文章介绍了产品外观缺陷机器视觉在线检测技术的关键核心单元部件，包括精密传输定位与运动控制、高速并行图像处理、软件开发等内容。

　　《产品外观缺陷机器视觉在线检测技术及设备开发》一文由合肥工业大学仪器科学与光电工程学院卢荣胜教授投稿分享，包括自序、研究背景、典型系统组成、成像技术及实现策略、关键核心单元部件、缺陷识别与分类、结束语、致谢几个部分。由于篇幅较长分为四篇发布，以下为第三篇：成像技术及实现策略。

　　在缺陷视觉在线检测系统中，上下料机构、精密传输机构、定位机构与运动控制单元等是整个检测系统中非常非常重要的部分，直接影响总系统的检测性能。正如图11所示的手机显示屏背光模组表面缺陷检验测试系统，包含了自动上料、编码、对准、检测、分选、返修识别等几个部分，各个部位对被测工件准确定位和协同工作，才可能正真的保证检测的顺利进行。

　　传输单元的结构千变万化，常用的传输方式有圆皮带、平皮带、滑台、转盘、滚轮、滚柱、气浮等，如图11所示。圆皮带、平皮带一般适合重量轻、小零件的运载传输；滑台、转盘传输机构适用于多工位传输与定位；滚柱、滚轮和气浮传输适合大幅面零件的传输，如光伏薄膜、液晶屏基板玻璃的传输等。在上述这些传输系统中，除气浮传输外，其它的大多数都是接触式传输；接触式传输易产生接触性损伤、杂质污染和基材变形等二次损伤缺陷，这一点在缺陷视觉检测系统模块设计中尤其要注意。

　　对于清洁度要求特别高的场合，传输运载方法与机构的合理设计更重要。例如液晶显示面板阵列段的玻璃基板、液晶阵列、彩色滤光片制程中的缺陷检验测试，对于幅面小于6代线的低世代面板，由于重量轻，能够正常的使用滚轮传输，但滚轮传输也是接触式传输，同样存在污染和划伤等问题，因而一般不用于承载6代线以后的高世代平板显示屏零件或组件。对于6代以上的液晶玻璃基板、滤光片、液晶模组等大幅面零件和组件，由于表面具有超高光洁度，任何3μm以上的划痕和污物都会影响最终显示屏的显像质量并导致次品的产生，而最合适的方案是采用开放式静压气浮非接触传输承载方法，图12为我们开发的大幅面开放式气浮传输机构，图12(a)为8.5代线玻璃基板缺陷检验测试气浮传输机构，图12(b)为6代线液晶阵列和滤光片缺陷检验测试气浮传输机构，图12(c)为气浮传输与支撑的结构原理。其中立式气浮传输部分幅面为2.5×10m，卧式气浮传输部分幅面大小约为2×5m，被测玻璃基板与支撑表面的气浮间隙小于50μm，扫描检测区域玻璃基板气浮振动稳定性优于0.1μm。

　　图像高速并行处理速度决定了总系统的检测效率，例如6代液晶屏生产线 s内完成扫描检验测试过程，假设选用16 K 4线 bits·pixel-1，像元大小为5 µm，散射与背光高速频闪扫描成像。根据采样定理，要检测10 µm大小的缺陷，必须至少对应2个像素间距，因此选用10台相机同时扫描一行，这样检测一块玻璃基板在10 s内需要处理的图像数据量为220GB。对于如此庞大的图像数据采集与实时处理量，一台计算机很难完成，可行的办法是采用计算机集群，聚合大量的计算资源和存储资源形成虚拟超级计算机，通过边缘计算模式来实现。因此，能够使用FPGA图像采集与预处理卡+多核CPU分布式机群的二级主从式并行处理技术方案，或采用普通图像采集卡+GPU多核处理器+多核CPU分布式机群的三级并行处理方案，如图13所示。在这种处理技术中，相机输出的图像先由图像预处理卡分为2n块，因此每块卡只采集相应的1/2n图像(通常n取0、1或2)，由FPGA图像处理模块进行高速硬件预处理（如傅里叶和小波变换），然后再传给工控机CPU进一步处理。

　　多级并行处理的最底层是集成有图像采集卡分布式机群，负责采集相机传来的图像，并进行分块和预处理，以提高处理速度和减轻后面处理单元的负担。分布式机群由多台工控机通过高速千兆网络链接起来，每个工控机中安装一个图像采集预处理卡进行图像采集和预处理。多级并行的中间层是多核CPU，执行的是中粒度计算，处理算法中逻辑较强的部分以及算法中不能并行执行的部分。在图13（a）6代线液晶阵列和彩色滤光片缺陷检验测试系统中，我们采取了12台CPU组成的FPGA图像采集与预处理卡+多核CPU分布式机群的二级主从式并行处理技术方案，保证了处理速度的实时性。

　　基于插件化思想的dataflow图形化软件开发方法将插件化和dataflow两种概念结合起来，其优点是（1）灵活性和可扩展性：基于插件化思想，系统能根据定制化需求灵活添加、删除或替换功能模块，具备高度的可扩展性和灵活性。（2）可视化开发：使用图形化工具进行开发，无需编写大量的代码，降低了开发的复杂度，提高了开发效率。（3）易于理解和维护：图形化数据流图和独立的插件设计使得软件的理解和维护更加直观和容易。具体的开发步骤如下

　　（2）数据流图设计：使用dataflow图形化工具，如LabVIEW、Simulink等，设计整个系统的数据流图。将不同的功能模块和算法以图块的形式表示，并通过数据线）插件化架构设计：将每个功能模块和算法设计为独立的插件，每个插件负责一个特定的任务或功能。插件可以灵活地添加、删除或替换，以满足定制化需求。

　　通过上述框架，可以实现一个基于插件化思想和dataflow图形化软件工程的产品外观缺陷视觉在线检测软件。开发人员能够准确的通过需求设计不同的插件，如图像预处理插件用于去噪、尺寸归一化等，特征提取插件用于提取关键特征，分类器插件用于进行缺陷分类等。这些插件能够最终靠插件管理器进行注册、加载和管理，并通过数据流管理器实现数据的流动和连接。用户都能够通过界面管理器进行参数配置和结果展示。

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