CN116116758A - 基于光谱成像技术的led显示屏模组墨色测量分选装置 - Google Patents

基于光谱成像技术的led显示屏模组墨色测量分选装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于光谱成像技术的LED显示屏模组墨色测量分选装置和方法，包括一维运动机构、照明光源、光谱相机、校准白板和上下物料机械装置；所述的一维运动机构用于传送待检模组至测量区域，包括置物台和可程控的一维运动直线导轨，直线导轨上滑动设置有置物台，照明光源设置在置物台上方，光谱相机设置在照明光源上方，置物台一侧设置有放置校准白板的位置，置物台外还设置有上下物料机械装置。本发明是光谱测量技术和成像技术的结合，可以获取完整的二维光谱图像，同时结合了工业相机和传统分光光度计的优点，结合图像处理技术，可以实现对LED显示屏模组墨色稳定、精准的测量和分选。

Description

基于光谱成像技术的LED显示屏模组墨色测量分选装置
技术领域
本发明涉及的是光学检测技术领域，具体涉及一种基于光谱成像技术的LED显示屏模组墨色测量分选装置和方法。
背景技术
现有的大屏LED显示屏通常有多块LED显示屏模组拼接组成。在LED显示屏不点亮的情况下，因为不同模组之间的PCB板墨色深浅、面罩等差异，在使用场景的光环境下，会造成整体大屏LED显示屏表面反射特性不一致，形成墨色差，将影响用户的体验感。
目前，对LED显示屏模组的墨色差，主要采用人工分选的方法，依靠肉眼判定存在主观性、不稳定性、准确性较低、个体差异较大，并且无法采用数据作标准化衡量，会耗费大量人力和时间。
目前，市场上也有一些基于传统RGB相机或单色相机工业视觉方案检测墨色，由于LED显示屏模组之间的墨色差从反射率强度上看差异不大，传统的RGB相机或单色相机难以稳定的获取墨色差异，同时，还会涉及到照明均匀性、温度波动等一系列问题。另外，墨色测量时，由于无法区分LED灯珠或PCB板的铜箔和墨色部分，会造成测量结果不准确和不稳定。有些LED显示屏厂商用传统的分光光度计测量墨色时由于测量口径过大也导致测量时包含了LED灯珠或PCB板的铜箔的反射。
光谱成像技术是光谱测量技术和成像技术的结合，是新一代非接触二维物体光谱反射率测量技术。可以获取完整的二维光谱图像，同时结合了工业相机和传统分光光度计的优点，结合图像处理技术，可以实现对LED显示屏模组墨色稳定、精准的测量和分选。
综上所述，本发明设计了一种基于光谱成像技术的LED显示屏模组墨色测量分选装置和方法。
发明内容
针对现有技术上存在的不足，本发明目的是在于提供一种基于光谱成像技术的LED显示屏模组墨色测量分选装置和方法，以解决现有技术LED显示屏模组墨色测量分选当中的问题。
为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：基于光谱成像技术的LED显示屏模组墨色测量分选装置，包括一维运动机构、照明光源、光谱相机、校准白板和上下物料机械装置；所述的一维运动机构用于传送待检模组至测量区域，包括置物台和可程控的一维运动直线导轨，直线导轨上滑动设置有置物台，照明光源设置在置物台上方，光谱相机设置在照明光源上方，置物台一侧设置放置校准白板的位置，置物台外侧设置有上下物料机械装置。
作为优选，所述的照明光源用于在测量区域均匀照明待测模组，采用高亮度、覆盖测量波长范围的宽光谱光源，照明光源为卤素灯、白炽灯、荧光灯、氙灯、等离子光源、LED光源、激光光源中的任意一种或组合。
作为优选，所述的光谱相机用于采集待检模组的二维光谱信息；光谱相机为二维分光辐射度计、多光谱相机、高光谱相机、画幅成像方式的光谱相机、推扫成像方式的光谱相机中的任意一种；
作为优选，所述的校准白板用于日常校准光谱相机的反射率测量；采用高均匀性、高反射率、高稳定性的白板材料；校准白板表面高度与待检模组的表面高度一致。
作为优选，所述的上下物料机械装置，用于放置待检模组于一维运动机构，测量结束后将待检模组根据测量结果放置于相应的类别中。
作为优选，所述照明光源、光谱相机和待检模组的照明角度和测量角度都可以调整改变，以最大化LED显示屏模组之间的墨色差异为依据，以适应不同反射特性的LED显示屏模组种类。
作为优选，所述的照明光源、光谱相机设置有一组或多组，，以便测量不同角度下的墨色差异。
基于光谱成像技术的LED显示屏模组墨色测量分选的方法，包括以下步骤：
1、在设备各个组成部分开机、充分预热之后，用校准白板对光谱相机进行定标和校准，建立相机响应值与物体反射率之间的对应关系；
2、上下物料机械装置将待检模组放置于一维运动机构的样品台上；
3、一维运动机构将待检模组传送至测量区域；
4、光谱相机采集待检模组的二维反射信号，并转换为相应的二维光谱信息；同时，从二维光谱信息转化为RGB图、CIEXYZ图、CIELab图或特定波长灰度图；
5、对采集到的光谱信息进行取样，从RGB图、CIEXYZ图、CIELab图或灰度图中的一种或多种选取需要计算墨色的至少一个区域，区域在图像中的位置和像素尺寸可由用户指定；
6、对选取的区域进行图像处理，去除不需要参与计算的像素，如模组成品的LED灯珠或PCB板的铜箔；对区域内的剩余参与计算的像素进行统计，获取平均、最大、最小反射率和反射率和，平均、最大、最小CIELab值，平均、最大、最小CIE XYZ值；
7、基于所选区域，可以选取上一步中一个或多个统计结果，以及设定的阈值范围进行分类判断；
8、一维运动机构将待检模组传送至下料区域，基于上一步的分类判断，上下物料机械装置将检测完毕的模组放置于相应的类别中。
作为优选，所述的步骤2的上下物料机械装置可以替换用人工的方式进行。
本发明的有益效果：本发明的基于光谱成像技术LED显示屏墨色测量分选的装置和方法，是光谱测量技术和成像技术的结合，可以获取完整的二维光谱图像，同时结合了工业相机和传统分光光度计的优点，结合图像处理技术，可以实现对LED显示屏模组墨色稳定、精准的测量和分选。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式来详细说明本发明；
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的LED显示屏模组成品示意图；
图3为本发明的LED显示屏模组PCB裸板示意图；
图4为本发明的软件界面光谱图、包含铜箔和墨色区域的反射率示意图；
图5为本发明的铜箔区域和墨色区域的典型光谱反射率示意图；
图6为本发明的PCB板的RGB图及26个选框区域示意图；
图7为本发明的单个选取区域的CIE L灰度图像示意图；
图8为本发明的图像处理后的剩余墨色图像示意图；
图9为本发明的单次测量的26个区域统计结果示意图。
具体实施方式
为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
实施例1：参照图1，本具体实施方式采用以下技术方案：基于光谱成像技术的LED显示屏模组墨色测量分选装置，包括一维运动机构、照明光源3、光谱相机4、校准白板5和上下物料机械装置；所述的一维运动机构包括置物台1和可程控的一维运动直线导轨2，直线导轨2上滑动设置有置物台1，照明光源3设置在置物台1上方，光谱相机4设置在照明光源3上方，置物台1一侧设置放置校准白板5的位置，置物台1外侧设置有上下物料机械装置。
值得注意的是，所述的一维运动机构，用于传送待检模组至测量区域，包含置物台和可程控的一维运动直线导轨。
值得注意的是，所述的照明光源为高亮度宽波段400-700nm LED光源，其到达校准白板处的最大照度可达到80000lux，用于在测量区域均匀照明待测模组。
值得注意的是，所述的光谱相机采用推扫成像式的光谱相机，测量波长范围为400-700nm，波长间隔10nm，空间分辨率为2400个像素，用于采集待检模组的二维光谱信息。
值得注意的是，所述的校准白板，用于日常校准光谱相机的反射率测量；校准时，校准白板表面高度与待检模组的表面高度一致。
值得注意的是，所述的上下物料机械装置，用于放置待检模组于一维运动机构，测量结束后将待检模组根据测量结果放置于相应的类别中，此实施例中采用人工上下料的方式，后续也可以采用机械手臂等自动化装置。
此外，所述装置中的光源与待检模组的照明角度为倾斜45°，光谱相机与待检模组的测量角度为90°垂直。
参照图2-9，基于光谱成像技术LED显示屏墨色测量分选的方法，本方法适用于如图2所示的各个间距的LED显示屏模组成品、如图3所示的PCB裸板和LED显示屏遮盖用的面罩，以PCB裸板检测为例，所述方法如下：
1、在设备各个组成部分开机、充分预热之后，用校准白板对光谱相机进行定标和校准，建立相机响应值与物体反射率之间的对应关系，对相机响应值和物体反射率之间的关系模型建立属于现有技术，在此不再赘述；校准完毕后，将校准白板移出；
2、用人工的方式将待检模组放置于一维运动机构的置物台上；此次也可以用自动化上下料装置，如机械手臂等；
3、一维直线导轨将待检模组传送至测量区域；
4、光谱相机采集待检模组的二维反射信号，并转换为相应的二维光谱信息；同时，从二维光谱信息转化为CIELab图和RGB图，如图4所示显示的软件界面图，包含了RGB图，以及所选铜箔和墨色区域的平均光谱反射率；由图5可知，铜箔区域与墨色区域的光谱反射率差异较大，若测量时包含铜箔区域，则会对墨色的准确测量造成极大的影响；整个采集得到的PCB裸板的图像尺寸是2400×1260个像素，每个像素包含400-700nm每隔10nm的光谱反射率数据；
5、对采集到的光谱信息进行取样，从RGB图中的选取需要计算墨色的26个区域，区域在图像中的位置见图6，该实施例中的每个区域像素尺寸301×93，位置和区域像素尺寸均可由用户在软件中设定；
6、对选取的区域进行图像处理，包括但不限于降噪处理、二值化、开运算、闭运算、边缘检测、边缘分割、顶帽算法、黑帽算法等，去除不需要参与计算的铜箔及周边像素；图7显示了单个选取区域的CIELab的L灰度图像，图8显示了图像处理后的剩余墨色图像，其对区域内的剩余的墨色(如图8中的白色像素点)参与计算的像素对应的每一个光谱信息进行统计，获取平均400-700nm的平均、最大、最小反射率和ReflSum，平均、最大、最小CIELab值。图9显示了26个区域的信息统计结果；另外，也可以先对图像处理，然后再取样取区域计算；
7、基于图9的结果，可以选取26区域的平均反射率和ReflSum的平均值116.50作为评价PCB裸板墨色的深浅，值越小越深，值越大越浅；选取26区域平均反射率和ReflSum的最大减最小值(极差)10.0作为评判PCB裸板墨色的整体均匀性，值越小越均匀，值越大越不均匀，根据平均值和极差可以设定阈值范围进行分类判断；
8、一维运动机构将待检模组传送至下料区域，基于上一步的分类判断，上下物料机械装置将检测完毕的模组放置于相应的类别中。
本实施例可以获取完整的二维光谱图像，同时结合了工业相机和传统分光光度计的优点，结合图像处理技术，可以实现对LED显示屏模组墨色稳定、精准的测量和分选。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.基于光谱成像技术的LED显示屏模组墨色测量分选装置，其特征在于，包括一维运动机构、照明光源(3)、光谱相机(4)、校准白板(5)和上下物料机械装置；所述的一维运动机构用于传送待检模组至测量区域，包括置物台(1)和可程控的一维运动直线导轨(2)，直线导轨(2)上滑动设置有置物台(1)，照明光源(3)设置在置物台(1)上方，光谱相机(4)设置在照明光源(3)上方，置物台(1)一侧设置有放置校准白板(5)的位置，置物台(1)外设置有上下物料机械装置。
2.根据权利要求1所述的基于光谱成像技术的LED显示屏模组墨色测量分选装置，其特征在于，所述的照明光源(3)用于在测量区域均匀照明待测模组，采用高亮度、覆盖测量波长范围的宽光谱光源，照明光源为卤素灯、白炽灯、荧光灯、氙灯、等离子光源、LED光源、激光光源中的任意一种或组合。
3.根据权利要求1所述的基于光谱成像技术的LED显示屏模组墨色测量分选装置，其特征在于，所述的光谱相机(4)用于采集待检模组的二维光谱信息；光谱相机为二维分光辐射度计、多光谱相机、高光谱相机、画幅成像方式的光谱相机、推扫成像方式的光谱相机中的任意一种。
4.根据权利要求1所述的基于光谱成像技术的LED显示屏模组墨色测量分选装置，其特征在于，所述的校准白板(5)用于日常校准光谱相机的反射率测量；采用高均匀性、高反射率、高稳定性的白板材料；校准白板表面高度与待检模组的表面高度一致。
5.根据权利要求1所述的基于光谱成像技术的LED显示屏模组墨色测量分选装置，其特征在于，所述的上下物料机械装置，用于放置待检模组于一维运动机构，测量结束后将待检模组根据测量结果放置于相应的类别中。
6.根据权利要求1所述的基于光谱成像技术的LED显示屏模组墨色测量分选装置，其特征在于，所述照明光源(3)、光谱相机(4)和待检模组的照明角度和测量角度都可以调整改变，以最大化LED显示屏模组之间的墨色差异为依据，以适应不同反射特性的LED显示屏模组种类。
7.根据权利要求1所述的基于光谱成像技术的LED显示屏模组墨色测量分选装置，其特征在于，所述的照明光源(3)、光谱相机(4)设置有一组或多组，以便测量不同角度下的墨色差异。
8.基于光谱成像技术的LED显示屏模组墨色测量分选的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)、在设备各个组成部分开机、充分预热之后，用校准白板对光谱相机进行定标和校准，建立相机响应值与物体反射率之间的对应关系；
(2)、上下物料机械装置将待检模组放置于一维运动机构的样品台上；
(3)、一维运动机构将待检模组传送至测量区域；
(4)、光谱相机采集待检模组的二维反射信号，并转换为相应的二维光谱信息；同时，从二维光谱信息转化为RGB图、CIEXYZ图、CIELab图或特定波长灰度图；
(5)、对采集到的光谱信息进行取样，从RGB图、CIEXYZ图、CIELab图或灰度图中的一种或多种选取需要计算墨色的至少一个区域，区域在图像中的位置和像素尺寸可由用户指定；
(6)、对选取的区域进行图像处理，去除不需要参与计算的像素，如模组成品的LED灯珠或PCB板的铜箔；对区域内的剩余参与计算的像素进行统计，获取平均、最大、最小反射率和反射率和，平均、最大、最小CIELab值，平均、最大、最小CIE XYZ值；
(7)、基于所选区域，可以选取上一步中一个或多个统计结果，以及设定的阈值范围进行分类判断；
(8)、一维运动机构将待检模组传送至下料区域，基于上一步的分类判断，上下物料机械装置将检测完毕的模组放置于相应的类别中。
9.根据权利要求8所述的基于光谱成像技术的LED显示屏模组墨色测量分选的方法，其特征在于，所述的步骤(2)的上下物料机械装置可以替换用人工的方式进行。
10.根据权利要求8所述的基于光谱成像技术的LED显示屏模组墨色测量分选的方法，其特征在于，所述的步骤(6)对选取的区域进行图像处理，包括但不限于降噪处理、二值化、开运算、闭运算、边缘检测、边缘分割、顶帽算法、黑帽算法，去除不需要参与计算的铜箔及周边像素。
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