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基于机器视觉的LED模板在线检测.pdf

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基于机器视觉的LED模板在线检测摘 要LED显示屏多数是通过拼接LED模板来实现,可显示文字、图像、视频信息,广泛应用于广告宣传、讲座教学、商务会议、信息通告等场合。国内对LED模板性能的检测大部分依靠人工完成,通过点亮LED模板,用人眼来观察判断模板的显示情况,这必然导致对模板性能的检测质量和检测速度在很大程度上受到人为因素的影响。文章针对该问题并根据实际检测的需要,将机器视觉技术融入到对LED模板的检测过程中,实现了一种快速高效价格低廉的LED模板智能检测系统。机器视觉技术是用机器代替人眼来做测量和判断,将被测目标转换成图像信号,根据像素分布、亮度等信息进行结果判断并控制现场动作。在国外广泛应用于工农业生产中,已成为重要的检测手段。本文针对机器视觉技术检测优势,设计检测系统,各部分主要内容安排如下第一部分介绍LED显示屏的应用及发展状况,重点分析LED模板在检测中存在的问题,阐述课题的研究意义及应用前景。第二部分设计检测系统的硬件平台,设计检测系统的检测工作台部分、模板驱动部分和机器视觉硬件系统部分。第三部分根据系统的工作流程及实现过程,进行系统软件的分析和设计,针对系统设计和检测过程中所遇到的问题,提出切实可行的方案。第四部分介绍检测系统的总体框架和实现方法,并给出检测系统的实验结果及结果分析。第五部分对研究实验进行了总结,讨论了进一步工作的方向。关键词LED模板;机器视觉;在线检测Online Detection for LED Module Based on MachineVisionABSTRACTMost of the LED display is composed by LED template,which call display text,images and video ination,have widely used in advertising,teaching seminars,businessmeetings,ination circulars,and other occasions.In domestic,LED template detectionlargely dependent on artificial completed,by lit LED template,the human eye to observeand judge the situation of the template,this will inevitably lead to the detection quality andspeed of the template in a large extent by the influence of human factors.In this article,takeinto account of the above discussion of the problem and accord to the needs of the actualdetection,machine vision technology will be used into LED template detection process,toachieve a fast,efficient and inexpensive LED template intelligent detection system.Machine vision technology is use machine instead of the human eye to do themeasurement and the judgment,the measured target is converted into image signals,according to the pixel ination such as brightness distribution results and controls thejudgment action.Widely used in industrial and agricultural production in foreign countries,has become an important means of detection.Based on machine vision technology testingadvantage,design detection system,each part of the main content is as followsThe first part of this paper introduces the application and development of the LEDdisplay,analyzes the template LED in the problems of testing,and expounds thesignificance of the subj ect and the application prospects.The second part is to design the hardware plat of detection system,design thedetection workbench part of detection system,template drive part and hardware of machinevision system.The third part,according to the work flow of the system and the realization process,analysis and design the system of software,for the problems system of design and testing,put forward practical scheme.The fourth section,describes the overall framework of the detection system and,and gives the experimental results and the results of the detection system.The fifth part,the research experiments are summarized and discussed the directionfor further WOrk.KeywordsLED template;machine vision;online detection致 谢在论文即将完稿之际,回首两年多的求学之路,颇有感触,有过振奋、颓废,有过忙碌、清闲,有过失败、成功,有过悲伤、喜悦,难能宝贵的师生情、同门情、同学情交汇助我完成了最有价值的两年半学业。在此,我要对所有关心鼓励和帮助我的老师、同学表示我最真诚的谢意。感谢我的导师合肥工业大学仪器科学与光电工程学院杨永跃副教授,感谢杨老师在我整个研究生学习期间对我无微不至的关怀。读研期间,无论在学业还是在生活上,杨老师都给了我很大的帮助和支持。杨老师敏锐的学术洞察力、严谨的治学态度、渊博的学术知识,为人师表的学者风范,一丝不苟的治学作风、诲人不倦的教育情怀和对事业的忠诚都给我留下了深刻的印象,必将使我终身受益,激励我在今后的学习生活中勇往直前。在此,我要向杨老师表示最诚挚的感谢与崇高的敬意。感谢仪器科学与光电工程学院的全体老师,你们的教诲为本课题的研究提供了详实的理论基础。感谢于连栋老师、余有龙老师、夏豪杰老师、袁风华老师在我读研期间给予的支持和关心。感谢仪器学院其他老师在各方面的照顾和关注。感谢科技楼308实验室的张华坤、杨宁、张岳同、何亮亮、王千贵、王鹏飞、孙盼庆等全体师兄弟,实验室所营造的良好学习氛围和友善的生活环境,使我在这里度过了两年半愉快的时光。感谢李海龙、周化龙、吴承伟、周海洋、秦自瑞、胡进忠、陈秋伟同学,感谢你们在我的研究生生活和学习中给与我的大力支持和鼓励。感谢我的父母和亲人,感谢你们在我求学过程中,给予的巨大支持和鼓励、给予的无微不至的关心和照顾,给予的不求回报、无私的帮助和理解,这正是我能顺利完成这篇论文的主要原因。作者庞伟伟201 2年03月目 录第一章 绪 论.11.1 LED显示屏应用现状及发展趋势.11.2国内LED模板检测过程中存在的问题31.3本文主要内容及主要工作.4第二章 检测系统总体设计52.1机器视觉技术.52.1.1机器视觉技术概念52.1.2机器视觉技术优势62.1.3机器视觉技术的研究现状及应用、发展62.2系统硬件设计..72.2.1系统总体组成72.2.2机器视觉硬件系统部分82.2.3检测工作台部分设计.102.2.4模板驱动控制部分.122.2.5检测实验模板及接口设计162.3本章小结.18第三章 检测系统软件部分设计.193.1系统软件设计.193.1.1软件总体方案设计.193.1.2模板型号选择一203.1.3测量类型选择一223.1.4模板测量223.1.5数据处理模块一253.1.6系统归零模块一263.1.7系统文件结构一273.2本章小结..28第四章 实验及分析一294.1检测系统算法流程294.2图像去噪..294.3图像分割..304.4模板检测..314.4.1模板亮灭检测一324.4.2模板跑马检测一364.4.3模板偏色检测404.4.4模板控制检测m a424.4.5检测结果输出g 0 0 01434.5本章小结···44第五章工作总结和展望455.1工作总结455.2展望45参考文献47攻读硕士期间发表的论文49图11图1.2图1.3图2.1图2.2图2.3图24图2.5图26图2.7图28图29图21 0图211图2.1 2图21 3图21 4图21 5图2.1 6图2.1 7图31图32图3.3图3.4图35图3.6图37图3.8图39图3.1 0图3.1 1图3.1 2图4.1插图清单LED显示屏的各种用途1发光二极管及由其组成的各种规格的模板2国内某厂家对LED模板的人工检测3机器视觉系统硬件示意图5机器视觉硬件系统示意图8松下WV.CP460摄像机9P C2一Vi Sion图像采集卡1 0机器视觉硬件系统平台1 0设计的检测工作台11检测工作台夹具部分11检测工作台横向移位部分1 2检测工作台驱动部分设计1 2模板驱动部分电路示意图1 3调宽制式开关电源原理图1 3伟豪S一1 20A型开关电源1 4ZZDl 02型LED条屏控制卡1 4控制卡与PC机连接图示l 5控制卡与模板连接图1 6检测模板规格1 71 6PIN排母结构设计1 8测量系统软件界面构成20监控软件的总体设计流程2 0模板型号选择流程图2 1模板型号选择界面2 1测量类型选择界面22模板自动快速检测流程图23模板快速检测操作界面2 3单板细致检测流程图···25单板细致检测操作界面2 5数据处理操作界面2 6系统归零设计流程图2 7系统文件结构2 8系统算法流程图29图4.2图4.3图44图45图46图4.7图4.8图49图41 0图41 1图41 2图4.1 3图4.1 4图4.1 5图4.1 6图4.1 7图41 8图4.1 9图4.20图42 1图422图4.23图424图4.25图4.26图427图428图429中值滤波原理3 0中值滤波对模板噪声的滤除效果3 0大津法确定待检图像最佳分割点3 1最佳分割点对图像部分二值化处理3 1系统软件对模板的检测检3 38木8合格模板亮灭检测3 38掌8不合格模板亮灭检测3 48木1 6合格模板绿色亮灭检测3 48木1 6合格模板红色亮灭检测348奉1 6不合格模板亮灭检测3 51 6木3 2合格模板绿色亮灭检测3 51 6幸3 2不合格模板亮灭检测3 68木8合格模板单灯跑马灯检测3 78}8不合格模板单灯跑马灯检测3 78木8合格模板行跑马灯检测3 88幸8不合格模板行跑马灯检测3 88幸1 6合格模板行跑马灯检测3 81 6奉3 2不合格模板行跑马灯检测3 98宰8合格模板列跑马灯检3 98宰8不合格模板列跑马灯检测3 98}1 6合格模板列跑马灯检测408}1 6不合格模板列跑马灯检测408木8绿色模板偏色检测4 18木1 6绿色模板偏色检测4 11 6木32绿色模板偏色检测428车8合格模板控制检测438幸8合格模板控制检测438木8不合格模板控制检测43表2.1表22表2.3表51表格清单伟豪S.1 20A型开关电源特性l 4控制卡与模板接口及连接对比1 61 6}3 2实验板参数特性1 7快速检测报表44第一章 绪 论1.1 LED显示屏应用现状及发展趋势视觉是人类获得信息的重要途径之一。据统计,有70%以上的信息是通过视觉手段获取,随着技术的进步,显示技术作为将各种信息转化为视觉信息,得到了很大的发展【.¨。由最初1 897年德国K.F.布劳恩所发明阴极射线管到50年代初期的电致发光显示器件和60年代的液晶显示器件,激光器研发成功后,出现了全息显示技术,70年代初期,微型计算机的出现和大规模集成电路技术的长足发展,使显示技术得到重大改进。近年来,LED显示屏作为一种新的媒介,频繁出现在人们的工作,生活和娱乐中,并扮演着越来越重要的作用。LED显示屏能够用来显示数字、文字和图形图像,不仅可以适用于室内环境而且可以用于严酷的室外环境,现已广泛应用于广告传媒、交通、教育、体育、娱乐、展会、商场、广场、车站等行业及场所【zj。LED显示屏具有常规显示器如液晶屏、投影仪等所不具备的优点,如亮度高、工作电压低、功耗小、小型化、寿命长、耐冲击和性能稳定pJ。图卜1即为LED显示屏的几种具体应用be d图11 LED显示屏的各种用途 a显示屏用作路标指示;b显示屏在室内用作欢迎牌;C室外显示屏用来产业宣传;d上海火车站用LED显示屏来显示车次信息LED显示屏的发展前景极为广阔,目前正朝着更高亮度、更高耐气候性、更高的发光密度、更高的发光均匀性,可靠性、全色化方向发展。在种类繁多的LED显示屏中一J,绝大部分显示屏都是利用拼接LED模板来实现,LED模板是由LED发光二极管点阵组成。LEDLight Emitting Diode发光二极管是一种能够将电能转化为可见光的固态的半导体器件,它可以直接把电转化为光【5】。主要由镓Ga与砷AS、磷P的化合物制成,当电子与空穴复合时能辐射出可见光,故用来制成发光二极管。由于人类肉眼有三种不同颜色的感光体,因此所见的色彩空间通常可以由三种基本色分别为红色、绿色、蓝色所表达,这三种颜色被称为“三原色”。为了适应人眼的观察需要,通常将发光二极管制成红色、绿色、及蓝色如图卜2a所示,然后将三种颜色的发光二极管根据显示的需要制作成各种颜色比规格的LED模板如卜2b、c及d所示。bc d图12发光二极管及由其组成的各种规格的模板 a红、绿、蓝发光二极管;b红绿蓝组合模板c纯红LED模板;d纯蓝LED模板早在上个世纪90年代初期,我国台湾地区的LED产业已相当发达;相比之下,国内的LED生产现在虽然已基本实现商品化,但是高纯度高亮度LED在国内尚属空白。对于起步比较晚的国内LED生产厂家,80%的厂家从事后道封装生产,简而言之,从台湾或者欧美地区购买生产好的LED发光二极管将其封装成LED模组。尽管国内的电子系统部、中科院等研究生产单位对于生产LED的关键外
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