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(xiàn)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(xiàn)和下基板的電極線(xiàn)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(lèi)算法識(shí)別出了電極線(xiàn)的斜率、位置和十字線(xiàn)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(lèi)算法;電極線(xiàn)檢測(cè);十字線(xiàn)檢測(cè)

引言

PDP顯示屏的生產(chǎn)工藝要求上基板的電極線(xiàn)和下基板的電極線(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)、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(xiàn)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(xiàn)的檢測(cè)

1.1 Freeman鏈碼原理簡(jiǎn)介

一條數(shù)字化二值曲線(xiàn)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(xiàn)段作為基元,通過(guò)這8個(gè)方向的編碼來(lái)描述線(xiàn)條圖即為Freeman 鏈碼。

1.2 運(yùn)用Freeman準(zhǔn)則的直線(xiàn)檢測(cè)算法

圖3 Freeman鏈碼

圖4 電極線(xiàn)檢測(cè)結(jié)果圖

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

(2)S：鏈碼串的直線(xiàn)近似度。

(3)ST :預(yù)設(shè)的直線(xiàn)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(mǎn)足（1）的子鏈碼分別計(jì)算它們的s,若s ≥st,則該段滿(mǎn)足直線(xiàn)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(mǎn)足直線(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)相似度值為0.95,可得到實(shí)驗(yàn)結(jié)果(圖4),電極線(xiàn)斜率k=0.014.其中白色直線(xiàn)為檢測(cè)到的電極線(xiàn).

2 電極線(xiàn)上十字線(xiàn)的識(shí)別

圖5 電極線(xiàn)上十字線(xiàn)的幾何位置

2.1 十字線(xiàn)匹配度

電極線(xiàn)的位置一旦求出，就可在電極線(xiàn)上搜索十字線(xiàn)的位置（見(jiàn)圖5），設(shè)同一個(gè)電極線(xiàn)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(xiàn)長(zhǎng)度為C個(gè)像素，則十字線(xiàn)在縱坐標(biāo)上的投影長(zhǎng)度A=C×cos(θ)個(gè)像素，十字線(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)的可能性大小，當(dāng)用斜率為-1/k的直線(xiàn)在檢測(cè)到的最上面一條電極線(xiàn)附近掃描十字線(xiàn)時(shí)，就會(huì)得到電極線(xiàn)上不同位置十字線(xiàn)的匹配度.掃描到存在十字線(xiàn)的圖像位置時(shí)，位于直線(xiàn)上的黑色像素點(diǎn)會(huì)大量增加，表現(xiàn)為十字線(xiàn)匹配度量approx會(huì)出現(xiàn)峰值(見(jiàn)圖6)。

2.2 K均值聚類(lèi)方法識(shí)別十字線(xiàn)

圖6 聚類(lèi)識(shí)別結(jié)果

圖7 十字線(xiàn)識(shí)別結(jié)果

tK均值聚類(lèi)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(lèi)法.其中心思想是通過(guò)不斷調(diào)整聚類(lèi)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(lèi)方法對(duì)上述十字線(xiàn)匹配度數(shù)組進(jìn)行聚類(lèi)判別，聚類(lèi)數(shù)c為3，最大迭代次數(shù)m為100，聚類(lèi)得到的三類(lèi)數(shù)據(jù)之間的分割門(mén)限為:0.089、0.203,如圖6中紅色直線(xiàn)所示，十字線(xiàn)匹配度最大的一類(lèi)點(diǎn)就是可能存在十字線(xiàn)的點(diǎn)。根據(jù)這些點(diǎn)對(duì)圖4最上面第一條電極線(xiàn)進(jìn)行簡(jiǎn)單十字線(xiàn)識(shí)別,結(jié)果如圖7所示,圖中的豎直白線(xiàn)條為標(biāo)記出的十字線(xiàn)。

判別出存在十字線(xiàn)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(xiàn)識(shí)別的改進(jìn)方法

由圖7可見(jiàn)識(shí)別出的十字線(xiàn)與實(shí)際的位置有很大的誤差,并不能精確表示十字線(xiàn)中心點(diǎn)的橫坐標(biāo)?？紤]到下基板上電極線(xiàn)分布的規(guī)律性:相鄰兩根電極線(xiàn)之間的間距為51個(gè)像素,電極線(xiàn)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(xiàn)中心的橫坐標(biāo)相差L,近似68個(gè)像素.如果存在十字線(xiàn),那么十字線(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)上十字線(xiàn)檢測(cè)的結(jié)果圖

圖9 全部電極線(xiàn)、十字線(xiàn)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(lèi)方法進(jìn)行了電極線(xiàn)檢測(cè),基本可以滿(mǎn)意地把電極線(xiàn)和十字線(xiàn)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(xiàn)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