基于FPGA的薄膜表面瑕疵在线检测系统
摘要：针对现今工业薄膜生产过程中薄膜大幅宽且生产速度更快，无锡创视
新科技有限公司经过潜心研究试验，开发设计出基于FPGA的快速薄膜瑕疵检在
线测系统方案。系统通过采用相关系数法准确求出薄膜灰度图像的最小重复周
期，根据最小重复周期确定两个比对图像块并求出差值图像，再将差值图像二值
化再进行形态学处理，最后经过面积约束条件找出薄膜瑕疵所在位置。充分利用
FPGA并行处理的优势，提高了图像处理的速度。实践应用证明，该系统能够在
300m/min的薄膜生产线上成功检测出瑕疵面积仅10个像素的瑕疵，满足现代
薄膜瑕疵在线检测的应用需求。
1.薄膜瑕疵在线检测系统
目前薄膜瑕疵检测系统大多采用工业计算机、线扫描相机、旋转编码器和线
型光源的方案。在生产时，由高亮LED组成的线型聚光冷光源采用透射或反射的
方式照射在薄膜表面，通过与薄膜运行同步的旋转编码器触发，使架设在生产线
上的线扫描相机同步扫描，将相机采集到的薄膜图像通过工业计算机上的采集卡
实时传送给图像处理系统软件进行瑕疵识别处理。由于瑕疵图像的灰阶分布与正
常图像的灰阶分布存在明显差异，从而使系统能够发现瑕疵，同时对瑕疵进行有
效的判定、分类及后续处理。
在实际生产中，对于幅面较宽的薄膜，可以采用多个线扫描相机并行采集图
像，同时传送给工业计算机的方式。然而随着幅宽增宽，生产运行速度更快，单
位时间内采集得到的图像数据量更大，目前常见的图像处理软件方式越来越不能
满足实时性的要求。无锡创视新科技设计开发出一种基于FPGA的薄膜瑕疵在线
检测系统，将主要的图像瑕疵识别和图像处理交给以FPGA为核心的图像处理单
元，处理结果传送给工业计算机，这样可以更好地适应高速、高质量生产的要求。
2.硬件组成
系统硬件由光源单元和图像处理单元两部分组成。光源单元包括LED线型光
源和光源控制器，图像处理单元则由线扫描相机、FPGA图像处理板以及旋转编
码器组成。
3.检测算法实现
薄膜瑕疵检测算法流程：首先将采集到的长L宽W的原始薄膜图像进行预
处理，其中包括彩色图像灰度化处理和对比度拉伸处理；其次，通过相关系数法
求出薄膜图片的最小重复周期t并获得(L-t)×W参考图像块和相同大小的待检测
图像块，求出两个图像块的差值图像。之后将差值图像转为二值图像并进行形态
学处理操作，获得检测结果图像。最后，在检测结果图像中，当其中有白色块的
面积大于所设定的阈值w时，则该白色块为薄膜瑕疵。
4.系统软件
软件系统操作便捷，可实现100%幅面的表面瑕疵检测，各类瑕疵缺陷直观
显示，发现瑕疵报警提示，实现了很好的系统联动性，并可针对每一批次进行质
量数据保存或打印。
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