1、LCD電極檢測(cè)中定位標(biāo)記的圖像識(shí)別沈 奕 陸霖琳 楊 燁 時(shí)間:2008年12月29日 字 體: 大 中 小關(guān)鍵詞:電子探針基板圖像識(shí)別邊緣檢測(cè)步進(jìn)電機(jī)摘? 要: 簡(jiǎn)述了LCD電極檢測(cè)方法，對(duì)檢測(cè)的關(guān)鍵步驟LCD電極與電子探針的對(duì)準(zhǔn)定位進(jìn)行了分析，著重闡述了如何利用Hough變換識(shí)別定位標(biāo)記。關(guān)鍵詞: 液晶顯示器(LCD)? 定位 Hough變換?近年來(lái)，LCD(Liquid Crystal Display)顯示技術(shù)不斷向精密化集成電路一體化的COG(Chip On Glass，集成電路芯片封裝在LCD玻璃基板上)技術(shù)方向發(fā)展，LCD電極的線(xiàn)間距?線(xiàn)寬越來(lái)越精細(xì)。例如:COG型LCD的線(xiàn)間距已

2、達(dá)到二十幾個(gè)微米的要求。然而，在LCD特別是COG型LCD的電極圖形制造過(guò)程中，難免會(huì)出現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題，如短路?斷路或不規(guī)則圖形等缺陷。這些可能存在的缺陷不僅會(huì)造成液晶材料?集成電路芯片(封裝在LCD上)及相關(guān)物資和人力的浪費(fèi)，更重要的是它會(huì)大大降低其生產(chǎn)廠(chǎng)家的質(zhì)量信譽(yù)，造成不可估量的間接經(jīng)濟(jì)損失。因此，對(duì)LCD特別是COG型LCD電極圖形檢驗(yàn)的重要性已日漸突出。但是，在大批量LCD生產(chǎn)流程中，單靠人眼對(duì)LCD基板上的電極圖形進(jìn)行目視檢測(cè)是不現(xiàn)實(shí)的。目前，國(guó)外部分生產(chǎn)廠(chǎng)家使用電子探針接觸LCD電極進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)，問(wèn)題的關(guān)鍵是怎樣使電子探針準(zhǔn)確接觸到LCD基板上的待測(cè)電極。1 LCD電極檢測(cè)方法LCD

3、電極檢測(cè)系統(tǒng)的組成簡(jiǎn)圖如圖1所示，它主要由LCD基板視覺(jué)自動(dòng)對(duì)準(zhǔn)單元和電子探針測(cè)試單元兩大部分組成。其中，LCD基板視覺(jué)自動(dòng)對(duì)準(zhǔn)單元包括CCD圖像錄入和采集?圖像識(shí)別和處理?計(jì)算機(jī)系統(tǒng)控制?三維移動(dòng)平臺(tái)及步進(jìn)電機(jī)等;電子探針測(cè)試單元包括電子探針模塊和通斷電測(cè)機(jī)。檢測(cè)的方法是先通過(guò)LCD基板視覺(jué)自動(dòng)對(duì)準(zhǔn)單元使LCD基板上的待測(cè)電極與電子探針對(duì)準(zhǔn)定位，然后使電子探針接觸LCD待測(cè)電極并通過(guò)通斷電測(cè)機(jī)進(jìn)行測(cè)試，看其是否導(dǎo)通或短路。由于整版LCD基板上的各個(gè)LCD單元在拼版設(shè)計(jì)上一般具有周期性重復(fù)的性質(zhì)，如圖2所示，每行LCD單元之間電極圖形具有重復(fù)性。因此，可利用這個(gè)性質(zhì)，設(shè)計(jì)按行檢測(cè)的探針模塊，并

4、在整版LCD基板上每行LCD單元的兩邊分別設(shè)置一個(gè)定位標(biāo)記，如圖2中的實(shí)心定位圓1?2。經(jīng)過(guò)這樣處理后，檢測(cè)的過(guò)程從整版同時(shí)對(duì)準(zhǔn)定位和檢測(cè)變?yōu)橹鹦袑?duì)準(zhǔn)定位和檢測(cè)，即每次檢測(cè)時(shí)先使待檢測(cè)行LCD單元的電極與電子探針對(duì)準(zhǔn)定位后再進(jìn)行測(cè)試，然后通過(guò)步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)LCD基板支撐平臺(tái)，使另一行的定位標(biāo)記成像于CCD陣面上，重復(fù)以上的操作。它的優(yōu)點(diǎn)是大大降低了電子探針模塊制作和調(diào)整的難度及成本，提高檢測(cè)的準(zhǔn)確性，克服了整版同時(shí)檢測(cè)的極限性。?從上面的分析來(lái)看，逐行檢測(cè)的關(guān)鍵步驟是怎樣使每行LCD待測(cè)電極與電子探針對(duì)準(zhǔn)定位。本系統(tǒng)使用視覺(jué)自動(dòng)對(duì)準(zhǔn)單元使其對(duì)準(zhǔn)定位。它首先將電子探針模塊上的定位標(biāo)記攝入后提取其中

5、心坐標(biāo)，將其存儲(chǔ)到計(jì)算機(jī)里作為基準(zhǔn)坐標(biāo)點(diǎn)，并固定電子探針模塊位置。然后通過(guò)采集LCD基板上待檢測(cè)行的定位標(biāo)記并由計(jì)算機(jī)進(jìn)行圖像處理，自動(dòng)識(shí)別出定位標(biāo)記的中心坐標(biāo)，再計(jì)算出它與基準(zhǔn)坐標(biāo)點(diǎn)的各方向偏移量X(X方向的偏移量)?Y(Y方向的偏移量)?(方向的偏移量)的值，以此控制步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)三維移動(dòng)平臺(tái)進(jìn)行相對(duì)位置的調(diào)整，完成待檢測(cè)行的LCD電極與電子探針的對(duì)準(zhǔn)定位。由此可見(jiàn)，要使每行LCD待測(cè)電極與電子探針準(zhǔn)確對(duì)準(zhǔn)定位，必須先解決如何自動(dòng)識(shí)別出定位標(biāo)記的中心。本文的目的就是要找出圖2所示的實(shí)心定位圓的圓心。2 定位標(biāo)記的圖像識(shí)別圖3是一幅用CCD攝像機(jī)拍攝錄入計(jì)算機(jī)的定位標(biāo)記內(nèi)容。由于圖像信息在采集

6、過(guò)程中往往受到各種噪聲源的干擾，而且，CCD攝像機(jī)也可能攝取到一些與定位標(biāo)記相鄰的LCD電極圖形。因此，圖3中除包含待識(shí)別的定位圓外，還包括其它一些電極引線(xiàn)和噪聲點(diǎn)。要找到定位圓的圓心，常用的方法有模板匹配法?投影法?基于邊緣檢測(cè)的Hough變換法?形態(tài)處理等。由于基于邊緣檢測(cè)的Hough變換法可以快速直接地檢測(cè)某些已知形狀的目標(biāo)，具有受噪聲和曲線(xiàn)間斷或變形的影響小?算法易硬件化等優(yōu)點(diǎn);而且，LCD基板上的定位標(biāo)記是較為簡(jiǎn)單的圓形，滿(mǎn)足Hough變換的要求。因此，本文討論的重點(diǎn)是應(yīng)用Hough變換來(lái)求定位圓的圓心。?在應(yīng)用Hough變換檢測(cè)之前，必須對(duì)圖像進(jìn)行預(yù)處理，以找到圓的邊緣。為此，先采

7、用Otsu提出的最大類(lèi)間方差法2求出圖3灰度圖像的最佳閾值，并對(duì)其進(jìn)行二值化處理，結(jié)果如圖4。然后采用輪廓提取方法提取二值圖中目標(biāo)圖像的邊緣點(diǎn)，該方法可簡(jiǎn)單描述為:設(shè)二值圖(見(jiàn)圖4)中目標(biāo)圖像的灰度值表示為1，背景表示為0，Dij表示二值化圖中第i列第j行的象素灰度值，則:如果Dij等于1時(shí)，且它的八個(gè)近鄰象素有一個(gè)灰度值為0，則該點(diǎn)為邊緣點(diǎn)。圖5給出對(duì)圖4做輪廓提取得到的邊緣點(diǎn)，圖5中包含定位圓的圓周及其它一些電極引線(xiàn)的邊緣點(diǎn)。下面敘述基于Hough變換的定位圓圓心檢測(cè)。Hough變換的原理是利用圖像空間與參數(shù)空間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，將圖像空間的檢測(cè)問(wèn)題轉(zhuǎn)化為參數(shù)空間進(jìn)行簡(jiǎn)單的累加統(tǒng)計(jì)來(lái)完成檢測(cè)任務(wù)

8、。在(x，y)圖像空間中，圓的方程為:式中，x，y是變量;半徑r是已知取值范圍的參量;a，b是未知參數(shù)。取(a，b，r)作為參數(shù)空間并建立一個(gè)三維的累加數(shù)組Sabr。在(x，y)圖像空間中，圓周上的任意一點(diǎn)Pi=(xi，yi)與參數(shù)空間(a，b，r)中的圓相對(duì)應(yīng)。(x，y)圖像空間中所有共圓的點(diǎn)Pi，例如，滿(mǎn)足(x-a0)2+(y-b0)2=r02的點(diǎn)，在(a，b，r)空間的對(duì)應(yīng)曲線(xiàn)相交于一點(diǎn)(a0，b0，r0)。對(duì)每個(gè)Pi，使(a，b，r)空間中與式(1)對(duì)應(yīng)位置上的累加數(shù)組Sabr加1，最終可在一點(diǎn)(a0，b0，r0)處出現(xiàn)峰點(diǎn)。由此檢測(cè)出在(x，y)平面上有一個(gè)以(a0，b0)為中心的，

9、以r0為半徑的圓存在。根據(jù)上述原理，設(shè)計(jì)如下識(shí)別算法流程，求出圓心的位置(設(shè)圖像的空間尺寸為WH，累加數(shù)組Sabr的初始值為0)。STEP1:確定半徑r的取值范圍。一般可通過(guò)計(jì)算錄入到計(jì)算機(jī)顯示器上的定位圓直徑的象素點(diǎn)個(gè)數(shù)得到標(biāo)稱(chēng)的半徑r，并以半徑r5為取值范圍，即rmin=r-5，rmax=r+5;STEP2: 令r=rmin ;?STEP3: 令y=0;?STEP4: 令x=0;?STEP5:若象素點(diǎn)(x，y)不是邊緣點(diǎn)，則轉(zhuǎn)到STEP10執(zhí)行;?STEP6: 令=0;?STEP7: 令a=x-rcos()，b=y-rsin();?STEP8: 若a(0，w-1)，b(0，H-1)，則?S

10、abr=Sabr+1;?STEP9: =+1，轉(zhuǎn)到STEP7，直到=360;?STEP10:x=x+1，轉(zhuǎn)到STEP5，直到x=W;?STEP11:y=y+1，轉(zhuǎn)到STEP4，直到y(tǒng)=H;?STEP12:r=r+1，轉(zhuǎn)到STEP3，直到r=rmax;?STEP13:對(duì)Sabr進(jìn)行比較，找到一點(diǎn)(a0，b0，r0)，使得在所有的Sabr中，Sa0b0r0為最大。?經(jīng)過(guò)以上運(yùn)算后得到的三維點(diǎn)(a0，b0，r0)就是待識(shí)別區(qū)域內(nèi)存在的圓形目標(biāo)。它表示在(x，y)平面上有一個(gè)以(a0，b0)為中心的，以r0為半徑的圓存在。利用上述算法，對(duì)圖3中的定位圓標(biāo)記進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)的結(jié)果如圖6所示，中心的黑點(diǎn)是檢測(cè)到的圓心。從圖6中可以看出，檢測(cè)到的定位圓及圓心與實(shí)際標(biāo)記相符合。同時(shí)也注意到雖然在檢測(cè)區(qū)域內(nèi)有其它一些非目標(biāo)邊緣點(diǎn)，但它并沒(méi)有對(duì)檢測(cè)效果造成影響，這也說(shuō)明Hough變換對(duì)噪聲的抗干擾性強(qiáng)。?參考文獻(xiàn)1 鐘玉琢.機(jī)器人視覺(jué)技術(shù).北京：國(guó)防工業(yè)出版社.19942 Otsu N.A Threshold selection Method from G