表面缺陷检测系统及其检测方法、装置、设备、存储介质

技术领域

本公开涉及机器视觉检测技术领域，尤其涉及一种表面缺陷检测系统及其检测方法、装置、设备及存储介质。

背景技术

目前，基于机器视觉的自动化检测系统蓬勃发展，相对于人工视觉检测的低精度、低重复性、高成本以及不可追溯等缺点，机器视觉检测系统具有更大的发展潜力，未来将逐步替代人工检测。

在现有技术中，物体表面的缺陷检测设备通常使用二维检测的方式，被测物体只能显示出针对单一入射光对比度的差异，难以凸显出轻微的表面凹陷等缺陷，容易造成漏检，从而影响检测设备的性能。

发明内容

本公开提供了一种表面缺陷检测系统及其检测方法、装置、设备、存储介质，以至少解决现有技术中存在的以上技术问题。

根据本公开的第一方面，提供了一种表面缺陷检测系统，所述系统包括：相机组件、支撑架、多角度光源与主机，其中，

所述多角度光源位于所述相机组件与待测物体之间，所述多角度光源为多层不同直径的环形照明单元叠加而成，其中，每个环形照明单元由多个照明子单元拼接而成，用于为待测物体提供不同角度光源；

所述相机组件与所述支撑架连接，用于在不同照明子单元的照射条件下，拍摄所述待测物体得到多个待测图像，并发送所述多个待测图像至所述主机；

所述主机，用于将所述多个待测图像合成目标图像。

在一可实施方式中，所述多角度光源由高角度环形照明单元、中角度环形照明单元以及低角度环形照明单元叠加而成；其中，

所述中角度环形照明单元位于所述高角度环形照明单元和所述低角度环形照明单元之间，所述低角度环形照明单元靠近所述待测物体；

所述高角度环形照明单元的直径小于所述中角度环形照明单元的直径，所述中角度环形照明单元的直径小于所述低角度环形照明单元的直径。

在一可实施方式中，所述高角度环形照明单元、所述中角度环形照明单元以及所述低角度环形照明单元分别由四个相同的照明子单元拼接而成。

在一可实施方式中，所述高角度环形照明单元包括高角度第一照明子单元、高角度第二照明子单元、高角度第三照明子单元以及高角度第四照明子单元拼接而成；

所述中角度环形照明单元包括中角度第一照明子单元、中角度第二照明子单元、中角度第三照明子单元以及中角度第四照明子单元拼接而成；

所述低角度环形照明单元包括低角度第一照明子单元、低角度第二照明子单元、低角度第三照明子单元以及低角度第四照明子单元拼接而成；

其中，所述高角度第一照明子单元、所述中角度第一照明子单元以及所述低角度第一照明子单元位于第一正交分区；所述高角度第二照明子单元、所述中角度第二照明子单元以及所述低角度第二照明子单元位于第二正交分区；所述高角度第三照明子单元、所述中角度第三照明子单元以及所述低角度第三照明子单元位于第三正交分区；所述高角度第四照明子单元、所述中角度第四照明子单元以及所述低角度第四照明子单元位于第四正交分区。

根据本公开的第二方面，提供了一种表面缺陷检测系统的检测方法，基于表面缺陷检测系统，包括：

在不同角度的照明子单元的照射条件下，获取多个待测图像；

根据所述多个待测图像内各个像素点的灰度值，确定目标图像的法向量；

根据所述目标图像的法向量，确定所述目标图像内各个像素点与相邻像素点之间的相对高度关系，并通过所述相对高度关系得到目标图像。

在一可实施方式中，所述在不同角度的照明子单元的照射条件下，获取多个待测图像，包括：

分别在四个正交分区内选取照明子单元，得到四个目标照明子单元，其中，所述四个目标照明子单元属于不同角度环形照明单元；

在不同目标照明子单元的照射条件下，获取多个待测图像。

在一可实施方式中，所述根据所述多个待测图像内各个像素点的灰度值，确定目标图像的法向量，包括：

根据朗伯反射原理以及所述多个待测图像内各个像素点的灰度值，确定所述目标图像内各个像素点的漫反射率与法向量的乘积；

通过归一化分离所述目标图像内各个像素点的漫反射率与法向量的乘积，得到所述目标图像各个像素点的法向量。

在一可实施方式中，所述根据朗伯反射原理以及所述多个待测图像内各个像素点的灰度值，确定所述目标图像内各个像素点的漫反射率与法向量的乘积，包括：

分别将所述多个待测图像内的像素点拆分为c行像素点，其中，c为大于1的整数；

根据朗伯反射原理以及所述多个待测图像内c行像素点的灰度值，逐行求解每行像素点的漫反射率与法向量的乘积，得到c行像素点的漫反射率与法向量的乘积；

根据所述c行像素点的漫反射率与法向量的乘积，确定所述目标图像内各个像素点的漫反射率与法向量的乘积。

在一可实施方式中，所述根据所述目标图像的法向量，确定所述目标图像内各个像素点与相邻像素点之间的相对高度关系，并通过所述相对高度关系得到目标图像，包括：

根据梯度与法向量之间的关系，通过所述目标图像的法向量确定所述目标图像内各个像素点与相邻像素点之间的相对高度差；

通过所述目标图像内各个像素点与相邻像素点之间的相对高度差以及高度基准值，确定目标图像。

在一可实施方式中，所述通过所述目标图像的法向量确定所述目标图像内各个像素点与相邻像素点之间的相对高度差，包括：

将所述目标图像各个像素点的法向量的三维坐标，输入相对高度差公式，确定所述目标图像内各个像素点与相邻像素点之间的相对高度差，其中，所述相对高度差公式为：

R

R

其中，n

在一可实施方式中，在所述确定所述目标图像内各个像素点与相邻像素点之间的相对高度差之后，还包括：

根据所述目标图像的法向量，确定所述目标图像内各个像素点的散度值；

通过所述目标图像内各个像素点的散度值，对所述目标图像内各个像素点与相邻像素点之间的相对高度差进行强化，得到所述目标图像内各个像素点与相邻像素点之间的强化相对高度差；

相应的，所述通过所述目标图像内各个像素点与相邻像素点之间的相对高度差以及高度基准值，确定目标图像，包括：

通过所述目标图像内各个像素点与相邻像素点之间的强化相对高度差以及高度基准值，确定目标图像。

根据本公开的第三方面，提供了一种表面缺陷检测系统的检测装置，所述装置包括：

待测图像获取模块，用于在不同角度的照明子单元的照射条件下，获取多个待测图像；

法向量确定模块，用于根据所述多个待测图像内各个像素点的灰度值，确定目标图像的法向量；

目标图像确定模块，用于根据所述目标图像的法向量，确定所述目标图像内各个像素点与相邻像素点之间的相对高度关系，并通过所述相对高度关系得到目标图像。

在一可实施方式中，所述待测图像获取模块，具体用于：

分别在四个正交分区内选取照明子单元，得到四个目标照明子单元，其中，所述四个目标照明子单元属于不同角度环形照明单元；

在不同目标照明子单元的照射条件下，获取多个待测图像。

在一可实施方式中，所述法向量确定模块，具体用于：

根据朗伯反射原理以及所述多个待测图像内各个像素点的灰度值，确定所述目标图像内各个像素点的漫反射率与法向量的乘积；

通过归一化分离所述目标图像内各个像素点的漫反射率与法向量的乘积，得到所述目标图像各个像素点的法向量。

在一可实施方式中，所述法向量确定模块，具体用于：

分别将所述多个待测图像内的像素点拆分为c行像素点，其中，c为大于1的整数；

根据朗伯反射原理以及所述多个待测图像内c行像素点的灰度值，逐行求解每行像素点的漫反射率与法向量的乘积，得到c行像素点的漫反射率与法向量的乘积；

根据所述c行像素点的漫反射率与法向量的乘积，确定所述目标图像内各个像素点的漫反射率与法向量的乘积。

在一可实施方式中，所述目标图像确定模块，具体用于：

根据梯度与法向量之间的关系，通过所述目标图像的法向量确定所述目标图像内各个像素点与相邻像素点之间的相对高度差；

通过所述目标图像内各个像素点与相邻像素点之间的相对高度差以及高度基准值，确定目标图像。

在一可实施方式中，所述目标图像确定模块，具体用于：

将所述目标图像各个像素点的法向量的三维坐标，输入相对高度差公式，确定所述目标图像内各个像素点与相邻像素点之间的相对高度差，其中，所述相对高度差公式为：

R

R

其中，n

在一可实施方式中，所述目标图像确定模块，具体用于：

在所述确定所述目标图像内各个像素点与相邻像素点之间的相对高度差之后，根据所述目标图像的法向量，确定所述目标图像内各个像素点的散度值；

通过所述目标图像内各个像素点的散度值，对所述目标图像内各个像素点与相邻像素点之间的相对高度差进行强化，得到所述目标图像内各个像素点与相邻像素点之间的强化相对高度差；

通过所述目标图像内各个像素点与相邻像素点之间的强化相对高度差以及高度基准值，确定目标图像。

根据本公开的第四方面，提供了一种电子设备，包括：

至少一个处理器；以及

与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，

所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行本公开所述的方法。

根据本公开的第五方面，提供了一种存储有计算机指令的非瞬时计算机可读存储介质，所述计算机指令用于使所述计算机执行本公开所述的方法。

本公开的表面缺陷检测系统及其检测方法、装置、设备及存储介质，通过在不同角度的照明子单元的照射条件下，获取多个待测图像；根据所述多个待测图像内各个像素点的灰度值，确定目标图像的法向量；根据所述目标图像的法向量，确定所述目标图像内各个像素点与相邻像素点之间的相对高度关系，并通过所述相对高度关系得到目标图像，能够清晰的表征物体表面的缺陷特征，避免漏检。

应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本公开的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本公开的范围。本公开的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。

附图说明

通过参考附图阅读下文的详细描述，本公开示例性实施方式的上述以及其他目的、特征和优点将变得易于理解。在附图中，以示例性而非限制性的方式示出了本公开的若干实施方式，其中：

在附图中，相同或对应的标号表示相同或对应的部分。

图1示出了本公开实施例一提供的一种表面缺陷检测系统的结构示意图；

图2示出了本公开实施例一提供的一种表面缺陷检测系统内多角度光源的结构剖面图；

图3示出了本公开实施例一提供的一种表面缺陷检测系统内多角度光源的结构仰视图；

图4示出了本公开实施例二提供的一种表面缺陷检测系统的检测方法的流程图；

图5示出了本公开实施例二提供的一种中角度第一照明子单元条件下拍摄的待测图像的示意图；

图6示出了本公开实施例二提供的一种中角度第二照明子单元条件下拍摄的待测图像的示意图；

图7示出了本公开实施例二提供的一种中角度第三照明子单元条件下拍摄的待测图像的示意图；

图8示出了本公开实施例二提供的一种中角度第四照明子单元条件下拍摄的待测图像的示意图；

图9示出了本公开实施例二提供的一种基于表面缺陷检测系统的检测方法所合成的目标图像的示意图；

图10示出了本公开实施例三提供的一种表面缺陷检测系统的检测装置的结构示意图；

图11示出了本公开实施例一种电子设备的组成结构示意图。

具体实施方式

为使本公开的目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本公开实施例中的附图，对本公开实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本公开一部分实施例，而非全部实施例。基于本公开中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。

摄像头模组(Camera Compact Module，CCM)是摄影捕捉中的重要组件之一，一般由镜头、传感器、线路板、金属片等组件构成。如今基于机器视觉的自动化检测系统蓬勃发展，相对于人工视觉检测的低精度、低重复性、高成本、不可追溯等缺点，机器视觉检测系统具有更大的发展潜力，未来将逐步替代人工检测。目前应用于CCM模组机器视觉缺陷检测设备通常使用二维检测的方式，被测物体只能显示出针对单一入射光对比度的差异，难以凸显出轻微的表面凹陷等缺陷，造成过漏检，影响检测设备性能；而三维检测可以进一步获得相对深度关系，更利于被测物表面轻微不平等缺陷检出。

本实施例采用一种表面缺陷检测系统和方法，不仅能够检测摄像头模组的表面缺陷，还能够检测其他类型物体的表面缺陷，尤其是满足朗伯反射特性的表面缺陷，具体如下。

实施例一

图1为本公开实施例一提供的一种表面缺陷检测系统的结构示意图，如图1所示，系统包括：相机101、镜头102、支撑架2、多角度光源103与主机(图1中未示出)。其中，相机101和镜头102组成相机组件。

其中，多角度光源103位于相机组件(相机101和镜头102)与待测物体之间，多角度光源103为多层不同直径的环形照明单元叠加而成，其中，每个环形照明单元由多个照明子单元拼接而成，用于为待测物体提供不同角度光源；相机组件(相机101和镜头102)与支撑架2连接，用于在不同照明子单元的照射条件下，拍摄待测物体得到多个待测图像，并发送多个待测图像至主机；主机，用于将多个待测图像合成目标图像。

其中，主机包含有工控机控制器和图像处理器。工控机控制器用于控制表面缺陷检测系统的开关以及发送给相机101、镜头102以及多角度光源103相应的操作指令。示例性的，工控机控制器通过调整相机101和镜头102的位置，使其与待测物体对焦清晰，设定相机101的采图参数，根据待测物体的形状控制多角度光源103点亮不同区域光源，产生多角度光照射待测物体的表面，并采集待测物体的原始图像，将该原始图像作为待测图像进行保存。图像处理器用于接收相机101采集的原始图像，进行数据处理，重建出待测物体表面的法向量，获得待测物体表面的相对深度图，合成目标图像，突出待测物体的表面缺陷。

在本公开实施例中，多角度光源由高角度环形照明单元、中角度环形照明单元以及低角度环形照明单元叠加而成；其中，中角度环形照明单元位于高角度环形照明单元和低角度环形照明单元之间，低角度环形照明单元靠近待测物体；高角度环形照明单元的直径小于中角度环形照明单元的直径，中角度环形照明单元的直径小于低角度环形照明单元的直径，如图2所示，图2为本公开实施例一提供的一种表面缺陷检测系统内多角度光源的结构剖面图，包括多层不同直径的环形照明单元，分别为低角度环形照明单元103-1、中角度环形照明单元103-2以及高角度环形照明单元103-3。示例性的，低角度环形照明单元103-1、中角度环形照明单元103-2以及高角度环形照明单元103-3的光源空间角度可以分别是20°、60°、80°，覆盖空间角度最广泛。

其中，低角度环形照明单元103-1、中角度环形照明单元103-2以及高角度环形照明单元103-3分别可以由多个照明子单元拼接而成，每个照明子单元的尺寸大小可以相同，可以不相同，且每个部分的照明子单元可以单独控制其开关。例如，低角度环形照明单元103-1可以由三个照明子单元组成，且三个照明子单元的尺寸可以相同，也可以不同；中角度环形照明单元103-2可以由四个照明子单元组成，且四个照明子单元的尺寸可以相同，也可以不同；高角度环形照明单元103-3可以由五个照明子单元组成，且五个照明子单元的尺寸可以相同，也可以不同。

需要说明的是，本实施例不对组成各个角度环形照明单元的照明子单元数量和尺寸大小进行限定，只要各个角度环形照明单元的照明子单元拼接能够组成相应角度的环形照明单元即可。

在本公开实施例中，高角度环形照明单元、中角度环形照明单元以及低角度环形照明单元分别由四个相同的照明子单元拼接而成。

在本公开实施例中，高角度环形照明单元包括高角度第一照明子单元、高角度第二照明子单元、高角度第三照明子单元以及高角度第四照明子单元拼接而成；中角度环形照明单元包括中角度第一照明子单元、中角度第二照明子单元、中角度第三照明子单元以及中角度第四照明子单元拼接而成；低角度环形照明单元包括低角度第一照明子单元、低角度第二照明子单元、低角度第三照明子单元以及低角度第四照明子单元拼接而成；

其中，高角度第一照明子单元、中角度第一照明子单元以及低角度第一照明子单元位于第一正交分区；高角度第二照明子单元、中角度第二照明子单元以及低角度第二照明子单元位于第二正交分区；高角度第三照明子单元、中角度第三照明子单元以及低角度第三照明子单元位于第三正交分区；高角度第四照明子单元、中角度第四照明子单元以及低角度第四照明子单元位于第四正交分区。

具体的，本实施例中的高角度环形照明单元、中角度环形照明单元以及低角度环形照明单元还可以分别由四个相同的照明子单元拼接而成。如图3所示，图3为本公开实施例一提供的一种表面缺陷检测系统内多角度光源的结构仰视图，包括：高角度第一照明子单元103-3-1、高角度第二照明子单元103-3-2、高角度第三照明子单元103-3-3，高角度第四照明子单元103-3-4；中角度第一照明子单元103-2-1、中角度第二照明子单元103-2-2、中角度第三照明子单元103-2-3，中角度第四照明子单元103-2-4；低角度第一照明子单元103-1-1、低角度第二照明子单元103-1-2、低角度第三照明子单元103-1-3、低角度第四照明子单元103-1-4。

如图3所示，高角度第一照明子单元103-3-1、中角度第一照明子单元103-2-1以及低角度第一照明子单元103-1-1位于第一正交分区；高角度第二照明子单元103-3-2、中角度第二照明子单元103-2-2以及低角度第二照明子单元103-1-2位于第二正交分区；高角度第三照明子单元103-3-3、中角度第三照明子单元103-2-3以及低角度第三照明子单元第三照明子单元103-1-3位于第三正交分区；高角度第四照明子单元103-3-4、中角度第四照明子单元103-2-4以及低角度第四照明子单元103-1-4位于第四正交分区。

具体的，本实施例中各个照明子单元都会照亮待测物体，只是产生的阴影区域不同，各个角度各个正交分区的照明子单元的照射出来光源的空间角度均不相同。本实施例可以根据待测物体凸起或者凹陷的范围区域大小，来灵活选择照明子单元。

本实施例提供的表面缺陷检测系统，由于多角度光源是定制的多个角度多个分区的照明子单元拼接而成，可以拍摄不同角度灯源条件下的待测物体，以轮换阴影区域，减少无效数据，从而加强深度信息的有效性。

实施例二

图4为本公开实施例二提供的一种表面缺陷检测系统的检测方法的流程图，该方法可以由本公开实施例提供的表面缺陷检测装置来执行，该装置可采用软件和/或硬件的方式实现。该方法具体包括：

S110、在不同角度的照明子单元的照射条件下，获取多个待测图像。

其中，待测图像可以是相机在各个光源角度条件下拍摄的有关待测物体的图像。

具体的，本实施例为了轮换阴影，获得清晰的待测物体表面全貌，可以采用不同角度的照明子单元照射待测物体，例如，照明子单元可以是位于相同角度环形照明单元的不同正交分区内的照明子单元，也可以是不同角度环形照明单元的不同正交分区内的照明子单元，示例性的，本实施例可以在十二组照明子单元中选择不同角度的照明子单元，而选择的多个角度照明子单元照射待测物体的角度合起来可以是360度。

在本公开实施例中，在不同角度的照明子单元的照射条件下，获取多个待测图像，包括：分别在四个正交分区内选取照明子单元，得到四个目标照明子单元，其中，四个目标照明子单元属于不同角度环形照明单元；在不同目标照明子单元的照射条件下，获取多个待测图像。

其中，目标照明子单元可以是选择出来用于照射待测物体的光源。

具体的，本实施例可以使用不少于四组不同角度的照明子单元，由于四个正交分区的照明子单元正好可以照射待测物体一周，因此可以在四个正交分区内各选择一个照明子单元，用于提供给待测物体不同的亮度，拍摄不同待测图像。

本实施例采用不少于四组不同角度照明子单元照射待测物体，也即四个目标照明子单元，避免阴影区域的图像数据影响图像处理的准确性。

S120、根据多个待测图像内各个像素点的灰度值，确定目标图像的法向量。

其中，目标图像指的是最后合成的图像，能够清晰表征待测物体表面缺陷的图像。

在本公开实施例中，根据多个待测图像内各个像素点的灰度值，确定目标图像的法向量，包括：根据朗伯反射原理以及多个待测图像内各个像素点的灰度值，确定目标图像内各个像素点的漫反射率与法向量的乘积；通过归一化分离目标图像内各个像素点的漫反射率与法向量的乘积，得到目标图像各个像素点的法向量。

具体的，本实施例采用光度立体法，通过使用多角度入射光获得被测物表面几何形状分布。相对于其它传统三维成像方法，它仅使用一个普通相机就能实现，成本低廉；物体与相机间不需要产生相对移动，不需要图像对齐，且对系统结构性能要求低。物体需要具备朗伯反射特性，这样才会以漫反射的方式反射入射光。

具体的，某一方向发射角的入射光照射在待测物体上，若待测物体满足朗伯反射条件，应满足如下关系式：

s(i,j)＝I

其中，s(i,j)表示相机捕捉待测图像中坐标为(i,j)像素点的像素值大小；I表示光源的强度，L表示光源方向的单位向量；ρ表示待测物体该点表面的漫反射率，N表示待测物体表面法向量。I

具体的，本实施例公式(1)中含有三个未知量，ρ、N和S，理论上需要至少三组不共面的入射光照射待测物体表面一点，便可以把该点的法向量N＝(n

需要说明的是，不共面是指向量L的任意一个分量(x，y，z)都不同，如果L相同则方程已知量不够，不能求解方程。因此本实施例采用的光源可以是指低角度的多个正交分区光源，也可以是中角度的多个正交分区光源或者高角度的多个正交分区光源，还可以是混合角度的多个正交分区光源。因为每个角度环形照明光源的都不共面，因此L值不同。示例性的，本实施例采用四组数据解公式(1)中三个未知数，能够避免因阴影区域导致方程求解不准确的问题，而且合理选取照明角度可以有效减少阴影区域对数据重建的影响。

在本公开实施例中，根据朗伯反射原理以及多个待测图像内各个像素点的灰度值，确定目标图像内各个像素点的漫反射率与法向量的乘积，包括：分别将多个待测图像内的像素点拆分为c行像素点，其中，c为大于1的整数；根据朗伯反射原理以及多个待测图像内c行像素点的灰度值，逐行求解每行像素点的漫反射率与法向量的乘积，得到c行像素点的漫反射率与法向量的乘积；根据c行像素点的漫反射率与法向量的乘积，确定目标图像内各个像素点的漫反射率与法向量的乘积。

具体的，本实施例设采取a(a＞3)组不同角度入射光(即多组不共面的四个目标照明子单元)轮换阴影的方法进行求解。对于单点像素而言，可以得到以下线性方程组：

其中，s

需要说明的是，公式(2)为针对单个像素点而言的求解公式，而实际上S为三维矩阵，且在实际计算过程中，会将三维矩阵拆分为二维矩阵进行求解，最后再将求解后的值进行合并。示例性的，本实施例中的图像灰度值S(i,j)拆分为c个行向量S(i)进行运算，其中，i∈(1,b)，j∈(1,c)，带入公式(2)后的每行向量S(i)的计算公式为：

其中，s

示例性的，若本实施例中的待测图像有c行像素值，则每行像素值都要分别输入公式(3)进行计算，求解目标图像上每行的像素点的漫反射率与法向量的乘积。为了方便理解，若求解目标图像中第一行的像素点的漫反射率与法向量的乘积，则将各组目标照明子单元条件下拍摄的待测图像内第一行的各个像素点的相关值输入公式(3)。具体例如，s

当使用已知的光源参数时，可以通过最小二乘法求解超定方程，逐行求解每行像素点的漫反射率与法向量的乘积，得到c行像素点的漫反射率与法向量的乘积，根据c行像素点的漫反射率与法向量的乘积，确定目标图像内各个像素点的漫反射率ρ与法向量N的乘积的近似解为：

ρN＝((IL)

其中，T为转置运算符号。

由于公式(4)中的法向量N为单位向量，只代表方向，为小于1的数，而本实施例后续更关心目标图像中各个像素点和相邻像素点之间的相对高度，也即更关心法向量在各个方向上的差值，因此本实施例通过线性代数中的矩阵归一化公式(5)和公式(6)，将公式(4)代入其中，归一化分离ρN，得到n

ρ

因此，本实施例通过公式(5)即可得到目标图像中各个像素点的法向量，除此之外，本实施例还可以通过公式(6)得到目标图像中各个像素点的漫反射率。并且，n

S130、根据目标图像的法向量，确定目标图像内各个像素点与相邻像素点之间的相对高度关系，并通过相对高度关系得到目标图像。

在本公开实施例中，根据目标图像的法向量，确定目标图像内各个像素点与相邻像素点之间的相对高度关系，并通过相对高度关系得到目标图像，包括：根据梯度与法向量之间的关系，通过目标图像的法向量确定目标图像内各个像素点与相邻像素点之间的相对高度差；通过目标图像内各个像素点与相邻像素点之间的相对高度差以及高度基准值，确定目标图像。

由于最开始待测图像都是二维图像，只有x与y的关系，而本实施例的需求是想根据待测图像的数据重建目标图像，得到目标图像上各个像素点和相邻像素点的高度差，从而清晰的表征待测物体的表面缺陷。因此，本实施例构建三元函数w＝f(x,y,z)，用于求解z与(x,y)之间的关系。其中，z为目标图像中各个像素点的高度；w为构建的三元函数，且三元函数w的梯度是等高面的法向量，也可以说是为目标图像(也即待测物体表面)的法向量N。因此，本实施例可以通过目标图像的法向量确定目标图像内各个像素点与相邻像素点之间的相对高度差，并通过目标图像内各个像素点与相邻像素点之间的相对高度差以及给定任意一个高度基准值，就可以确定目标图像，清晰的表征待测物体的表面缺陷。

在本公开实施例中，通过目标图像的法向量确定目标图像内各个像素点与相邻像素点之间的相对高度差，包括：将目标图像各个像素点的法向量的三维坐标，输入相对高度差公式，确定目标图像内各个像素点与相邻像素点之间的相对高度差，其中，相对高度差公式为：

R

R

其中，n

在本公开实施例中，在确定目标图像内各个像素点与相邻像素点之间的相对高度差之后，还包括：根据目标图像的法向量，确定目标图像内各个像素点的散度值；通过目标图像内各个像素点的散度值，对目标图像内各个像素点与相邻像素点之间的相对高度差进行强化，得到目标图像内各个像素点与相邻像素点之间的强化相对高度差；相应的，通过目标图像内各个像素点与相邻像素点之间的相对高度差以及高度基准值，确定目标图像，包括：通过目标图像内各个像素点与相邻像素点之间的强化相对高度差以及高度基准值，确定目标图像。

物体的表面散度可以表示为：

D＝n

其中，D为目标图像内各个像素点的散度值。

具体的，散度在图像具有对图像去噪的作用。但是，如果图像边缘往往处在梯度值较大的位置，那么扩散方程在梯度值较大的区域减速扩散，在梯度值较小的区域加速扩散，则可以在着重去噪的同时保护图像有用细节，也即对于目标图像中各个像素点与其周围像素点的高度差具有强化作用。

本实施例公开的表面缺陷检测系统的检测方法，通过在不同角度的照明子单元的照射条件下，获取多个待测图像；根据多个待测图像内各个像素点的灰度值，确定目标图像的法向量；根据目标图像的法向量，确定目标图像内各个像素点与相邻像素点之间的相对高度关系，并通过相对高度关系得到目标图像，可以有效的获取其表面梯度，更好的捕捉到三维信息，从而能够清晰的表征物体表面的缺陷特征，避免漏检。

示例性的，本实施例检测CCM模组钢片的表面缺陷，可以包括以下步骤：

S1、调节相机镜头初始位置，具体为：将待测物体放到视场中并固定，调节相机101和镜头102，使待测物体的表面对焦清晰，通过工控机控制相机软件，调整相机参数，例如将曝光时间设为1000us，增益设为2，图像大小设为4000×3060像素。

S2、调节光源采集原始图，具体为：调节多角度光源至指定位置，并将待测物体放置在测试位，选择中角度环形照明单元60°，依次打开中角度第一照明子单元、中角度第二照明子单元、中角度第三照明子单元以及中角度第四照明子单元，提供四组不同入射角的照明光，记录下光源发光角(空间角)和光强信息，采集待测物体不同阴影状态的图像，作为待测图像进行保存。

S3、求解法向量，具体为：读取四组图像灰度值的每行依次赋值于矩阵S，将光源发光角和光强分别赋值于矩阵L和I，带入式(4)，通过归一化分离出法向量出N表达式。

S4、构建三维函数w＝f(x,y,z)，根据梯度与法向量的关系，得出相对高度关系，根据相对高度关系确定目标图像。

示例性的，本实施例采用上述方法所采集的多张CCM模组钢片的待测图像可以如图5-8所示，本实施例最后合成的有关CCM模组钢片的目标图像如图9所示。其中，图5为本公开实施例二提供的一种中角度第一照明子单元条件下拍摄的待测图像的示意图；图6为本公开实施例二提供的一种中角度第二照明子单元条件下拍摄的待测图像的示意图；图7为本公开实施例二提供的一种中角度第三照明子单元条件下拍摄的待测图像的示意图；图8为本公开实施例二提供的一种中角度第四照明子单元条件下拍摄的待测图像的示意图；图9为本公开实施例二提供的一种基于表面缺陷检测方法所合成的目标图像的示意图，也是CCM模组钢片的表面散度效果图。如图5-9所示，白色方框标记出的图像区域为CCM模组钢片的缺陷区域，如图5-8所示，各个待测图像中的缺陷区域均不太清晰，而图9中的缺陷区域却很明显，由此也可以反映出本实施例提供的表面缺陷检测系统的检测方法能够有效检测出物体表面的缺陷区域，避免漏检。

实施例三

图10是本公开实施例提供的一种表面缺陷检测系统的检测装置的结构示意图，该装置具体包括：

待测图像获取模块310，用于在不同角度的照明子单元的照射条件下，获取多个待测图像；

法向量确定模块320，用于根据多个待测图像内各个像素点的灰度值，确定目标图像的法向量；

目标图像确定模块330，用于根据目标图像的法向量，确定目标图像内各个像素点与相邻像素点之间的相对高度关系，并通过相对高度关系得到目标图像。

在一可实施方式中，待测图像获取模块310，具体用于：分别在四个正交分区内选取照明子单元，得到四个目标照明子单元，其中，四个目标照明子单元属于不同角度环形照明单元；在不同目标照明子单元的照射条件下，获取多个待测图像。

在一可实施方式中，法向量确定模块320，具体用于：根据朗伯反射原理以及多个待测图像内各个像素点的灰度值，确定目标图像内各个像素点的漫反射率与法向量的乘积；通过归一化分离目标图像内各个像素点的漫反射率与法向量的乘积，得到目标图像各个像素点的法向量。

在一可实施方式中，法向量确定模块320，具体用于：分别将多个待测图像内的像素点拆分为c行像素点，其中，c为大于1的整数；根据朗伯反射原理以及多个待测图像内c行像素点的灰度值，逐行求解每行像素点的漫反射率与法向量的乘积，得到c行像素点的漫反射率与法向量的乘积；根据c行像素点的漫反射率与法向量的乘积，确定目标图像内各个像素点的漫反射率与法向量的乘积。

在一可实施方式中，目标图像确定模块330，具体用于：根据梯度与法向量之间的关系，通过目标图像的法向量确定目标图像内各个像素点与相邻像素点之间的相对高度差；通过目标图像内各个像素点与相邻像素点之间的相对高度差以及高度基准值，确定目标图像。

在一可实施方式中，目标图像确定模块330，具体用于：将目标图像各个像素点的法向量的三维坐标，输入相对高度差公式，确定目标图像内各个像素点与相邻像素点之间的相对高度差，其中，相对高度差公式为：

R

R

其中，n

在一可实施方式中，目标图像确定模块330，具体用于：在确定目标图像内各个像素点与相邻像素点之间的相对高度差之后，根据目标图像的法向量，确定目标图像内各个像素点的散度值；通过目标图像内各个像素点的散度值，对目标图像内各个像素点与相邻像素点之间的相对高度差进行强化，得到目标图像内各个像素点与相邻像素点之间的强化相对高度差；通过目标图像内各个像素点与相邻像素点之间的强化相对高度差以及高度基准值，确定目标图像。

根据本公开的实施例，本公开还提供了一种电子设备和一种可读存储介质。

图11示出了可以用来实施本公开的实施例的示例电子设备400的示意性框图。电子设备旨在表示各种形式的数字计算机，诸如，膝上型计算机、台式计算机、工作台、个人数字助理、服务器、刀片式服务器、大型计算机、和其它适合的计算机。电子设备还可以表示各种形式的移动装置，诸如，个人数字处理、蜂窝电话、智能电话、可穿戴设备和其它类似的计算装置。本文所示的部件、它们的连接和关系、以及它们的功能仅仅作为示例，并且不意在限制本文中描述的和/或者要求的本公开的实现。

如图11所示，设备400包括计算单元401，其可以根据存储在只读存储器(ROM)402中的计算机程序或者从存储单元408加载到随机访问存储器(RAM)403中的计算机程序，来执行各种适当的动作和处理。在RAM 403中，还可存储设备400操作所需的各种程序和数据。计算单元401、ROM 402以及RAM 403通过总线404彼此相连。输入/输出(I/O)接口405也连接至总线404。

设备400中的多个部件连接至I/O接口405，包括：输入单元406，例如键盘、鼠标等；输出单元407，例如各种类型的显示器、扬声器等；存储单元408，例如磁盘、光盘等；以及通信单元409，例如网卡、调制解调器、无线通信收发机等。通信单元409允许设备400通过诸如因特网的计算机网络和/或各种电信网络与其他设备交换信息/数据。

计算单元401可以是各种具有处理和计算能力的通用和/或专用处理组件。计算单元401的一些示例包括但不限于中央处理单元(CPU)、图形处理单元(GPU)、各种专用的人工智能(AI)计算芯片、各种运行机器学习模型算法的计算单元、数字信号处理器(DSP)、以及任何适当的处理器、控制器、微控制器等。计算单元401执行上文所描述的各个方法和处理，例如表面缺陷检测方法。例如，在一些实施例中，表面缺陷检测方法可被实现为计算机软件程序，其被有形地包含于机器可读介质，例如存储单元408。在一些实施例中，计算机程序的部分或者全部可以经由ROM 402和/或通信单元409而被载入和/或安装到设备400上。当计算机程序加载到RAM 403并由计算单元401执行时，可以执行上文描述的表面缺陷检测方法的一个或多个步骤。备选地，在其他实施例中，计算单元401可以通过其他任何适当的方式(例如，借助于固件)而被配置为执行表面缺陷检测方法。

本文中以上描述的系统和技术的各种实施方式可以在数字电子电路系统、集成电路系统、场可编程门阵列(FPGA)、专用集成电路(ASIC)、专用标准产品(ASSP)、片上系统(SOC)、复杂可编程逻辑设备(CPLD)、计算机硬件、固件、软件、和/或它们的组合中实现。这些各种实施方式可以包括：实施在一个或者多个计算机程序中，该一个或者多个计算机程序可在包括至少一个可编程处理器的可编程系统上执行和/或解释，该可编程处理器可以是专用或者通用可编程处理器，可以从存储系统、至少一个输入装置、和至少一个输出装置接收数据和指令，并且将数据和指令传输至该存储系统、该至少一个输入装置、和该至少一个输出装置。

用于实施本公开的方法的程序代码可以采用一个或多个编程语言的任何组合来编写。这些程序代码可以提供给通用计算机、专用计算机或其他可编程数据处理装置的处理器或控制器，使得程序代码当由处理器或控制器执行时使流程图和/或框图中所规定的功能/操作被实施。程序代码可以完全在机器上执行、部分地在机器上执行，作为独立软件包部分地在机器上执行且部分地在远程机器上执行或完全在远程机器或服务器上执行。

在本公开的上下文中，机器可读介质可以是有形的介质，其可以包含或存储以供指令执行系统、装置或设备使用或与指令执行系统、装置或设备结合地使用的程序。机器可读介质可以是机器可读信号介质或机器可读储存介质。机器可读介质可以包括但不限于电子的、磁性的、光学的、电磁的、红外的、或半导体系统、装置或设备，或者上述内容的任何合适组合。机器可读存储介质的更具体示例会包括基于一个或多个线的电气连接、便携式计算机盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦除可编程只读存储器(EPROM或快闪存储器)、光纤、便捷式紧凑盘只读存储器(CD-ROM)、光学储存设备、磁储存设备、或上述内容的任何合适组合。

为了提供与用户的交互，可以在计算机上实施此处描述的系统和技术，该计算机具有：用于向用户显示信息的显示装置(例如，CRT(阴极射线管)或者LCD(液晶显示器)监视器)；以及键盘和指向装置(例如，鼠标或者轨迹球)，用户可以通过该键盘和该指向装置来将输入提供给计算机。其它种类的装置还可以用于提供与用户的交互；例如，提供给用户的反馈可以是任何形式的传感反馈(例如，视觉反馈、听觉反馈、或者触觉反馈)；并且可以用任何形式(包括声输入、语音输入或者、触觉输入)来接收来自用户的输入。

可以将此处描述的系统和技术实施在包括后台部件的计算系统(例如，作为数据服务器)、或者包括中间件部件的计算系统(例如，应用服务器)、或者包括前端部件的计算系统(例如，具有图形用户界面或者网络浏览器的用户计算机，用户可以通过该图形用户界面或者该网络浏览器来与此处描述的系统和技术的实施方式交互)、或者包括这种后台部件、中间件部件、或者前端部件的任何组合的计算系统中。可以通过任何形式或者介质的数字数据通信(例如，通信网络)来将系统的部件相互连接。通信网络的示例包括：局域网(LAN)、广域网(WAN)和互联网。

计算机系统可以包括客户端和服务器。客户端和服务器一般远离彼此并且通常通过通信网络进行交互。通过在相应的计算机上运行并且彼此具有客户端-服务器关系的计算机程序来产生客户端和服务器的关系。服务器可以是云服务器，也可以为分布式系统的服务器，或者是结合了区块链的服务器。

应该理解，可以使用上面所示的各种形式的流程，重新排序、增加或删除步骤。例如，本发公开中记载的各步骤可以并行地执行也可以顺序地执行也可以不同的次序执行，只要能够实现本公开公开的技术方案所期望的结果，本文在此不进行限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或隐含地包括至少一个该特征。在本公开的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

以上所述，仅为本公开的具体实施方式，但本公开的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本公开揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本公开的保护范围之内。因此，本公开的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。