用于段码式LCD检测的机器视觉检测系统设计.pdf

用于段码式LCD 检测的机器视觉检测系统设计 摘要：在检测针床上应用USB 工业摄像头，可以在生产环境下对仪表的LCD 显示屏进行段码识别。通过程 控针床建立仪表工作状态，控制LCD 按约定显示相应段码，并由摄像头拍摄图像相片，经系统分析处理后 即可判断LCD 正常与否。本系统在遮光及非直射自然光条件下，具有良好的准确性及抗干扰性。 关键词：工业摄像头，程控针床，镜头畸变矫正，透视变换，段码式LCD 1、引言 液晶显示屏，即Liquid Crystal Display，简称LCD，是一种利用液晶的电光效 应调制外界光线进行显示的器件。因为LCD 控制简单，具有零辐射、低耗能、发热小、纤 薄轻巧等多方面优点，所以在现代汽车仪表产品中，已大量使用LCD 作为显示器件。 但在生产过程，LCD 的检测比较困难。因为它不能通过常规电检完成，通常都只能通过 显示特定的屏段，由工人肉眼判断。这种检测方式在生产线上，容易造成人员眼睛过于疲劳， 极有可能因错检、漏检而被错误放行，最终产品的质量无法保证。 OpenCV 的全称是 Open Source Computer Vision Library，是一个跨平台的 计算机视觉库。OpenCV 是由英特尔公司发起并参与开发，以 BSD 许可证授权发行，可以 在商业和研究领域中免费使用。OpenCV 可用于开发实时的图像处理、计算机视觉以及模式 识别程序。 在 OpenCV 软件库的基础上，开发了基于工业摄像头的仪表产品生产检测机器视觉系 统。通过程控针床控制被检仪表的 LCD 段码分屏显示，由工业摄像头同步拍摄对应的仪表 相片，通过区域分析即可判断出指定坐标的 LCD 段码工作状态。对比相应的控制数据，可 得到该段码是否正常的结论。 2、检测原理 检测原理简单描述如下： 通过程控针床，控制段码分屏显示，拍摄相片，取样识别各段码状态； 但由于实际系统中，会因为机械定位偏差以及焊接产生的LCD 屏偏移导致检测点无 法适应批量生产。所以需要先消除图像偏移以后才可使用检测点方案进行检测： a. 镜头畸变矫正； b. 透视变换，将可能的透视畸变通过空间四点定位，变换到正视图。此变换可以确定 像素与尺寸的比例关系； c. 检测点坐标数据：点坐标与经图像变换后的像素坐标匹配，每个段码可以由多个检 测点来识别状态； 完成以上的前提条件以后，可消除定偏差、焊接偏差等不良影响，LCD 图像位置稳 定无偏移，保证检测点位置始终有效。根据检测点状态和屏显的控制数据比较，可得出 段码正常与否的结论。 LCD 分三屏检测，可以识别到鬼影、缺段等故障现象。 3、系统组成及工作流程 硬件平台：计算机、程控针床、工业摄像头等； 软件平台：Windows XP、Python2.6、OpenCV2.1 等； 图1：检测系统示意图 工业摄像机 计算机 程控针床 如图一所示，本系统由计算机、程控针床和固定于程控针床上的工业摄像机等三大部分 组成。 其中，计算机运行检测软件系统，即上位机软件。上位机软件包含了程控针床管理、机 器视觉、数据存储等诸多模块，在这里我们重点介绍机器视觉的图像处理部分。 因为考虑跨操作系统平台的迁移，所以上位机软件的编程语言选用Python，而OpenCV 也是跨平台的，具有Python语言编程接口，可以在Python 里面很方便地使用图像库。 工业摄像机是机器视觉的关键部分，经过评估选择了200 万像素的8 位三通道彩色摄 像头，数据接口为USB2.0。该摄像头在1600×1200 的分辨率下，可以达到每秒15 帧的 速度，完全可以满足产品的测试需求。 焊接好的被测仪表的PCB放置于程控针床的测试位上，气动压板压下被测仪表的PCB， 保证PCB 的测试点与各测试针有良好接触。在气动压板上对应于LCD 的位置留出了观察位， 可以从摄像头位置完整地拍摄到LCD 屏的相片。 在LCD 测试子项目中，上位机软件发送控制指令，可分别设置仪表的LCD 屏显内容。 在生产检测中，一般设为“全亮”、“全灭”、“部分点亮”等三种状态。其中部分点亮的段码， 是根据原理图与PCB 图计算而来，力求