徐 伟，叶玉堂，刘 霖，刘娟秀，李昌海，姚景昭，叶 涵

（电子科技大学 四川 成都 610054）

在我国，近几年生产LCD的能力有了显著的提高，但是相对应的产品检测系统落后、不完善，尤其很多中小企业目前主要依靠传统的人工检测方式，主观性强，工作效率低，漏检误检率高。随着现在对液晶屏品质的要求越来越严格，这些由人工检测带来的问题会导致液晶屏的次品率越来越高，这些问题随着机器视觉技术的快速发展得到了解决办法，可以长时间的在同一标准控制下，对产品进行严格检测。

目前国内有一些公司和科研机构进行了对液晶屏检测装置的研究，但主要是针对显示区域的检测，主要包括点状缺陷、线状缺陷和面状缺陷等[1-3]，还有一些是对LCD上的导电线路进行检测[4-5]，很少有对液晶屏ITO玻璃外观进行检测，而这类缺陷在液晶屏的缺陷中占有不可忽略的比例，当外观检测出现问题时，就不必进行显示区的检测，本文正是基于液晶屏ITO玻璃的检测，提出液晶屏ITO玻璃外观检测特殊复合光源照明系统设计，完善现有的检测设备，有效提高生产线上液晶屏的检测效率。

1 基本原理

生产线上未贴偏振片之前的液晶屏整个构成，有上下两块ITO玻璃，如图1，液晶屏生产是个复杂的过程，在众多繁杂的制备工艺环节中，由于各种人工操作或者技术原因，会产生多种的外观缺陷，例如，刻蚀过程会产生残留在玻璃基板表面多余的胶，多块玻璃的互相接触会带来表面的刮痕，在ITO玻璃切割过程中会产生切割不良，破损，尺寸大等缺陷。

图1 液晶屏基本构造图Fig.1 Basic structure of LCD screen

目前市场上已有的液晶检测设备采用的是和人工传统的检测方式基本类似的原理，主要结构如图2所示，都是采用单一的背光源[6-7]，将放在待检液晶屏上下两侧的偏振片旋转成一定角度，使显示区呈现符合检测需求的底色，比对标准的液晶屏，看是否有不符合产品要求的区域显现。

图2 液晶屏检测平台结构图Fig.2 Structure of LCD screen inspection platform

这种结构有其优势，简单易制造，但同时带来很多问题，由于背光亮度比较强，同时在检测环境是相对昏暗的条件下检测，此时会完全覆盖ITO玻璃的缺陷，现象十分不明显，尤其ITO玻璃表面的刮痕更是完全不可见，人工可以针对显示区和外观同时检测，但误检漏检率高，效率低下，机器检测在这种条件下只能液晶屏的可视区进行检测，如图3所示，图中红色圈标记了破损位置，类似这种边缘破损，由于显示区颜色较深，周围缺陷处的对比度不高，机器无法对如此低分辨率的图片进行检测，其余部分必须由人工进行判定，降低了机器检测的效率，使之并不能完全代替人工检测，ITO玻璃的外观检测在液晶生产前段工序完成之后就可以进行，将有缺陷的液晶屏及时检出，不流向中后段，有效减少后段材料和人力损耗，提高生产效率。

图3 LCD边缘破损图Fig.3 Edge damage of LCD

2 光源系统

通过前面的分析可以看出，想完全对液晶屏外观进行检测并不容易，尤其是针对ITO玻璃外观的检测，其实不管使用人工还是机器进行检测，尤其在机器视觉检测领域，要有好的检测效果，前提是必须要有合适的光源照明系统，能获得对比度足够高的图像，只要缺陷显示得非常明显，就能极大地降低检测难度，提高检测效率。

本文提出液晶屏ITO玻璃外观检测特殊复合光源照明系统，图4是整个光源照明系统的构架，由3个环形光源和一个面光源组成，两个环形光源在检测平台的斜上方，一个环形光源在检测平台的斜下方，环形光源中心呈45°指向检测平台中心，环形光源的直径略大于待检液晶屏的两倍，面光源通过一个半反半透镜垂直照射到检测平台表明，面光源的尺寸略大于液晶屏的长边。载物台需要使用可以透光的材料制作。

图4 复合光源照明系统结构组成Fig.4 Composite lighting system structure

由于液晶屏有上下两块ITO玻璃，缺陷可能在两个面造成，破损处的截面朝向也不同，单一的光源很难使每种缺陷呈像清晰，当缺陷不明显时，只能通过复杂的算法程序处理，过程很繁琐，检测准确度会下降，对不同的缺陷也很难采用统一的算法处理，检测条件越差，得不到高质量的图像，软件方面对图像处理的过程耗费越多的检测时间，最终导致检测效率的下降，多个光源的设计是为了使不同的缺陷能有更高的对比度，环形光源主要是检测边缘和表面缺陷，如破损、崩角，这也是ITO玻璃外观最多的缺陷，面光源主要用来检测ITO玻璃表面，比如外刮、胶印等。

3 实验结果

3.1 常用的液晶屏检测光学系统下得到的图像

由于显示区底色的原因，会导致ITO玻璃周边的破损十分的不明显，而ITO玻璃表面的外刮更是完全不可见，如图5（b），红色圈内实际有一条很长的刮痕，如果前期没检测出来，在LCD制造的后期工序，进行贴片处理时就会显现出来，造成材料的浪费，成本的升高。

图5 在现在常用的光源系统下获得的图像Fig.5 Image captured by current light source system

3.2 液晶屏ITO玻璃外观检测光源照明系统下得到的图像

基于以上ITO玻璃外观检测中的困难，本文设计了完全可以很好检测液晶屏ITO玻璃外观的光源照明系统，为了能有明显的对比，检验本系统的实际效果，对相同的液晶屏ITO玻璃做图像采集，从图6能明显看出与普通照明系统下获得图像的区别，图 6（a）边缘破损处和图6（b）中间刮痕处的亮度远高于整幅图像其余部分。

3.3 新光源照明系统下获得的图像的二值化处理

图7是对本文设计的光源照明系统下获得的图像做处理前后的结果，只需要一个简单的二值化处理，液晶屏ITO玻璃的缺陷就会完全显示出来。

图6 在本文设计的特殊复合光源照明系统下获得的图像Fig.6 Image captured by special composite light system

图7 二值化前后对比图Fig.7 Binary comparison before and after

4 结 论

为了解决现有的液晶屏检测过程中使用的光源照明系统的问题，本文具体分析了产生这些问题的原因，并对在不同照明系统下采集的图像进行了分析，提出了一种液晶屏ITO玻璃外观检测特殊复合光源照明系统，实验表明，能很好的解决之前的问题，在该照明系统下能获得高对比度的图像，并通过简单快速的处理，就能使ITO玻璃的外观缺陷十分明显的显现出来，能广泛应用于以液晶屏ITO玻璃为代表的各种玻璃类制品的外观检测设备中，能极大的提高检测效率，节省生产成本。

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