1 方案背景與目標

在工業檢測領域，高反光或者透明材質的缺陷檢測，由于表面反光的影響，一直是行業難題，普遍存在檢不出、方案難以標準化以及高度依賴人工目檢等問題。常規2D視覺方案和3D視覺方案難以檢測高反光或者透明物體表面的細微缺陷，比如金屬、玻璃或者薄膜。這些物體表面的微小缺陷，由于受到反光影響，2D或者3D視覺方案很難把缺陷呈現出來。傳統檢測方案的標準化程度不足，方案難以復用。面對高反光樣品表面的多類型缺陷，傳統方案只能通過疊加不同工位的方式對缺陷進行覆蓋，定制化問題突出。面對高反光材料的缺陷檢測，行業中大量依賴人工進行目視檢查，檢測速度慢，準確率低。

為了解決高反光樣品表面的缺陷檢測痛點，海康機器人打造了基于相位偏折成像原理的高速線陣2.5D視覺檢測系統。系統通過巧妙的光學系統設計，在原理上克服了反光干擾，不僅能有效采集到產品表面的2D特征，還能提取Z方向上的0.5D深度變化信息，因此能夠感知產品深度方向上極微小的形貌變化，精準檢出產品表面的劃痕、點狀凹凸；同時，通過對光源不同組分的分析，可以進一步獲得產品表面的反射率與漫反射率在樣品上的分布，以高對比度呈現臟污、暗沉、銹跡、指紋印等缺陷，一次掃描檢出多重缺陷，具備復合檢測功能，將傳統的多工位方案集成為獨立的2.5D檢測方案，實現了檢測方案的標準化。

2 方案詳細介紹

系統核心硬件包括線陣相機、高速程控條紋光源、光源控制器、采集卡及激光調試模塊，通過客戶端軟件實現集成控制。其工作原理是通過向樣品表面投射X/Y方向相位條紋，利用表面微觀形變引起的相位變化，經線陣相機捕捉并處理，實現在動態移動過程中的高質量成像。

系統采樣行頻達200KHz，最高系統工作行頻為25.0KHz，支持最高16K分辨率；可輸出11種結果圖像，包括多種形狀圖和相位圖。在功能方面，本系統具備多項獨有技術：支持并行處理，顯著提升檢測節拍；采用三步相移方案，使系統行頻提高33%；具備正弦條紋精細控制功能，可適配不同反射率樣品；實現了光源與相機的高精度幀同步控制，可廣泛應用于新能源、3C電子、汽車制造、光學元器件、金屬加工、面板薄膜等行業。

核心特點包括：

（1）線陣相位偏折成像技術，可解決高反光表面成像難題，并提取2.5D特征

高速線陣程控條紋成像技術，在產品移動過程中，向產品表面高速投射X方向與Y方向正弦條紋，運用相位偏折法對采集的條紋圖案進行處理，提取表面梯度信息，靈敏感知產品表面的凹凸缺陷；開發的高速線陣程控條紋光源和光源控制器，滿足線陣相機成像要求，滿足正弦條紋高速輪詢照明需求。

（2）復合檢測功能算法，輸出多類型檢測圖，實現視覺檢測方案的標準化程度

高速線陣2.5D視覺檢測系統在一次拍攝中，可以得到標準圖、漫反射圖、鏡面反射圖、光澤比圖、形狀圖等多類型結果圖。利用不同的結果圖，可以檢測不同類型的缺陷，包括微小凹凸、劃痕、臟污、異物等，具備復合型的檢測功能。

（3）并行處理技術，提高系統檢測節拍

在面對大行高、快節拍等應用場景時，串行處理方式必須等到產品所有區域都采集完成以后，才能進行圖像融合處理。耗時非常長。在本項目中，將研究并行處理方案，實現圖像采集和圖像融合的異步處理方式，提升系統節拍。

（4）程控條紋光源的正弦條紋精細控制技術，適配不同反射率產品

產品表面的反射率不一，需要對程控條紋進行精細化調控，根據產品表面反射率的大小，選擇不同周期的條紋進行適配。研究程控條紋光源的燈珠編輯方式，實現不同周期正弦條紋的照明方案。

（5）快速相位偏折方案，提高系統等效行頻

高速線陣2.5D視覺檢測系統，在四步相移法的基礎上，可支持三步相移法，所需融合的圖像張數從8張減少到6張，系統行頻可提高33%，可以適配更快的產線節拍。

（6）2.5D視覺檢測系統與自研VM算法平臺的融合檢測技術，打通2.5D成像與VM檢測方案，實現視覺方案的高效落地

為了打通高精度成像與缺陷檢測之間的壁壘，本項目將研究2.5D系統與VM融合檢測技術，在VM中實時獲取2.5D系統融合圖像，運用AI深度學習技術，進行缺陷檢測。

3 代表性及推廣價值

代表性：

高速線陣2.5D視覺檢測系統，海康機器人首創性將線陣成像與相位偏折技術結合，研制出高速程控條紋光源與多圖像融合算法，可在單次掃描中同步輸出多類特征圖像，實現對劃痕、凹坑、臟污、指紋等多類缺陷的復合檢測，從根本上克服了傳統2D/3D視覺受反光干擾難以清晰成像的瓶頸。其提出的三步相移法和異步并行處理架構，顯著提升了系統行頻與處理效率，支持在高速產線中穩定運行。項目還具備條紋調節獨有功能，支持從金屬、玻璃到薄膜等多種高反光與透明材質的精密檢測；系統全棧自主研發，國產化率達100%，具備全面的自主可控性。

推廣價值：

現階段，2.5D視覺檢測系統已在實際工業場景中驗證其穩定性與可靠性，大幅減少人工復判依賴，提高檢測效率一倍以上，有效推動視覺檢測從“定制化、多工位”走向“標準化、集成化”，為高反光材質制造行業提供了高效、智能的質檢解決方案。該項系統為高端裝備制造、消費電子、汽車玻璃、薄膜顯示等行業提供關鍵檢測支撐，助力中國智能制造標準化與產業升級。面向工業視覺檢測中長期存在的痛點問題，海康機器人高速線陣2.5D智能視覺檢測系統在高反光、強透射材質表面的缺陷檢測方面實現了多項關鍵技術突破，整體技術達到國際先進水平，具有顯著的創新性、先進的系統性能和廣泛的應用前景。