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(shí)現(xiàn)，由于人眼的主觀性，很難對(duì)產(chǎn)品的質(zhì)量進(jìn)行精確、穩(wěn)定地控制。與人眼相比，機(jī)器視覺系統(tǒng)具有高速度、精確性、可重復(fù)性、長(zhǎng)期工作的穩(wěn)定性。因此將機(jī)器視覺技術(shù)應(yīng)用在led的光學(xué)檢測(cè)上可在很大程度上提高產(chǎn)品質(zhì)量控制的精度及速度。

2led數(shù)碼管檢測(cè)對(duì)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(cè)產(chǎn)品亮度不均勻程度，提高生產(chǎn)效率，減少人為因素。對(duì)于“8”字產(chǎn)品（如圖1）就是量測(cè)每段（segment）的相對(duì)亮度，判斷每段之間的相對(duì)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(duì)于點(diǎn)陣產(chǎn)品判斷是每個(gè)點(diǎn)）。

（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(biāo)準(zhǔn)

亮度不均勻比率1:1.3，指每段（或點(diǎn)）之間亮度值比率;

泄光率1:0.2，指點(diǎn)亮段（或點(diǎn)）與不點(diǎn)亮段（或點(diǎn)）亮度值比率。

在（2）、（3）項(xiàng)目條件下，要求ccd最小判斷段數(shù)（或點(diǎn)數(shù)）應(yīng)不少于64個(gè)，其次，一次測(cè)完64段（或點(diǎn)）時(shí)間不大于3s。

3硬件方案

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

（1）相機(jī)

本系統(tǒng)相機(jī)選用日本jai公司的cv-a1ccd相機(jī)。此相機(jī)的主要參數(shù)列表如附表。

附表cv-a1主要性能參數(shù)

名稱參數(shù)

象元尺寸4.65′4.65mm2

有效象元數(shù)1392′1040

最大滿幀輸出1380′1035

象元時(shí)鐘28.64mhz

行頻17.127khz（1672/line）

掃描方式逐行掃描

幀頻16fps

靈敏度0.3lux（maxgain，50%video）

信噪比50db

快門1/16-1/20000

增益-0.3-12db（手動(dòng)）

輸出格式1vpp/75w

譜段0.4-1.0mm（黑白）

尺寸29′44′66mm3

重量150g

功耗3w/12v

數(shù)量1臺(tái)

對(duì)于要檢測(cè)的led產(chǎn)品，尺寸為60×40mm，對(duì)分辨率為1392×1040的jai相機(jī)，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(dá)到的最大象素當(dāng)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(jí)1214-mp鏡頭。該款鏡頭是針對(duì)高分辨力或高像質(zhì)需求設(shè)計(jì)，適用對(duì)象為1k′1k至2k′2k的相機(jī)，應(yīng)用于本系統(tǒng)可以獲得很好的圖像清晰度。它的特點(diǎn)是：適用于兆級(jí)象素相機(jī)的成像;高分辨力超大變倍鏡頭;在整個(gè)屏幕范圍內(nèi)都具有高對(duì)比度和高清晰度的圖像;緊湊式設(shè)計(jì);低變形率。

由于對(duì)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(jī)外，還可支持wit8.0軟件。

4wit視覺軟件介紹

wit是一種公認(rèn)的功能強(qiáng)大的用于開發(fā)和傳遞圖像分析應(yīng)用的軟件包。wit運(yùn)用一種叫做“igraph”的框圖結(jié)構(gòu)來描述算法，同時(shí)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(gè)“operator”）都代表一個(gè)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(jì)環(huán)境，它具有完備的operator庫，強(qiáng)大的流控制特性和operator的點(diǎn)擊式重排，它通過mmx優(yōu)化庫自動(dòng)在多cpu系統(tǒng)確定執(zhí)行時(shí)間。witigraph可以在visualbasic和visualc++環(huán)境中執(zhí)行，這樣使wit非常適于機(jī)器視覺中oem產(chǎn)品的開發(fā)，生物制藥，實(shí)驗(yàn)室科學(xué)和研究中。

wit處理庫包含300多個(gè)處理函數(shù)，這些函數(shù)都可以從igraph中連接。連接指定一個(gè)operator的輸出到另一個(gè)operator的輸入。每一個(gè)operator的參數(shù)都可以很容易的有彈出式對(duì)話框來設(shè)定。例如：旋轉(zhuǎn)operator有一個(gè)對(duì)編程系數(shù)進(jìn)行編輯的核心編輯器。當(dāng)算法完成后，igaph可以通過點(diǎn)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(duì)象中的分離（例如，在一幅圖像中斑點(diǎn)的個(gè)數(shù)），給數(shù)據(jù)陣列分類（通過斑點(diǎn)的尺寸進(jìn)行分類）以及對(duì)各操作進(jìn)行排列（在顯示之前給每一個(gè)斑點(diǎn)加標(biāo)簽）。

為了進(jìn)一步簡(jiǎn)化開發(fā)，各種igraph可以嵌套在一起用一個(gè)新的圖標(biāo)來表示。嵌套的igraph和簡(jiǎn)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(duì)從采集卡采來的或從磁盤圖像文件中讀取的實(shí)時(shí)相機(jī)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。為了最大限度的加強(qiáng)圖像處理和時(shí)實(shí)操作功能，wit的圖像庫對(duì)自動(dòng)利用多cpu計(jì)算機(jī)資源進(jìn)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(gè)連結(jié)和operator的屬性都可以通過彈出式對(duì)話框來修改。wit運(yùn)用圖像注解來提高可讀性。當(dāng)執(zhí)行式圖標(biāo)會(huì)閃爍，傳輸時(shí)的紅點(diǎn)表示數(shù)據(jù)運(yùn)動(dòng)。

圖像顯示格式：用x和y值表示某點(diǎn);精確顯示像素值;圖像的組控制。

wit可以通過一個(gè)稱作ewit的程序在不同的計(jì)算機(jī)上并行執(zhí)行或通過pci總線與許多corecomamba卡進(jìn)行通信。ewit支持wit的大部分功能，運(yùn)用圖形應(yīng)用界面，通過tcp/ip或特殊硬件的特定通道進(jìn)行通信。因?yàn)閑wit具有wit的大部分功能，ewit能夠通過運(yùn)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(jì)

（1）設(shè)計(jì)原理

在wit中通過動(dòng)態(tài)采集led的圖像后，首先對(duì)其進(jìn)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(gè)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）

圖3

（4）witigraph實(shí)現(xiàn)（如圖4所示）

圖4

6測(cè)試結(jié)果及注意事項(xiàng)

對(duì)r、g、b三種不同顏色led進(jìn)行了測(cè)試，實(shí)驗(yàn)結(jié)果（如圖5）表明，運(yùn)行結(jié)果能滿足led產(chǎn)品檢測(cè)要求。以下幾個(gè)問題值得注意：檢測(cè)對(duì)外部條件要求較高，應(yīng)在暗室或遮光罩內(nèi)進(jìn)行，避免雜光噪音的干擾;電子快門和暴光時(shí)間不能過長(zhǎng)，應(yīng)保證視場(chǎng)中最亮部分的灰度值不大于255;相機(jī)的自動(dòng)增益功能須設(shè)為off，手動(dòng)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(shí)間不能過短，應(yīng)保證視場(chǎng)中最暗部分的灰度值大于二值化閾值。

7結(jié)束語

隨著機(jī)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(cè)將越來越多的被機(jī)器視覺系統(tǒng)所取代，構(gòu)建適合其應(yīng)用的機(jī)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。