专业课程设计基于图像处理方法的液晶显示器表面缺陷检测设计

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1、 武汉理工大学专业课程设计目录1.引言22.相关原理3 2.1.数字图像处理简介 3 2.2.系统方案设计内容及原理 4 2.2.1.设计内容4 2.2.2.设计原理53.源程序54.仿真结果及分析13 4.1.点缺陷的仿真结果13 4.2.线缺陷的仿真结果16 4.3.面缺陷的仿真结果18 4.4.结果分析 205.总结与心的216.参考文献221. 引言 自人类社会进入信息时代以来，信息显示技术在人们社会活动和日常生活中的作用日益剧增。例如，信息处理、接受及发送等操作均借助于信息系统终端设备与人之间的界面显示来完成。液晶显示器(LCD-Liquid Crystal Display)不仅具有

2、高分辨率、高亮度和无几何变形等诸多优点外，还具有体积小、重量轻和功耗低等特点。因此，被广泛应用于数码照相机、数码摄像机、车载显示器、桌上显示器、笔记本电脑和液晶电视等几乎所有的显示器领域。如图1所示。 图1液晶显示器的应用在液晶显示器的生产过程中，由于工艺及环境的原因可能导致液晶显示屏的显示缺陷，常见的TFT-LCD屏显示缺陷包括点缺陷、线缺陷和面缺陷。点缺陷主要是单个TFT失效引起的，线缺陷则主要是由于驱动IC与屏连接不良所致。面缺陷是与点、线两种缺陷完全不同类型的缺陷，它无同定的形状和尺寸，必须在暗室下为TFT-LCD提供特定的背景亮度才能够将其辨认，产生面缺陷的原因有：液晶分子配向不均匀

3、，TFT漏电不均匀和背光源发光不均匀等。这些显示缺陷的产生对显示器的显示造成了很大的干扰，对日常生活、生产有不小的负面影响。所以，对于显示缺陷的检测是非常重要的。目前对缺陷的检测主要依靠人工，为了提高检测效率及准确性，研制有效的液晶屏自动检测系统十分必要。由此，本文设计了一种基于数字图像处理方法的对于液晶显示器显示缺陷自动检测的方案。2. 相关原理2.1.数字图像处理简介数字图像处理(DigitalImageProcessing)是通过计算机对图像进行去除噪声、增强、复原、分割、提取特征等处理的方法和技术。图像处理工具箱提供一套全方位的参照标准算法和图形工具，用于进行图像处理、分析、可视化和算

4、法开发。可用其对有噪图像或退化图像进行去噪或还原、增强图像以获得更高清晰度、提取特征、分析形状和纹理以及对两个图像进行匹配。工具箱中大部分函数均以开放式 MATLAB 语言编写。这意味着可以检查算法、修改源代码和创建自定义函数。图像处理工具箱在生物测定学、遥感、监控、基因表达、显微镜技术、半导体测试、图像传感器设计、颜色科学及材料科学等领域为工程师和科学家提供支持。它也促进了图像处理技术的教学。数字图像处理的优点主要表现在以下几个方面：1. 再现性好数字图像处理与模拟图像处理的根本不同在于，它不会因图像的存储、传输或复制等一系列变换操作而导致图像质量的退化。只要图像在数字化时准确地表现了原稿，

5、则数字图像处理过程始终能保持图像的再现。 2处理精度高按目前的技术，几乎可将一幅模拟图像数字化为任意大小的二维数组，这主要取决于图像数字化设备的能力。现代扫描仪可以把每个像素的灰度等级量化为16位甚至更高，这意味着图像的数字化精度可以达到满足任一应用需求。对计算机而言，不论数组大小，也不论每个像素的位数多少，其处理程序几乎是一样的。换言之，从原理上讲不论图像的精度有多高，处理总是能实现的，只要在处理时改变程序中的数组参数就可以了。回想一下图像的模拟处理，为了要把处理精度提高一个数量级，就要大幅度地改进处理装置，这在经济上是极不合算的。3适用面宽图像可以来自多种信息源，它们可以是可见光图像，也可

6、以是不可见的波谱图像（例如X射线图像、射线图像、超声波图像或红外图像等）。从图像反映的客观实体尺度看，可以小到电子显微镜图像，大到航空照片、遥感图像甚至天文望远镜图像。这些来自不同信息源的图像只要被变换为数字编码形式后，均是用二维数组表示的灰度图像（彩色图像也是由灰度图像组合成的，例如RGB图像由红、绿、蓝三个灰度图像组合而成）组合而成，因而均可用计算机来处理。即只要针对不同的图像信息源，采取相应的图像信息采集措施，图像的数字处理方法适用于任何一种图像。4灵活性高图像处理大体上可分为图像的像质改善、图像分析和图像重建三大部分，每一部分均包含丰富的内容。由于图像的光学处理从原理上讲只能进行线性运

7、算，这极大地限制了光学图像处理能实现的目标。而数字图像处理不仅能完成线性运算，而且能实现非线性处理，即凡是可以用数学公式或逻辑关系来表达的一切运算均可用数字图像处理实现。鉴于以上数字图像处理的便捷性、可操作性、简单易行性以及本次设计的内容及目的是检测显示图像缺陷的自动检测，所以本次对于液晶显示器显示缺陷的自动检测系统采用基于数字图像处理的方式来设计。2.2.系统方案设计内容及原理2.2.1.设计内容：1） 选择液晶显示屏有缺陷的图像作为分析对象，或自行模拟相应图像，缺陷种类应至少包括点缺陷、线缺陷；2） 完成液晶屏图像表面缺陷的图像预处理，包括图像滤波等；3） 完成图像分割、边缘提取和目标提取

8、等；4） 特征提取和识别实现；2.2.2.设计原理： 本次设计由于是要自动检测出显示图像的缺陷，于是采取的方案是将图像先进行中值滤波预处理。然后通过选取阈值为灰度的平均值加常数h=1015对图像进行二值化处理，之后再通过帧运算过滤噪声、数学形态滤波去噪以及边缘处理等手段将缺陷目标提取出来。提取出的缺陷目标为白色，无缺陷的地方为黑色，这样就完成了将要检测的缺陷提取的目的。之后就是将提取的目标进行坐标定位，个数以及大小计算等。最后将会把结果打印出来。3.源程序 I=imread(mian.jpg);%读取原始图片I=rgb2gray(I);J=medfilt2(I,3,3);%进行中值滤波J=me

9、dfilt2(J,3,3);%进行中值滤波J=medfilt2(J,3,3);%进行中值滤波subplot(2,2,1),imshow(I),title(原图像);subplot(2,2,2),imshow(J);title(中值滤波后图像);%显示中值滤波后图像subplot(2,2,3),imhist(I),title(原图像的直方图);%显示原图像的直方图subplot(2,2,4),imhist(J),title(中值滤波后图像的直方图);%显示中值滤波后图像的直方图%选取阈值为所有像素的灰度的平均值加常数h=1015对图像进行二值化处理%灰度值大于的为白色，小于的为黑色J1=J;J2

10、=mean2(J)+15;K=find(J=J2);J(K)=255;figure,subplot(1,2,1),imshow(J),title(Binary Image);%显示二值化后图像J3=mean2(J1)+10;K=find(J1=J3);J1(K)=255;subplot(1,2,2),imshow(J1),title(Binary Image);%显示二值化后图像K1=bitand(J,J1);%位与figure,imshow(K1),title(帧运算过滤噪声后图像);%数学形态滤波se=strel(square,3);%生成放心结构元素K2=imerode(K1,se);%

11、执行腐蚀figure,imshow(K2);K2=imdilate(K2,se);%执行膨胀figure,imshow(K2),title(数学形态学滤波后图像);J2=double(K1);m n=size(J2); %图像的大小（长和宽）s=0;c=0;k=1; for i=1:m-1 for j=1:n-1 if J2(i,j)=255 s=s+1;a(k)=j;b(k)=i; k=k+1; end endendc=0;if s=0 pt=sprintf(不存在缺陷);disp(pt)else if s/(7*2*n)0.8 for i=1:n-1 if b(i+7+n)-b(i+n)=

12、0 if a(i+1+n)-a(i+n)=1 if i=n-1 pt=sprintf(存在横向的线缺陷);disp(pt) st=sprintf(线缺陷的面积S=%8.5f,n*7);disp(st) at=sprintf(线缺陷的长度L=%8.5f,n);disp(at) ct=sprintf(线缺陷的个数c=%8f,round(s/(7*n);disp(ct) for j=1:round(s/(7*n) yt=sprintf(线缺陷的坐标y=%8.5f,b(1+7*n*(j-1)+3);disp(yt)yt=sprintf(在液晶屏中线缺陷的坐标y=%8.5f,(b(1+7*n*(j-1)

13、+3)/m*10*2);disp(yt) end end end end end else if s/(7*2*m)0.8 for k=1:round(s/(7*m) for i=1:m-1 if a(i+7*k)-a(i)=0 if b(i+7*k)-b(i)=1 if i=m-1 pt=sprintf(存在纵向的线缺陷);disp(pt) st=sprintf(线缺陷的面积S=%8.5f,m*7);disp(st) at=sprintf(线缺陷的长度L=%8.5f,m);disp(at) ct=sprintf(线缺陷的个数c=%8f,k);disp(ct) for j=1:k xt=spr

14、intf(线缺陷的坐标x=%8.5f,a(1+7*(j-1)+3);disp(xt) xt=sprintf(在液晶屏中线缺陷的坐标x=%8.5f,(a(1+7*(j-1)+3)/n*15*2);disp(xt) end end end end end end else if sn for t=1:round(s/(7*m) for i=1:m-1 if a(i+7*t)-a(i)=0 if b(i+7*t)-b(i)=1 if i=m-1 pt=sprintf(存在纵向的线缺陷);disp(pt) st=sprintf(线缺陷的面积S=%8.5f,s);disp(st) at=sprintf(

15、线缺陷的长度L=%8.5f,m);disp(at) ct=sprintf(线缺陷的个数c=%8f,t);disp(ct) for j=1:t xt=sprintf(线缺陷的坐标x=%8.5f,a(1+7*(j-1)+3);disp(xt) xt=sprintf(在液晶屏中线缺陷的坐标x=%8.5f,(a(1+7*(j-1)+3)/n*15*2);disp(xt) end end end end end end for i=1:n-1 if b(i+7+n)-b(i+n)=0 if a(i+1+n)-a(i+n)=1 if i=n-1 if (a(k-7)-a(12)n-10 pt=sprint

16、f(存在横向的线缺陷);disp(pt) st=sprintf(线缺陷面积S=%8.5f,n*7);disp(st) at=sprintf(线缺陷长度L=%8.5f,n);disp(at) ct=sprintf(线缺陷个数c=%8f,round(s/(7*n);disp(ct) for j=1:round(s/(7*n) yt=sprintf(线缺陷坐标y=%8.5f,b(1+7*n*(j-1)+3);disp(yt) yt=sprintf(在液晶屏中线缺陷的坐标y=%8.5f,(b(1+7*n*(j-1)+3)/m*10*2);disp(yt) end else if (a(k-1)-a(1

17、)n if (b(k-1)-b(1)n if (a(k-1)-a(1)n if (b(k-1)-b(1)m pt=sprintf(存在面缺陷);disp(pt) st=sprintf(面缺陷的面积S=%8.5f,s);disp(st) at=sprintf(面缺陷长a=%8.5f,(a(k-1)-a(1)/n.*15*2);disp(at) bt=sprintf(面缺陷宽b=%8.5f,(b(k-1)-b(1)/m.*10*2);disp(bt) xt=sprintf(面缺陷起始点横坐标x=%8.5f,a(1)/n.*15*2);disp(xt) yt=sprintf(面缺陷起始点纵坐标y=%

18、8.5f,b(1)/m.*10*2);disp(yt) end end else pt=sprintf(存在点缺陷);disp(pt) nt=sprintf(图像的长n=%8.5f,n);disp(nt) %图像的长和宽 mt=sprintf(图像的宽m=%8.5f,m);disp(mt) c=round(s/21); %显示缺陷的个数 ct=sprintf(缺陷个数c=%8.5f,c);disp(ct) %显示图像的位置 for i=1:c%检测图像中点缺陷中心像素的横坐标 at=sprintf(缺陷横坐标%8.5f,a(1+21*(i-1)+1);disp(at) %检测图像中点缺陷中心像

19、素的纵坐标 bt=sprintf(缺陷纵坐标%8.5f,b(1+21*(i-1)+2);disp(bt) x=(a(1+21*(i-1)+1)/n.*15*2; xt=sprintf(液晶屏中缺陷的横坐标%8.5f,x);disp(xt)%液晶屏中点缺陷的横坐标，以液晶屏的左上角为原点，检测图片%的长度是15cm y=(b(1+21*(i-1)+2)/m.*10*2; yt=sprintf(液晶屏中缺陷纵坐标%8.5f,y);disp(yt)%液晶屏中点缺陷的纵坐标，检测图片的宽度为10cm end end end end end end4. 仿真结果及分析4.1.点缺陷的仿真结果 原图与中值

20、滤波后的图像：二值化后的图像：帧运算过滤噪声后的图像：数学形态学滤波后的图像： 缺陷目标检测结果：4.2.线缺陷的仿真结果： 原图与中值滤波后的图像： 二值化后的图像：帧运算过滤噪声后的图像：数学形态学滤波后的图像：线缺陷检测结果：4.3.面缺陷的仿真结果：原图与中值滤波后的图像：二值化后的图像：帧运算过滤噪声后的图像： 数学形态学滤波后的图像：线缺陷检测结果：4.4.结果分析： 从以上结果图中可以看出，无论是点、线或者面缺陷，先经过中值滤波来平滑噪声，然后通过二值化处理初步分离出缺陷目标，之后再通过帧运算、数学形态学滤波过滤噪声以及边缘处理等最终将缺陷目标提取。然后计算提取目标的大小形状来判

21、断缺陷种类，最后给出缺陷的种类、个数、坐标位置以及大小。最终得到的结果还是不错的。5.总结与心得 本次课程设计我的题目是基于图像处理方法的液晶显示器表面缺陷检测设计。由于之前我们曾经做过MATLAB课程设计，这学期又刚刚学习过了数字图像处理这门课，所以还是有点基础的。 刚刚开始的时候我想起了之前做过的MATLAB课设以及刚刚学过数字图像处理的一些方法。心里想着关于图像处理的内容应该还是比较好实现的。但是刚拿到题目时还是想了很长时间的，一直想不到比较好的方法来识别检测显示缺陷。在尝试了很多种思路都宣告失败之后，我虚心去请教了一些同学，在同学的热心帮助下，我们找出了提取缺陷目标的方法。其实也是用一

22、些图像处理的技巧来实现的。开始我一直想着怎么把目标锁定转了牛角尖，在同学的帮助下豁然开朗。 方案确定了，就是先处理平滑噪声，然后用二值法来将目标与其他图像像素分离开，提取目标之后其他的工作就比较容易了。 方案虽然明确了，并且也还算比较容易实现。但是在实际编程实现的过程中还是遇到了一些不大不小的错误及麻烦。首先，由于平时没有努力练习，对于MATLAB的编程不是很熟悉，上课时由于偷懒什么的对于一些函数、语言习惯用法都有些生疏了。特别是由于输入法的关系，常常在一些标点上出现一些错误。这个算是很小的错误，却让我吃了最多苦头。很多次程序时正确的，却因为标点找了半天错误。最后，整个程序完成后，我从头到尾检

23、查了一遍确定标点都是正确的，也没少标点什么的，可是却总报错，显示有几行少括号。可是我看了又看也没发现少括号。最后在请教了一位同学后，发现原来有几行太长我分成两行写，所以造成MATLAB报错的情况。在我调整后，终于运行出了正确结果。之后的工作就是整理撰写文档了，文档也不好写，不过最终还是完成了。 本次课程设计的完成，让我在图像处理这一方面有了一些实质的进步，不光是在这一方面，我也懂得了无论什么知识和技术都是要不断学习不断练习的，不能生疏偷懒。最后，我感谢那些帮助过我的热心的同学和老师。6.参考文献1.杨杰，黄朝兵.数字图像处理及MATLAB实现.北京：电子工业出版社.20102.龚声蓉,刘纯平,王强.数字图像处理与分析.北京：清华大学出版社.20063.闫敬文.数字图像处理: MATLAB版.北京:国防工业出版社.20074.王慧琴.数字图像处理.北京：北京邮电大学出版社.20065.冈萨雷斯,伍兹,艾丁斯,阮秋琦.数字图像处理: MATLAB版.北京：电子工业出版社.200522