大型玻璃幕墻目前已廣泛應用在城市建筑中，但由于玻璃生產加工中的問題造成玻璃不平整均勻，安裝在建筑后導致嚴重的光學污染和安全性問題，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時自動檢測系統(tǒng)，可在玻璃生產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準，保證國內的優(yōu)質玻璃生產。

    國民經濟的飛速發(fā)展，大型玻璃幕墻廣泛應用在城市建筑中。由于玻璃生產加工中的問題造成玻璃不平整均勻，安裝在建筑后導致嚴重的光學污染和安全性問題，大大影響了城市形象，此外國際上和國內也沒有對玻璃平整度有規(guī)范的檢測標準，各種低質玻璃已經安裝在眾多的城市建筑上。

    本文介紹了應用特殊光路設計、自動控制技術和視頻智能分析技術最新開發(fā)的玻璃平整度實時自動檢測系統(tǒng)，在玻璃生產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準，保證了國內的優(yōu)質玻璃生產。

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

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

3、劣質玻璃導致建筑視覺效果不佳
    由于劣質玻璃平整度的問題，本來期望采用玻璃幕墻技術獲得高檔、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。

    根據不完全統(tǒng)計，30%的玻璃幕墻大樓存在玻璃平整度問題，隨著城市化建設和人口密度增加，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準測試板、數(shù)碼相機、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)碼相機拍攝并在計算機上進行人工判讀（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廠的規(guī)模，每條生產線每小時的玻璃生產量為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，遠遠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、在實際中使用可操作性較差，而且大大增加了企業(yè)負擔和成本。

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)計并標注每塊玻璃發(fā)生最大畸變的方塊位置、依據檢測標準給出每一塊玻璃的變形度級別；

·依據每塊玻璃的ID號將測試結果記錄在計算機內，并打印出測試結果標簽，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
特殊的光路設計問題
    由于要完成玻璃平整度在線自動檢測需要攝像機清晰的獲取反射的標準測試板圖像，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)無法進行視頻圖像處理。

視頻圖像識別問題
    視頻智能分析技術是目前國際剛剛蓬勃興起的最新技術，廣泛的應用在銀行、交通、安全等很多領域。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時檢測，難度極大。

攝像機參數(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)字攝像機，而這類攝像機往往是CMOS電路攝像機，這樣就帶來一個問題，CCD攝像機比CMOS電路攝像機在低照度下信噪比更好，但是CCD攝像機分辨率不符合玻璃平整度在線自動檢測的定級要求。CMOS電路攝像機在低照度下噪聲大容易出現(xiàn)雜點，這主要是因為CMOS在處理快速變化的影像時，由于電流變化過于頻繁而產生熱噪聲，在高分辨率下尤其對雜點更為敏感，因此需要對攝像機參數(shù)進行優(yōu)化。

 玻璃平整度在線自動檢測原理
    根據制定了檢測標準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：攝像機到被測玻璃的距離；

a：被測玻璃平面被測點的傾角；

b：偏差距離。

這樣就可以得到被測玻璃平面被測點的傾角a：

tg(2a) = b/L，

簡化得到：
a = b/2L（如圖5）。
當L=300cm時有表1的計算結果。

特殊的光路設計
    玻璃平整度在線檢測系統(tǒng)的關鍵技術之一是保證攝像機獲取的圖像，因此過濾調不必要的光干擾，提高便準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)象光從光密媒質射入光疏媒質時，折射角大于入射角。由此可以知道，當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。光線從光密媒質射入光疏媒質，當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，可以求出各種媒質對空氣（或真空）的臨界角．如果用C表示臨界角，n表示媒質的折射率，那么，由于空氣對該媒質的折射率等于1/n ，所以 sinC/sin90°=1/n， 由此可得sinC=1/n。

    光從光密媒質射到光疏媒質的界面時，折射角大于入射角。當折射角為90°時，折射光線沿媒質界面進行，這時的入射角稱為“臨界角”。當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)設計中采用對玻璃下面物體表面敷設吸波材料，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光譜范圍內的吸波材料可以減少光干擾。

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

    進行玻璃平整度的自動檢測，軟件必須有標準的標準檢測塊做為基準。從攝像機獲得的圖像，中心標準檢測塊和邊緣的標準檢測塊在大小上是不一樣的。標準測塊的校正將采用三角測量方法進行校正。

    表3為視頻圖像智能識別軟件的函數(shù)調用流程。

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；

·依據企業(yè)制定的玻璃平整度檢測標準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行自動標定；

·將每塊玻璃的檢測結果自動保存在硬盤里

·依據每塊玻璃的ID號、日期、時間可隨時調看被測玻璃的檢測結果；

·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)迅計算機系統(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理）