機(jī)器視覺(jué)在光纖端面缺陷檢測(cè)中的應(yīng)用

摘要：傳統(tǒng)的光纖端面缺陷檢測(cè)用的是人工檢測(cè)方式，這種檢測(cè)方式效率很低，檢測(cè)結(jié)果的主觀性很強(qiáng)。對(duì)光纖端面缺陷使用機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)，能極大地提高檢測(cè)效率和檢測(cè)準(zhǔn)確性。首先將采集到的圖像通過(guò)圖像處理二值化，接著對(duì)纖芯中心進(jìn)行定位，然后以纖芯中心為圓心對(duì)光纖端面進(jìn)行不同的圓環(huán)檢測(cè)區(qū)域劃分。由于光纖端面上的缺陷有可能是暗色的或者是亮色的，因此為了區(qū)分二者，對(duì)每個(gè)區(qū)域檢測(cè)時(shí)需要做不同的二值處理。如果有任意一個(gè)區(qū)域的檢測(cè)不能通過(guò)．則這個(gè)光纖端面就是不符合要求的。結(jié)果顯示，利用機(jī)器視覺(jué)進(jìn)行光纖端面檢測(cè)能夠快速、精確地檢測(cè)出缺陷所在位置及其大小。
關(guān)鍵詞：光纖端面；機(jī)器視覺(jué)；缺陷檢測(cè)；圖像處理

0 引言
作為信息高速公路的載體，以及光纖通信系統(tǒng)的重要組成部分，光纖體現(xiàn)了非常優(yōu)越的信息傳輸特性，是構(gòu)成21世紀(jì)信息社會(huì)的一個(gè)不可或缺要素。在光纖通信中，光纖的活動(dòng)連接都是通過(guò)光纖連接器實(shí)現(xiàn)的，光纖端面的潔凈程度對(duì)連接器的性能有決定性的影響。除了在拋光過(guò)程中或者在光纖插拔等在線業(yè)務(wù)操作過(guò)程中產(chǎn)生的光纖端面永久性損傷(如劃傷、裂痕)外，由于在平時(shí)使用中可能會(huì)與不潔凈的手、光纖帽邊緣、法蘭盤金屬邊緣、臟的光纖端面以及空氣中的顆粒接觸，光纖端面還會(huì)受到各種各樣的臨時(shí)性污染(如污垢、油漬、水或清洗劑的殘留)，從而使得其性能受到影響，這不僅會(huì)使連接損耗變大、通信性能下降，嚴(yán)重時(shí)則纖芯被堵不能傳輸光，從而導(dǎo)致纖芯被高功率激光燒壞。為了保證光纖通信的穩(wěn)定與高效，每個(gè)光纖的端面必須保證一定程度上的清潔。
傳統(tǒng)的光纖端面缺陷檢測(cè)方法是采用人工檢測(cè)的方法，這種方法首先將光纖端面的圖像采集出來(lái)，然后用肉眼觀察臟污，再進(jìn)行人工判定。由于這種方法是檢查者肉眼連續(xù)觀察光纖的端面，容易使人感到視覺(jué)疲勞，所以效率比較低。而且每個(gè)人的經(jīng)驗(yàn)和責(zé)任心不一樣，得到的產(chǎn)品質(zhì)量也會(huì)有相當(dāng)大的差異。為了提高產(chǎn)品的可靠性和生產(chǎn)效率，本文提出了一種拋棄人工肉眼檢測(cè)而使用機(jī)器視覺(jué)進(jìn)行檢測(cè)的方法。機(jī)器視覺(jué)主要用計(jì)算機(jī)來(lái)模擬人的視覺(jué)功能，從客觀事物的圖像中提取信息，進(jìn)行圖像處理并加以理解，然后用于光纖端面的缺陷檢測(cè)。與人工檢測(cè)相比，機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)方法提高了檢測(cè)的準(zhǔn)確性，降低了測(cè)試成本，增強(qiáng)了測(cè)試能力，使得對(duì)生產(chǎn)線上操作人員的培訓(xùn)難度降低，而且能獲得更多的生產(chǎn)線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)信息。
本文介紹了如何利用機(jī)器視覺(jué)進(jìn)行光纖端面的缺陷檢測(cè)，并使用美國(guó)國(guó)家儀器(NI)公司的VBAI視覺(jué)自動(dòng)檢測(cè)開(kāi)發(fā)環(huán)境完成了機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)。VBAI(Vision Builder for Automated Inspection)是NI推出的一款視覺(jué)檢查軟件，作為自動(dòng)檢測(cè)的視覺(jué)生成器。此工具是實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行快速視覺(jué)效果驗(yàn)證的理想工具，也是很好的生產(chǎn)線簡(jiǎn)易測(cè)試平臺(tái)。結(jié)果顯示，該系統(tǒng)能夠比較精確地檢測(cè)出缺陷所在位置及其大小，速度較快，達(dá)到了對(duì)光纖端面缺陷檢測(cè)的要求。

1 檢測(cè)系統(tǒng)
本文所提出的光纖端面缺陷機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)由光纖端面檢測(cè)儀以及PC系統(tǒng)組成。檢測(cè)的時(shí)候?qū)⒐饫w活動(dòng)連接器插入光纖端面檢測(cè)儀的固定測(cè)試平臺(tái)中，而光纖端面檢測(cè)儀通過(guò)USB線連接到PC系統(tǒng)上，這樣就能將圖像采集到電腦里。調(diào)整顯微鏡焦距，一旦得到了滿意的圖像，就啟動(dòng)軟件對(duì)光纖端面進(jìn)行分析，與軟件預(yù)設(shè)的標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)進(jìn)行比較，從而定量地確定各區(qū)域信息，判斷該光纖端面合格與否。
該系統(tǒng)的檢測(cè)效果與軟件的能力、顯微鏡性能以及操作人員對(duì)焦圖像的技能有關(guān)，已經(jīng)證明了其在準(zhǔn)確性、可重復(fù)性、再現(xiàn)性以及檢測(cè)效率等方面明顯優(yōu)于人工檢測(cè)。該方案還可以提供檢測(cè)結(jié)果的具體記錄，包括端面圖像和損傷檢測(cè)數(shù)據(jù)等，提高系統(tǒng)的自動(dòng)化程度。

2 檢測(cè)過(guò)程
本系統(tǒng)所使用的檢測(cè)軟件是基于VBAI視覺(jué)自動(dòng)檢測(cè)開(kāi)發(fā)環(huán)境開(kāi)發(fā)的，具備對(duì)光纖端面圖像進(jìn)行處理和分析的能力，其處理流程如圖1所示。

在使用光纖端面檢測(cè)儀對(duì)光纖端面進(jìn)行圖像采集的時(shí)候，由于光纖端面每次出現(xiàn)在視野范圍中的位置都有所不同，所以首先要對(duì)光纖端面纖芯的位置進(jìn)行定位才能對(duì)其進(jìn)行一系列的檢測(cè)。要定位纖芯的位置，首先需要將采集到的圖像二值化。因?yàn)橥ㄟ^(guò)光纖端面檢測(cè)儀采集得到的初始圖像為32位的，而在VBAI中對(duì)圖像分析處理的函數(shù)模塊基本上都是不支持32位圖的，所以只有把32位圖轉(zhuǎn)化成二值圖像，才能對(duì)其進(jìn)行一系列精確的分析。使用VBAI的視覺(jué)助手(Vision Assistant)函數(shù)模塊對(duì)初始圖像進(jìn)行圖像處理，通過(guò)抽取色彩值(Extract HSL)的子函數(shù)即可得到灰度8位圖，然后使用閾值法將圖像二值化。