CN104034516B - 基于机器视觉的led检测装置及其检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及机器视觉技术领域，更具体地，涉及一种基于机器视觉的LED检测装置及其检测方法。该LED检测装置包括载板夹具、暗箱以及工控机，所述暗箱内设有与所述工控机连接的工业相机，所述工业相机上设有定焦镜头，所述暗箱内还设有安置于所述定焦镜头前端的聚光板，所述聚光板平面上设置有至少两个定位灯，通过所述定位灯构成的坐标系平面内设置通孔，所述载板夹具通过传导光纤与所述通孔连接。本发明基于机器视觉的LED检测装置能以较低的成本完成快速高效稳定地检测LED，并适用于任何需要大量检测电子线路板LED的应用环境；其检测方法能够快速高效地同时完成数十个LED的检测，操作简单、方便快捷。

Description

基于机器视觉的LED检测装置及其检测方法

技术领域

本发明涉及机器视觉技术领域，更具体地，涉及一种基于机器视觉的LED检测装置及其检测方法。

背景技术

机器视觉，顾名思义就是使机器具有像人一样的视觉功能，从而实现各种检测、判断、识别、测量等功能。机器视觉***一般由摄像机、图像采集卡、计算机、光源等组成，其工作原理是：在一定光照条件下，用摄像机把三维场景的被摄取目标图像采集到计算机内部形成原始图像；然后，运用图像处理技术对原始图像进行预处理以改善图像质量，分割图形，提取特征要素，构成对图像的描述；最后，采用模式识别技术进行特征分类，并根据预设条件输出结果。

机器视觉具有与被观测的对象无接触、对被摄物体无损伤、观测过程客观、判别结果可靠性高等的特点；同时机器视觉拓宽了人类视觉范围，在许多人类视觉无法感知的场合，如工业环境下高危险场景的感知等，机器视觉更具优势；而且机器视觉可以快速获取大量信息，易于自动处理，也易于实现信息集成，是实现计算机集成制造的基础技术。

现有的基于机器视觉的LED检测设备一般有两种，一种是使用颜色传感器进行检测，如分光仪；另一种是通过测量LED导通压降进行检测。但是，利用传感器进行检测的成本高，不支持多LED同时检测，具有检测效率低等缺点，这种利用传感器进行检测的途径一般适用于实验室测试，不适用于生产线的大批量应用；而通过LED导通压降进行检测的方式是一种间接测量途径，不能真正测量到LED的典型特征，如颜色、亮度等。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决上述技术问题。

本发明的首要目的是提供一种基于机器视觉的LED检测装置，该装置能以较低的成本完成快速高效稳定地检测LED，并适用于任何需要大量检测电子线路板LED的应用环境。

本发明的进一步目的是提供一种采用上述基于机器视觉的LED检测装置的检测方法，使用该方法能够快速高效地同时完成数十个LED的检测，操作简单、方便快捷。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

提供一种基于机器视觉的LED检测装置，包括用于放置待测LED的载板夹具、暗箱以及工控机，所述暗箱内设有与所述工控机连接的工业相机，所述工业相机上设有定焦镜头，所述暗箱内还设有安置于所述定焦镜头前端的聚光板，所述聚光板平面上设置有至少两个定位灯，通过所述定位灯构成的坐标系平面内设置通孔，所述载板夹具通过传导光纤与所述通孔连接。

进一步地，所述聚光板平面上设有三个颜色不同的定位灯，该三个定位灯分别布置于所述聚光板平面四个角中的任意三个角上。定位灯的准确性直接关系着待测LED的位置识别。

优选地，所述三个定位灯分别选取红、绿、蓝三种颜色，以便后续使用时可通过三基色原理识别出所述三个彩色定位灯的位置坐标。

优选地，所述通孔设有若干个，若干个所述通孔形成矩阵式通孔。通孔除了采用矩阵式的布局，还可以采用线性布局，但为了达到较佳的效果，采用矩阵式通孔的设计，可以有效利用工业相机的传感器面积，也方便了定位算法的设计，而且降低了对定位灯的精度要求，从而达到更好的稳定性。

更进一步地，所述载板夹具上设有夹具接口界面，所述夹具接口界面上设有光纤传导模块，所述传导光纤的一端与所述光纤传导模块连接、另一端与所述通孔连接。

本发明还提供一种采用如上述基于机器视觉的LED检测装置的检测方法，包括以下步骤：

S1. 待测LED点亮发光，通过传导光纤将LED光传导至暗箱内的聚光板上；

S2. 工业相机采集聚光板上的原始图像并通过千兆网卡传至工控机；

S3. 所述工控机对采集到的原始图像进行预处理，并首先识别出定位灯；

S4. 所述工控机获取定位灯后计算感兴趣区域，并将此区域映射到原始图像上，进一步识别出定位灯的位置坐标；

S5. 通过步骤S4的位置坐标调整图像方向，重绘坐标系，并以此坐标系为依据进一步识别其他待测LED；

S6. 依据事先设计的M*N矩阵模板，通过步骤S5的坐标系计算出矩阵中的每一个LED的坐标位置，并依据各个LED的坐标位置确定其感兴趣区域；

S7. 将步骤S6获取的各个感兴趣区域映射到原始图像上，通过逐个分析单个区域内的成分而识别出单个区域内的LED特征值；

S8. 根据预设的判断标准与步骤S7获取的LED特征值进行对比，如一致则视为通过，否则视为不良；

S9. 如果通过步骤S8判为不良，所述工控机则保存不良原始图像以供失效分析依据。

其中，所述步骤S3中的定位灯为三个颜色分别为红、绿、蓝的彩色定位灯；所述步骤S4中，通过三基色原理识别出所述三个彩色定位灯的位置坐标。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

（1）成本低。本发明基于机器视觉的LED检测装置通过传导光纤以及聚光板来集中拍摄目标，有效减少视野面积，从而不需要高昂的高像素相机、广角镜头以及调节三角支架等设备就能实现超大数量LED的精确检测；同时也提高了装置的适用性，不受待测LED本身布局的影响。

（2）检测高效率。本发明基于机器视觉的LED检测装置能够同时完成数十颗LED的颜色以及亮度等性能的检测，并且使用的时间仅需几秒。

（3）稳定性高。本发明基于机器视觉的LED检测装置通过三色定位灯准确识别LED灯，大大地减少由于镜头晃动、松动等原因导致相机失去焦点的故障，使得本装置的稳定性大大提升。

（4）适用范围广。本发明基于机器视觉的LED检测装置只需要适当更换载板夹具，即可在同一个装置上完成十多个不同型号的LED产品的测试，其他所有部件得以共用以节省成本。

（5）体积小，模块化。本发明基于机器视觉的LED检测装置既可以独立应用，也可以集成在其他自动化测试***中。

（6）本发明采用上述基于机器视觉的LED检测装置的检测方法，操作简单，方便快捷，能够快速高效地同时完成数十个LED的检测。

附图说明

图1为实施例一基于机器视觉的LED检测装置的结构示意图。

图2为实施例一基于机器视觉的LED检测装置的聚光板平面结构示意图。

图3为实施例一三个定位灯构成的X-Y平面坐标系。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步的说明。其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本专利的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制。

并且，上述部分术语除了可以用于表示方位或位置关系以外，还可能用于表示其他含义，例如术语“上”在某些情况下也可能用于表示某种依附关系或连接关系。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解这些术语在本发明中的具体含义。

实施例一

如图1至图3所示为本发明基于机器视觉的LED检测装置的实施例。如图1、图2所示，该LED检测装置包括用于放置待测LED的载板夹具1、暗箱2以及工控机3，暗箱2内设有与工控机3连接的工业相机21，工业相机21由设置于暗箱2内的相机支架22固定支撑，工业相机21上设有定焦镜头23，暗箱2内还设有安置于定焦镜头23前端的聚光板24，聚光板24平面上设置有三个颜色不同的定位灯25，通过定位灯25构成的坐标系平面内设置通孔26，载板夹具1通过传导光纤4与通孔26连接。其中，载板夹具1上还设有夹具接口界面11，该夹具接口界面11上设有光纤传导模块（图未示），传导光纤4的一端与光纤传导模块连接、另一端与通孔连接。

本实施例中，如图2所示，聚光板24平面上的三个颜色不同的定位灯25，该三个定位灯25分别布置于聚光板24平面四个角中的任意三个角上。定位灯的准确性直接关系着待测LED的位置识别。如图3所示，三个定位灯构成一个X-Y平面坐标系，依此平面内等分成若干矩阵，每一个矩阵单元对应一个LED的位置，即图中节点的位置。

为了便于后续使用时可通过三基色原理识别出三个彩色定位灯的位置坐标，本实施例的三个定位灯25分别选取红、绿、蓝三种颜色。

此外，通过三个定位灯25构成的坐标系平面内设置的通孔有若干个，这若干个通孔形成矩阵式通孔。可以理解的是，这些通孔除了采用矩阵式的布局，还可以采用线性布局，但为了达到较佳的效果，本实施例采用矩阵式通孔的设计，可以有效利用工业相机的传感器面积，也方便了定位算法的设计，而且降低了对定位灯的精度要求，从而达到更好的稳定性。

本实施例的载板夹具1的尺寸多选，可更换。在检测不同型号的LED时，只需要适当更换载板夹具，即可在同一个装置上完成十多个不同型号的LED产品的测试，其他所有部件得以共用以节省成本。

实施例二

本发明为采用上述基于机器视觉的LED检测装置的检测方法的实施例，包括以下步骤：

S1. 待测LED点亮发光，通过传导光纤将LED光传导至暗箱内的聚光板上；

S2. 工业相机采集聚光板上的原始图像并通过千兆网卡传至工控机；

S3. 所述工控机对采集到的原始图像进行预处理，并首先识别出三个颜色分别为红、绿、蓝的彩色定位灯；

S4. 所述工控机获取定位灯后计算感兴趣区域，并将此区域映射到原始图像上，进一步通过三基色原理识别出三个彩色定位灯的位置坐标；定位灯被识别后，其绝对位置是已知的，所谓的绝对位置，即相对于原始照片而取得的位置。

S5. 通过步骤S4的位置坐标调整图像方向，重绘坐标系，该坐标系是根据定位灯的绝对位置构建的X-Y坐标系，并以此坐标系为依据进一步识别其他待测LED；另外，本实施例采用光纤隔离传导的方式，避免了各LED之间的测试的相互影响。

S6. 依据事先设计的M*N矩阵模板，通过步骤S5的坐标系计算出矩阵中的每一个LED的坐标位置，并依据各个LED的坐标位置确定其感兴趣区域；可以理解的是，M*N矩阵模板主要是根据待测LED的数量来设计的，其包括预先规划矩阵的大小以及各LED在矩阵中的相对位置。

S7. 将步骤S6获取的各个感兴趣区域映射到原始图像上，通过逐个分析单个区域内的成分而识别出单个区域内的LED特征值；具体为对LED的RGB值进行比对。

S8. 根据预设的判断标准与步骤S7获取的LED特征值进行对比，如一致则视为通过，否则视为不良；

S9. 如果通过步骤S8判为不良，所述工控机则保存不良原始图像以供失效分析依据。

在步骤S6中，一般根据待测LED的数量来设计矩阵模板，如本实施例可设计成12*12的矩阵大小，这样就可以支持最大144个LED的识别了；如果LED的数量小于100，就可以设计成10*10。这样就可以有效地充分利用工业相机的传感器面积。

在计算矩阵中LED的坐标位置时，基本的原理如下，以12*12矩阵、130万像素工业相机为例。130万像素的有效像素为1280*960，而在本装置中可利用的最大像素为960*960，其中再除去定位灯以及留白区域，可以使用580*580像素面积用于待测LED的布局。这样，每个LED可以占用48*48像素面积。如果以X-Y坐标系的原点为（0，0），则LED的坐标则依次为(N*24+24，M*24+24)。

采用本实施例检测方法的检测效率高，经过测试，使用上述装置并采用该检测方法进行检测，同时完成60多颗LED的颜色以及亮度性能的检测，只需要2~3秒的时间。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种基于机器视觉的LED检测装置的检测方法，该检测装置包括用于放置待测LED的载板夹具、暗箱以及工控机，所述暗箱内设有与所述工控机连接的工业相机，所述工业相机上设有定焦镜头，所述暗箱内还设有安置于所述定焦镜头前端的聚光板，所述聚光板平面上设置有至少三个定位灯，该三个定位灯分别布置于所述聚光板平面四个角中的任意三个角上，通过所述定位灯构成的坐标系平面内设置通孔，所述载板夹具通过传导光纤与所述通孔连接，所述工控机通过先识别出该三个定位灯的位置坐标，并根据获得的位置坐标重绘坐标系，通过重绘的坐标系计算出坐标系中每一个LED的坐标位置，依据各个LED的坐标位置确定其感兴趣区域，通过逐个分析单个区域内的成分而识别出单个区域内的LED特征值，并根据预设的判断标准与各单个区域的LED特征值进行对比以实现对LED的检测，所述检测方法包括如下步骤：

S1.待测LED点亮发光，通过所述传导光纤将LED光传导至所述暗箱内的聚光板上；

S2.所述工业相机采集所述聚光板上的原始图像并传至所述工控机；

S3.所述工控机对采集到的原始图像进行预处理，并首先识别出三个定位灯；

S4.所述工控机获取定位灯后计算感兴趣区域，并将此区域映射到原始图像上，进一步识别出三个定位灯的位置坐标；

S5.通过步骤S4的位置坐标调整图像方向，重绘坐标系，并以此坐标系为依据进一步识别其他待测LED；

S6.依据事先设计的M*N矩阵模板，通过步骤S5的坐标系计算出矩阵中的每一个LED的坐标位置，并依据各个LED的坐标位置确定其感兴趣区域；

S7.将步骤S6 获取的各个感兴趣区域映射到原始图像上，通过逐个分析单个区域内的成分而识别出单个区域内的LED特征值；

S8.根据预设的判断标准与步骤S7获得的LED特征值进行对比，如一致则视为通过，否则视为不良；

S9.如果通过步骤S8判为不良，所述工控机则保存不良原始图像以供失效分析依据。

2.根据权利要求1所述的检测方法，其特征在于，所述步骤S3中的定位灯为三个颜色分别为红、绿、蓝的彩色定位灯。

3.根据权利要求2所述的检测方法，其特征在于，所述步骤S4中，通过三基色原理识别出三个彩色定位灯的位置坐标。