Dergiler / Karaelmas Fen ve Mühendislik Dergisi / 2025 / Cilt: 15 Sayı: 3

Hibrit Optik Görüntüleme Sistemi ile Seramik Yüzey Kusurlarının Tespit Edilmesi için Kullanılan Faz Çıkarma Tekniklerinin Karşılaştırmalı Analizi

Comparative Analysis of Phase Extraction Techniques Used for Detection of Ceramic Surface Defects with Hybrid Optical Imaging System

Duygu Demircan(Zonguldak Bülent Ecevit Üniversitesi)0000-0003-3858-1229
Gülhan Ustabas Kaya(ZONGULDAK BÜLENT ECEVİT ÜNİVERSİTESİ)0000-0002-5643-0531
Rukiye Uzun Arslan(ZONGULDAK BÜLENT ECEVİT ÜNİVERSİTESİ)0000-0002-2082-8695
Sayfa
12–26
Yayın Tarihi
2025-11-19
🏛️Bu makalenin bibliyografik verileri ve tam metin bağlantısı DergiPark üzerinden sağlanmıştır.
DergiPark Kaydı ↗
✨

Yapay Zeka Hızlı Bakış & Çıkarımlar

AI Insight
⚡ TL;DR(1 Cümlede Hızlı Çıkarım)

Elde edilen bulgular ışığında, optik görüntüleme teknikleri ile faz çıkarma yöntemlerinin seramik yüzeylerdeki mikro düzeydeki kusurların tespitinde uygulanabilirliği değerlendirilmiş ve bu alanda yeni bir yaklaşım sunulmuştur.

📌 3 Maddede Bu Makale

🎯
Amaç & Hipotez:Bu çalışma, seramik malzemelerde yüzey kusurlarının yüksek doğrulukla tespit edilmesi için hibrit optik görüntüleme sistemini (HOGS) kullanmaktadır.
📊
Temel Bulgular & Veri:Yanal kesme sayısal holografi ve mikroskobik saçak projeksiyon profilometrisi tekniklerini birleştiren bu sistem, yüzeydeki mikro boyuttaki kusurların üç boyutlu (3B) olarak görüntülenmesini ve analiz edilmesini sağlamaktadır.
💡
Sonuç & Katkı:Elde edilen bulgular ışığında, optik görüntüleme teknikleri ile faz çıkarma yöntemlerinin seramik yüzeylerdeki mikro düzeydeki kusurların tespitinde uygulanabilirliği değerlendirilmiş ve bu alanda yeni bir yaklaşım sunulmuştur.
🔬Tür:Araştırma Makalesi
📍Kapsam:Genişletilmiş Akademik Örneklem
⚙️Değişkenler:HOGS · Hologram · Optik Görüntüleme

Özet

Bu çalışma, seramik malzemelerde yüzey kusurlarının yüksek doğrulukla tespit edilmesi için hibrit optik görüntüleme sistemini (HOGS) kullanmaktadır. Yanal kesme sayısal holografi ve mikroskobik saçak projeksiyon profilometrisi tekniklerini birleştiren bu sistem, yüzeydeki mikro boyuttaki kusurların üç boyutlu (3B) olarak görüntülenmesini ve analiz edilmesini sağlamaktadır. Holografik görüntülerdeki faz bilgisini çıkarmak için Sürekli Dalgacık Dönüşümü (SDD), Fourier Dönüşümü (FD) ve Hilbert Dönüşümü (HD) olmak üzere üç farklı faz bulma yöntemi uygulanmıştır. SDD yöntemi altında kullanılan Mexican Hat dalgacığı, yüzeydeki kusurları yüksek çözünürlükle yakalarken, aynı zamanda yüzeyde bulunan toz ve diğer küçük parçacıkları da görüntülemektedir. FD, belirli alanlardaki kusurların tespiti için sıklıkla tercih edilse de, filtreleme işlemi sırasında yüzeye yayılan kusurların bir kısmını ortadan kaldırarak tam bir bilgi sunmada yetersiz kalmıştır. HD ise, gürültü kaynaklarını etkili bir şekilde elimine ederek yalnızca yüzey kusurunun bulunduğu alanı izole edebilmiştir. Sonuçlar, HOGS sistemi ile birlikte kullanılan HD tekniğinin, seramik endüstrisinde otomatik yüzey kusur tespiti ve kalite kontrol süreçlerinde güvenilir ve etkili bir çözüm sunduğunu ortaya koymaktadır. Elde edilen bulgular ışığında, optik görüntüleme teknikleri ile faz çıkarma yöntemlerinin seramik yüzeylerdeki mikro düzeydeki kusurların tespitinde uygulanabilirliği değerlendirilmiş ve bu alanda yeni bir yaklaşım sunulmuştur.

Abstract

This study employs a hybrid optical imaging system (HOGS) for the high-accuracy detection of surface defects in ceramic materials. Combining lateral shear digital holography and microscopic fringe projection profilometry techniques, this system enables the three-dimensional (3D) visualization and analysis of micro-level defects on surfaces. To extract phase information from the holographic images, three different phase retrieval methods were applied: Continuous Wavelet Transform (CWT), Fourier Transform (FT), and Hilbert Transform (HT). Under the CWT method, the Mexican Hat wavelet used successfully captures surface defects at high resolution, while also visualizing dust and other small particles on the surface. FT, although commonly preferred for detecting defects in specific areas, was found insufficient in providing complete information as some defects spreading across the surface were partially removed during the filtering process. HT, on the other hand, effectively isolated only the areas containing surface defects by eliminating noise sources. The results indicate that the HD technique, when combined with the HOGS system, offers a reliable and efficient solution for automated surface defect detection and quality control processes in the ceramics industry. Based on the findings, the applicability of optical imaging techniques and phase retrieval methods for detecting micro-level defects on ceramic surfaces has been evaluated, introducing a new approach in this field.

🔖

Bu Makaleye Atıf Yap

Demircan, D., Kaya, G. U., Arslan, R. U. (2025). Hibrit Optik Görüntüleme Sistemi ile Seramik Yüzey Kusurlarının Tespit Edilmesi için Kullanılan Faz Çıkarma Tekniklerinin Karşılaştırmalı Analizi. Karaelmas Fen ve Mühendislik Dergisi, Cilt: 15 Sayı: 3, 12–26. https://doi.org/10.7212/karaelmasfen.1587448

📄 Tam Metin PDF Okuyucu

📄

PDF görüntüleyici hazırlanıyor...

Kaynakça (30)

  1. Al-Sayed, SR., Youssef, D. 2024. Surface Quality Evaluation Through New Optical İmaging System-Based Objective Speckle For Additive Manufactured Titanium Samples. Additive Manufacturing, 94:1-14. DOI:10.1016/j.addma.2024.104475
  2. Apostol, D., Sima, A., Logofătu, PC., Garoi, F., Damian, V., Nascov, V., Iordache, I. 2007. Fourier transform digital holography. ROMOPTO 2006: Eighth Conference on Optics, SPIE. pp. 539-544, Romania. DOI:10.1117/12.756836 Bracewell, RN. 1989. The fourier transform. Scientific American, 260(6):86-95.
  3. Bilgehan, B., Kavalcıoğlu, C. 2020. Continuous wavelet transform (CWT) based filtering method for treating type 1 diabetes with continuous glucose monitoring (CGM) signals. Journal of the Faculty of Engineering and Architecture of Gazi University, 35(2):581-594. DOI:10.17341/gazimmfd.492052
  4. Chen, L., Cikalova, U., Bendjus, B., Muench, S., Roellig, M. 2020. Characterization of ceramics based on laser speckle photometry. Journal of Sensors and Sensor Systems, 9(2):345-354. DOI:10.5194/jsss-9-345-2020 Chen, X., Zhang, Y., Lin, L., Wang, J., Ni, J. 2021. Efficient anti-glare ceramic decals defect detection by ıncorporating homomorphic filtering. Computer Systems Science & Engineering, 36(3): 551-564. DOI: 10.32604/csse.2021.014495
  5. Demircan, D., Ustabas Kaya, G., Uzun Arslan, R. 2024. Performance of using continuous wavelet transform in detecting ceramic surface defects imaged with hybrid optical imaging system. 5th International Conference on Advanced Engineering Technologies, pp. 86-89, Turkey
  6. Ennos, AE. 1975. Speckle interferometry: Laser speckle and related phenomena, Heidelberg Springer, Berlin, 253 pp.
  7. Hang, J., Sun, H., Yu, X., Rodríguez-Andina, JJ., Yang, X. 2022. Surface defect detection in sanitary ceramics based on lightweight object detection network. IEEE Open Journal of the Industrial Electronics Society, 3:473-483. DOI: 10.1109/OJIES.2022.3193572
  8. Hang, J., Yang, X., Ye, C. 2025. Image style transfer-based data augmentation for sanitary ceramic defect detection. IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement, 74:1-10, DOI: 10.1109/TIM.2025.3547074 Hu, Y., Chen, Q., Feng, S., Zuo, C. 2020. Microscopic fringe projection profilometry: a review. Optics and Lasers in Engineering, 135:1-17. DOI: 10.1016/j.optlaseng.2020.106192
  9. Kreis, T. 2006. Handbook of holographic ınterferometry: Optical and digital methods. John Wiley & Sons, Germany, 554 pp.
  10. Liu, YW. 2012. Hilbert transform and applications - Fourier Transform Applications. InTech, China, 300 pp. Liu, Y., Zhou, B., Yang, X. 2021. Wavelet analysis‐based texture analysis of ceramic surface images. Advances in Mathematical Physics, 2021:1-11. DOI:10.1155/2021/1745135
  11. Luan, G., Shan, M., Zhong, Z., Xia, B. 2020. Fast phase reconstruction in off-axis digital holography with zero-order term suppression. Optica Applicata, 50(3):425-432. DOI:10.37190/oa200308
  12. Mertz, J. 2019. Introduction to optical microscopy. Cambridge University Press, UK, 462 pp.
  13. Mustafi, S., Latychevskaia, T. 2023. Fourier transform holography: a lensless imaging technique, its principles and applications. Photonics, 10:1-28.DOI:10.3390/photonics10020153
  14. Rastogi, PK. 2013. Holographic ınterferometry: principles and methods. Heidelberg Springer, Berlin, 329 pp. Salvi, J., Fernandez, S., Pribanic, T., Llado, X. 2010. A state of the art in structured light patterns for surface profilometry. Pattern Recognition, 43(8):2666-2680. DOI:10.1016/j.patcog.2010.03.004 Sánchez-Ortiga, E., Doblas, A., Saavedra, G., Martínez-Corral, M., Garcia-Sucerquia, J. 2014. Off-axis digital holographic microscopy: practical design parameters for operating at diffraction limit. Applied Optics, 53(10):2058-2066. DOI:10.1364/AO.53.002058
  15. Seo, KB., Kim, BM., Kim, ES. 2014. Digital holographic microscopy based on a modified lateral shearing ınterferometer for three-dimensional visual inspection of nanoscale defects on transparent objects. Nanoscale Research Letters, 9:1-14. DOI:10.1186/1556-276X-9-471
  16. Schnars, U., Falldorf, C., Watson, J., Jüptner, W. 2015. Digital holography, digital holography and wavefront sensing. Heidelberg Springer, Berlin, 68 pp.
  17. Sifuzzaman, M., Islam, MR., Ali, MZ. 2009. Application of wavelet transform and ıts advantages compared to fourier transform. Journal of Physical Sciences, 13:121-134.
  18. Sioma, A. 2020. Automated control of surface defects on ceramic tiles using 3d ımage analysis. Materials, 13(5):1250. DOI:10.3390/ma13051250
  19. Takeda, M., Mutoh, K. 1983. Fourier transform profilometry for the automatic measurement of 3-D object shapes. Applied Optics, 22(24):3977-3982. DOI:10.1364/AO.22.003977
  20. Ustabas Kaya, G. 2024. A novel hybrid optical imaging sensor for early stage short-circuit fault diagnosis in printed circuit boards. Traitement du Signal, 41(1):531-542. DOI:10.18280/ts.41014
  21. Ustabas Kaya, G. 2023. Development of hybrid optical sensor based on deep learning to detect and classify the micro-size defects in printed circuit board. Measurement, 206:1-13. DOI: 10.1016/j.measurement.2022.112247
  22. Ustabas Kaya, G., Kocabas, S., Kartal, S., Kaya, H., Tekin, IO., Tigli Aydin, RS., Kutoglu, SH. 2022. Detection of airborne nanoparticles with lateral shearing digital holographic microscopy. Optics and Lasers in Engineering, 151:1-16. DOI:10.1016/j.optlaseng.2021.106934
  23. Wang, S., Wang, J., Zhu, T. 2015. High-dimensional resolution enhancement in the continuous wavelet transform domain. GeoConvention 2015: New Horizons. pp. 1-5, Calgary, AB Canada
  24. Wang, X. A., An, J., Mei, Y., Chen, X., Wu, M. 2022. Surface defect detection of sanitary ceramic product utilizing high-resolution image on two different scales. 2022 34th Chinese Control and Decision Conference (CCDC), IEEE. pp. 4332-4337, Hefei, China. DOI: 10.1109/CCDC55256.2022.10034392
  25. Watanabe, Y. 2016. High-speed optical 3d sensing and ıts applications. Advanced Optical Technologies, 5(5-6):367-376. DOI:10.1515/aot-2016-0047
  26. Yaroslavsky, L. 2004. Digital holography and digital signal processing: principles, methods, algorithms. Kluwer Academic Publishers Group, MA, USA, 584 pp.
  27. Yi, J., Mao, X., Chen, L., Xue, Y., Compare, A. 2014. Illuminant direction estimation for a single image based on local region complexity analysis and average gray value. Applied Optics, 53(2):226-236. DOI:10.1364/AO.53.000226
  28. Zhang, H., Peng, L., Yu, S., Qu, W. 2021. Detection of surface defects in ceramic tiles with complex texture. IEEE Access, 9:92788-92797. DOI:10.1109/ACCESS.2021.3093090
  29. Zhao, Z. 2021. Review of non-destructive testing methods for defect detection of ceramics. Ceramics International, 47(4):4389–4397. DOI:10.1016/j.ceramint.2020.10.065
  30. Zhao, J., Liu, L., Wang, T., Wang, X., Du, X., Hao, R., Liu, J., Zhang, J. 2023. Synchronous phase-shifting ınterference for high precision phase ımaging of objects using common optics. Sensors, 23:1-13. DOI:10.3390/s23094339