子图的区域设置为敏感区域，并在设定的敏感区域内进行灰度匹配，得到最大匹配值，将得到的最大匹配值设为该待测子图的真实匹配值，当完成一个待测子图的匹配后，移动检测模块至与已完成匹配待测子图不重合的下一待测子图；S6：标记和输出，将测定的待测子图的匹配值进行匹配度分级，并对不同的匹配度等级设置不同的颜色加以区分，将待测子图根据其检测的匹配的等级在待测子图边框加以对应的颜色。...

【技术特征摘要】
1.一种微结构表面检测方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：图像采集，采集对象包括检测模板和待检测微结构，所述检测模板和待检测微结构处于相同的环境下进行采集；S2：匹配顺序，将采集到的检测模板和待检测微结构图像输入到计算机中，按照从所述待检测微结构上从左至右从上到下的顺序进行递进搜索，在待检测微结构上截取与所述检测模板相同尺寸的待测子图进行匹配；S3：灰度匹配，通过计算模板图片和待测子图上对应位置每个像素的灰度差值，再通过归一化交叉算法计算得到相关度值，得到每一个待测子图和检测模板的灰度匹配值；S4：设置匹配步长，设定灰度匹配值的最大阀值和最小阀值，当灰度匹配值靠近最小阀值时，递进搜索的步长为10像素；当灰度匹配值靠近最大阀值时，递进搜索的步长为1个像素；S5：敏感区域设置，设置敏感区域匹配度阀值，当灰度匹配值大于设定的敏感区域匹配度阀值时，在此位置规划一包含待测子图的区域设置为敏感区域，并在设定的敏感区域内进行灰度匹配，得到最大匹配值...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁辉，程凯，李瑞扬，
申请(专利权)人：江苏工大金凯高端装备制造有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32