基于图像轮廓分析的LCD 线路缺陷检测

摘要： 为了避免图像配准精度对液晶显示屏( LCD) 线路缺陷检测准确率的影响，采用一种基于图像轮廓分析的新方法，基于深度优先搜索寻找图像轮廓，并根据格林公式计算轮廓面积，将待检测LCD 的线路轮廓面积与标准模板的轮廓面积比较，从而判断是否存在短路。断路。孔洞和孤岛缺陷。该方法不需要图像配准，降低了算法精度要求，从而提高了检测的正确率。通过对200 片小型LCD 的测试，检测准确率达99%?结果表明，该方法可以快速正确地检测出图像上的所有轮廓，并计算出轮廓面积，用面积比较代替传统的图像像素比较，检测短路。断路等缺陷的正确率有了较大提升。该算法在LCD 线路缺陷检测方面具有很好的应用前景。

引言

近年来，随着液晶显示屏( liquid crystal disPlay,LCD) 的广泛应用，生产过程中对LCD 缺陷的检测变得越来越重要，而自动光学检测技术作为质量检测的重要手段，也已经在LCD 缺陷检测中得到了应用。

LCD 缺陷种类繁多，比如刮痕。杂质。Mura 缺陷以及线路缺陷等，本文中将讨论线路缺陷的检测。LCD 缺陷检测中常见的检测方法主要有3 种： 参考比较法。非参考校验法和混合法。非参考校验法主要基于数学形态学操作; 应用较多的是参考比较法，它基于图像配准和与标准模板作差进行缺陷检测，这种方法操作简单，可以有效地检测出常见缺陷，但是对配准精度要求很高，同时由于需要事先建立标准模板，内存消耗也较大。例如KANG 等人提出了一种基于模式比较和边界扩张的方法，首先由模式比较得到只包含缺陷的图像，然后对每个缺陷的每个像素作标记，对于同一个缺陷却被划分为多个区域的情况，采用边界扩张的方法进行区域合并，最后分析缺陷区域特征信息。本文中的方法其优点在于不需要模式比较。该线路缺陷检测算法基于图像轮廓分析，在目标区域提取过程中，采用了一种形态学操作的击中击不中变换( hit-miss transform,HMT) 方法，有效准确地提取出了待检测的线路区域。图像轮廓分析是本文中检测算法的核心，在阈值分割之后，进行边缘检测以得到单像素边界，根据这个特点采用基于深度优先搜索的方法来进行边界追踪，以寻找线路图像轮廓，并用离散化的格林公式计算轮廓面积。

1 系统组成及预处理

由于LCD 线路的线宽线距很小，需要很高的像素分辨率，同时又要保证足够的视场，因此面阵相机很难满足要求。本系统采用线扫描电荷耦合器件( chargecouPled device,CCD) 相机，有效像素7400; 另外，采用直线电机代替传统的旋转电机以提高系统精度。检测系统如图1 所示

图2 展示了该系统采集的1 幅LCD 线路图像的一部分。图2 中画出了L1,L2两条直线，L1和L2之间的区域为所要检测的目标区域，L1上面和L2下面部分是由于相机视场因素而多拍摄的图像，因此首先进行目标区域的提取。提取目标区域需要先找到一个定位标志，然后以定位标志为基准点提取出目标区域，LCD 上一般采用十字形作为定位标志。本文中采用基于击中击不中变换的方法来检测十字形的坐标。

HMT 针对二值图像操作，因此先要将线路图像进行阈值分割，然后应用HMT 找到十字形定位标志的中心，再根据液晶尺寸，以定位中心为基准点，向上下左右4 个方向偏移适当距离提取出目标区域。图3 显示了阈值分割后提取出的目标区域图像。

在轮廓分析之前，首先要提取线路单像素边缘，且由于二值化后的线路边缘明确，canny 边缘检测即可得到单像素边缘图像。图4 为采用canny 边缘检测后的结果的局部图。

2 LCD 线路轮廓分析

2. 1单个轮廓搜索在液晶线路的轮廓图像中，每一条线路或者一个标志( 例如十字形定位标志) 的轮廓均为一条封闭曲线。

轮廓分析已有相关算法被提出，在作者采用的检测方法中，结合LCD 线路轮廓的单像素特点，分析时采用八邻域连通的方法，但是在搜索轮廓过程中优先搜索中心像素的左右上下4 个像素，然后再搜索4个角的像素，并采用深度优先搜索策略[10]?基于八邻域连通的深度优先搜索如图5 所示，P 为中心像素，搜寻轮廓时先判断P5,P4,P2,P7,如果没有像素与P 连通，然后再判断P3,P8,P6,P1; 一旦找到一个与P 连通的像素，例如P5,那么立即停止搜索P 的其它相邻像素，而以P5为中心继续搜索。

在搜索过程中，定义如下数据结构来表示一个轮廓： tyPedef vector Pair int,int > > Contour; vector 和Pair 是C + + 标准库类型，Pair int,int > 表示轮廓上的1 个像素，第1 个参量为行坐标，第2 个参量为列坐标。在搜索过程中每找到一个像素就将其加入到vector.图6 说明了对单个轮廓的搜索过程。

首先定义一个Contour 对象contour,假定从P1开始搜索，由于LCD 线路主要走向是横向，因此先搜索P1的左右像素，再搜索上下像素，最后搜索4 个角的像素; 当搜索到一个连通像素P2后，根据深度优先策略，停止对P1邻域的搜索，即使P1还可能有其它连通像素，例如这里的P5和P3,将P1存入contour,并将P1标记为已搜索; 然后以P2为中心搜索，虽然P1与P2连通，但标记为已搜索，因此，将搜索到P2的连通像素P3; 再以P3为中心搜索到P4,如此进行下去。当搜索到P5时，发现与其连通的像素均已标记为已搜索，于是对该轮廓的搜索结束。可见，对一个轮廓搜索结束的条件为： 某一像素的所有连通像素均标记为已搜索。