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用于自動化圖像檢測的數(shù)字掩光系統(tǒng)和方法
【專利摘要】本文所述的系統(tǒng)和方法涉及用于自動化圖像檢測的數(shù)字掩光系統(tǒng)和方法。首先，一種數(shù)字掩光系統(tǒng)，該數(shù)字掩光系統(tǒng)包括視頻信號；源光，該源光輸出發(fā)射光；數(shù)字光掩膜，該數(shù)字光掩膜衰減發(fā)射光；和視覺系統(tǒng)。這些系統(tǒng)可檢測一次性吸收制品。其次，一種用于自動化圖像檢測的方法，該方法包括以下步驟：生成視頻信號；提供均勻的源光，該源光輸出發(fā)射光；提供數(shù)字光掩膜，該數(shù)字光掩膜衰減發(fā)射光；朝制品引導衰減的光；以及用視覺系統(tǒng)檢測制品。該均勻的源光可為LED光，該數(shù)字光掩膜可為LCD面板，該衰減的光可被朝向一次性吸收制品引導，和/或該視覺系統(tǒng)可包括照相機。
【專利說明】用于自動化圖像檢測的數(shù)字掩光系統(tǒng)和方法

【技術領域】
[0001]本專利申請整體涉及用于自動化圖像檢測的數(shù)字掩光系統(tǒng)和方法。更具體地，本專利申請涉及在線機器視覺檢測方法，這些方法采用LCD面板數(shù)字掩光系統(tǒng)。

【背景技術】
[0002]在自動化圖像檢測領域內(nèi)，背光照明是一種常見的用來在被檢測物體與背景之間生成高水平對比度的照明技術。背光成像設備通常由高度均勻的光源組成，所述光源跨越被檢測物體后面的限定區(qū)域。背光照明技術的效果正比于被檢測物體與背景介質之間的不透明度(或者透射率)的相對差值。
[0003]當檢測到具有非均勻不透明度特征的物體時，發(fā)生背光成像設備常常遇到的問題。由非均勻不透明度引起的負面效應可作用于被檢測物體以及背景兩者。在涉及此類變化的情況下，對背光強度的最佳設定值必須考慮所涉及的平均不透明度，所述平均不透明度通常在用于檢測的所得圖像中導致各種明區(qū)域和暗區(qū)域。此類圖像偽影的存在將導致劣化的信噪(SNR)比，這將負面地影響成像系統(tǒng)測量的精密度和準確度。
[0004]為了減輕這種對具有非均勻不透明度的物體的負面成像效應，引入了分區(qū)背光的概念。通過將均勻的背光細分成各種離散區(qū)域或區(qū)來實現(xiàn)分區(qū)背光，所述區(qū)域或區(qū)能夠單個地被調(diào)節(jié)至特定的輸出光強度。這提供了一種用以補償在被檢測物體(或背景)內(nèi)所包含的具有非均勻不透明度的局部區(qū)域的機制。該方法的效果與細分區(qū)域的面積成反比；所述區(qū)域越小，則照明補償?shù)姆直媛示统摺?br> [0005]迄今為止，非常少的照明公司提供可商購獲得的分區(qū)背光以用于自動化圖像檢測的目的。此外，在其中提供分區(qū)背光能力的少數(shù)情況下，分辯率極為粗糙因而不具有任何實際的用途以用于對高度非均勻物體諸如一次性吸收產(chǎn)品進行自動化圖像檢測。
[0006]在所有可商購獲得的情形中，這套用于實現(xiàn)初步分區(qū)背光照明的方法是通過離散地分組和控制光源元件(通常為發(fā)光二極管(LED))來進行的。該方法受限于所需的用以獨立控制每個LED區(qū)中的電流/電壓量的電子器件的復雜度，并且導致實際上僅獲得少數(shù)此類區(qū)。例如，通過使用出自Advanced Illuminat1n的單一 Pulsar 710系列控制器所可能獲得的獨立區(qū)的數(shù)目不多于四個區(qū)。這種先前建立的對自動化圖像檢測實現(xiàn)粗糙照明補償?shù)姆椒ㄉ婕皩獍l(fā)射源元件(例如LED)進行離散分組和強度控制。由于實際上難以實現(xiàn)并校準大數(shù)目的獨立組，該方法導致低保真度的補償。
[0007]因此，需要一套另選的對于離散區(qū)和分區(qū)背光概念的方法。期望一種用于自動化圖像檢測的數(shù)字掩光系統(tǒng)和方法，其在根本上不同于當前市場上可得的傳統(tǒng)光照方法。由于面臨檢測具有更大細節(jié)水平和復雜度的物體的難題，我們需要創(chuàng)建成本過高且占用空間過多的復雜布置方式的電子器件(例如，控制器、致動器、放大器等)。因此，期望一種更節(jié)省成本且更易于復制的系統(tǒng)。另外，還需要更高分辯率的照明系統(tǒng)來檢測這些更高細節(jié)水平的物體。這些均是本發(fā)明的目標；本文所述的實施例可實現(xiàn)這些目標的各種組合。具體實施例可但非必需地實施每一目標。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明涉及一種數(shù)字掩光系統(tǒng)，其包括視頻信號；源光，其輸出發(fā)射光；數(shù)字光掩膜，其衰減發(fā)射光；和視覺系統(tǒng)。此外，本發(fā)明還涉及能夠檢測一次性吸收制品的數(shù)字掩光系統(tǒng)。
[0009]本發(fā)明還涉及一種用于自動化圖像檢測的方法，該方法包括以下步驟:生成視頻信號；提供均勻的源光，其輸出發(fā)射光；提供數(shù)字光掩膜，其衰減發(fā)射光；朝制品引導衰減的光；以及用視覺系統(tǒng)檢測制品。此外，本發(fā)明還涉及用于自動化圖像檢測的方法，其中均勻的源光為LED光，其中數(shù)字光掩膜為LCD面板，其中衰減的光朝一次性吸收制品被引導，和/或其中視覺系統(tǒng)包括照相機。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]專利或專利申請文件包含至少一個用顏色表示的附圖。本專利或專利申請公布的具有彩色附圖的副本在有人索取并支付必要費用的情況下將由專利局提供。
[0011]應當理解，前述一般說明和以下的詳細說明均描述了各種系統(tǒng)和方法，并且旨在提供概述或框架以供理解受權利要求書保護的主題的性質和特性。包括了附圖以提供對所述各種系統(tǒng)和方法的進一步的理解，并且它們被并入到本說明書中并構成本說明書的一部分。這些圖示出了本文所述的各種系統(tǒng)和方法，并且連同本說明書一起來闡釋受權利要求書保護的主題的原理和操作。
[0012]圖1示出了現(xiàn)有技術的自動化圖像檢測方法的流程圖；
[0013]圖2示出了根據(jù)本文所公開的系統(tǒng)和方法的新的自動化圖像檢測方法的流程圖；
[0014]圖3示出了一種示例性傳統(tǒng)背光照明系統(tǒng)；
[0015]圖4不出了一種不例性傳統(tǒng)前光照明系統(tǒng)；
[0016]圖5示出了一種典型的IXD構造(單一像素);
[0017]圖6示出了根據(jù)本文所公開的系統(tǒng)和方法的第一示例性前光照明系統(tǒng)；
[0018]圖7示出了根據(jù)本文所公開的系統(tǒng)和方法的第一示例性背光照明系統(tǒng)；
[0019]圖7A和7B示出了圖7的系統(tǒng)，示出了制品的具體部件可被分離以便改善檢測結果;
[0020]圖8示出了示例性一次性吸收制品的圖像，其中制品為不足/過分曝光的；
[0021]圖9示出了圖8的反轉圖，并且示出了一種理想的圖像補償；
[0022]圖10示出了圖9的若干實例的疊加，其表示典型的過程變化；
[0023]圖11示出了影響照相機CXD像素光的IXD像素的光學路徑；
[0024]圖12A示出了示例性一次性吸收制品的未校正圖像；
[0025]圖12B示出了根據(jù)本文所述的系統(tǒng)和方法校正的示例性一次性吸收制品的圖像；
[0026]圖13A- 13F包括一序列的2D圖像，示出了隨著區(qū)數(shù)目在整個序列中的增加而遞增的逼近于圖10的保真度；
[0027]圖14A- 14F包括一序列的3D圖像，示出了隨著區(qū)數(shù)目在整個序列中的增加而遞增的逼近于圖10的保真度；
[0028]圖15示出了連續(xù)區(qū)段的實現(xiàn)；
[0029]圖16A和16B示出了跨越七個相鄰區(qū)的剖視曲線圖；
[0030]圖17A和17B示出了假定33%漫射時的剖視曲線圖；并且
[0031]圖18A和18B示出了跨越數(shù)千個相鄰IXD背光像素的剖視曲線圖。

【具體實施方式】
[0032]如本文所用，術語“吸收制品”包括一次性制品，諸如衛(wèi)生巾、衛(wèi)生護墊、棉塞、陰道栓劑、陰唇間裝置、傷口敷料、尿布、成人失禁襯墊、擦拭物、其它衛(wèi)生產(chǎn)品、以及它們的組合。此類吸收制品中的至少一些旨在用于吸收體液，諸如經(jīng)液或血液、陰道分泌物、尿液和糞便。擦拭物可用來吸收體液，或可用于其它目的，諸如用于清潔表面或洗滌面部。上述各種吸收制品將通常包括液體可滲透的頂片、接合到頂片的液體不可滲透的底片和在頂片和底片之間的吸收芯。
[0033]如本文所用，術語吸收制品的“部件”是指吸收制品的各個組分，諸如頂片、采集層、液體處理層、吸收芯或吸收芯的層、底片、和阻隔物諸如阻隔層和阻隔箍。在一些實施例中，“材料”等同于部件；而在其它實施例中，材料被更廣義地定義為制品的基底或部分。
[0034]如本文所用，術語“橫向”或“⑶”是指在纖維網(wǎng)的平面內(nèi)垂直于縱向的路徑。
[0035]如本文所用，術語“一次性的”描述不旨在被洗滌、或換句話講復原或作為吸收制品或產(chǎn)品再使用的吸收制品和其它產(chǎn)品(即，它們旨在在使用后被丟棄，并且優(yōu)選地被回收利用、堆肥處理或換句話講以環(huán)境相容的方式處理)。
[0036]如本文所用，術語“縱向”或“MD”是指材料諸如纖維網(wǎng)沿整個制造過程前進的路徑。
[0037]應當理解，在整個本文的說明書和權利要求書中均可使用對源光、背光、前光、側光、頂光、底光、明區(qū)段和暗區(qū)段、以及其它結構性照明型式的指稱。這些指稱是指啟用整個組的結構性照明型式。
[0038]另外，雖然本文所討論的例子是指使用光來補償對制品的照明，但應當理解，這些例子也涵蓋了反向意義:補償對背景的照明。
[0039]對該系統(tǒng)和方法的概述
[0040]本文所述的系統(tǒng)和方法涉及用于自動化圖像檢測的數(shù)字掩光系統(tǒng)和方法。本發(fā)明通過如下方法提供了一種創(chuàng)建可調(diào)節(jié)的光照區(qū)的另選形式:控制源光穿過中間介質(例如，液晶顯示器(LCD)掩膜)的相對透射，而不是試圖直接控制光發(fā)射，如分區(qū)背光方法所做的那樣，如圖1所示。這種傳統(tǒng)的照明100方法使用了硬線構型。多個強度控制器110，112，114向LED光源120提供電壓和電流，所述光源包括多個LED區(qū)(或組)122，124，126。LED光源120可行地包括10，000個單個LED,該10，000個單個LED分散到約八個區(qū)中(難以獲得多于十二個區(qū)，因為需要用于每個組的控制器來控制電壓和電流)。LED光源120朝被檢測產(chǎn)品130發(fā)射光120’。過濾后的光130’穿過并圍繞產(chǎn)品130，從而提供足夠的光照以供照相機和/或視覺系統(tǒng)140捕獲檢測圖像。
[0041]本發(fā)明的方法不依賴于對光進行離散分區(qū)。相反，這些方法依賴于平滑的連續(xù)可變的衰減區(qū)段，如圖2所示。圖2示出了本發(fā)明的自動化圖像檢測方法200。強度控制器210向均勻的源光220提供電壓和電流。源光220可為LED光、紅外光、紫外光、白光等、或它們的組合。適宜地，源光220為高效光，這是指從安全角度來講該光源不生成過量的熱。源光220以任何可見光光譜工作，無論是單色的還是彩色的。適宜地，源光220為LED光；LED光通常生成極少或不生成過量的熱，所占用的面積較小，使用壽命長，并且非常安全。當所述均勻的源光220為單色時，一般發(fā)射較高強度的光(例如，由于缺乏顏色過濾)。當所述均勻的源光220為彩色時，一般發(fā)射較低強度的光；然而，彩色源光產(chǎn)生全彩調(diào)節(jié)，這是可取的。所述均勻的源光220可為背光、前光、側光、頂光、底光、或它們的組合。所述均勻的源光220向數(shù)字光掩膜240提供發(fā)射光220’。
[0042]數(shù)字光掩膜240為一種IXD面板(或屏幕)，其包括至少一個IXD像素242，244，246，所述像素衰減發(fā)射光200’。適宜地，數(shù)字光掩膜240包括多個像素242，244，246。
[0043]生成視頻信號230并將其輸入到數(shù)字光掩膜240中。每一像素均由視頻信號230控制。視頻信號230可為專用裝置，諸如計算機等。視頻信號230具有非常高的分辯率，并且包括例如至少二十個像素。視頻信號230確定數(shù)字光掩膜補償。所述補償能夠提供數(shù)字可重復性有益效果。
[0044]數(shù)字光掩膜240可為單色的或彩色的，并且可為靜態(tài)的或動態(tài)的。相對于連續(xù)光，可使用提供脈沖光的頻閃光。衰減的光240’形成復合照明圖案，諸如曲線(而基本復合圖案包括標準網(wǎng)格圖案等)。衰減的光240’朝向產(chǎn)品250或材料被引導，使得產(chǎn)品250或材料可被檢測。
[0045]產(chǎn)品250為制造的產(chǎn)品，諸如手機部件、機動車部件、衣服、吸收制品、通常受檢測的另一種類型的產(chǎn)品等。適宜地，產(chǎn)品250為吸收制品或其部件。甚至更適宜地，產(chǎn)品250為選自衛(wèi)生巾、衛(wèi)生護墊、尿布、成人失禁襯墊、或它們的組件的一次性吸收制品。
[0046]衰減的光240’被產(chǎn)品250反射、透射、或吸收以產(chǎn)生特征或部件的可見對比度。至少透射光250’穿過并圍繞產(chǎn)品250，從而提供足夠的光照以供視覺系統(tǒng)260捕獲檢測圖像。視覺系統(tǒng)260可包括照相機。照相機可為單色的或彩色的。適宜地，照相機為單色的。源光220和數(shù)字光掩膜240的組合能夠用來經(jīng)由反射、透射、吸收、或它們的組合來提高產(chǎn)品250的所期望的結構或部件的對比度。視覺系統(tǒng)260為在線視覺系統(tǒng)，這是指其被并入到制造線中從而以及時方式檢測產(chǎn)品250。某個文件將表示被檢測物體的2D圖像。所述文件和檢測圖像用來檢測產(chǎn)品250。
[0047]本文所述的數(shù)字掩光系統(tǒng)和方法的創(chuàng)新之處涉及通過衰減光而不是控制光發(fā)射來操控所期望的光照特征。該方法利用了可商購獲得的彩色或單色LCD面板。本發(fā)明的系統(tǒng)生成復合照明圖案以用于自動化圖像檢測，諸如基于在線機器視覺的檢測。這種創(chuàng)新提供了精確的照明補償以校正自動化圖像檢測系統(tǒng)(例如，機器視覺系統(tǒng))由于產(chǎn)品/材料的變化(密度、不透明度等)所造成的成像的不足之處，從而導致對被檢測產(chǎn)品/材料的更高保真度的成像并減小廢料成本。另外，還可檢測或監(jiān)測產(chǎn)品的彩色部分。與傳統(tǒng)方法相t匕，該數(shù)字光掩膜提供了一種極高分辯率的且可按數(shù)字方式重復的補償方法。照明校正不需要代表檢測系統(tǒng)的處理時間。例如，通過使用可編程的物理衰減區(qū)段進行圖像相減是不需要處理時間的。該數(shù)字光掩膜可有利地應用于涉及與較差機器視覺檢測圖像相關聯(lián)的品質/廢料損耗的任何制造過程。靜態(tài)或動態(tài)(每產(chǎn)品或滾動平均)數(shù)字光掩膜在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
[0048]與傳統(tǒng)分區(qū)背光照明系統(tǒng)和方法相比，本文所述的本發(fā)明的系統(tǒng)和方法是非常不同的且為極大地改進過的。例如，本發(fā)明的系統(tǒng)使用均勻的光并用數(shù)字光掩膜修改它，而傳統(tǒng)分區(qū)背光系統(tǒng)采用的是光區(qū)。此外，本發(fā)明的系統(tǒng)依賴于衰減的光，而傳統(tǒng)分區(qū)背光系統(tǒng)依賴于發(fā)射光。本發(fā)明的系統(tǒng)使用掩膜來遮擋我們不想要的光，而傳統(tǒng)分區(qū)背光控制所發(fā)出的光的量。另外，本發(fā)明的系統(tǒng)使能使用彩色光和單色光/可見白光，而傳統(tǒng)分區(qū)背光系統(tǒng)使得其極難以使用色彩，因為這樣做將需要使用用于紅色、綠色、和藍色的三重控制器。利用本發(fā)明，可提供任何可能的顏色范圍。另外，本發(fā)明的系統(tǒng)可用僅一個控制器來運行，而傳統(tǒng)分區(qū)背光系統(tǒng)需要多個控制器。
[0049]圖3和4舉例說明了傳統(tǒng)分區(qū)照明系統(tǒng)。圖3示出了用于檢測吸收制品320的傳統(tǒng)背光照明系統(tǒng)300，所述吸收制品包括七個單個部件321，322，323，324，325，326，327。吸收制品320包括后側332和前側334。定位成靠近制品320的后側332的LED光源310朝制品320的后側332發(fā)射光310’ ；過濾后的光320’被透射穿過制品320，并且照相機340捕獲制品320的圖像。圖4示出了用于檢測吸收制品420的傳統(tǒng)前光照明系統(tǒng)400，所述吸收制品包括六個單個部件421，422，423，424，425，426。吸收制品420包括后側432和前側434。定位成靠近制品420的前側434的LED光源410朝制品420的前側434發(fā)射光410’ ；反射光420’朝向照相機440被引導，所述照相機捕獲制品420的圖像。這些源光系統(tǒng)均不包括本發(fā)明的數(shù)字光掩膜。
[0050]數(shù)字光掩膜
[0051]通過使用設置在高度均勻的背光前面的像素矩陣數(shù)字光掩膜，能夠容易地實現(xiàn)極高分辯率的衰減區(qū)段的具體實施，如圖5所示。圖5示出了一種典型的LCD面板(單一像素)500，其包括后玻璃510、偏振膜520、液晶530、任選的濾色器540、偏振膜550、和前玻璃560。也示出了光源580和輸出光590。各個像素均為電子可尋址的并且能夠單個地被調(diào)節(jié)，使得它們的相對透射率確定允許穿過它們的相應區(qū)域的光量?，F(xiàn)在能夠通過操控無數(shù)的單個像素而不是先前所述的粗糙區(qū)域來產(chǎn)生具有高分辯率補償?shù)挠糜诔上衲康牡倪B續(xù)變化的衰減區(qū)段。所述任選的濾色器通常包括紅色濾色器陣列、綠色濾色器陣列、和藍色濾色器陣列(例如，如存在于彩色監(jiān)視器中的)。
[0052]IXD像素矩陣技術常常用于可商購獲得的電視和計算機監(jiān)控器的構造中，它們通常被設計成適應于人類的視覺。然而，當用作用于自動化圖像檢測系統(tǒng)的背光時，現(xiàn)有的LCD監(jiān)視器不能夠產(chǎn)生在制造線上進行高速產(chǎn)品檢測所需的足夠量的輸出強度?？赏ㄟ^將標準LCD顯示器中的低強度背光(通常為熒光)替換成高強度的LED自動化圖像檢測系統(tǒng)背光來消除該缺陷。相比于自動化圖像檢測系統(tǒng)領域中可商購獲得的任何傳統(tǒng)方法，結合傳統(tǒng)系統(tǒng)LED背光利用LCD元件提供了顯著的性能上的階躍變化。在其它實施例中，源光無需為LED光，而是可為任何光源，諸如紅外光、紫外光、白光、或其它光?？苫谒谕傻念伾驁D案來選擇背光。
[0053]圖6和7A - 7C示出了本發(fā)明的數(shù)字掩光系統(tǒng)。在這些例子中，這些材料組合起來以產(chǎn)生一次性吸收制品。箭頭表示光的方向。
[0054]圖6示出了根據(jù)本文所公開的系統(tǒng)和方法的用于檢測吸收制品630的前光照明系統(tǒng)600。吸收制品630包括六個單個部件631，632，633，634，635，636，后側642和前側644。均勻的光源610和數(shù)字光掩膜620定位成靠近制品630的前側644。所述均勻的光源610朝數(shù)字光掩膜620發(fā)射光610’ ；數(shù)字光掩膜620衰減發(fā)射光610’以產(chǎn)生衰減的光620’。衰減的光620’朝向吸收制品630的前側644被引導。反射光630’朝向視覺系統(tǒng)650被引導，所述視覺系統(tǒng)捕獲制品630的圖像。
[0055]圖7示出了根據(jù)本文所公開的系統(tǒng)和方法的用于檢測吸收制品730的背光照明系統(tǒng) 700。吸收制品 730 包括^^一個單個部件 731，732，733，734，735，736a, 736b, 737，738，739，740、后側742、和前側744。均勻的光源710和數(shù)字光掩膜720定位成靠近制品730的后側742。所述均勻的光源710朝數(shù)字光掩膜720發(fā)射光710’ ；數(shù)字光掩膜720衰減發(fā)射光710’以產(chǎn)生衰減的光720’。衰減的光720’朝向吸收制品730的后側742被引導。透射光730’朝向視覺系統(tǒng)750被引導，所述視覺系統(tǒng)捕獲制品730的圖像。雖然圖7示出了被檢測的完整制品730，但也應當認識到，制品730可在各種制造階段被檢測。因此，圖7A和7B為未完成型式的圖7的制品730。在圖7A中，吸收制品730中存在部件736a，但不存在部件736b。相似地，在圖7B中，吸收制品730中存在部件736b，但不存在部件736a。當部件以其他方式重疊或處于復合關系時，該類型的型式可有利于檢測。
[0056]本文所述的數(shù)字掩光系統(tǒng)和自動化圖像檢測方法能夠用于需要極精密地控制照明的任何物體或制品，其中產(chǎn)品具有變化的不透明度等。在一些實施例中，本文所述的系統(tǒng)和方法用來檢測一次性吸收產(chǎn)品。另外，本文所述的系統(tǒng)和方法還可用來檢測衛(wèi)生制品。例如，厚衛(wèi)生巾可包括密度有變化的紙漿芯。密度增大的區(qū)域顯現(xiàn)得較暗，并且密度減小的區(qū)域顯現(xiàn)得較明。
[0057]所得的系統(tǒng)提供了一種能夠產(chǎn)生具有許多增強之處的補償掩膜的背光，其中所述增強之處選自:高分辯率補償掩膜(幾百萬像素)、復合補償掩膜(任何圖案)、靜態(tài)補償掩膜、動態(tài)補償掩膜(例如，每產(chǎn)品補償、流動平均等)、補償掩膜的可重復性(由于數(shù)字存儲)、高速制造檢測系統(tǒng)所需的高水平的輸出光、以及它們的組合。
[0058]數(shù)字掩膜計算，靜態(tài)方法
[0059]下文描述用于針對給定的被檢測產(chǎn)品確定最佳補償掩膜的方法。該示例示出了一種可能的用于由機器視覺系統(tǒng)檢測的一次性吸收衛(wèi)生制品的補償技術。
[0060]如圖8所示，給定示例性一次性吸收制品830 (此處為女性衛(wèi)生制品)的圖像800，所述吸收制品包含各種水平的不透明度，由于相異的材料密度，顯而易見該圖像的各種區(qū)域為曝光不足的860或曝光過度的870。不存在照明補償。為了歸一化或平衡圖像，補償機制必須允許分別放大/衰減背光輸出的不足/過度曝光的區(qū)域。所需的補償量將與圖像的反轉圖成比例。圖9示出了圖8的反轉圖；其示出了理想補償900以平衡吸收制品830的圖像800。由于LCD僅能衰減光(不能進行放大)，因此需要最高背光輸出的圖像區(qū)域將對應于0%衰減的像素強度(“白”像素)。相反地，需要最低背光輸出的圖像區(qū)域將對應于100%衰減的像素強度(“黑”像素)。就IXD數(shù)字光掩膜而言，中間程度的衰減由IXD類型、LCD濾光器(單色對彩色)、和電子器件的每像素位分辯率確定。白像素和黑像素之間的衰減跨度稱作LCD的動態(tài)范圍。
[0061]從實際的制造觀點來講，圖9所示的反轉圖像900不足以單獨地用作掩膜，因為其不考慮任何過程變型。依賴于制造過程所固有的變型(放置情況、材料特性等)，需要疊加平均若干個反轉圖像來表示所述可能的變型。這樣，就確定了平均補償掩膜。圖10示出了如圖9所示補償?shù)娜舾蓪嵗寞B加1000，其表示典型的過程變型。這產(chǎn)生期望的的補償掩膜。就動態(tài)補償而言，將不需要對產(chǎn)品進行此類平均化，因為可基于單個產(chǎn)品(每產(chǎn)品)來重新計算補償掩膜。
[0062]一旦確定了補償掩膜，就必須有效地校準它以便對所得產(chǎn)品圖像產(chǎn)生期望的影響。對于任何給定LCD背光像素,存在唯一的光學路徑,其將對應于祀標CCD (電荷稱合器件)成像器像素。為了說明的目的，假定IXD的數(shù)目與CXD像素之間精確的1:1映射，但在實施過程中這不是必需的。圖11示出了示意圖1100，其示出了背光1110、IXD面板1120、LCD像素1122、光學路徑1130,透鏡1140,照相機CCD 1150,照相機CCD (變焦)1160、和CCD像素1170。示意圖1100示出了影響照相機CXD像素1170光的IXD像素1122的光學路徑1130。(注:為了進行示意性的說明，圖11極大地夸大了照相機CXD 1150/1160的標度。)限定IXD背光1110像素1120與靶標CXD像素1170之間的關系的光學路徑1130的二維陣列由下列確定:該設備的物理幾何形狀、LCD/CCD的分辯率、和成像裝置所用的聚焦元件(例如，透鏡1140)?？赡苄枰韵虏僮鞯娜魏谓M合以便針對CCD成像系統(tǒng)校準LCD數(shù)字光掩膜；因此，操作選自:增益/偏置、MD平移、⑶平移、標度轉換、旋轉轉換、MD反轉/翻轉(光學器件可反轉圖像)、CD反轉/翻轉(光學器件可反轉圖像)、畸變?nèi)コ?光學器件可使圖像畸變)、以及它們的組合。在實施過程中，所述校準規(guī)程將涉及在LCD背光上顯示各種測試圖案；以及在所述CCD上記錄所得圖像?；谠撔畔ⅲ軌虼_定上文列出的所需轉換。
[0063]圖12A示出了根據(jù)本文所述的系統(tǒng)和方法的示例性一次性吸收制品1200a的未校正的圖像，并且圖12B示出了示例性一次性吸收制品1200b的校正過的圖像。相比于在未校正的制品1200a圖像中可見到的部件，在校正過的制品1200b圖像中可見到更多部件(諸如襯墊1210、包裹物1220、和條帶1230)。
[0064]傳統(tǒng)分區(qū)背光對數(shù)字掩光方法
[0065]以下分析用來以理想化方式示出傳統(tǒng)分區(qū)背光源與本發(fā)明的數(shù)字掩光(例如，IXD背光)方法之間的根本差別。分區(qū)背光被定義為如下任何背光，其包含受到獨立電子強度控制的兩個或更多個不同組的光照源元件(例如，LED)。關于更多信息，參見本專利申請的【背景技術】部分。用于該分析的軟件為ImageJ (見Rasband, ff.S., ImageJ,U.S.Nat1nal Institutes of Health, Bethesda, Maryland, USA, http://imagej.nih.gov/i j/, 1997-2011 ；http://rsbweb.nih.gov/i j/docs/index, html)，其是開源圖像編輯器，以及用于 ImageJ 的 3D 表面繪圖器插件(見 http://rsbweb.nih.gov/ij/plugins/surface-plotter.html)。
[0066]為了示出所述兩套方法之間的補償能力上的巨大差別，考慮圖13A-13F和圖14A-14F分別所示的2D和3D圖像序列。這些圖示出了隨著區(qū)數(shù)目在整個序列圖13A-13F和圖14A-14F中的增加而逼近于圖10的遞增的保真度。因此，圖13A和14A示出了 150X150像素區(qū)1310，1410 ;圖13B和14B示出了 100X 100像素區(qū)1320，1420 ;圖13C和14C示出了75 X 75 像素區(qū) 1330，1430 ;圖 13D 和 14D 示出了 50 X 50 像素區(qū) 1340，1440 ;圖 13E 和 14E 示出了 25 X 25像素區(qū)1350，1450 ;并且圖13F和14F示出了極限情況為連續(xù)區(qū)段1360，1460。圖13A表示將背光分解為二十個離散區(qū)1310并進行調(diào)節(jié)以逼近圖10的示例補償掩膜。為透視圖，對于遞送二十個獨立強度區(qū)的傳統(tǒng)分區(qū)背光，調(diào)節(jié)是表示實際上獲得的高水平的復雜度，其中實用度隨著圖13A-F和14A-F所示的序列以幾何方式減小。每個序列中的最終圖像(圖13F和圖14F)表示用307，200獨立像素^40X480像素網(wǎng)格)制成的逼近程度，并且表示非常適度分辯率的LCD顯示器的能力。在實施過程中，現(xiàn)代可商購獲得的LCD面板具有容易地歸入到幾百萬像素范圍內(nèi)的分辯率。
[0067]一旦數(shù)字光掩膜(例如，背光IXD)的分辯率超過了 C⑶成像裝置的分辯率，所得補償掩膜從照相機的觀點來講就不再是離散的，而是被更好地描述為連續(xù)區(qū)段。圖15示出了 3D等高線圖，其示出了在用來精確地補償圖像的復合梯度中沒有中斷部分。因此，圖15示出了連續(xù)區(qū)段1510的實現(xiàn)。
[0068]為了更好地示出分區(qū)背光的任何實際的具體實施所固有的中斷部分，可檢查所得輸出光的橫截面。圖16A和16B示出了橫截面的曲線圖，其跨越由黃線Y指示的七個相鄰理想化區(qū)1610(位于曲線圖的左側)。該75X75像素區(qū)的示例橫截面1620為離散的。注意在輸出光中存在高度不期望的中斷部分。高對比度的中斷部分的存在有效地劣化了背光補償?shù)男旁氡龋驗橹袛嗖糠挚赡茉跈C器視覺系統(tǒng)中顯現(xiàn)為不可取的假邊。
[0069]在實施過程中，沒有分區(qū)背光能夠遞送如圖16A和16B所示的此類完美限定的周邊。背光區(qū)的銳度將高度地受到物理構造尺寸、LED透鏡角、和所用的任何漫射/折射層的影響。圖17A和17B示出了更現(xiàn)實的分區(qū)背光實例1710，其中假定了 33%的漫射。該75X75像素區(qū)的示例橫截面1720仍然為離散的。
[0070]盡管考慮了漫射情形，但對應的橫截面的曲線圖仍然展示出固有的離散性質，其中中斷部分現(xiàn)在顯現(xiàn)為各區(qū)之間的梯度。應該指出的是，相鄰區(qū)之間的梯度的這種精確外形通常絕不是如圖所示完美線性的，而相反是出自相鄰區(qū)的輸出光的復合疊加。由于該原因，建立分區(qū)背光是異常困難的。
[0071]就數(shù)字掩光方法而言，不能迫使補償掩膜在根本上呈現(xiàn)任何(通常不可取的)離散特征。圖18A和18B示出了橫截面的曲線圖，其跨越由曲線圖上的黃線Y指示的數(shù)千個相鄰LCD背光像素1810。補償區(qū)段的該示例橫截面(黃線)為連續(xù)曲線1820。注意橫截面的曲線圖的非線性特性不同于先前提及的離散分區(qū)背光曲線圖的情形。
[0072]除非明確排除或換句話講有所限制，本文中引用的每一個文件，包括任何交叉引用或相關專利或專利申請，均據(jù)此以引用方式全文并入本文。對任何文獻的引用均不是承認其為本文公開的或受權利要求書保護的任何發(fā)明的現(xiàn)有技術、或承認其獨立地或以與任何其它一個或多個參考文獻的任何組合的方式提出、建議或公開任何此類發(fā)明。此外，如果此文獻中術語的任何含義或定義與任何以引用方式并入本文的文獻中相同術語的任何含義或定義相沖突，將以此文獻中賦予那個術語的含義或定義為準。
[0073]盡管舉例說明和描述了本發(fā)明的具體系統(tǒng)和方法，但本領域的技術人員將會理解，在不脫離本發(fā)明的實質和范圍的情況下可作出各種其它的改變和變型。因此，所附權利要求旨在涵蓋屬于本發(fā)明范圍內(nèi)的所有這些改變和變型。
【權利要求】
1.一種數(shù)字掩光系統(tǒng)，包括: a)視頻信號； b)源光，所述源光輸出發(fā)射光； c)數(shù)字光掩膜，所述數(shù)字光掩膜衰減所述發(fā)射光；和 d)視覺系統(tǒng)。
2.一種用于自動化圖像檢測的方法，包括以下步驟: a)生成視頻信號； b)提供源光，所述源光輸出發(fā)射光； c)提供數(shù)字光掩膜，所述數(shù)字光掩膜衰減所述發(fā)射光； d)朝制品引導所裳減的光；以及 e)用視覺系統(tǒng)檢測所述制品。
3.根據(jù)權利要求1或權利要求2所述的系統(tǒng)或方法，其中所述視頻信號確定數(shù)字光掩膜補償。
4.根據(jù)前述權利要求中任一項所述的系統(tǒng)或方法，其中所衰減的光形成復合照明圖案。
5.根據(jù)前述權利要求中任一項所述的系統(tǒng)或方法，其中所述源光為均勻的、高效率的，或 LED。
6.根據(jù)前述權利要求中任一項所述的系統(tǒng)或方法，其中所述源光為單色的或彩色的。
7.根據(jù)前述權利要求中任一項所述的系統(tǒng)或方法，其中所述源光選自:背光、前光、側光、頂光、底光或它們的組合。
8.根據(jù)前述權利要求中任一項所述的系統(tǒng)或方法，其中所述系統(tǒng)還包括具有所期望的特征的制品，并且其中所述源光通過反射、透射、吸收或它們的組合來提高所期望的特征的對比度。
9.根據(jù)前述權利要求中任一項所述的系統(tǒng)或方法，其中所述系統(tǒng)還包括具有非期望的特征的制品，并且其中所述源光通過反射、透射、吸收、或它們的組合來衰減所述非期望的特征的對比度。
10.根據(jù)前述權利要求中任一項所述的系統(tǒng)或方法，其中所述數(shù)字光掩膜包括像素矩陣、IXD面板、或至少兩個IXD像素。
11.根據(jù)前述權利要求中任一項所述的系統(tǒng)或方法，其中所述數(shù)字光掩膜為單色的或彩色的。
12.根據(jù)前述權利要求中任一項所述的系統(tǒng)或方法，其中所述數(shù)字光掩膜為靜態(tài)的或動態(tài)的。
13.根據(jù)前述權利要求中任一項所述的系統(tǒng)或方法，其中所述視覺系統(tǒng)為優(yōu)選地包括照相機的在線機器視覺系統(tǒng)。
14.根據(jù)前述權利要求中任一項所述的系統(tǒng)或方法，還包括與所述源光相關聯(lián)的強度控制器，其中所述強度控制器控制提供給所述源光的電壓和電流。
15.根據(jù)權利要求2-14中任一項所述的系統(tǒng)或方法，其中被檢測的所述制品為一次性吸收制品。
【文檔編號】G01N21/88GK104204784SQ201380015587
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2013年3月18日 優(yōu)先權日:2012年3月22日
【發(fā)明者】J·G·伯廷, R·K·辛格 申請人:寶潔公司