基于機器視覺技術(shù)實現(xiàn)在LED光學(xué)檢測系統(tǒng)的應(yīng)用解決方案

1、 引言

傳統(tǒng)的led生產(chǎn)線上的產(chǎn)品質(zhì)量控制主要依靠經(jīng)過訓(xùn)練過的技師通過目視來實現(xiàn)，由于人眼的主觀性，很難對產(chǎn)品的質(zhì)量進行精確、穩(wěn)定地控制。與人眼相比，機器視覺系統(tǒng)具有高速度、精確性、可重復(fù)性、長期工作的穩(wěn)定性。因此將機器視覺技術(shù)應(yīng)用在led的光學(xué)檢測上可在很大程度上提高產(chǎn)品質(zhì)量控制的精度及速度。

2 l、ed數(shù)碼管檢測對ccd的要求

待檢產(chǎn)品為七段led數(shù)碼管如圖1所示：

（1） 目的

用ccd檢測產(chǎn)品亮度不均勻程度，提高生產(chǎn)效率，減少人為因素。對于“8”字產(chǎn)品（如圖1）就是量測每段（segment）的相對亮度，判斷每段之間的相對亮度差值（指亮度不均勻比率、泄光率是否在合理范圍內(nèi)，以此來判斷產(chǎn)品是否為良品。同樣地對于點陣產(chǎn)品判斷是每個點）。

（2） 產(chǎn)品條件限制

分兩種情況，一是指極端型產(chǎn)品;另一是指普通型產(chǎn)品：

極端型產(chǎn)品情況：“8”字產(chǎn)品段之間最小間隔（d）0.3mm，段面積a=2×0.6=1.2mm2（如圖2），段最低亮度值0.1mcd;普通型產(chǎn)品情況：“8”字產(chǎn)品段之間最小間隔（d）0.3mm，段面積a=4×0.8=3.2mm2，段最低亮度值0.8mcd。

（3） 判斷亮度差值標準

亮度不均勻比率1:1.3，指每段（或點）之間亮度值比率;

泄光率1:0.2，指點亮段（或點）與不點亮段（或點）亮度值比率。

在（2）、（3）項目條件下，要求ccd最小判斷段數(shù)（或點數(shù)）應(yīng)不少于64個，其次，一次測完64段（或點）時間不大于3s。

3、 硬件方案

硬件系統(tǒng)系統(tǒng)由ccd相機、鏡頭、相機支架、圖像采集卡、遮光罩、計算機、結(jié)果輸出單元等組成，如圖2所示。

（1） 相機

本系統(tǒng)相機選用日本jai公司的cv-a1 ccd相機。此相機的主要參數(shù)列表如附表。

對于要檢測的led產(chǎn)品，尺寸為60×40mm，對分辨率為1392×1040的jai相機，按照5％的無效象素的原則，有效成像的分辨率為1300×1000，則系統(tǒng)可以達到的最大象素當量為：

水平方向：60mm/1300pixel≈0.04mm/pixel;

垂直方向：40mm/900pixel ≈0.04mm/pixel。

（2） 鏡頭

選用computar公司百萬象素級1214-mp鏡頭。該款鏡頭是針對高分辨力或高像質(zhì)需求設(shè)計，適用對象為1k′1k至2k′2k的相機，應(yīng)用于本系統(tǒng)可以獲得很好的圖像清晰度。它的特點是：適用于兆級象素相機的成像;高分辨力超大變倍鏡頭;在整個屏幕范圍內(nèi)都具有高對比度和高清晰度的圖像;緊湊式設(shè)計;低變形率。

由于對工作距離沒有特殊的要求，因而選用12mm的鏡頭就可以保證獲得全幀圖像。

（3） 圖像采集卡

選用coreco公司的pc2-vision，該采集除了能支持cv-ai相機外，還可支持wit8.0軟件。

4、 wit視覺軟件介紹

wit是一種公認的功能強大的用于開發(fā)和傳遞圖像分析應(yīng)用的軟件包。wit運用一種叫做“igraph”的框圖結(jié)構(gòu)來描述算法，同時工程人員也通過繪制方框圖表來做出解決方案。在igraph中的每一方框（也稱為一個“operator”）都代表一個功能，通常為一種圖像處理和分析工具。wit提供一種快捷高效的設(shè)計環(huán)境，它具有完備的operator庫，強大的流控制特性和operator的點擊式重排，它通過mmx優(yōu)化庫自動在多cpu系統(tǒng)確定執(zhí)行時間。wit igraph可以在visual basic和visual c++環(huán)境中執(zhí)行，這樣使wit非常適于機器視覺中oem產(chǎn)品的開發(fā)，生物制藥，實驗室科學(xué)和研究中。

wit處理庫包含300多個處理函數(shù)，這些函數(shù)都可以從igraph中連接。連接指定一個operator的輸出到另一個operator的輸入。每一個operator的參數(shù)都可以很容易的有彈出式對話框來設(shè)定。例如：旋轉(zhuǎn)operator有一個對編程系數(shù)進行編輯的核心編輯器。當算法完成后，igaph可以通過點擊按鈕的方式來執(zhí)行。wit包括一些流控制operator用來執(zhí)行循環(huán)和條件分支等復(fù)雜的算法。wit還有一些用來處理數(shù)據(jù)的operator，支持sub-fields從數(shù)據(jù)對象中的分離（例如，在一幅圖像中斑點的個數(shù)），給數(shù)據(jù)陣列分類（通過斑點的尺寸進行分類）以及對各操作進行排列（在顯示之前給每一個斑點加標簽）。

為了進一步簡化開發(fā)，各種igraph可以嵌套在一起用一個新的圖標來表示。嵌套的igraph和簡單的igraph都可以用同一種模式同一種工具來執(zhí)行和調(diào)試。開發(fā)人員可以創(chuàng)建它們自己的圖像處理函數(shù)并把它們加入到圖像處理庫中。

wit可以對從采集卡采來的或從磁盤圖像文件中讀取的實時相機數(shù)據(jù)進行處理。為了最大限度的加強圖像處理和時實操作功能，wit的圖像庫對自動利用多cpu計算機資源進行了優(yōu)化。另外，wit能夠把operator在分布的處理網(wǎng)絡(luò)和嵌入式視覺處理器執(zhí)行。

wit交互式的框圖界面加速了算法的開發(fā)：顯示數(shù)據(jù)和調(diào)整參數(shù)更加容易。每一個連結(jié)和operator的屬性都可以通過彈出式對話框來修改。wit運用圖像注解來提高可讀性。當執(zhí)行式圖標會閃爍，傳輸時的紅點表示數(shù)據(jù)運動。

圖像顯示格式： 用x和y值表示某點;精確顯示像素值;圖像的組控制。

wit可以通過一個稱作ewit的程序在不同的計算機上并行執(zhí)行或通過pci總線與許多coreco mamba卡進行通信。ewit支持wit的大部分功能，運用圖形應(yīng)用界面，通過tcp/ip或特殊硬件的特定通道進行通信。因為ewit具有wit的大部分功能，ewit能夠通過運用wit管理器來設(shè)置以支持各種采集卡和其他硬件，并把這些服務(wù)提供給wit在igraph中執(zhí)行。

5、 軟件設(shè)計

（1） 設(shè)計原理

在wit中通過動態(tài)采集led的圖像后，首先對其進行二值化，以blob算法找出其中每一字段的位置，然后根據(jù)這些位置參數(shù)讀出每個像素的所有參數(shù)。通過求得blob內(nèi)的所有像素的灰度平均值。

（2） 軟件流程圖（如圖3所示）

（4） wit igraph實現(xiàn)（如圖4所示）

6、 測試結(jié)果及注意事項

對r、g、b三種不同顏色led進行了測試，實驗結(jié)果（如圖5）表明，運行結(jié)果能滿足led產(chǎn)品檢測要求。以下幾個問題值得注意：檢測對外部條件要求較高，應(yīng)在暗室或遮光罩內(nèi)進行，避免雜光噪音的干擾;電子快門和暴光時間不能過長，應(yīng)保證視場中最亮部分的灰度值不大于255;相機的自動增益功能須設(shè)為off，手動增益設(shè)為0;為保證ccd不飽和，可在ccd前加衰減片;電子快門和暴光時間不能過短，應(yīng)保證視場中最暗部分的灰度值大于二值化閾值。

7、 結(jié)束語

隨著機器視覺技術(shù)的迅速發(fā)展，傳統(tǒng)的生產(chǎn)線上的人眼目視檢測將越來越多的被機器視覺系統(tǒng)所取代，構(gòu)建適合其應(yīng)用的機器視覺系統(tǒng)，必將在很大程度上提高產(chǎn)品的質(zhì)量控制以及生產(chǎn)效率。

責任編輯：gt