《机器视觉系统应用》课件-太阳能硅片综合检测

太阳能硅片综合程序运行演示课程框架课程引入模型获取和导入施加载荷与约束模型简化与拆分实践训练交流讨论实践训练评价反馈课程总结，布置作业激学导思讲授新知教学巩固教学提升教学延伸课程总结及5S整理5分钟15分钟15分钟30分钟15分钟10分钟课程引入代码分析代码演示一二三目录能力目标（1）能够对太阳能硅片有基础的认识；（2）能够对完成对太阳能硅片尺寸的测量。知识目标（1）了解太阳能硅片尺寸测量的原理。素质目标（1）具有严谨求实精神；（2）具有自主学习的能力；（3）具备5S职业素养。课程目标一课程引入单晶硅是一种金刚石结构的晶体，图所示，单晶硅晶胞结构时是由八个硅(即图中ABCDEFGH)原成的一个空间立方点阵，abcdef是这个空间立方点阵的面心，晶体硅是一个面心立方晶胞。它以图中R为顶点的另一个面心立方晶胞与上述晶胞在对角线BH上有四分之一的间隔，并以R原子为中心，由bce、cde、dae决定的晶面也即是(111)。利用碱性腐蚀液对不同晶面的各向异性的选择性腐蚀，可在(100)面上腐蚀出有4个(111)面组成的正方锥，这种正方锥就是绒面的“金字塔”基本结构。一课程引入晶硅能电池主要是以单晶硅为基础，当太阳电池受到阳光照射时，光与硅相互作用产生光生载流子，所产生的电子空穴对靠单晶硅内形成的势垒分开到两极，正负电荷分别被上下电极收集，由电荷聚集所形成的电流通过金属导线流向电负载。晶硅能电池是一种由于光生伏特效应而将太阳光能直接转化为电能的器件，是一个半导体光电二极管，当太阳光照时，就会把太阳光能变成电能，产生电流。也可以把许多个电池串联或并联起来成为太阳能电池方阵，获得较大的输出功率。二代码分析高斯滤波在Opencv中高斯滤波的函数为：Cv2.GaussianBlur（src，ksize，sigmaX[，dst[，sigmaY[，borderType]]]）式中：src——输入图像；图像可以具有任意数量的通道，这些通道可以独立处理，但深度应为CV_8U，CV_16U，CV_16S，CV_32F或CV_64F。dst——输出图像的大小和类型与src相同。ksize——高斯内核大小。ksize.width和ksize.height可以不同，但它们都必须为正数和奇数，也可以为零，然后根据sigma计算得出。sigmaX——X方向上的高斯核标准偏差。sigmaY——Y方向上的高斯核标准差。二代码分析形态学处理在Opencv中对图像进行形态学处理的函数为：cv2.morphologyEx(src,op,kernel)式中：src——传入的图片op——进行变化的方式。Op=cv2.MORPH_OPEN进行开运算，指的是先进行腐蚀操作，再进行膨胀操作。op=cv2.MORPH_CLOSE进行闭运算，指的是先进行膨胀操作，再进行腐蚀操作。Kernel——表示方框的大小二代码分析轮廓提取在Opencv中对图像进行轮廓提取的函数为：image,contours,hierarchy=cv2.findContours(image,mode,method)式中的返回值为：image:与函数参数中的原始图像image一致。contours:返回的轮廓。hierarchy：图像的拓扑信息（轮廓层次）。式中的参数为：image:原始图像。mode:轮廓检索模式。method:轮廓的近似方法。二代码分析透视变换在Opencv中对图像进行透视变换的函数为：cv2.getPerspectiveTransform(src,dst)式中：src——源图像中待测矩形的四点坐标sdt——目标图像中矩形的四点坐标二代码分析透视变换返回由源图像中矩形到目标图像矩形变换的矩阵,得到矩阵得有用才行,所以引出下面这个函数cv2.warpPerspective(src,M,dsize[,dst[,flags[,borderMode[,borderValue]]]])式中：src——输入图像M——变换矩阵dsize——目标图像shapeflags——插值方式，interpolation方法INTER_LINEAR或INTER_NEARESTborderMode——边界补偿方式，BORDER_CONSTANTorBORDER_REPLICATEborderValue——边界补偿大小，常值，默认为0。或者cv2.perspectiveTransform(src,m[,dst])→dst式中：src——输入的2通道或者3通道的图片m：变换矩阵返回的是相同size的图片三代码演示defImg_Outline(input_dir):original_img=cv2.imread(input_dir)gray_img=cv2.cvtColor(original_img,cv2.COLOR_BGR2GRAY)#高斯模糊去噪（设定卷积核大小影响效果）blurred=cv2.GaussianBlur(gray_img,(9,9),0)_,RedThresh=cv2.threshold(blurred,165,255,cv2.THRESH_BINARY)#设定阈值165（阈值影响开闭运算效果）kernel=cv2.getStructuringElement(cv2.MORPH_RECT,(5,5))#定义矩形结构元素closed=cv2.morphologyEx(RedThresh,cv2.MORPH_CLOSE,kernel)#闭运算（链接块）opened=cv2.morphologyEx(closed,cv2.MORPH_OPEN,kernel)#开运算（去噪点）returnoriginal_img,gray_img,RedThresh,closed,opened灰度图闭运算开运算三代码演示#图像矫正defPerspective_transform(box,original_img):#获取画框宽高(x=orignal_W,y=orignal_H)orignal_W=math.ceil(np.sqrt((box[3][1]-box[2][1])**2+(box[3][0]-box[2][0])**2))orignal_H=math.ceil(np.sqrt((box[3][1]-box[0][1])**2+(box[3][0]-box[0][0])**2))#原图中的四个顶点,与变换矩阵pts1=np.float32([box[0],box[1],box[2],box[3]])pts2=np.float32([[int(orignal_W+1),int(orignal_H+1)],[0,int(orignal_H+1)],[0,0],[int(orignal_W+1),0]])#生成透视变换矩阵；进行透视变换M=cv2.getPerspectiveTransform(pts1,pts2)result_img=cv2.warpPerspective(original_img,M,(int(orignal_W+3),int(orignal_H+1)))returnresult_img透视变换进行校正三代码演示#计算中点之间的欧几里得距离dA=dist.euclidean((tltrX,tltrY),(blbrX,blbrY))dB=dist.euclidean((tlblX,tlblY),(trbrX,trbrY))#如果每个度量的像素尚未初始化，则#将其计算为像素与提供的度量的比率#（在这种情况下，英寸）ifpixelsPerMetricisNone:pixelsPerMetric=dB/width#计算对象的大小dimA=dA/pixelsPerMetricdimB=dB/pixelsPerMetric#在图像上绘制对象大小cv2.putText(orig,"{:.1f}in".format(dimA),(int(tltrX-15),int(tltrY-10)),cv2.FONT_HERSHEY_SIMPLEX,0.65,(0,0,255),2)cv2.putText(orig,"{:.1f}in".format(dimB),(int(trbrX+10),int(trbrY)),cv2.FONT_HERSHEY_SIMPLEX,0.65,(0,0,255),2)三代码演示算出参照物的尺寸算出硅片的尺寸（英寸）太阳能硅片综合检测方法讲解课程框架课程引入模型获取和导入施加载荷与约束模型简化与拆分实践训练交流讨论实践训练评价反馈课程总结，布置作业激学导思讲授新知教学巩固教学提升教学延伸课程总结及5S整理5分钟15分钟15分钟30分钟15分钟10分钟课程引入相关库的获取和导入原理分析课程总结一二三四目录能力目标（1）能够对太阳能硅片有基础的认识；（2）能够对完成对太阳能硅片尺寸的测量。知识目标（1）了解太阳能硅片尺寸测量的原理。素质目标（1）具有严谨求实精神；（2）具有自主学习的能力；（3）具备5S职业素养。课程目标一课程引入单晶硅是一种金刚石结构的晶体，图所示，单晶硅晶胞结构时是由八个硅(即图中ABCDEFGH)原成的一个空间立方点阵，abcdef是这个空间立方点阵的面心，晶体硅是一个面心立方晶胞。它以图中R为顶点的另一个面心立方晶胞与上述晶胞在对角线BH上有四分之一的间隔，并以R原子为中心，由bce、cde、dae决定的晶面也即是(111)。利用碱性腐蚀液对不同晶面的各向异性的选择性腐蚀，可在(100)面上腐蚀出有4个(111)面组成的正方锥，这种正方锥就是绒面的“金字塔”基本结构。一课程引入晶硅能电池主要是以单晶硅为基础，当太阳电池受到阳光照射时，光与硅相互作用产生光生载流子，所产生的电子空穴对靠单晶硅内形成的势垒分开到两极，正负电荷分别被上下电极收集，由电荷聚集所形成的电流通过金属导线流向电负载。晶硅能电池是一种由于光生伏特效应而将太阳光能直接转化为电能的器件，是一个半导体光电二极管，当太阳光照时，就会把太阳光能变成电能，产生电流。也可以把许多个电池串联或并联起来成为太阳能电池方阵，获得较大的输出功率。二相关库获取和导入导入库本章节我们需用到的库如下图示意。cv2是opencv-python，用于图像处理。numpy是Python的一种开源的数值计算扩展。这种工具可用来存储和处理大型矩阵，比Python自身的嵌套列表（nestedliststructure)结构要高效的多（该结构也可以用来表示矩阵（matrix）），支持大量的维度数组与矩阵运算，此外也针对数组运算提供大量的数学函数库。二库导入pycharm软件界面相关库获取和导入三原理分析图像二值化就是将图像上的像素点的灰度值设置为0或255，也就是将整个图像呈现出明显的黑白效果的过程。图像的二值化使图像中数据量大为减少，从而能凸显出目标的轮廓。三原理分析图像二值化的一些方法：三原理分析总结：cv2.THRESH_BINARY当像素值>阀值时，为默认值；否则为0cv2.THRESH_BINARY_INV与cv2.THRESH_BINARY相反cv2.THRESH_TRUNC当像素值>阀值时，为默认值；否则为原图片值cv2.THRESH_TOZERO当像素值>阀值时，为原图片值；否则为0cv2.THRESH_TOZERO_INV与cv2.THRESH_TOZERO相反三原理分析膨胀与腐蚀原理：图像的膨胀（Dilation）和腐蚀（Erosion）是两种基本的形态学运算，主要用来寻找图像中的极大区域和极小区域。其中膨胀类似于“领域扩张”，将图像中的高亮区域或白色部分进行扩张，其运行结果图比原图的高亮区域更大；腐蚀类似于“领域被蚕食”，将图像中的高亮区域或白色部分进行缩减细化，其运行结果图比原图的高亮区域更小。三原理分析开操作原理：开操作：即先腐蚀然后对腐蚀后的结果进行膨胀。三原理分析闭操作原理：闭操作：即先膨胀，然后对膨胀后的结果进行腐蚀三原理分析透视变换原理：透视变换(PerspectiveTransformation)是将成像投影到一个新的视平面(ViewingPlane)，也称作投影映射(ProjectiveMapping)。如图所示。OpenCV提供了warpPerspective()函数来实现图片的透视变换，只需要输入梯形四个顶点的坐标和目标画布四个角的坐标，即可自动完成转换。核心代码只有两行：首先读取两个坐标数组，计算变换矩阵；然后根据变换矩阵对原图进行透视变换，并输出到目标画布。三原理分析透视变换的基本原理：透视变换（PerspectiveTransformation）的本质是将图像投影到一个新的视平面，其通用变换公式为：（u，v）为原始图像像素坐标，（x=x′/w′，y=y′/w′）为变换之后的图像像素坐标。透视变换矩阵图解如下：三原理分析透视变换的基本原理：仿射变换（AffineTransformation）可以理解为透视变换的特殊形式。透视变换的数学