摘? 要: 簡述了LCD電極檢測方法，對檢測的關鍵步驟LCD電極與電子探針" title="電子探針">電子探針的對準定位進行了分析，著重闡述了如何利用Hough變換識別定位標記。
關鍵詞: 液晶顯示器(LCD)? 定位 Hough變換
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近年來，LCD(Liquid Crystal Display)顯示技術不斷向精密化集成電路一體化的COG(Chip On Glass，集成電路芯片封裝在LCD玻璃基板" title="基板">基板上)技術方向發(fā)展，LCD電極的線間距?線寬越來越精細。例如:COG型LCD的線間距已達到二十幾個微米的要求。然而，在LCD特別是COG型LCD的電極圖形制造過程中，難免會出現(xiàn)質量問題，如短路?斷路或不規(guī)則圖形等缺陷。這些可能存在的缺陷不僅會造成液晶材料?集成電路芯片(封裝在LCD上)及相關物資和人力的浪費，更重要的是它會大大降低其生產(chǎn)廠家的質量信譽，造成不可估量的間接經(jīng)濟損失。因此，對LCD特別是COG型LCD電極圖形檢驗的重要性已日漸突出。但是，在大批量LCD生產(chǎn)流程中，單靠人眼對LCD基板上的電極圖形進行目視檢測是不現(xiàn)實的。目前，國外部分生產(chǎn)廠家使用電子探針接觸LCD電極進行自動檢測，問題的關鍵是怎樣使電子探針準確接觸到LCD基板上的待測電極。
1 LCD電極檢測方法
LCD電極檢測系統(tǒng)的組成簡圖如圖1所示，它主要由LCD基板視覺自動對準單元和電子探針測試單元兩大部分組成。其中，LCD基板視覺自動對準單元包括CCD圖像錄入和采集?圖像識別" title="圖像識別">圖像識別和處理?計算機系統(tǒng)控制?三維移動平臺及步進電機" title="步進電機">步進電機等;電子探針測試單元包括電子探針模塊和通斷電測機。檢測的方法是先通過LCD基板視覺自動對準單元使LCD基板上的待測電極與電子探針對準定位，然后使電子探針接觸LCD待測電極并通過通斷電測機進行測試，看其是否導通或短路。由于整版LCD基板上的各個LCD單元在拼版設計上一般具有周期性重復的性質，如圖2所示，每行LCD單元之間電極圖形具有重復性。因此，可利用這個性質，設計按行檢測的探針模塊，并在整版LCD基板上每行LCD單元的兩邊分別設置一個定位標記，如圖2中的實心定位圓1?2。經(jīng)過這樣處理后，檢測的過程從整版同時對準定位和檢測變?yōu)橹鹦袑识ㄎ缓蜋z測，即每次檢測時先使待檢測行LCD單元的電極與電子探針對準定位后再進行測試，然后通過步進電機帶動LCD基板支撐平臺，使另一行的定位標記成像于CCD陣面上，重復以上的操作。它的優(yōu)點是大大降低了電子探針模塊制作和調整的難度及成本，提高檢測的準確性，克服了整版同時檢測的極限性。
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從上面的分析來看，逐行檢測的關鍵步驟是怎樣使每行LCD待測電極與電子探針對準定位。本系統(tǒng)使用視覺自動對準單元使其對準定位。它首先將電子探針模塊上的定位標記攝入后提取其中心坐標，將其存儲到計算機里作為基準坐標點，并固定電子探針模塊位置。然后通過采集LCD基板上待檢測行的定位標記并由計算機進行圖像處理，自動識別出定位標記的中心坐標，再計算出它與基準坐標點的各方向偏移量ΔX(X方向的偏移量)?ΔY(Y方向的偏移量)?Δθ(θ方向的偏移量)的值，以此控制步進電機驅動三維移動平臺進行相對位置的調整，完成待檢測行的LCD電極與電子探針的對準定位。由此可見，要使每行LCD待測電極與電子探針準確對準定位，必須先解決如何自動識別出定位標記的中心。本文的目的就是要找出圖2所示的實心定位圓的圓心。
2 定位標記的圖像識別
圖3是一幅用CCD攝像機拍攝錄入計算機的定位標記內容。由于圖像信息在采集過程中往往受到各種噪聲源的干擾，而且，CCD攝像機也可能攝取到一些與定位標記相鄰的LCD電極圖形。因此，圖3中除包含待識別的定位圓外，還包括其它一些電極引線和噪聲點。要找到定位圓的圓心，常用的方法有模板匹配法?投影法?基于邊緣檢測" title="邊緣檢測">邊緣檢測的Hough變換法?形態(tài)處理等。由于基于邊緣檢測的Hough變換法可以快速直接地檢測某些已知形狀的目標，具有受噪聲和曲線間斷或變形的影響小?算法易硬件化等優(yōu)點;而且，LCD基板上的定位標記是較為簡單的圓形，滿足Hough變換的要求。因此，本文討論的重點是應用Hough變換來求定位圓的圓心。
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????在應用Hough變換檢測之前，必須對圖像進行預處理，以找到圓的邊緣。為此，先采用Otsu提出的最大類間方差法[2]求出圖3灰度圖像的最佳閾值，并對其進行二值化處理，結果如圖4。然后采用輪廓提取方法提取二值圖中目標圖像的邊緣點，該方法可簡單描述為:設二值圖(見圖4)中目標圖像的灰度值表示為1，背景表示為0，D[i][j]表示二值化圖中第i列第j行的象素灰度值，則:如果D[i][j]等于1時，且它的八個近鄰象素有一個灰度值為0，則該點為邊緣點。圖5給出對圖4做輪廓提取得到的邊緣點，圖5中包含定位圓的圓周及其它一些電極引線的邊緣點。下面敘述基于Hough變換的定位圓圓心檢測。
Hough變換的原理是利用圖像空間與參數(shù)空間的對應關系，將圖像空間的檢測問題轉化為參數(shù)空間進行簡單的累加統(tǒng)計來完成檢測任務。在(x，y)圖像空間中，圓的方程為:
式中，x，y是變量;半徑r是已知取值范圍的參量;a，b是未知參數(shù)。取(a，b，r)作為參數(shù)空間并建立一個三維的累加數(shù)組S[a][b][r]。在(x，y)圖像空間中，圓周上的任意一點Pi=(xi，yi)與參數(shù)空間(a，b，r)中的圓
相對應。(x，y)圖像空間中所有共圓的點Pi，例如，滿足(x-a0)2+(y-b0)2=r02的點，在(a，b，r)空間的對應曲線相交于一點(a0，b0，r0)。對每個Pi，使(a，b，r)空間中與式(1)對應位置上的累加數(shù)組S[a][b][r]加1，最終可在一點(a0，b0，r0)處出現(xiàn)峰點。由此檢測出在(x，y)平面上有一個以(a0，b0)為中心的，以r0為半徑的圓存在。
根據(jù)上述原理，設計如下識別算法流程，求出圓心的位置(設圖像的空間尺寸為W×H，累加數(shù)組S[a][b][r]的初始值為0)。
STEP1:確定半徑r的取值范圍。一般可通過計算錄入到計算機顯示器上的定位圓直徑的象素點個數(shù)得到標稱的半徑r，并以半徑r±5為取值范圍，即rmin=r-5，rmax=r+5;
STEP2: 令r=rmin ;
????STEP3: 令y=0;
????STEP4: 令x=0;
????STEP5:若象素點(x，y)不是邊緣點，則轉到STEP10執(zhí)行;
????STEP6: 令α=0°;
????STEP7: 令a=x-r×cos(α)，b=y-r×sin(α);?
STEP8: 若a∈(0，w-1)，b∈(0，H-1)，則?
S[a][b][r]=S[a][b][r]+1;?
STEP9: α=α+1，轉到STEP7，直到α=360°;?
STEP10:x=x+1，轉到STEP5，直到x=W;?
STEP11:y=y+1，轉到STEP4，直到y(tǒng)=H;?
STEP12:r=r+1，轉到STEP3，直到r=rmax;?
STEP13:對S[a][b][r]進行比較，找到一點(a0，b0，r0)，使得在所有的S[a][b][r]中，S[a0][b0][r0]為最大。?
經(jīng)過以上運算后得到的三維點(a0，b0，r0)就是待識別區(qū)域內存在的圓形目標。它表示在(x，y)平面上有一個以(a0，b0)為中心的，以r0為半徑的圓存在。
利用上述算法，對圖3中的定位圓標記進行檢測，檢測的結果如圖6所示，中心的黑點是檢測到的圓心。從圖6中可以看出，檢測到的定位圓及圓心與實際標記相符合。同時也注意到雖然在檢測區(qū)域內有其它一些非目標邊緣點，但它并沒有對檢測效果造成影響，這也說明Hough變換對噪聲的抗干擾性強。
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參考文獻
1 鐘玉琢.機器人視覺技術.北京：國防工業(yè)出版社.1994
2 Otsu N.A Threshold selection Method from Gray-Level Histograms[J]. IEEE Trans. Vol. SMC-9. 1979：62~66
3 Hall S.Screen printer requirements for low defect process?capability.Advanced Manufacturing Technology.1996.6
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