（测试计量技术及仪器专业论文）车载dvd控制电路板vfd显示屏缺陷检测技术的研究.pdf

硕士学位论文 车载d v d 控制电 路板v f d 显示屏缺陷 检测技术的 研究 ab s tra ct t b e ds 比 c 6 皿s y s t 恤 was r e s e ar c b e d 伽、 与 叨u mf l u o r e s c 时 disp i ay(vf d ) 姐p c b 成c 跳， d v dp ane l . d u ri n g the p ro d u c t i onp r o c e s s ， v f d m ayh 舫吕 。 m e de丘 沁 ts ， su c h as p i c t o ri al c o d e ， b r e a k i n g c o d e s ， d e fects ， fi aws 运l e tt ers， s t m k e s ， th e d e fe c t detec t i onhas an m p o d ant v a l u e ini 力 d u s tri alp r o d u c t i o n t b i s由 ss e rtat i on fo c us 曲 h ow to a c h i eve hi gh-sp e ed， 。 伍ci ent ， hi gh p r ec l s io n d e te c ti ont as k s of丫 下 dn a w s . b y 翻al 拌edv f dl m a g e a u 加 m at ic 即quisi l i o n s y s l 助 胡d v 下 dde丘 姆 之 haa g e d e t ec ti ons y s t e m ， id e n t i 石 e d o v er a l l p r o gr 印 旧ofv f dd e 介 ctauto m a t i c dst 戊 ti o n s y s t eln， 明dg ave a sp e c i 五 c d e s i gn t 七 i s thesi s a 面edatth e cha r a c t 币s ti c s o f v f d 仙a g e ， us edgr a y . 那 水枉 a n s fo 溯a t i o 氏川 记 血9 ， 小 优 s b o l d i n g s e 脚e n ta t i o n gr a y a n d 加age b in 幼z ationm e th o dstop r e p ro c ess 钟d如age ， an d ac hi ev edgoodre su lts. 玩妞s di ss e d a t i 眠 withv i 到 刀 a l in s t ru m 即t t e c bno lo g y 皿d a u t o m a t i c o p 饭 喇 d et e c ti 姐 1 优 b n o fo gy，c o m p os eda h az d w 姗pl at fo rmofv 下 ddi sp laya o l d e t e c t i ons ys t 。 卫 勿此 坦 9 ni p c l 1 4 2 8 恤ag e ac qui s i ti onc ard， c c dimage s ensorand c ame raan d p c . 丁 五 印b y u s 习 1 950 加哪 c o m b i n 缸 ion ofl ab v 正 w an dima q一v 巧 i o n ， d e v e 1 0 p e d如age auto m at ic al lym os ai cm o d u l e s ， imaged e fectsd e i e c t 1 on module，w o rk s tations co 。 赶 劝 1 m o duleand d a 扭 b ase s ubs y s t e m s . e x p e d m e 别 ta l test in g s h o w 叨t b 舰阮 s y s t e mh a a 瓦 gh” 戏 。 。 f 朗 c ur a c y，奴 渭u n w asm o resatis fi edw j t h ， 即 h l ev edth e e x p 喊edhati ald et ec t 1 0 n 允 n c tion an d te s t 1 d g e 玉c t b asic ai 琢 k e 州o r d s : v f d ， 】 m a g e r o o s a l c ， 功 。 d u l en 日 w s d e t ect 声明 本学位论文是我在导师的指导下取得的研究成果， 尽我所知，在 本学位论文中，除了 加以 标注和致谢的部分外，不包含其他人已 经发 表或公布过的 研究成果，也不包含我为获得任何教育机构的学位或学 历而使用过的材料。与我一同工作的同事对本学位论文做出的贡献均 己 在论文中作了明确的说明。 研究生签名: 月 么日 学位论文使用授权声明 南京理工大学有权保存本学 位论文的电子和纸质文档，可以 借阅 或上网公布本学位论文的部分或全部内 容，可以向有关部门或机构送 交并授权其保存、借阅或上网公布本学位论文的部分或全部内 容。 对 于保密论文，按保密的有关规定和程序处理。 研究生签名: 吟年 沙么 日 硕士 学位论文车载o v d 控制电路板v f d 显示屏缺陷检测技术的研究 1绪论 l l论文选题背景 现代汽车是集机械系统、 电 子技 术及自 动检 测与 控制于一体的高技术综合机电系 统。 与传统 汽车相比， 现代汽车在操控性、 安全 性及可靠性等方面有了 较大的 提高， 与 此同时， 为了 提高 汽车的 舒适性， 视听设备、 通讯设备也成为汽车的 组成部分， 特 别是 视听设备己 成为 现代汽车的固 定装备之一。 目 前， 随着技术的不断 成熟， 制造成 本的不断下降， d v d已 逐 渐取代v c d ， 成为车 载视听设备的主体。因而车载d v d 已 成为现代汽车的常 规配 套设备， 车 载d v d的生 产 制造成为 汽车产业 链中的 一个分 支之 ， 1闭 。 d v d电 路板的生产、 元器件的焊接装配与功能检测是d v d生产的重要环节， 目 前， d v d电 路板一般由 专业工厂完成印刷电 路板的加工，并由另外的专业工厂完成 元器件的焊接装配及功能检测。 元器件的焊接 装配由自 动生产线完成， 而功能 检测既 可以 采用专门的检测设备检测，也可以由人工完成检测。 专业设备检测的 主要问题在于: 一方面设备的 购置费用及维护费用较为昂贵， 如 果采用将提高生产成本。 另一方面， 电 路板功能多种多样， 任何检测设备均不能完全 完成各种电 路板的全部功能的检测， 还需要人工对剩余的功能进行检测， 因此难以 实 现功能检测的全自 动化。 人工检测的方法是， 由 若干名 ( 人数视需要检测项目的多少确定) 经过专门 培训 的工人流水作业、 分工协作， 每一位工人对一个或几个项目 进行检测， 流程完毕检测 完成。 主要缺点是: 劳动强度大、 速度慢， 检测效率低， 该环节是制约电 路板产量提 高的主要因素。 因 此针对某一种功能的电 路板， 设计研制专 用的 全自 动、 低成本功能 检测设 备成 为电路板专业生产商的较好选择，可收到投入少，效果好、效率高的效果。 本课题正是在上述产业背景下，由 某车载d v d电 路板专业生产厂提出的 研制项 目 ， 研制车载d v d印刷电 路板专用自 动功能检测仪。内 容是在规定的时间内， 对车 载d v d的p cb 电 路板进行以 下项目 的自 动检 测: 按键功能 检测， 包括开路 检测、 短路检测; led检测， 包括点 亮功能 检测、 亮度检测; e n c o d er功能 检测， 包括电 源开关功能( p o w e r 0 n 心f f ) 检测、 编码功能 检测; 3 3 v供电电 源耗电 流检测; 钾d ( v 池 u um f lu o r e sc ent di sp l a y ) 真 空 荧 光 显 示 屏 缺陷 检 侧，内 容 包 括 笔 段 显 示 是否正 常、 笔段中 有 无 直径大于0. 3 rnm 的 黑 点( 疵点)以 及显 示笔 段的 位置 是 否 发生偏移13 。 硕士学位论文车载d v d控 制电路板v 下 d显示屏缺陷检测技术的 研究 其中 ， v f d ( vac uum fl u oresc ent disp la y) 真 空 荧 光 显 示 屏 缺陷 的 检 测是 整 个 检 测 仪 器的 核心功能， 它是人工检测误判率最高的检测项目 ， 也是实 现自 动检测难度最 大 的检测项目。因此，v f d显示屏缺陷的检测是整个项目 及设备的关键。 本论文重点针对v 下 d显示屏缺陷的检测开展工作。 1 .2显示屏缺陷检测技术 显示屏缺陷包括显示屏表面的 物理缺陷 及显示笔段或图形线段的 显示缺陷两类。 表面物理缺陷是指屏表面的缺损、 划痕等， 它们的 检测一般是在显示屏处于常态的 情 况下进行的， 必要时可以外加辅助光源， 在增加亮度的情况下进行检测。 显示笔段或 图 形线段的 显示缺陷是指笔段或线段点亮后笔段或线段上存在暗点 ( 黑点) ， 或显示 的位置发生偏移。 两种缺陷的 检测均属于工业图 像检测技术的范畴， 是近十几年来在测量领域中形 成的 测量技术， 它是以光学成像为基础， 集电 子学、 精密机械、 计算机技术、 图像处 理技术和自 动控制技术等现代科学技术于一体的综合性检测技术。 目 前， 已 广泛应用 于几何量的尺寸测量、 航空遥感测量、 精密复杂零件的 微尺寸测量、 精密复杂零件的 外观检测以及光波干涉图、 应力应变场状态分布图等和图像有关的技术领域中。 显示 屏缺陷的检测也是该技术的重要应用领域， 在当今电 子工业产品的生产行业中日 益受 到重视，己日益成为显示屏及相关电子产品检测的主流技术。 所谓图像检测就是测量被测对象时把图像当作检测和传递信息的手段或载体加 以利用的测量方法， 其目 的是从图像中提取有用的信号. 图像检测的重要课题是正确 地测量和处理图像。 显示屏缺陷检测的基本方法是: 通过成像系统获取显示屏在常态和点亮显示状态 下的图像， 应用图像处理技术由软件识别显示屏表面物理缺损、 划痕、 显示笔段或线 段中的黑点等缺陷， 并判断显示笔段或线段是否发生位置偏移， 由此实现显示屏缺陷 的自 动检测。 必要时可以 将图像局部放大显示由人工补充判断检测， 提高检测的准确 性降 低误检率。 上述检测技术的 成功实 现将大大提高 显示屏缺陷 检测的自 动化水平， 降 低误检率， 减轻操作人员的劳 动强 度， 提高设备使用效率和产品生产检测效率. 1 .2.1工业图 像检测系统的 一般构成 工业图 像检测系统一 般由 成像系统、 图 像采集系 统和图 像处理系统构成。 构 成框 图 见图1 .2. 10 成像系统由 c c d 摄像机、 辅助光源及光源控制装置 和c c d 摄像机定位驱动机构组 成， c c d 摄像机是成像系统的主体， 它将被摄取的目 标转换成图 像信号并传送给 专 用 的图 像采集装置。 辅助光源及光源控制装置负责为被检测目 标对象提供合适的 照度， 硕士学位论文车载d v d 控制电路板v f d显示屏缺陷检测技术的研究 确保 成像的图 象质量。 定位驱动机构用以 驱动c c d 摄像机的 移动与 定 位， 它是有效成 像 的 关 键 保 障 环 节 144 . 图1 :21 工业图 像检测系 统的一般结构框图 图 像采 集系统 将c c d 摄像机转换并传输过来的图像信号中的 像素分 布、 亮度和颜 色等信息 转变成数字化信号， 并输入到计算机以 备数字处理。 图像处理系统根据图像检测原理利用图像处理技术对获取的数字图像进行各种 变换和 操作， 改善图像的 视觉效果， 并对图 像中的 相关目 标进 行识别、 检测和测量， 从而获得图像特征物的特征参数， 如面积、 长度、 数量、 位置等， 之后根据确定的算 法实 现被测对象的检测，其结果可以 是尺寸、 角度、偏移量、 个数、 合格/ 不合格、 有 / 无等 任何一种。 这其中 算法是关键， 往往是图 像检测技术的 创新所在。 相比 人工检测中存在的漏检、 错检、 效率低、 成本高等难以避免的缺点， 工业图 像检测作为一种机器视觉应用的图像处理和分析的方法， 在生产实践中与其它检测方 法比 较有着极大的优点: 检测速度快，不会疲劳，节省人力，降低成本。 检测标准统一并且容易 控制. 容易实 现对检测信息的 保存 和传输，使信息处理更加 科学。 它属于非接触测量方法， 可以 克服接触测量方法对被检 对象的 损伤等缺点。 直观性强、自 动化程度高、 抗干扰性强， 可以 在很大范围内 控制检测精度等. i j .2显示屏缺陷检测技术的发展状况 显示屏缺陷 检测系统与工业图 像检测系统的 一般构成基本相同， 由 成像系统、 图 像采集系统和图 像处理系统构成。 目 前， 其中的图 像采集系统一般根据所采用的ccd 摄像机选用商品 化的数据采集系统， 整个检测系统的 关键环节主要是成像系统和图 像 处理系统两部分. 成像系统由c c d摄像机、 镜头、 c c d摄像 机精密移动定 位机构组成， 该系统的 硕士学位论文车 载d v d 控制电 路板丫 下 d 显示屏缺陷 检测技术的研究 关 键在于光学系统和机械系统， 光学系统确保成像的质量 ( 主要指分辨率) ， 这是显 示 屏缺陷准确检测的前提及必要条件。 机械系统确保摄像机拍摄部 位的 精准， 通常情 况 下， 被检测 对象的 受检区域远远超出c c d摄像机的视 场，为了 完成 检测必 须多次 成像，因此需要通过移动机构对c c d摄像机实施精密移动定位，它是有效成像的重 要保障。 光学系统包括c c d摄像机、 镜头两部分。 c c d摄像机有线阵和面阵两种， 视具 体应用情况确定， 一般原则是:如受检区 域较小，通过c c d少数几次移动即可完全 成像时采用面阵 c c d较为合理;如果受 检区域大，单靠简单移动c c d难以高 质量 成 像时 采用线阵c c d较为 合理。 c c d分 辨率的 选择根据受检对象 缺陷的 大小决定， 缺陷区域越小， 分辨率应越高， 这样可以 降低后续图像处理的难度， 提高自 动识别的 精确性。目 前工业上一般不采用常规监控用的 模拟线扫描式 c c d ， 而采用高分辨率 数字c c d摄像机，总像素可达到2 00万1800万。 镜头也是保证成像的关键部件， 镜头一般情况下采用常规t v摄像镜头， 特殊情 况下需要采用高分辨率光学镜头， 或对常规t v摄像镜头进行改造。目 前国际上相关 的 光 学系统技术非常成熟， 产品 选择余 地较大， 国内比 较知名的产品品 牌有美国 科视 达有限公司的 系列产品和日 本k e y e n c e 公司的系列产品. c c d摄像机精密移动定位机构在移动范围 较大时， 一般采用电 机驱动定位，电 机可以是步进电 机及伺服电机， 控制既可是开环， 也可是闭 环。 若移动范围小， 要求 精密度高， 应采用压电陶瓷驱动器驱动。目 前两种移动定位技术均非常成熟， 国内外 均有产品出 售。 比 较知名的有德国班公司的产品， 它既有电机驱动的 精密定位装置， 又有压电陶瓷驱动器驱动的精密定位装置， 两种产品均提供专用控制软 件，可以 在 l ab vi ew 软件平台 下运行，实现c c d的 精密移动定位，其定位分辨率小 于1 声 m。 目 前， 国际上基于图像的检测技术比 较成熟， 各种装备被广泛地应用于工业生产 部门 作为产品质量的把关者， 虽然装备各样， 但其构成与工作原理基本相同， 主要的 技术水准体现在成像技术及图像处理两方面. 上述美国科视达有限公司的系列产品 和 日 本k e y 卫 n ce 公司的系列产品是目 前国内 该领域中 较为知名的品 牌产品。 科视达的k h 一 3 000三维视频显微镜是集变焦镜头、 高分辨率c c d 、 动态图 像采 集、 数据测量、 数 据记录于一体的图 像检 测系统。 其c c d像素分辨率为1 6 00 x 1 200， 图像采集速度 30 帧砂 ，它能在不破坏试样的条件下获得丰富的色彩信息和 0- 7 0 00 倍的放大倍率范围。 它的 拥有世界专利设 计的 三维旋转镜头无需 倾斜样品就能够快速 简 便地以3 60度全方位、 大景深、 大工作距离观察样品各个侧面的 实时高分辨率动态 图 像， 从而实 现对 受检对象各个侧面的 缺陷的 观测。 它具有自 动测量、 自 动寻边功能， 只需给定测量方向( 水平、垂直或斜向) 便可自 动识别物体的 边缘并完成宽 度测量， 有效消除手动 误差， 确保结果 准确。 在数 字 放大2 至耳 倍后， 可 精确 完成对不 规则 形 硕士学位论文车载o v d 控制电 路板v f d显示屏缺陷 检测技术的 研究 状或局部轮廓的自 动寻边，并完成快速测量。 k 卫 y 卫 n c e公司的c v 一 2 6 0 0 系列影像检测系统是物件表面检测的 先进设备，其 可工作于2 00万像素和1 00万像素两种模式， 配备了多种检查工具， 包括: 区域、 型 式 搜索、多重搜索、 边缘角度、 边缘宽度、 边缘 / 节距的 数量、疵点、 斑点、 浓度、 延伸边缘位置和趋势边缘宽 度， 可以 适应多 种应 用需求。 可用于测量在t a b带上的 引线距、 测量连接器p in脚共面性、 b g a上焊锡球检查、表面疵点和斑点 检测、 形 状差异判别、毛刺/ 碎片检查。并可以进行几何计算实现图形检测、线形检测、两条 线交点检测和点线之间的距离检测。 国际先进设备的共同 特点一是成像技术先进， 能 够实时采集2 00万像素的高清晰 度动态图像， 为图像处理环节提供客观的数据。 二是图像处理技术先进， 能够根据采 集的图像数据， 作多种算法处理， 实现相应的测量。 但针对具体检测任务， 一般不一 定能 够直接使用上述设备达到目 的， 就显示 屏缺陷 检测而言， 一方面由 于需 要在显示 驱动的同时同步采集图 像， 另一方面成像系统的定位驱动装置需要根据具体条件专门 设计， 且也存在定位驱动与图像采集同步的问 题。 第三， 配套的软件一般不能完全满 足实际 要求。 因此， 上述设 备应用于显示屏缺陷的 检测需要根据实际情况作 一定的 改 造。 国内在显示屏缺陷检测方面， 许多学者和工程技术人员作了许多研究工作， 其研 究的 重点在于图像处理技术， 取得了 一些成果。 比 如: 在华为技术有限 公司 蒋化冰的 对带显示屏移动终端的检测系统及其方法 专利中， 将待检测的移动终端显示的内 容从外部拍摄下来， 并将拍摄结果与预置模板数据相比较， 根据两者差异的大小判定 该移动终端是否合格。 又如: 法视特( 上海) 有限 公司的 f v . p i exu ence 平面面板检测系 统， 通过图 像采集装置获取液晶屏图像， 然后进行预处理、 特征量提取、 过滤， 然后 再二值化， 使得缺陷图 像增强， 最后通过特征计 算检测出 缺陷数据14 。 虽然目 前已经有很多种显示屏缺陷检测方法， 但还没有任何一种方法能够成为通 用的检测方法， 这缘于实际应用中显示设备的 种类繁多， 规格相异。 然而纵观各种检 测方法， 大多是采用图像检测的 手段来实现. 高分辨率图像获取技术， 实时图像处理 技术，降低误检率是该领域的核心技术。 1 3本论文的主要研究内 容 论文课题基于车载d v dp c b 板的自 动化检测而提出， 旨 在实现p cb板按键、 l e d 灯、 供电电 源耗电 流、 e n c o d er 、 v f d 显示屏品 质等项目 的自 动功能检测。 本论文主 要就 v 下 d 显示屏品 质的自 动检测技术开展研究工作。 要求按照指定的 笔段显示顺序逐 一 测试， 内 容包括笔段显示是否正常、 笔段中 有无直径大于0 . 3 r o r n 的黑点以 及显示 位 置是否发生偏移等项目 。具体研究工作如下: 硕士学位论文车载d v d 控制电路板v 下 d显示屏缺陷检测技术的 研究 1 、 研究确定总体设计方案: 2 、图像成像系统的设计 ( c c d 摄像机及镜头的 选型、定位驱动装置的设计) ; 3 、图像采集系统的集成; 4 、 荃于图 像处理和图 像分 析技术的 缺陷自 动识别技术的 研究。 主要通过软件分析的 方 法来 实 现， 涉及图像处理 技术中诸如图像增强、 图像分割、 特征 提取、 模板匹配等算法的 研究. 硕士学位论文车载d v d 控制电 路板v f d 显示屏缺陷检测技术的研究 2系统总体方案 2. 1方案设计的指导思想 本课题所研究的v f d显示屏缺陷自 动检测系统是集计算机视觉、图像处理、 数 控精确定位和自 动控制技术于一体的。 特别是先进的计算机技术， 在自 动检测系统的 设计和应用中 起到了不可替代的 作用， 本课题的 设计就是基于飞速发展的计算机技 术。 对于一个检测系统而言， 它的设计主要应遵循以 下的原则: 1)侧量精 度的 要求 对于以检测为目的的自 动检测系统而言， 检测精度是最重要的， 没有了精度， 其 他的设计就无从谈起。 2)检测速度的 要求 速度是检测系统很重要的方面。 本系统设计的一个主要目 的就是想提高检测速 度。在整个检测过程中，如何采用合理的方案，将会对系统的速度产生很大的影响。 其中， 图像自 动采集拼接部分和图象处理部分的方案制订对系统检测速度的影响尤为 明显。 3)经济性的要求 在现代工业系统中， 经济性也是一个衡量系统优劣的主要指标。 系统应该在权衡 了 精度、 效率以 及经济性要求这三个方面之后， 最终确定系统方案， 使系统具有较高 性价比。 2. 2系统总体方案设计 本系统总体方案根据工业图像检测系统一般结构并结合需研制的自 动检测系统 的实际情况及实际技术要求确定。系统的原理框图见图2. 2 . 1 . 图 2. 2 . 1 系统原理框图 v 下 d 显示屏缺陷自 动检测系统 (ao d 主要是由 几个部分组 成: 成像系统，图 像采 硕士学位论文车载o v d 控制电路板v f d 显示屏 缺陷 检测技术的 研究 集系统，图像处理系统，数据库系统. 照明 系统( 图中 未画) 是自 动检测 系统的 一 个很重要的部分， 其主要任务是产生 合适的照明 及确定准确的物象位置关系， 以 保证得到足够对比 度和清晰度的图像. 由 于 本系统是检测钾d 在自 身点 亮状态下的品 质， 而当 外加光源照明时， v 下 d 会反光， 其现象与自 身发光相同，易导致误检， 本系统中不能外加照明 系统。 成像系统是由工作台，工作台控制器， c c d及镜头、计算机系统组成，其主要 功用是c c d图 像传感器的移动定位， 受检显示屏的图像获取。 图像采集拼接系统由图 像采集卡， 图 像采集程序等组成， 它主要负责对受检显示 屏的图像采集， 然后输入到计算机系统存储， 将采集到的分幅图像拼接成一幅完整的 图像。 图像处理系统实际是计算机及软 件， 主要是运用数字图像处理算法， 对采集得到 的受检显示屏的图像进行必要的图像预处理和图像分割，根据所需要检测的目 标对 象，采用合适的算法，检测受检显示屏的缺陷. 数据库管理系统:主要是运用先进的 数据库技术，对丫 下 d显示屏的检测实现科 学管理。 2. 3图 像自 动 采集 方案 近年来， 随 着c cd( 电 荷藕合器件 ) 工艺的 发展， 越来越多的图 像采集与处理系统 选用c c d 作为图像采集部件。 面阵c c d 摄像机由 于种类齐全、 价格较低， 具有实时预 览图 像功能 等 特点 而 得到了 广泛的 应 用. 但 面阵 c cd摄像机的 视 域 (fiel d of叭 e w ) 是 有限的， 要想保证在一定分辨率的情况下采集大视域的目 标图像比 较困 难。 在p c b 图 像检测系统中， 也存在这样的问题. 一方面， 需要采用高分辨率c c d ， 这样才能采集 到更清楚， 清晰的图像，以利于后续图像的处理， 提高整个检测系统的检测精度。 然 而， 分辨率越高， 它的视域目标图像相对越小， 所采集到的图像的面积也就越小， 而 在p c b 显示屏缺陷 检测中， 待检测的显示屏 通常比 c c d 摄像机的 视场要大， 这样就存 在着高分辨率和大视场的矛盾。目 前， 通常采用分区域采集整个大视域目 标物体的多 幅局部图像， 随后对具有重叠部分的局部图像进行手工或自 动图像拼接的方法来达到 目的。 手工拼接需要操作人员细心观察图 像的 某些特征， 找准最佳配准点后进行。 该法 需要多次比 较和调整才会得到较理想的 结 果。 而自 动图 像拼接需要 采用合适的算法， 来寻找最佳的匹 配点， 这样所花费的时间、 内 存都比 较大。 所以， 不管是手动拼接还 是自 动图像拼 接， 二者的实用性均不强， 都有一 个共同的弱点 就是图 像的 拼接速度太 慢， 拼接的效率太差， 影响了整个系统的 性能， 这不适用于要求高 速在线自 动检测的 场合。鉴于此， 本文提出了一种基于硬件和软件相结合的图像自 动采集和拼接系统， 硕士学位论文车 载d v d 控制电路 板v 下 d 显示屏缺陷检 测技术的 研究 较好的 解决了这个问 题， 不仅取得了 较高的图像采集分辨率， 又获得了 较高的图像采 集速度和精度。 它的基本原理就是: 在步进电 机的驱动下， 移动c c d 摄像机， 进行横向 的连续扫 描分幅摄像， 然后对采集到的图 像信息用计算机图 像处 理系统进行存贮、 拼 接和处理， 从而得到整个v 下 d 的图像信息， 以便进行后续图 像的 分析、 处理和检测。 在整个图像 采集过程中， 一个非常重要的环节就是如何实现图像的自 动采集和拼接， 因为不同的 扫描拼接方法会影响图像采集的 速度和图像的 拼接精度。 在本系统中， 确定了 一种直 线步进连续扫描拼接法， 这种方法的基本原理如图 2. 3. 1 所示， v f d 显示屏固定不动， 由 计算机系统控制步进电 机驱动c c d 摄像机作直线运动实现横向的连续扫描。 这种扫描拼接方法的过程就是: 首先确定扫瞄摄取的 初始坐标， 根据c c d 的视场 确定每次c c d 摄像机横向移动的距离， 摄取第一个画面， 然后控制器驱动c c d 摄像机 移动， 沿横向 连续逐幅定位、 扫描、 摄取并贮存画面， 如此完成横向的图 像采集， 如 此循环往复可获得整个v 下 d 显示屏的图 像信息。 若将v f d 显示屏的长度分成n 等分， 即c c d 摄像机将摄取n 幅相同 大小的图像， 那么整个v f d 显示屏的图像将由 n 幅图 像拼 接而成。 工作台导轨 图 2. 3 . 1 直线步进连续图 像 采集原理图 2. 4图像采集控制方案 从上面的论述可以 看出， 在v f d 显示屏的图 像采集中间， 一个很重要的 方面就是 如何保证图像扫描拼接的精度， 本文提出了一种直线步进连续扫描拼接的方法， 在这 种方 法中， 被检的 v f d 显示屏放置在固定的 针床式 平台 上， c c d 摄像机安 装在工作台 上， 那么图像采集拼接的精度， 就可以 转化为工作台的定位精度， 也就是如何控制精 密工 作平台的 位移和速度。 而精密工作平台 是由 步进电 机驱动控制. 所以， 要对工作 硕士学位论文车载d v d 控制电路板v 下 d 显示屏缺陷检测技术的研究 玻月 奋 砚 刊 ) 叮e 认舫， 以川山s t i n g t u 陇) 灯此 吐 日 口 肠 王峨 .电.月子 心 c 叫 1 阳万比人 0 了 阳. 睡 娜 翻 几c 限摇5 口陀日 口 栩线绪 t 助幻注 迁决 幻 1 图3 . 1 3 v f d的分解斜视图 砂 户 灯盆 八 j 艺 沙 叫 、 撇 钾尹、“ 点犯屯段不点弃咭旅 图3. 1 .4v f d的基本工作原理 l 5 硕士学位论文车载d v d 控制电路板丫 下 0 显示屏 缺陷检测技术的研究 阳极是指在形成大致显示图 案的 石墨等导体上， 依显示图 案的 形状印刷荧光粉， 于 其上加上正电 压后， 电 子因 栅极的 作用而加速， 扩散的电 子将会互相 冲击而激发荧 光粉发光。 图3. 1 .4 即表示其基本工作原理。 发光色为绿色 ( 峰值波长5 05nm ) ， 低工 作电 压的氧 化锌: 锌( z n o : z n ) 的荧光粉是目 前最常用的荧光粉， 本系统使用的荧光 粉即为绿色。 另外， 通过改变荧光粉种类， 可以获得自 红橙色到蓝色的不同颜色， 适 用于各种场合和不同人群的喜好。 除了以 上3 种基本电极之外，在玻璃盖内 表面形成透明导电 膜( n 卫 s a ) ，并且接 上灯丝电位或正电 位( 见图 3 1 . 2)，形成静电 屏蔽层可以防止因外部的静电 影响而降 低显示品质. 3. l z v f d点 亮 因 为点 亮的 状态才是模拟正常工 作时的 状态， 所以首先要做的 工作是点 亮v f d 。 根据本系统的 要求， 需要有两种不同 方式点亮 v f d ， 一种是一次 性点 亮所有段码， 还有一种是分五次不重复点亮所有段码。 两种点亮方式基本原理相似， 只是每次发送的码不同， 下面以 一次性点亮所有段 码为例说明其过程。 本系统要 检测的钾d上面有很多 笔 段， 包括数字、英文字母、 标点符号和很多 不规则特殊字符，它们被划分成三个区 i g 、z g 、3 g ，如图 3. 1 5 。 所有的图案还被 分为82个s e g(se g i 到s eg8 2)， 如表3 1 . 1 。 从矩阵的角度看， 相当 于一个82行 3 列 的 二 维 数 组 131 。 s.i c 酬 棘 鬓 燮 影 酱 纂 鄙黔 召 昌 碾“馨 豁夔毓隘 加1 自 ! cz 图3. l j分三个区的v 下 d图 案 硕士学位论文车载d v d 控制电 路板v f d 显示屏缺陷检测技术的 研究 1 2图像采集系统设计 1 2. 1摄像头选择 1 .c c d摄像机 从结构上，c c d 可分为线阵c c d 和面阵c c d 两种。由于前者集成密度高，在一 维方向 上的 补偿与校正易于实现， 因此常作为一种高精度光电 传感器在生产线上大量 应用于产品外形尺寸非接触测量、 分类、表面质量评定和精确定位中。 面阵 c c d 摄像机由 于种类齐全、 价格较低， 具有实时 预览图 像功能等特点 而得到 了 广 泛的 应 用。 但面阵 c cd摄像 机的 视 域 (f iel d ofvie w ) 是 有限的， 要想 保 证在 一 定 分 辨率的 情况下采集大视域的目 标图 像比 较的困 难。 在 v f d 图 像检测系统中， 也 存在 这样的问 题。 一方面， 需要采用高分辨率c c d ， 这样才能采集到更清楚， 清晰的图像， 以 利于后续图像的处理， 提高整个检测系统的检测精度. 然而， 分辨率越高， 它的视 域目 标图 像相对来说就小一些， 所采集到的图像的 面积也就相对来说小一些， 而在 丫 下 d 缺陷检测中， 待检测的 v 下 d 通常比 c c d 摄像机的视场要大， 这样就存在着高分辨 率和大视场的矛盾。目 前，通常采用分开采集整个大视域目 标物体的多幅局部图 像， 随后对局部图像进行手工或自 动图像拼接的方法来达到目 的. 由于大面积高分辨率的 面阵 c c d 制造困 难， 且光学镜头造成的面阵图 像的畸变修正比 线阵c c d 扫描得到的图 像的 畸 变 修正复 杂很多， 因 此线阵 c c d 比 面阵 c cd更 适合 作为 高 精度图 像 传感 器 143 o 线阵 c c d 获取的信息少， 不能处理复杂的图 形， 但其处理 信息的 速度快， 后续处 理电 路简单， 易实现实时控制且价格低廉。 面阵c c d 获取的 信息量大， 能处理复杂的 图形， 但其处理信息的速度慢， 且价格较为昂贵。 与线阵c c d 相比， 每个像素之间的 位置准确度也不如前者高。 c c d 摄像机的型号很多，要选择时应主要从以 下几方面考虑: ( 1)选择黑白 c cd摄像 机 还是 彩 色 c c d 摄像 机， 选 择黑白 c c d 摄 像机优点 是 图 像 数据量较少、传输处理速度较快，缺点是将会丢失图 像的彩色信息;选择彩色c c d 摄像机则其输出图 像数据将会是前者的 三倍，会降低系统的处理速度 。 (2 ) 分辨率的高低决定了 c cd摄像机的价格， 也直接影响整个系统的 测量 精度. 总的来说，分辨率高，测量精度会好一些， 但要考虑到系统的性价比。 (3 ) 电 噪 声的高 低是c c d 摄 像 机的 一 个重 要指 标. 噪 声 越小， 采集的图 像 质 量 越 好，测量的精度就越高。 2 .摄像头 所有c c d芯片都属于 模拟元 件， 但进入计算机的图 像数据却是数字信号。 把模 拟信号转换成数字信号， 其中间过程有两种方式: 一种是数据是在摄像头、 采集卡两 部分完成数字化， 这个摄像头就是所谓的 模拟摄像头; 另一种是在摄像头内 部完成数 硕士学位论文 车 载o v d 控制电路板v f d 显示屏缺陷 检测技术的 研究 b u ff er ) ; 数字 信号 处 理( di gi talsi gnalproc es so rs); 输出 单 元(o utputumt) . 工 作原 理 如 图3. 2. 2 所示: 图3 2 2 图像采集卡原理图 其中， 输入信号是从摄像机输出的各种制式的视频信号， 这个信号经输入选择模 块处 理后， 形成能 被图 像采集卡识别的 模拟视频信号。 模拟视频信号经过 入 心 转换后， 变成一幅数字图像， 存储在卡上的帧缓存存储器内。 这时， 信号分成两路， 一路用于 实时显示视频图像: 信号传输到显示卡， 再传输到显示器。 这里需要由 计算机c p u 通 过计算机总线， 卡的显示控制模块来控制具体的信息传递。 另一路用于图像的采集和 存储， 最终图 像存储在计算机的内 存或硬盘， 用于图 像处理。 这里也需要计 算机c pu 通过计算机总线， 卡的显示控制模块来控制具体的信息传递。 采集的图像序列采用压缩过的动态图像存储格式， 节省了大量的存储空间， 在需 要 对图 像进 行显 示、 播 放和处 理时， 要 解压 缩成 位图 文件田 n 于 ) . b m p 是 计 算 机 最 基 本的图像存储格式， 也是进行图像处理的基础格式， 位图的优点是计算机识别速度快、 易于处理，且图像处理前不需要再进行图像转换。 在选择图像采集卡时，主要应考虑以下几个方面的问 题: ( 1)要与选用的 c c d 摄像机匹 配， 与c cd输出的 视频信号标准一致. (2 ) 要考虑采集卡的 刃d 转换速度和传输速度。 (3 ) 是否数字拍可用于外触发. () 图 像 采 集 卡的 空 间 分 辨 率 ( sp ati al re s of utio n) 。 ( 5)像素抖动。 综合考虑以 上因 素， 在本系统中 采用c ameral ink接口 的 nip c 卜 1 428 图 像采集设 备。 nip ci 一 14 28提供了 板载可 编 程的 感兴 趣区( 化 颐 onofinte r e s t ) ， 像素 抽 取 和图 像 缩放功能， 标准 c amera l i nk 接线， 4个查找表格和 16m b板载内 存。 配合使用 nl一 砚a q 软 件 和nim e as urem 以 visi o nd ev el 叩m ent m o d u l e 是一套包含各种图 像处 理函数的 功能库， 它将图 像处理 函 数集成到l ab v iew开发环境中， 为图 像处理提供了完整的开发功能。 nl的图 像处 理 软 件 与 它的刀 吐 a q图 像采 集 硬件结 合使用， 可以 给基于 计 算机平台 的 系统 提 供 强 大的功能和多种解决方案。 本系统基于ni v i s l o nb 血 ld erai 和v isi on assi s t a n t 编写基本程序， 然后通过 “ m i gr at e l n s p e c t i o n tol a b v i 胖” 导出 到l a b v l 既里进行 功能的 添 加和界 面的 编 写，充分利用了ni visionb ul ld erai 的快速开发的优点和l abv iew灵活性、函数 丰富的特点，在最短的时间内开发一个界面美观、功能强大的图像处理系统。 硕士 学位论文车载d v d控制电 路板v f d 显示屏缺陷检测技术的 研究 4图像预处理 4. 1图 像处理概述 数 字 图 像 处 理( digi tallmage proc es s 吨) 又 称 为 计算 机 图 像 处 理， 它 是 指 将图 像 信号转换成数字信号并利用计算机对其进行处理的过程。数字图像处理最早出现于 2 0 世纪50年代， 当时的电子计算机己 经发展到一定水平， 人们开始利用计算机来处 理图形和图 像信息。 数字图像处理作为一门 学科大约形成于20世纪60年代初期。 早 期的图像处理的目 的是改善图像的质量， 它以人为对象， 以改善人的视觉效果为目的。 图像处理中， 输入的是质量低的图 像， 输出的是改善质量后的图 像， 常用的图像处理 方 法 有图 像 增 强 、 复 原、 编码 、 压 缩 等 39 . 数字图 像处理主要研究的内 容有以 下几个方面: 1)图 像变换 由 于图 像阵列 很大， 直接在空间 域中 进行处理， 涉及计算量很大。 因 此， 往往采用各种图像变换的方法， 如傅立叶变换、 沃尔什变换、 离散余弦变换等 间 接处理技术， 将空间域的处理转换为 变换域处理， 不仅可减少计算量， 而且可获得 更有效的处理 ( 如傅立叶变换可在频域中进行数字滤波处理) 。目 前新兴研究的小波 变换在时域和频域中都具有良 好的局部化特性， 它在图像处理中也有着广泛而有效的 应用。 2)图 像编码压缩 图像编码 压缩技 术可减少描述图 像的 数据量( 即比 特数) ， 以 便节省图 像传输、 处理时间和减少所占 用的存储器容量。 压缩可以 在不失真的前提下 获得， 也可以在允许的失真条件下进行。 编码是压缩技术中最重要的方法， 它在图像 处理技术中是发展最早且比 较成熟的 技术。 3)图 像增强和复原 图 像增强 和复原的目 的 是为了 提高图 像的 质量， 如去除噪 声， 提高图像的清晰度等。图像增强不考虑图像降质的原因， 突出图像中所感兴趣的 部分。 如强化图像高频分量， 可使图 像中 物体轮廓清晰， 细节明显; 如强化低频分量 可减少图 像中噪声影响。 图 像复 原 要求对图 像降 质的原因有一定的了 解， 一般讲应根 据降 质过程建立“ 降 质模型” ， 再 采用某种滤波方法，恢复或 重建原 来的图 像。 4 ) 图 像分割 图 像分割是数 字图 像 处理中的 关键技术 之一 图 像分割是 将图 像 中有意义的特征部分提取出来， 其有意义的特征有图像中的边缘、 区域等， 这是进一 步进行图 像识别、 分析和理解的基础。 虽然目 前已 研究出 不少边缘提取、 区域分割的 方法， 但还没有一种普遍适用于各种图 像的 有效方法。 因 此， 对图 像分割的 研究还 在 不断深入之中， 是目 前图像处理中 研究的热点之一。 5)图 像描述 图 像 描述是图 像 识 别 和 理解的 必要前 提. 作为最 简单的二 值图 像 可采用其几何特性描述物体的 特性， 一般图 像的 描述方法采用二维形状描述， 它有 边 界描述和区域描述两类方法。 对于特殊的纹理图像可采用二维纹理特征描述。 随着图 2 3 硕士 学位论文车载d v d 控制电 路板v f d 显示 屏缺陷检测技术的 研究 像处理研究的 深入发展， 已 经开 始进行 三维 物体描述的 研究， 提出 了 体积描述、 表面 描述、广义圆柱体描述等方法。 6 ) 图 像 分 类 ( 识别) 图 像分 类( 识 别) 属于 模式识别的 范 畴， 其主 要内 容是 图像经过某些预处理 ( 增强、复原、压缩) 后， 进行图像分割和特征提取， 从而进行 判决分类。 图像分类常采用经典的模式识别方法， 有统计模式分类和句法 ( 结构) 模 式分类， 近年来新发展起来的模糊模式识别和人工神经网络模式分类在图 像识别中也 越来越受到重视。 数字图 像处理具有许多模拟图像处理无可比 拟的优点: 1)再现性 好 数字图 像不会因图 像的 存储、 传输或复制等一 系列变换操作而导 致图像质量的退化. 2 ) 精度高 数字图 像处理精度高 且实 现简单。 现代扫描仪可以 把每个像素的 灰 度级量化为16位或更高;无论数组的大小和像素位数的多少，计算机处理时改变程 序中的数组参数就可以了。 3)适用 面 宽 图 像来源可以 是可 见 光或x射线、 超声波图 像， 也 可以 是电 子 显 微镜图像或航空照片， 只要被变换为数字编码形式后， 均可用计算机采取相同的数字 处理方式处理。也就是说，图像采集系统可以 各不相同，但处理过程却有共通性。 4)灵活性高 数字图 像处理不 仅能 完成线性运算， 而且能 实现非线性处理. 数字图像处理的特点: 1)处 理 信息 量大 如一幅2 5 6 x2 56的 灰 度图 像， 要求处 理 约6 4 k b 的 数 据量; 30 帧 砂的电 视图 像序列每秒达500 k b 22.5 m 8 数据量. 因此对计算机的 计算速度、 存储 容量等要求较高。 2) 占 用的 频带 较宽 如电 视图 像的 带宽约5. 6 n 压 匕 ， 而语音带宽 仅为4 k h z 左右。