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(biāo)準(zhǔn)
　　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(yīng)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(jī)、鏡頭、相機(jī)支架、圖像采集卡、遮光罩、計算機(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(jī)，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(dá)到的最大象素當(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(shè)計，適用對象為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。它的特點是:適用于兆級象素相機(jī)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(shè)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(jī)外，還可支持WIT8.0軟件。 
　　4 WIT視覺軟件介紹
　　WIT是一種公認(rèn)的功能強(qiáng)大的用于開發(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(shè)計環(huán)境，它具有完備的operator庫，強(qiáng)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(jī)器視覺中OEM產(chǎn)品的開發(fā)，生物制藥，實驗室科學(xué)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(shè)定。例如:旋轉(zhuǎn)operator有一個對編程系數(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(fù)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(jìn)行分類)以及對各操作進(jìn)行排列(在顯示之前給每一個斑點加標(biāo)簽)。
　　為了進(jìn)一步簡化開發(fā)，各種igraph可以嵌套在一起用一個新的圖標(biāo)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(jī)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。為了最大限度的加強(qiáng)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(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(yùn)用圖像注解來提高可讀性。當(dāng)執(zhí)行式圖標(biāo)會閃爍，傳輸時的紅點表示數(shù)據(jù)運(yùn)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(jī)上并行執(zhí)行或通過PCI總線與許多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TCP/IP或特殊硬件的特定通道進(jìn)行通信。因為eWIT具有WIT的大部分功能，eWIT能夠通過運(yùn)用WIT管理器來設(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
　　(1) 設(shè)計原理
　　在WIT中通過動態(tài)采集LED的圖像后，首先對其進(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)

圖3 軟件流程圖

 (4) WIT igraph實現(xiàn)(如圖4所示)

圖4 WIT　igraph

　　6 測試結(jié)果及注意事項
　　對R、G、B三種不同顏色LED進(jìn)行了測試，實驗結(jié)果(如圖5)表明，運(yùn)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(yīng)在暗室或遮光罩內(nèi)進(jìn)行，避免雜光噪音的干擾;電子快門和暴光時間不能過長，應(yīng)保證視場中最亮部分的灰度值不大于255;相機(jī)的自動增益功能須設(shè)為OFF，手動增益設(shè)為0;為保證CCD不飽和，可在CCD前加衰減片;電子快門和暴光時間不能過短，應(yīng)保證視場中最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
　　隨著機(jī)器視覺技術(shù)的迅速發(fā)展，傳統(tǒng)的生產(chǎn)線上的人眼目視檢測將越來越多的被機(jī)器視覺系統(tǒng)所取代，構(gòu)建適合其應(yīng)用的機(jī)器視覺系統(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。