SM-PDP板中電極線的檢測(cè)算法

潘世麗 張金龍 劉京南

1.硅湖職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇 昆山 215332;2.南京師范大學(xué)電氣與自動(dòng)化工程學(xué)院，江蘇 南京 210042;3. 東南大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院，江蘇 南京210096

SM-PDP板中電極線的檢測(cè)算法

潘世麗1張金龍2劉京南3

1.硅湖職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇 昆山 215332;2.南京師范大學(xué)電氣與自動(dòng)化工程學(xué)院，江蘇 南京 210042;3. 東南大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院，江蘇 南京210096

東南大學(xué)自主研制開(kāi)發(fā)的SM-PDP顯示屏的生產(chǎn)工藝要求上基板的電極線和下基板的電極線兩兩垂直交叉于蔭罩板上的相應(yīng)網(wǎng)孔,應(yīng)用計(jì)算機(jī)視覺(jué)檢測(cè)技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)三塊板的初定位。本文在Canny邊緣檢測(cè)的結(jié)果圖上,應(yīng)用Freeman鏈碼、模式匹配度、K均值聚類算法識(shí)別出了電極線的斜率、位置和十字線的位置,理論分析和試驗(yàn)驗(yàn)證相結(jié)合,為后面視覺(jué)檢測(cè)與定位部分的研究奠定了基礎(chǔ)。

Freeman鏈碼;模式匹配度;K均值聚類算法;電極線檢測(cè);十字線檢測(cè)

引言

PDP顯示屏的生產(chǎn)工藝要求上基板的電極線和下基板的電極線兩兩垂直交叉于蔭罩板上的相應(yīng)網(wǎng)孔.對(duì)于CCD攝取的一幅下基板和蔭罩板的圖像（圖1）,使用Canny算法可以將圖像中的一部分電極線邊緣和網(wǎng)孔圓弧形邊緣檢測(cè)出來(lái)（圖2）.由圖2可知,圖像預(yù)處理操作可將電極線、網(wǎng)孔的邊界標(biāo)定出來(lái).但是作為屏板圖像的主要標(biāo)識(shí),它們精確的幾何位置,比如電極線的傾斜角度是預(yù)處理操作無(wú)法獲取的，這需要由圖像的識(shí)別算法來(lái)實(shí)現(xiàn).圖像識(shí)別算法是機(jī)器視覺(jué)技術(shù)的核心,基本思想是從圖像預(yù)處理后所獲得的邊緣二值圖像中獲取對(duì)應(yīng)標(biāo)識(shí)圖形的位置信息。

圖1 下基板和蔭罩板的圖像

圖2 Canny邊緣檢測(cè)圖

1 電極線的檢測(cè)

1.1 Freeman鏈碼原理簡(jiǎn)介

一條數(shù)字化二值曲線可用方向鏈碼(Freeman碼)表示。Freeman出于模式識(shí)別的目的提出了用圖3所示的不同斜率方向的8個(gè)小直線段作為基元,通過(guò)這8個(gè)方向的編碼來(lái)描述線條圖即為Freeman 鏈碼。

1.2 運(yùn)用Freeman準(zhǔn)則的直線檢測(cè)算法

圖3 Freeman鏈碼

圖4 電極線檢測(cè)結(jié)果圖

參數(shù)說(shuō)明 ⑴ LT：預(yù)設(shè)的最小直線段長(zhǎng)度閾值。

(2)S：鏈碼串的直線近似度。

(3)ST :預(yù)設(shè)的直線近似度閾值。

(4)在計(jì)算鏈碼串的實(shí)際長(zhǎng)度時(shí),若方向碼為0、2、4、6，則鏈碼連接的兩像素間的實(shí)際長(zhǎng)度為1;若方向碼為1,3,5,7,則兩像素間的實(shí)際長(zhǎng)度為。算法步驟（1）將目標(biāo)邊界跟蹤得到的鏈碼串,依次與LT比較,若小于LT則舍棄該鏈碼串。

（2）從起點(diǎn)開(kāi)始將滿足（1）的子鏈碼分別計(jì)算它們的s,若s ≥st,則該段滿足直線約束,轉(zhuǎn)(3),否則舍棄該段,繼續(xù)判斷下一段子鏈碼串。

（3）若前一段子鏈碼串也滿足直線約束,則考慮相鄰的兩條子鏈碼串能否合并成一條更長(zhǎng)的直線段.將前一段鏈碼串的起點(diǎn)到本段鏈碼串的終點(diǎn)間的這段鏈碼看作一條新的鏈碼串計(jì)算其直線段近似度s,若s ≥st,則進(jìn)行合并,否則將本段子鏈碼串標(biāo)記成一條新的直線段。

(4)若已到達(dá)鏈碼串終點(diǎn),則結(jié)束，否則轉(zhuǎn)（1）繼續(xù)判斷下一段子鏈碼串。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果

針對(duì)圖1的原始圖圖像,采用上面的算法,設(shè)置st為52個(gè)像素,最小直線相似度值為0.95,可得到實(shí)驗(yàn)結(jié)果(圖4),電極線斜率k=0.014.其中白色直線為檢測(cè)到的電極線.

2 電極線上十字線的識(shí)別

圖5 電極線上十字線的幾何位置

2.1 十字線匹配度

電極線的位置一旦求出，就可在電極線上搜索十字線的位置（見(jiàn)圖5），設(shè)同一個(gè)電極線上相鄰兩個(gè)十字的間距為l個(gè)像素，則相鄰兩個(gè)十字的水平間距L=l×cos(θ)個(gè)像素，十字線長(zhǎng)度為C個(gè)像素，則十字線在縱坐標(biāo)上的投影長(zhǎng)度A=C×cos(θ)個(gè)像素，十字線在橫坐標(biāo)上的投影長(zhǎng)度為B= C×sin(θ) 個(gè)像素。

當(dāng)用斜率值固定的直線依次遍歷圖像中的像素點(diǎn)，對(duì)于每個(gè)橫坐標(biāo)，可以找到圖像中所有位于直線上的像素點(diǎn)的總數(shù)以及這些像素點(diǎn)中所有為標(biāo)記的邊界像素點(diǎn)的總數(shù)，用這兩個(gè)值之比代表圖像中此處存在十字線的近似度量，記為approx；使用上述方法在圖像中遍歷查找得到一組approx，取這組approx中的最大值為圖像中存在這個(gè)斜率十字線的匹配度，這樣，每個(gè)橫坐標(biāo)都對(duì)應(yīng)了一個(gè)匹配度量，這個(gè)匹配度量標(biāo)識(shí)了圖像中存在這個(gè)斜率十字線的可能性大小，當(dāng)用斜率為-1/k的直線在檢測(cè)到的最上面一條電極線附近掃描十字線時(shí)，就會(huì)得到電極線上不同位置十字線的匹配度.掃描到存在十字線的圖像位置時(shí)，位于直線上的黑色像素點(diǎn)會(huì)大量增加，表現(xiàn)為十字線匹配度量approx會(huì)出現(xiàn)峰值(見(jiàn)圖6)。

2.2 K均值聚類方法識(shí)別十字線

圖6 聚類識(shí)別結(jié)果

圖7 十字線識(shí)別結(jié)果

tK均值聚類算法是一種采用迭帶最優(yōu)化方法求最優(yōu)劃分的動(dòng)態(tài)聚類法.其中心思想是通過(guò)不斷調(diào)整聚類中心使得誤差平方和準(zhǔn)則函數(shù)取得極小值.使用K均值聚類方法對(duì)上述十字線匹配度數(shù)組進(jìn)行聚類判別，聚類數(shù)c為3，最大迭代次數(shù)m為100，聚類得到的三類數(shù)據(jù)之間的分割門限為:0.089、0.203,如圖6中紅色直線所示，十字線匹配度最大的一類點(diǎn)就是可能存在十字線的點(diǎn)。根據(jù)這些點(diǎn)對(duì)圖4最上面第一條電極線進(jìn)行簡(jiǎn)單十字線識(shí)別,結(jié)果如圖7所示,圖中的豎直白線條為標(biāo)記出的十字線。

判別出存在十字線中心點(diǎn)的橫坐標(biāo)為：38、39、54、55、59、60、65、77、78、89、90、105、106、107、121、122、126、127、133、150、156、174、175、189、194、200、201、214、215、224、239、240、256、257、261、262、268、280、281、291、323、324、328、335、336、348。

2.2.3 十字線識(shí)別的改進(jìn)方法

由圖7可見(jiàn)識(shí)別出的十字線與實(shí)際的位置有很大的誤差,并不能精確表示十字線中心點(diǎn)的橫坐標(biāo)?？紤]到下基板上電極線分布的規(guī)律性:相鄰兩根電極線之間的間距為51個(gè)像素,電極線上的十字之間的間隔為68個(gè)像素，由圖5可知相鄰兩個(gè)十字線中心的橫坐標(biāo)相差L,近似68個(gè)像素.如果存在十字線,那么十字線的中心位置應(yīng)該相互間隔整數(shù)個(gè)L,由圖6可知第一個(gè)最大的十字線匹配點(diǎn)的橫坐標(biāo)為127。理想情況下，識(shí)別得到的十字線的橫坐標(biāo)為：127-68=59、127、127+68=195、127+68×2=263、127+68×3=331、127+68×4=399；

根據(jù)上述方法得到最終的十字線位置為：60、127、195、262、330。

2.2.4 矯正后的實(shí)驗(yàn)結(jié)果

圖8 第一條電極線上十字線檢測(cè)的結(jié)果圖

圖9 全部電極線、十字線的識(shí)別結(jié)果圖

3 結(jié)論

本文在Canny邊緣檢測(cè)的結(jié)果圖像上運(yùn)用Freeman鏈碼,模式匹配度量和K均值聚類方法進(jìn)行了電極線檢測(cè),基本可以滿意地把電極線和十字線的位置識(shí)別出來(lái),為后續(xù)圖像檢測(cè)及定位工作奠定了基礎(chǔ)。

[1]孫涵,任明武,楊靜字.一種快速實(shí)用的直線檢測(cè)算法[A].計(jì)算機(jī)應(yīng)用研究，2006,2:256～257

[2]鐘珞,潘昊,封筠,何平.模式識(shí)別.武漢大學(xué)出版社,2006:113～114.

[3]張金龍，余玲玲，劉京南. 精密檢測(cè)與定位技術(shù)的研究，儀器儀表學(xué)報(bào),2004,25(6 ):754～756

國(guó)家863計(jì)劃資助項(xiàng)目(2005AA303610)、江蘇省自然科學(xué)基金項(xiàng)目（BK2009406）

10.3969/j.issn.1001-8972.2012.07.017