大型玻璃幕墻目前已廣泛應(yīng)用在城市建筑中，但由于玻璃生產(chǎn)加工中的問題造成玻璃不平整均勻，安裝在建筑后導(dǎo)致嚴(yán)重的光學(xué)污染和安全性問題，大大影響了城市形象。本文主要介紹為讀者介紹玻璃平整度實(shí)時自動檢測系統(tǒng)，可在玻璃生產(chǎn)的流水線上自動定量檢測每塊出廠玻璃的畸變類型、位置和大小，并建立了一整套玻璃平整度檢測標(biāo)準(zhǔn)，保證國內(nèi)的優(yōu)質(zhì)玻璃生產(chǎn)。

    國民經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，大型玻璃幕墻廣泛應(yīng)用在城市建筑中。由于玻璃生產(chǎn)加工中的問題造成玻璃不平整均勻，安裝在建筑后導(dǎo)致嚴(yán)重的光學(xué)污染和安全性問題，大大影響了城市形象，此外國際上和國內(nèi)也沒有對玻璃平整度有規(guī)范的檢測標(biāo)準(zhǔn)，各種低質(zhì)玻璃已經(jīng)安裝在眾多的城市建筑上。

    本文介紹了應(yīng)用特殊光路設(shè)計(jì)、自動控制技術(shù)和視頻智能分析技術(shù)最新開發(fā)的玻璃平整度實(shí)時自動檢測系統(tǒng)，在玻璃生產(chǎn)的流水線上自動定量檢測每塊出廠玻璃的畸變類型、位置和大小，并建立了一整套玻璃平整度檢測標(biāo)準(zhǔn)，保證了國內(nèi)的優(yōu)質(zhì)玻璃生產(chǎn)。

    由于玻璃的平整度并沒有國家標(biāo)準(zhǔn)，因此已經(jīng)安裝在城市的建筑中的大量劣質(zhì)玻璃導(dǎo)致很多問題：
1、劣質(zhì)玻璃導(dǎo)致光污染
    目前國內(nèi)專家對城市玻璃幕墻建筑存在光污染提出了問題，其實(shí)大量光污染的原因來自低劣的玻璃，標(biāo)準(zhǔn)的玻璃光學(xué)特征均衡、柔和。因此光污染的主要來源是劣質(zhì)玻璃，圖1是在北京隨處拍攝的以及國內(nèi)安裝在建筑上的劣質(zhì)玻璃。

2、劣質(zhì)玻璃是懸在空中危險物
    由于劣質(zhì)玻璃在平整度很差，鋼化玻璃內(nèi)部應(yīng)力不均，在微小的外力（風(fēng)壓、落物、地震等）作用下容易導(dǎo)致破碎并高空落下，給城市居民帶來危險。

3、劣質(zhì)玻璃導(dǎo)致建筑視覺效果不佳
    由于劣質(zhì)玻璃平整度的問題，本來期望采用玻璃幕墻技術(shù)獲得高檔、明快的視覺效果變得玻璃反射光線扭曲變形，使得建筑視覺效果變差。

    根據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，30%的玻璃幕墻大樓存在玻璃平整度問題，隨著城市化建設(shè)和人口密度增加，如何解決玻璃平整度問題越來越重要。

目前玻璃平整度的檢測方式
    目前少數(shù)玻璃生產(chǎn)廠家的玻璃表面平整度檢測采用人工方式，由黑白方塊相間的標(biāo)準(zhǔn)測試板、數(shù)碼相機(jī)、玻璃托架組成。
測試時需要把玻璃人工放置到托架上，然后用數(shù)碼相機(jī)拍攝并在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行人工判讀（如圖2）。[nextpage]

目前玻璃平整度檢測存在的問題
    按照一個中型玻璃生產(chǎn)廠的規(guī)模，每條生產(chǎn)線每小時的玻璃生產(chǎn)量為500 -800塊，每車間隔為5分鐘。而目前的每塊人工玻璃平整度判讀周期需要20分鐘以上，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足對每塊玻璃平整度的檢測要求。

    此外，玻璃平整度檢測采用人工方式的工作量大，判讀效率低、在實(shí)際中使用可操作性較差，而且大大增加了企業(yè)負(fù)擔(dān)和成本。

玻璃平整度在線自動檢測需求
    針對自動檢測需要建立一套完整的玻璃平整度在線檢測系統(tǒng)（Glass Planeness Measuring System 簡稱GPMS），以實(shí)現(xiàn)在線連續(xù)檢測要求：

·玻璃出爐后在鋼化爐下片臺上完成檢測，GPMS對每塊玻璃檢測周期要小于給定時間間隔；

·自動拍照，統(tǒng)計(jì)并標(biāo)注每塊玻璃發(fā)生最大畸變的方塊位置、依據(jù)檢測標(biāo)準(zhǔn)給出每一塊玻璃的變形度級別；

·依據(jù)每塊玻璃的ID號將測試結(jié)果記錄在計(jì)算機(jī)內(nèi)，并打印出測試結(jié)果標(biāo)簽，并可以隨時查詢；

·每塊玻璃的信息包括ID號、拍照圖片，檢測時間、日期、測試結(jié)果。

玻璃平整度在線自動檢測需要解決的問題
特殊的光路設(shè)計(jì)問題
    由于要完成玻璃平整度在線自動檢測需要攝像機(jī)清晰的獲取反射的標(biāo)準(zhǔn)測試板圖像，過濾掉來自環(huán)境的各種反射光線的干擾（見圖3）。

    但由于信噪比較低，常規(guī)的視頻圖像獲取非常不清楚，后續(xù)無法進(jìn)行視頻圖像處理。

視頻圖像識別問題
    視頻智能分析技術(shù)是目前國際剛剛蓬勃興起的最新技術(shù)，廣泛的應(yīng)用在銀行、交通、安全等很多領(lǐng)域。但是在玻璃平整度上使用還是第一次，而且需要在流水線上完成在線實(shí)時檢測，難度極大。

攝像機(jī)參數(shù)優(yōu)化問題
    由于玻璃平整度在線自動檢測需要高分辨率（無插值）數(shù)字?jǐn)z像機(jī)，而這類攝像機(jī)往往是CMOS電路攝像機(jī)，這樣就帶來一個問題，CCD攝像機(jī)比CMOS電路攝像機(jī)在低照度下信噪比更好，但是CCD攝像機(jī)分辨率不符合玻璃平整度在線自動檢測的定級要求。CMOS電路攝像機(jī)在低照度下噪聲大容易出現(xiàn)雜點(diǎn)，這主要是因?yàn)镃MOS在處理快速變化的影像時，由于電流變化過于頻繁而產(chǎn)生熱噪聲，在高分辨率下尤其對雜點(diǎn)更為敏感，因此需要對攝像機(jī)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。

 玻璃平整度在線自動檢測原理
    根據(jù)制定了檢測標(biāo)準(zhǔn)完成對玻璃平整度在線自動檢測，這里分析一下檢測原理。

已知：[nextpage]
L：攝像機(jī)到被測玻璃的距離；

a：被測玻璃平面被測點(diǎn)的傾角；

b：偏差距離。

這樣就可以得到被測玻璃平面被測點(diǎn)的傾角a：

tg(2a) = b/L，

簡化得到：
a = b/2L（如圖5）。
當(dāng)L=300cm時有表1的計(jì)算結(jié)果。

特殊的光路設(shè)計(jì)
    玻璃平整度在線檢測系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)之一是保證攝像機(jī)獲取的圖像，因此過濾調(diào)不必要的光干擾，提高便準(zhǔn)測試板反射光增益非常重要。

    光在玻璃上的入射面和出射面射是平行的時候，那么不論光線如何入射，出射光都與入射光平行，但兩束光有錯位，位移大小取決于玻璃的厚度；

任意形狀的玻璃，要通過計(jì)算求解：
sin a x 1 =sin b×n；

sin c×n=sin d×l。

這里，a表示入射角；b表示第一次折射的折射角；n為1.46，玻璃折射率。

c表示第二次折射的入射角；d表示第二次折射的出射角。

    全反射現(xiàn)象光從光密媒質(zhì)射入光疏媒質(zhì)時，折射角大于入射角。由此可以知道，當(dāng)入射角增大到某一角度時，折射角將等于90°，入射角再增大，就不再有折射光線。

    臨界角折射角等于90°時的入射角叫做臨界角。光線從光密媒質(zhì)射入光疏媒質(zhì)，當(dāng)入射角大于臨界角時，就發(fā)生全反射現(xiàn)象。

    利用光的折射定律，可以求出各種媒質(zhì)對空氣（或真空）的臨界角．如果用C表示臨界角，n表示媒質(zhì)的折射率，那么，由于空氣對該媒質(zhì)的折射率等于1/n ，所以 sinC/sin90°=1/n， 由此可得sinC=1/n。

    光從光密媒質(zhì)射到光疏媒質(zhì)的界面時，折射角大于入射角。當(dāng)折射角為90°時，折射光線沿媒質(zhì)界面進(jìn)行，這時的入射角稱為“臨界角”。當(dāng)入射角大于臨界角時，折射定律就無法適用了，而只會發(fā)生全反射現(xiàn)象。從玻璃進(jìn)入空氣的臨界角，隨玻璃的成分不同而異，約在30°-42°之間。利用光的折射定律可以求出其臨界角。[nextpage]

光干擾的處理
    如何在視頻圖像中提高信噪比減少光干擾，最大的光干擾來自透過玻璃下面物體表面反射的光干擾，因此系統(tǒng)設(shè)計(jì)中采用對玻璃下面物體表面敷設(shè)吸波材料，使得照射在玻璃下面物體表面的光線大部分被吸波材料吸收掉，可見光的范圍在38 -78μm，因此選擇對38-78μm光譜范圍內(nèi)的吸波材料可以減少光干擾。

視頻圖像智能識別
    當(dāng)獲得了較為清晰的圖像后，軟件對每個像素的顏色、坐標(biāo)、相關(guān)性建立數(shù)學(xué)模型，同時建立邊界模型，基于參考的標(biāo)準(zhǔn)圖像與采集的視頻圖像實(shí)時對比，從而得到采集玻璃的平整度級別。

    進(jìn)行玻璃平整度的自動檢測，軟件必須有標(biāo)準(zhǔn)的標(biāo)準(zhǔn)檢測塊做為基準(zhǔn)。從攝像機(jī)獲得的圖像，中心標(biāo)準(zhǔn)檢測塊和邊緣的標(biāo)準(zhǔn)檢測塊在大小上是不一樣的。標(biāo)準(zhǔn)測塊的校正將采用三角測量方法進(jìn)行校正。

    表3為視頻圖像智能識別軟件的函數(shù)調(diào)用流程。

玻璃平整度在線自動檢測系統(tǒng)
    玻璃平整度在線自動檢測系統(tǒng)由高清晰度攝像系統(tǒng)、視頻智能識別模塊、打印模塊、數(shù)據(jù)庫和管理模塊組成（如圖5）。

視頻智能識別模塊具有如下功能：

·自動對多塊玻璃尺寸識別；

·依據(jù)企業(yè)制定的玻璃平整度檢測標(biāo)準(zhǔn)對被檢測玻璃每個方塊區(qū)域測量并確定平整度級別；

·對被檢測玻璃每個方塊進(jìn)行自動標(biāo)定；

·將每塊玻璃的檢測結(jié)果自動保存在硬盤里

·依據(jù)每塊玻璃的ID號、日期、時間可隨時調(diào)看被測玻璃的檢測結(jié)果；

·留有多路檢測圖像接口。（本文作者黃小菲現(xiàn)為北京康斯環(huán)迅計(jì)算機(jī)系統(tǒng)工程有限公司總工程師，李仁俠為北京秦潤玻璃有限公司總經(jīng)理）