基于機器視覺的LED數(shù)碼管光學檢測方案

分類：解決方案日期：2012-10-16 00:00:00 來源：西部工控網(wǎng)

　　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、可重復性、長期工作的穩(wěn)定性。因此將機器視覺技術(shù)應用在led的光學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 led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。

　　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(max gain， 50% video)

　　信噪比 50db

　　快門 1/16-1/20000

　　增益 -0.3-12db(手動)

　　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

　　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)需求設計，適用對象為1k′1k至2k′2k的相機，應用于本系統(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管理器來設置以支持各種采集卡和其他硬件，并把這些服務提供給wit在igraph中執(zhí)行。

　　5 軟件設計

　　(1) 設計原理

　　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為off，手動增益設為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，應保證視場中最暗部分的灰度值大于二值化閾值。