1 引言
    傳統(tǒng)的LED生產(chǎn)線(xiàn)上的產(chǎn)品質(zhì)量控制主要依靠經(jīng)過(guò)訓(xùn)練過(guò)的技師通過(guò)目視來(lái)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)行準(zhǔn)確、穩(wěn)定地控制。與人眼相比，機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)具有高速度、準(zhǔn)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(jué)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。 

    2 LED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:

                        圖1 七段LED數(shù)碼管
     (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(lái)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)品段之間小間隔(d)0.3mm，段面積A=2×0.6=1.2mm2(如圖2)，段低亮度值0.1mcd;
    普通型產(chǎn)品情況:“8”字產(chǎn)品段之間小間隔(d)0.3mm，段面積A=4×0.8=3.2mm2，段低亮度值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。 

圖2 系統(tǒng)組成原理框圖

    (1) 相機(jī)
    本系統(tǒng)相機(jī)選用日本Jai公司的CV-A1 CCD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)

    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(wú)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(wàn)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(méi)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。 

    4 WIT視覺(jué)軟件介紹
    WIT是一種公認(rèn)的功能強(qiáng)大的用于開(kāi)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(lái)描述算法，同時(shí)工程人員也通過(guò)繪制方框圖表來(lái)做出解決方案。在igraph中的每一方框(也稱(chēng)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提供一種快捷的設(shè)計(jì)環(huán)境，它具有完備的operator庫(kù)，強(qiáng)大的流控制特性和operator的點(diǎn)擊式重排，它通過(guò)MMX優(yōu)化庫(kù)自動(dòng)在多CPU系統(tǒng)確定執(zhí)行時(shí)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(jī)器視覺(jué)中OEM產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)，生物制藥，實(shí)驗(yàn)室科學(xué)和研究中。
    WIT處理庫(kù)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(huà)框來(lái)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(guò)點(diǎn)擊按鈕的方式來(lái)執(zhí)行。WIT包括一些流控制operator用來(lái)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(lái)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(lèi)(通過(guò)斑點(diǎn)的尺寸進(jìn)行分類(lèi))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(kāi)發(fā)，各種igraph可以嵌套在一起用一個(gè)新的圖標(biāo)來(lái)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(lái)執(zhí)行和調(diào)試。開(kāi)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(kù)中。
    WIT可以對(duì)從采集卡采來(lái)的或從磁盤(pán)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(kù)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(jué)處理器執(zhí)行。
    WIT交互式的框圖界面加速了算法的開(kāi)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(guò)彈出式對(duì)話(huà)框來(lái)修改。WIT運(yùn)用圖像注解來(lái)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);準(zhǔn)確顯示像素值;圖像的組控制。
    WIT可以通過(guò)一個(gè)稱(chēng)作eWIT的程序在不同的計(jì)算機(jī)上并行執(zhí)行或通過(guò)PCI總線(xiàn)與許多Coreco Mamba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(guò)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(guò)運(yùn)用WIT管理器來(lái)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(guò)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(guò)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 軟件流程圖

    (4) WIT igraph實(shí)現(xiàn)(如圖4所示)

圖4 WIT　igraph

    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(mǎn)足LED產(chǎn)品檢測(cè)要求。以下幾個(gè)問(wèn)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(mén)和暴光時(shí)間不能過(guò)長(zhǎng)，應(yīng)保證視場(chǎng)中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(mén)和暴光時(shí)間不能過(guò)短，應(yīng)保證視場(chǎng)中暗部分的灰度值大于二值化閾值。

圖5 LED光學(xué)成像灰度與電流強(qiáng)度關(guān)系

   7 結(jié)束語(yǔ)
    隨著機(jī)器視覺(jué)技術(shù)的迅速發(fā)展，傳統(tǒng)的生產(chǎn)線(xiàn)上的人眼目視檢測(cè)將越來(lái)越多的被機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)所取代，構(gòu)建適合其應(yīng)用的機(jī)器視覺(jué)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。