激光与光电子学进展
2023, 60(16): 1615007
赵景怡 1,2,3,4赵茂雄 1,2,3,4,*石磊 1,2,3,4,**资剑 1,2
1 复旦大学应用表面物理国家重点实验室，上海 200433
2 复旦大学微纳光子结构教育部重点实验室，上海 200433
3 上海微纳制程智能检测工程技术研究中心，上海 200433
4 复旦大学-光检测与光集成校企联合研究中心，上海 200433
光谱是物质的光学指纹信息，是研究光与物质相互作用的重要手段。角度分辨光谱技术是对光谱在角度维度的进一步解析，能够分辨光的强度、偏振态和相位等信息，从而在生物医学、材料科学和微纳光子学等研究领域得到广泛应用。为了实现角度分辨光谱，目前已经开发了多种实验系统，并涌现出了大量数据处理算法。本文将介绍角度分辨光谱的生成方法、数据处理技术及其在不同研究领域中的应用。
角度分辨光谱 光学逆散射问题 光学散射成像 光学特征尺寸 缺陷检测 angle-resolved spectrum optical inverse scattering problems optical scattering imaging optical critical dimension defect detection 光学学报
2023, 43(16): 1623016
1 重庆理工大学 理学院，重庆400054
2 四川云辰园林科技有限公司，四川宜宾644000
为了实现电致发光（Electroluminescent，EL）条件下太阳能电池的高精度裂纹和碎片缺陷检测，将多尺度YOLOv5（You Only Look Once version 5）模型用于真实工况下的太阳能电池缺陷检测。首先，提出一种融合可变形卷积（Deformable Convolutional Networks Version 2，DCNv2）和坐标注意力（Coordinate Attention，CA）的改进特征提取网络，拓宽小目标缺陷的感受野，有效增强小尺度缺陷特征的提取。其次，提出一种名为CA-PANet的改进路径聚合网络（Path Aggregation Network，PANet），将CA与跨层级联整合在路径增强结构中，实现浅层特征的复用，使深层特征和浅层特征结合，增强不同尺度缺陷的特征融合，提高缺陷的特征表达能力，提升缺陷检测框的准确度。轻量级CA的计算成本低，保证了模型的实时性。实验结果表明，融合DCNv2与CA注意力的YOLOv5模型平均精度均值（Mean Average Precision， mAP）值可达95.4%，较YOLOv5模型提高3%，较YOLOX模型提高1.4%。每秒帧数（Frames Per Second， FPS）可达51，满足工业实时性需求。对比其它算法，改进YOLOv5模型能精确检测到太阳能电池的微裂纹和碎片缺陷，能满足光伏电站真实工况下的实时高精度缺陷检测需求。
太阳能电池 缺陷检测 YOLOv5 可变形卷积 注意力网络 solar cells defect detection YOLOv5 deformable convolution v2 attention networks 光学 精密工程
2023, 31(12): 1804
1 广西师范大学 电子工程学院，广西 桂林 541004
2 上海应用技术大学 计算机科学与信息工程学院，上海 201418
3 广西师范大学 职业技术师范学院，广西 桂林 541004
使用相移法测量物体形貌时，质量导引法在相位解包裹中起着重要作用。在检测高反光待测物表面缺陷时，相移条纹调制度常用来识别表面缺陷。本文通过将Sobel梯度与条纹调制相结合，提出了新的缺陷表征质量图，即调制度-Sobel梯度偏差质量图（modulation-sobel gradient variance，MSGV）。将解包裹相位图和原始相位图的均方根误差、峰值信噪比、信噪比3个性能作数据对比，对相位解包裹数据进行模拟测试。结果显示，MSGV的平均峰值信噪比较调制度-相位梯度偏差质量图（modulation-phase gradient variance，MPGV）提升了约1.97%，均方根误差减小了约2.91%。表明本文提出的MSGV算法相对于传统算法有一定优越性，具有更高的抗噪性和更低的解包裹误差。将所提出的方法对鼓型滚子曲面进行缺陷检测与定位，结果表明，MSGV能更好地显示出缺陷的轮廓信息。
相移条纹 质量图 调制度 缺陷检测 phase-shift fringes mass map modulation degree defect detection 激光与光电子学进展
2023, 60(12): 1215001
Author Affiliations
Abstract
1 Research Institute of Superconductor Electronics (RISE), School of Electronic Science and Engineering, Nanjing University, Nanjing 210023, China
2 Jiangsu Hengtong Terahertz Technology Inc., Shanghai 200120, China
3 Purple Mountain Laboratories, Nanjing 211111, China
We simulate the measurements of an active bifocal terahertz imaging system to reproduce the ability of the system to detect the internal structure of foams having embedded defects. Angular spectrum theory and geometric optics tracing are used to calculate the incident and received electric fields of the system and the scattered light distribution of the measured object. The finite-element method is also used to calculate the scattering light distribution of the measured object for comparison with the geometric optics model. The simulations are consistent with the measurements at the central axis of the horizontal stripe defects.
defect detection terahertz terahertz imaging Chinese Optics Letters
2023, 21(6): 061102
光学学报
2023, 43(10): 1034001
1 西安理工大学机械与精密仪器工程学院, 陕西 西安 710048
2 陕西科技大学机电工程学院, 陕西 西安 710021
为分析内表面缺陷检测的发展历程、 趋势和研究动态, 通过对WoS和CNKI数据库中该领域相关文献的检索, 共搜集相关文献英文4 708篇, 中文818篇, 利用可视化分析软件CiteSpace对文献数据开展共现分析、 聚类分析等知识图谱研究, 分析内表面缺陷检测领域在国家、 机构及研究人员层面的分布现状及合作情况, 梳理研究热点和前沿趋势。 研究发现内表面缺陷检测研究具有明显的多学科交叉属性, 主要涉及分析化学、 材料科学、 光谱学、 仪器仪表、 机械工程和计算机等学科。 近几年WoS数据库相关主题收录文献年增长率超过10%, CNKI年增长率超过20%, 中美两国为本领域研究最为活跃的国家, 两国发文量约占总发文量的40%, 中国学者在无损检测、 图像处理等领域的研究明显落后于国外学者, 但在机器视觉和深度学习领域实现赶超。 按照研究路线可将相关研究分为基于声光电热磁的检测和基于视觉成像的检测两类, 其中前者包括采用不同技术手段获取光谱、 超声和电磁图像并借助图像处理技术实现缺陷检测, 而后者主要基于视觉图像进行缺陷识别和分类, 目前已成为该领域主要的研究热点。 内表面缺陷检测发展历程分为缺陷识别、 缺陷分类、 缺陷分析三个阶段, 2000年以前主要借助声光电热磁信号或图像实现缺陷的识别和判定, 2000年以来, 支持向量机技术大幅提高了缺陷分类的效率和准确度, 近十年来随着对缺陷分析及测量需求的不断出现, 基于机器视觉的缺陷定位与测量逐渐成为发展趋势, 缺陷检测对象也逐渐向深孔和小尺寸孔内表面发展。
无损检测 缺陷检测 内表面 机器视觉 图像处理 Nondestructive testing Defect detection Inner surface Machine visio Image processing
1 新疆大学机械工程学院, 新疆 乌鲁木齐 830017
2 新疆维吾尔自治区特种设备检验研究院, 新疆 乌鲁木齐 830047
焊缝表面气孔缺陷的存在减少了工件的有效截面积, 降低了工件抵抗外载荷的能力, 严重时会导致工件断裂, 为此提出一种基于涡流脉冲热成像技术的焊缝表面多缺陷检测方法。首先, 采用一种新型电磁传感器结构, 通过涡流脉冲热成像原理对不同直径和深度的碳钢缺陷进行检测, 并分析了图像序列中缺陷区域与非缺陷区域的温度信号; 为了提高该检测系统的灵敏度, 采用主成分分析方法对图像序列进行图像重构, 增强原始图像中缺陷特征。最后, 通过实验验证了该方法, 实验结果表明该方法能够减小焊缝边缘效应的影响, 实现对焊缝表面缺陷的大面积检测, 并为红外热像仪提供一个开放的视野。
焊缝气孔 涡流脉冲热成像 缺陷检测 主成分分析 weld porosity eddy current thermography defect detection principal component analysis
