CN109167928B - 基于显示面板缺陷检测的快速自动曝光方法及系统 - Google Patents

基于显示面板缺陷检测的快速自动曝光方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及面板检测技术领域，具体涉及一种基于显示面板缺陷检测的快速自动曝光方法及系统。从显示屏画面图像中提取屏幕ROI区域；根据显示屏屏幕亮度和画面灰阶的gamma关系计算显示面板待检测画面的曝光参数；根据计算出的显示面板待检测画面的曝光参数调节相机曝光时间和增益，采集屏幕相应待检测画面，判断屏幕亮度是否合格；若屏幕亮度合格，则切换下一个待检测画面进行曝光参数计算。制作gamma画面计算屏幕实际gamma参数，再利用实际的屏幕gamma参数预测各灰阶画面的相机曝光参数，可以有效的一次性达到自动曝光效果，运算速度快，实时性强。

Description

基于显示面板缺陷检测的快速自动曝光方法及系统
技术领域
本发明涉及面板检测技术领域，具体涉及一种基于显示面板缺陷检测的快速自动曝光方法及系统。
背景技术
针对显示面板视觉检测系统，面板高质量图像是后续图像处理和缺陷分析的基础，它直接关系到整个系统的测量精度，而在成像设备一定的情况下，曝光量是影响成像质量的关键因素之一。曝光量的手动控制存在效率低、缺乏客观的评价标准等缺陷。
现有面板视觉检测的自动曝光技术中，工业相机进行自动曝光，根据期望的亮度范围，利用相机亮度与曝光量和增益的关系，采用多次曝光快速逼近的策略来实现快速曝光控制。此类方法存在一定问题：
1、对于面板非均匀画面和低灰阶画面的检测要求，多次曝光快速逼近的策略，使迭代次数过多，大大的增加的系统时间复杂度，降低了工业生产线上面板检测效率。
2、屏幕存在缺陷或自身亮度分布不均匀的问题，通过计算整体屏幕亮度来作为自动曝光的判断依据不够精确。
发明内容
本发明的目的就是针对现有技术的缺陷，提供一种曝光迅速、且能有效消除屏幕缺陷和屏幕亮度的不均性给自动曝光带来的不利影响的基于显示面板缺陷检测的快速自动曝光方法及系统。
本发明一种基于显示面板缺陷检测的快速自动曝光方法，其技术方案为：
步骤1：采集显示屏画面图像，并从显示屏画面图像中提取ROI区域；
步骤2：根据显示屏屏幕亮度和画面灰阶的gamma关系计算显示面板待检测画面的曝光参数；
步骤3：根据显示面板待检测画面的曝光参数调节相机，采集屏幕检测画面，判断屏幕亮度是否合格；
步骤4：若屏幕亮度不合格，则重复步骤2和3若屏幕亮度合格，则切换下一个检测画面，重复步骤1～4直至所有检测画面处理完毕。
较为优选的，所述步骤1中，采集显示屏画面图像，并从显示屏画面图像中提取ROI区域包括：
根据采集到实际灰度值为255的显示屏画面图像，进行图像阈值分割，获取屏幕的ROI分割参数；
然后将显示屏画面切换成gamma画面，针对gamma画面，使用屏幕的ROI分割参数分割出gamma屏幕画面；
根据gamma画面的若干块目标区域，利用图像阈值分割的方法，依次分割出若干块不同灰度的区域。
较为优选的，
步骤2中，根据显示屏屏幕亮度和画面灰阶的gamma关系计算显示面板待检测画面的曝光参数包括：
根据显示屏屏幕亮度和画面灰阶的gamma关系计算显示面板各个待检测画面的理论亮度值Y；
根据待检测画面的理论亮度值Y、上一幅图像曝光时间为t，上一幅图像信号增益为G和待检测画面的目标亮度Y0计算待检测画面的曝光时间和增益；
其中，若当前检测画面为第一个画面时，则所述上一幅图像曝光时间t取初始曝光时间initT、上一幅图像信号增益G取初始增益initG；
所述初始曝光时间initT、初始增益initG和各待检测画面的目标亮度Y0在采集显示屏画面之前预先设定。
较为优选的，所述根据显示屏屏幕亮度和画面灰阶的gamma关系计算显示面板各个待检测画面的理论亮度值Y包括：
根据屏幕亮度和画面灰阶的gamma关系计算所述若干块不同灰度区域的gamma参数r；
对若干块不同灰度区域的gamma参数r进行拟合归一化处理，生成拟合gamma曲线y＝x^r；
根据所述拟合gamma曲线y＝x^r计算各个待检测画面的理论亮度值Y；
其中，gamma曲线y＝x^r中，y为理论亮度值Y，x为待检测画面的灰阶X。
较为优选的，根据待检测画面的理论亮度值Y、上一幅图像曝光时间为t，上一幅图像信号增益为G和检测画面的目标亮度Y0计算待检测画面的曝光时间t'和增益G'包括：
根据公式Y/Y0＝t G/t'G'进行计算，计算过程为
当优选调节曝光时间时，令G'＝G，根据公式Y/Y0＝t G/t'G'计算t'值；
若t'值大于设定的最大曝光时间tmax时，将tmax带入Y/Y0＝t G/t'G'中计算出G'值，所述待检测画面的曝光时间为tmax，所述待检测画面的增益为计算出的G'值；
若t'值小于设定的最大曝光时间tmax时，所述待检测画面的曝光时间为计算得到的t'值，所述待检测画面的增益为G；
当优先调节增益时，令t'＝t，根据公式Y/Y0＝t G/t'G'计算G'值；
若G'值大于设定的最大增益Gmax时，将Gmax带入Y/Y0＝
t G/t'G'中计算出t'值，所述待检测画面的曝光时间为计算出的t'值，所述待检测画面的增益为Gmax；
若G'值小于设定的最大增益Gmax时，所述待检测画面的曝光时间为t，所述待检测画面的增益为计算得到的G'值。
较为优选的，若屏幕亮度不合格，重复步骤2和3时，公式Y/Y0＝t G/t'中的t、G取值为刚才得到的曝光时间t'值和增益G'值。
较为优选的，步骤3中，判断屏幕亮度是否合格包括：
将屏幕ROI区域等分为若干块矩形区域；
计算每一个矩形区域的平均亮度和亮度偏差，并去除亮度偏差最大的两块矩形区域；
检测剩余矩形区域中是否每一块矩形区域的平均亮度均合格，仅当每一块矩形区域的平均亮度均合格时，判断该屏幕亮度合格；
所述平均亮度在标定的目标亮度范围内时，判断为平均亮度合格。
本发明一种基于显示面板缺陷检测的快速自动曝光系统，其技术方案为：
包括
参数设置模块：用于设置相机的初始曝光时间initT和初始增益initG，并设置各待检测画面的目标亮度Y0；
相机：用于拍摄显示屏画面图像，并将拍摄的显示屏画面图像发送给自动曝光控制模块；
图像处理模块：用于从显示屏画面图像中提取ROI区域；
算法分析模块：用于根据显示屏屏幕亮度和画面灰阶的gamma关系计算显示面板待检测画面的曝光参数，将所述待检测画面的曝光参数发送给相机，以及判断屏幕亮度是否合格；
显示屏控制模块：用于在屏幕亮度合格时，控制显示面板切换下一个检测画面。
较为优选的，所述图像处理模块从显示屏画面图像中提取ROI区域包括：
根据采集到的显示屏画面图像，进行图像阈值分割，获取屏幕的ROI分割参数；
针对gamma画面，使用屏幕的ROI分割参数分割出gamma屏幕画面；
根据gamma画面的若干块目标区域，利用图像阈值分割的方法，依次分割出若干块不同灰度的区域。
较为优选的，所述算法分析模块根据显示屏屏幕亮度和画面灰阶的gamma关系计算显示面板待检测画面的曝光参数包括：
根据显示屏屏幕亮度和画面灰阶的gamma关系计算显示面板各个待检测画面的理论亮度值Y；
根据待检测画面的理论亮度值Y、上一幅图像曝光时间为t，上一幅图像信号增益为G和检测画面的目标亮度Y0计算待检测画面的曝光时间和增益；
其中，若当前检测画面为第一个画面时，则所述上一幅图像曝光时间t取initT、上一幅图像信号增益G取initG。
本发明的有益效果为：
1、通过屏幕分块处理，计算屏幕亮度，有效的消除屏幕缺陷和屏幕亮度的不均性给自动曝光带来的的影响，增加了自动曝光算法的鲁棒性。
2、制作gamma画面计算屏幕实际gamma参数，再利用实际的屏幕gamma参数预测曝光参数，可以有效的一次性达到自动曝光效果，运算速度快，实时性强。
3、根据显示屏屏幕亮度和画面灰阶的gamma关系计算显示面板待检测画面的曝光参数中，gamma屏幕画面可根据需要增加其他灰阶区域，更换各灰阶区域位置，以计算更精确的gamma曲线特性，提高自动曝光的有效性。
4、根据显示屏屏幕亮度和画面灰阶的gamma关系计算显示面板待检测画面的曝光参数，算法简便，能够快速准确的得到曝光参数，且精度高。
附图说明
图1为本发明一种基于显示面板缺陷检测的快速自动曝光方法的流程图；
图2为本发明gamma预测自动曝光算法流程图；
图3为本发明拟合的gamma曲线y＝x^r示意图；
图4为本发明相机曝光前和自动曝光后的图像亮度对比效果图；
图5为本发明一种基于显示面板缺陷检测的快速自动曝光系统的架构图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明，便于清楚地了解本发明，但它们不对本发明构成限定。
如图1所示，本发明一种基于显示面板缺陷检测的快速自动曝光方法的流程如下：
步骤1：设置相机的初始曝光时间initT和初始增益initG，并设置各待检测画面的目标亮度Y0。
步骤2：采集实际灰度值为255显示屏画面图像，并从显示屏画面图像中提取ROI区域。先根据采集到的实际灰度值为255的显示屏画面图像(例如L255画面)，进行图像阈值分割，获取屏幕的ROI分割参数(供后续图像采集提取ROI使用)；然后将显示屏画面切换成gamma画面，针对gamma画面，使用屏幕的ROI分割参数先分割出gamma屏幕画面，再根据gamma画面的15块目标区域，利用图像阈值分割的方法，依次分割出15块不同灰度的区域。
步骤3：根据显示屏屏幕亮度和画面灰阶的gamma关系计算显示面板待检测画面的曝光参数。其包括：
1、根据显示屏屏幕亮度和画面灰阶的gamma关系计算显示面板各个待检测画面的理论亮度值Y；
2、根据待检测画面的理论亮度值Y、上一幅图像曝光时间为t，上一幅图像信号增益为G和检测画面的目标亮度Y0计算待检测画面的曝光时间和增益。
根据显示屏屏幕亮度和画面灰阶的gamma关系计算显示面板各个待检测画面的理论亮度值Y过程如下：
根据显示屏gamma画面各目标区域的亮度和相应区域实际灰阶值的gamma关系Y＝X^r(Y:待检测画面的理论亮度值，X:实际灰阶值)，计算15块不同灰度区域的gamma参数r；对15块不同灰度区域的gamma参数r进行拟合归一化处理，生成拟合gamma曲线y＝x^r如图3所示。根据拟合gamma曲线y＝x^r计算各个待检测画面的理论亮度值Y；其中，gamma曲线y＝x^r中，y为理论亮度值Y，x为待检测画面的灰阶X。
假设上一幅图像曝光时间为t，信号增益为G，图像亮度均值为Y，目标亮度为Y0，为了达到目标亮度，当前待检测图像的曝光时间为t’，信号增益为G’，根据曝光时间t和信号增益G在信号未饱和范围内与屏幕图像亮度Y成线性关系，则可知Y/Y0＝t G/t'G'。
根据待检测画面的理论亮度值Y、上一幅图像曝光时间为t，上一幅图像信号增益为G和检测画面的目标亮度Y0计算待检测画面的曝光时间t'和增益G'，其过程如图2所示：
①当优选调节曝光时间时，令G'＝G，根据公式Y/Y0＝t G/t'G'计算t'值；
若t'值大于设定的最大曝光时间tmax时，将tmax带入Y/Y0＝t G/t'G'中计算出G'值，所述待检测画面的曝光时间为tmax，所述待检测画面的增益为计算出的G'值；
若t'值小于设定的最大曝光时间tmax时，所述待检测画面的曝光时间为计算得到的t'值，所述待检测画面的增益为G；
②当优先调节增益时，令t'＝t，根据公式Y/Y0＝t G/t'G'计算G'值；
若G'值大于设定的最大增益Gmax时，将Gmax带入Y/Y0＝t G/t'G'中计算出t'值，所述待检测画面的曝光时间为计算出的t'值，所述待检测画面的增益为Gmax；
若G'值小于设定的最大增益Gmax时，所述待检测画面的曝光时间为t，所述待检测画面的增益为计算得到的G'值。
在上述计算过程中，若当前检测画面为第一个画面时，则上一幅图像曝光时间t取initT、上一幅图像信号增益G取initG。
步骤4：根据显示面板待检测画面的曝光参数调节相机，采集屏幕检测画面，判断屏幕亮度是否合格。
将屏幕ROI区域等分为9块矩形区域；计算每一个矩形区域的平均亮度、最大亮度和亮度偏差，并去除亮度偏差最大的两块矩形区域；检测剩余7个矩形区域中是否每一块矩形区域的平均亮度均在标定的目标亮度范围(Y0±25)内，仅当每一块矩形区域的平均亮度均在标定的目标亮度范围时，判断该屏幕亮度合格。
步骤5：若屏幕亮度不合格，则重复步骤3和4。在计算的过程中，公式Y/Y0＝t G/t'中的t、G取值为刚才得到的曝光时间t'值和增益G'值。重复计算后再次判断屏幕亮度是否合格，若仍然不合格，则将最新得到的曝光时间t'值和增益G'值(具体取值根据优先调节曝光时间或增益的情况而定，详见上文)作为公式Y/Y0＝t G/t'中的t、G取值继续计算，直至合格位置。
步骤6：若屏幕亮度合格，则切换下一个检测画面，重复步骤2～5直至所有检测画面处理完毕。
如图4所示为7个待检测画面L255、R255、G255、B255、L0、segment、wbleak自动曝光前和自动曝光后的图像亮度对比，7个待检测画面均自动曝光成功。
本发明基于显示面板缺陷检测的快速自动曝光系统主要由机柜、显示器、显示屏控制模块、相机和计算机组成。如图5所示，计算机中包含自动曝光模块，计算机设有用于与显示屏控制模块通信的通信端口和用于与相机通信的camera通信端口。自动曝光模块包括参数设置模块、图像处理模块和算法分析模块。显示屏控制模块与显示屏电连接，与计算机进行网口通信，由计算机向显示屏控制模块发送命令，控制显示屏切换不同的检测画面，进而使用相机采集屏幕图像，传送到计算机进行分析处理，计算自动曝光参数，再通过通信端口发送调节相机参数的命令，到达自动曝光的效果。
具体的，参数设置模块用于设置相机的初始曝光时间initT和初始增益initG，并设置各待检测画面的目标亮度Y0；相机用于拍摄显示屏画面图像，并将拍摄的显示屏画面图像发送给自动曝光控制模块；图像处理模块用于从显示屏画面图像中提取ROI区域；算法分析模块用于根据显示屏屏幕亮度和画面灰阶的gamma关系计算显示面板待检测画面的曝光参数，将所述待检测画面的曝光参数发送给相机，以及判断屏幕亮度是否合格；显示屏控制模块用于在屏幕亮度合格时，控制显示面板切换下一个检测画面。
本说明书未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (9)

1.一种基于显示面板缺陷检测的快速自动曝光方法，其特征在于：
步骤1：采集显示屏画面图像，并从显示屏画面图像中提取ROI区域，将ROI区域中gamma屏幕画面分割出若干块不同灰度的区域；
步骤2：根据显示屏屏幕亮度和画面灰阶的gamma关系计算显示面板待检测画面的曝光参数，包括根据显示屏屏幕亮度和画面灰阶的gamma关系计算显示面板各个待检测画面的理论亮度值Y，并根据所述理论亮度值Y计算曝光参数；所述理论亮度值Y的计算包括
根据屏幕亮度和画面灰阶的gamma关系计算所述若干块不同灰度区域的gamma参数r；
对若干块不同灰度区域的gamma参数r进行拟合归一化处理，生成拟合gamma曲线y＝x^r；
根据所述拟合gamma曲线y＝x^r计算各个待检测画面的理论亮度值Y；
其中，gamma曲线y＝x^r中，y为理论亮度值Y，x为待检测画面的灰阶X；
步骤3：根据显示面板待检测画面的曝光参数调节相机，采集屏幕检测画面，判断屏幕亮度是否合格；
步骤4：若屏幕亮度不合格，则重复步骤2和3若屏幕亮度合格，则切换下一个检测画面，重复步骤1～4直至所有检测画面处理完毕。
2.根据权利要求1所述的基于显示面板缺陷检测的快速自动曝光方法，其特征在于，所述步骤1中，采集显示屏画面图像，并从显示屏画面图像中提取ROI区域包括：
根据采集到实际灰度值为255的显示屏画面图像，进行图像阈值分割，获取屏幕的ROI分割参数；
然后将显示屏画面切换成gamma画面，针对gamma画面，使用屏幕的ROI分割参数分割出gamma屏幕画面；
根据所述gamma屏幕画面的若干块目标区域，利用图像阈值分割的方法，依次分割出若干块不同灰度的区域。
3.根据权利要求2所述的基于显示面板缺陷检测的快速自动曝光方法，其特征在于，步骤2中，根据显示屏屏幕亮度和画面灰阶的gamma关系计算显示面板待检测画面的曝光参数包括：
根据显示屏屏幕亮度和画面灰阶的gamma关系计算显示面板各个待检测画面的理论亮度值Y；
根据待检测画面的理论亮度值Y、上一幅图像曝光时间为t，上一幅图像信号增益为G和待检测画面的目标亮度Y0计算待检测画面的曝光时间和增益；
其中，若当前检测画面为第一个画面时，则所述上一幅图像曝光时间t取初始曝光时间initT、上一幅图像信号增益G取初始增益initG；
所述初始曝光时间initT、初始增益initG和各待检测画面的目标亮度Y0在采集显示屏画面之前预先设定。
4.根据权利要求3所述的基于显示面板缺陷检测的快速自动曝光方法，其特征在于，根据待检测画面的理论亮度值Y、上一幅图像曝光时间为t，上一幅图像信号增益为G和检测画面的目标亮度Y0计算待检测画面的曝光时间t'和增益G'包括：
根据公式Y/Y0＝t G/t'G'进行计算，计算过程为当优选调节曝光时间时，令G'＝G，根据公式Y/Y0＝t G/t'G'计算t'值；
若t'值大于设定的最大曝光时间tmax时，将tmax带入Y/Y0＝t G/t'G'中计算出G'值，所述待检测画面的曝光时间为tmax，所述待检测画面的增益为计算出的G'值；
若t'值小于设定的最大曝光时间tmax时，所述待检测画面的曝光时间为计算得到的t'值，所述待检测画面的增益为G；
当优先调节增益时，令t'＝t，根据公式Y/Y0＝t G/t'G'计算G'值；
若G'值大于设定的最大增益Gmax时，将Gmax带入Y/Y0＝t G/t'G'中计算出t'值，所述待检测画面的曝光时间为计算出的t'值，所述待检测画面的增益为Gmax；
若G'值小于设定的最大增益Gmax时，所述待检测画面的曝光时间为t，所述待检测画面的增益为计算得到的G'值。
5.根据权利要求4所述的基于显示面板缺陷检测的快速自动曝光方法，其特征在于，若屏幕亮度不合格，重复步骤2和3时，公式Y/Y0＝t G/t'中的t、G取值为刚才得到的曝光时间t'值和增益G'值。
6.根据权利要求4所述的基于显示面板缺陷检测的快速自动曝光方法，其特征在于，步骤3中，判断屏幕亮度是否合格包括：
将屏幕ROI区域等分为若干块矩形区域；
计算每一个矩形区域的平均亮度和亮度偏差，并去除亮度偏差最大的两块矩形区域；
检测剩余矩形区域中是否每一块矩形区域的平均亮度均合格，仅当每一块矩形区域的平均亮度均合格时，判断该屏幕亮度合格；
所述平均亮度在标定的目标亮度范围内时，判断为平均亮度合格。
7.一种基于显示面板缺陷检测的快速自动曝光系统，其特征在于，包括
参数设置模块：用于设置相机的初始曝光时间initT和初始增益initG，并设置各待检测画面的目标亮度Y0；
相机：用于拍摄显示屏画面图像，并将拍摄的显示屏画面图像发送给自动曝光控制模块；
图像处理模块：用于从显示屏画面图像中提取ROI区域，以及将ROI区域中gamma屏幕画面分割出若干块不同灰度的区域；
算法分析模块：用于根据显示屏屏幕亮度和画面灰阶的gamma关系计算显示面板待检测画面的曝光参数，将所述待检测画面的曝光参数发送给相机，以及判断屏幕亮度是否合格；
显示屏控制模块：用于在屏幕亮度合格时，控制显示面板切换下一个检测画面；
计算所述曝光参数包括
根据显示屏屏幕亮度和画面灰阶的gamma关系计算显示面板各个待检测画面的理论亮度值Y，并根据所述理论亮度值Y计算曝光参数；
所述理论亮度值Y的计算包括
根据屏幕亮度和画面灰阶的gamma关系计算所述若干块不同灰度区域的gamma参数r；
对若干块不同灰度区域的gamma参数r进行拟合归一化处理，生成拟合gamma曲线y＝x^r；
根据所述拟合gamma曲线y＝x^r计算各个待检测画面的理论亮度值Y；
其中，gamma曲线y＝x^r中，y为理论亮度值Y，x为待检测画面的灰阶X。
8.如权利要求7所述基于显示面板缺陷检测的快速自动曝光系统，其特征在于，所述图像处理模块从显示屏画面图像中提取ROI区域包括：
根据采集到的显示屏画面图像，进行图像阈值分割，获取屏幕的ROI分割参数；
针对gamma画面，使用屏幕的ROI分割参数分割出gamma屏幕画面；
根据所述gamma屏幕画面的若干块目标区域，利用图像阈值分割的方法，依次分割出若干块不同灰度的区域。
9.如权利要求7所述基于显示面板缺陷检测的快速自动曝光系统，其特征在于，所述算法分析模块根据显示屏屏幕亮度和画面灰阶的gamma关系计算显示面板待检测画面的曝光参数包括：
根据显示屏屏幕亮度和画面灰阶的gamma关系计算显示面板各个待检测画面的理论亮度值Y；
根据待检测画面的理论亮度值Y、上一幅图像曝光时间为t，上一幅图像信号增益为G和检测画面的目标亮度Y0计算待检测画面的曝光时间和增益；
其中，若当前检测画面为第一个画面时，则所述上一幅图像曝光时间t取initT、上一幅图像信号增益G取initG。
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