專利名稱：基于圖像處理的薄片計(jì)數(shù)器及計(jì)數(shù)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種統(tǒng)計(jì)計(jì)數(shù)設(shè)備，特別涉及一種基于圖像處理的薄片計(jì)數(shù)器及計(jì)數(shù)方法。
背景技術(shù)：
光盤作為現(xiàn)代存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的常用設(shè)備，具有容量大、價(jià)格低，攜帶方便等優(yōu)勢，已顯得越來越重要。而我國的光盤產(chǎn)量長期以來處于世界領(lǐng)先位置，在生產(chǎn)和包裝過程中，都需要計(jì)算其數(shù)量，同時(shí)保證光盤不受人為和環(huán)境污染。硅片是制作集成電路和太陽能光伏不可或缺的材料，面對(duì)半導(dǎo)體和光伏兩個(gè)飛速發(fā)展的行業(yè)，薄片的數(shù)量也與日俱增。目前我國的薄片產(chǎn)量非常大，僅2008年一年的多晶硅就超過450000000片。在硅片的包裝和出售過程中，也需要對(duì)其進(jìn)行嚴(yán)格準(zhǔn)確的計(jì)數(shù)，保證其經(jīng)濟(jì)效益和信譽(yù)。目前采用的傳統(tǒng)計(jì)數(shù)方法可分為人工計(jì)數(shù)法和稱重法兩種。人工計(jì)數(shù)方法速度慢、效率低，并受環(huán)境、人為因素影響嚴(yán)重。此外，由于硅片使用領(lǐng)域的限制，其厚度在O. 5mm以下，且質(zhì)硬而脆，所以人工點(diǎn)數(shù)的方式容易導(dǎo)致在計(jì)數(shù)包裝時(shí)造成硅片破裂和污染，產(chǎn)生不必要的損失；稱重法要求被處理的對(duì)象為幾乎相同重量的同類物體，適用條件比較苛刻。且受硅片的質(zhì)量誤差影響，稱重法每次可計(jì)算的數(shù)量也受到相應(yīng)的限制。因此，如何準(zhǔn)確計(jì)算硅片數(shù)量對(duì)提高廠家的經(jīng)濟(jì)效益甚為重要。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于圖像處理的薄片計(jì)數(shù)器和計(jì)數(shù)方法，本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)無接觸計(jì)數(shù)，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)數(shù)片機(jī)中可計(jì)數(shù)量上的不足，克服了多次人工操作弓I起的效率和安全問題。本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的一種基于圖像處理的薄片計(jì)數(shù)器，它包括CCD攝像頭、環(huán)形光源、電位移臺(tái)、顯示器、底座、夾具、電源、信號(hào)處理系統(tǒng)、部件固定架、外殼、鼠標(biāo)和鍵盤等；其中，外殼固定在底座上，形成殼體；(XD攝像頭、環(huán)形光源、電位移臺(tái)、夾具、電源、信號(hào)處理系統(tǒng)和部件固定架均置于該殼體內(nèi)，電位移臺(tái)、電源、信號(hào)處理系統(tǒng)和部件固定架均固定在底座上；夾具固定在電位移臺(tái)上，CCD攝像頭和環(huán)形光源固定在部件固定架上；CCD攝像頭、環(huán)形光源、電位移臺(tái)、顯示器、鼠標(biāo)和鍵盤均與信號(hào)處理系統(tǒng)相連，電源為CCD攝像頭、環(huán)形光源、電位移臺(tái)和信號(hào)處理系統(tǒng)供電。一種應(yīng)用上述基于圖像處理的薄片計(jì)數(shù)器的薄片計(jì)數(shù)方法，該方法包括以下步驟(I)系統(tǒng)初始化系統(tǒng)安裝調(diào)試時(shí)，可調(diào)節(jié)CCD攝像頭下部鏡頭的光圈大小和環(huán)形光源的光強(qiáng)來設(shè)定拍攝圖片的亮度，一旦調(diào)整完成，以后的使用過程中都可以不再做更改。設(shè)置CCD攝像頭的曝光時(shí)間和照片的尺寸。為了實(shí)現(xiàn)圖片的拼接，應(yīng)該確保每次拍攝的圖片尺寸是恒定的。(2)連續(xù)獲取圖像將被測物體安置在夾具上，使側(cè)面暴露在光照下，CXD攝像頭拍攝被測物體的初始圖像并將其傳輸?shù)叫盘?hào)處理系統(tǒng)后，電位移臺(tái)將被測物體移動(dòng)小于照片尺寸的距離，移動(dòng)完成后拍攝下一張圖像，如此反復(fù)，直至拍攝到被測物體的所有圖像。(3)圖像拼接如圖3所示，首先對(duì)圖像預(yù)處理并減少像素點(diǎn)，選取比較模板，采用交叉相關(guān)函數(shù)最大值選取重合位置的方法，對(duì)有重疊的兩圖進(jìn)行無縫拼接，通過連續(xù)操作，可將多幅拍攝的圖像合成一幅完整圖片。(4)計(jì)算片數(shù)如圖3所示，圖像的計(jì)數(shù)過程中，對(duì)灰度圖做傅里葉變換得到薄片的厚度范圍，并使用灰度閾值和灰度差值相結(jié)合的方法來確定被測物體在圖像中的邊界。根據(jù)此范圍來對(duì)被測圖形的灰度變化做分析，利用極小值和最小值分辨薄片之間的間隙，計(jì)算薄片片數(shù)。( 5 )顯示結(jié)果計(jì)算完薄片的數(shù)量后，將計(jì)數(shù)結(jié)果和被測物體的完整圖像顯示在顯示器中。本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明基于圖像處理的薄片計(jì)數(shù)器及計(jì)數(shù)方法，通過CXD攝像頭成像后，將圖像傳至信號(hào)處理系統(tǒng)，進(jìn)行圖像拼接，圖像分割。計(jì)算片數(shù)后，保存并輸出數(shù)據(jù)，可達(dá)到快速準(zhǔn)確的計(jì)數(shù)功能。和背景技術(shù)中提到的傳統(tǒng)方法相比，本發(fā)明可對(duì)同種型號(hào)的薄片進(jìn)行快速計(jì)數(shù)，并且在一定的重量和厚度誤差范圍內(nèi)都可使用。此外，基于圖像處理的計(jì)數(shù)方法杜絕了和被測物體的直接接觸，避免了薄片被損壞和污染的風(fēng)險(xiǎn)，讓整個(gè)生產(chǎn)包裝環(huán)節(jié)有更高的經(jīng)濟(jì)效益。本發(fā)明適合應(yīng)用在太陽能和半導(dǎo)體硅片、光盤等一定量薄片的計(jì)數(shù)上。


圖1為本發(fā)明裝置的實(shí)物示意圖；圖2為本發(fā)明的操作流程圖；圖3為本發(fā)明的軟件處理流程圖；圖中，CXD攝像頭1、環(huán)形光源2、電位移臺(tái)3、顯示器4、底座5、夾具6、電源7、信號(hào)處理系統(tǒng)8、部件固定架9、外殼10。
具體實(shí)施例方式下面根據(jù)附圖和實(shí)施例詳細(xì)描述本發(fā)明，本發(fā)明的目的和效果將變得更加明顯。如圖1所示，本發(fā)明基于圖像處理的薄片計(jì)數(shù)器及技術(shù)方法，包括CXD攝像頭1、環(huán)形光源2、電位移臺(tái)3、顯不器4、底座5、夾具6、電源7、信號(hào)處理系統(tǒng)8、部件固定架9、外殼10、鼠標(biāo)和鍵盤(圖中未示出)。外殼10固定在底座5上，形成殼體。CXD攝像頭1、環(huán)形光源2、電位移臺(tái)3、夾具6、電源7、信號(hào)處理系統(tǒng)8和部件固定架9均置于該殼體內(nèi)，其中，電位移臺(tái)3、電源7、信號(hào)處理系統(tǒng)8和部件固定架9均固定在底座5上。夾具6固定在電位移臺(tái)3上，CXD攝像頭I和環(huán)形光源2固定在部件固定架9上。CXD攝像頭1、環(huán)形光源2、電位移臺(tái)3、顯示器4、鼠標(biāo)和鍵盤均與信號(hào)處理系統(tǒng)8相連，電源為CXD攝像頭1、環(huán)形光源2、電位移臺(tái)3和信號(hào)處理系統(tǒng)8供電。本發(fā)明中的環(huán)形光源2為均勻排布的發(fā)光二極管(LED)，光源朝向被測物體，通過調(diào)整電流的強(qiáng)度來控制LED的亮度，在LED外部安裝透明罩，使其照射光線強(qiáng)度盡可能均勻。
所述計(jì)數(shù)器中的電位移臺(tái)3由螺桿連接的步進(jìn)馬達(dá)和平臺(tái)組成。根據(jù)設(shè)置的圖像大小調(diào)整步進(jìn)馬達(dá)步進(jìn)的長度，使得相鄰兩次拍攝的圖像之間有部分重疊。此外，在每次圖像拍攝前都有一定時(shí)間的間隔，消除照片拍攝時(shí)的系統(tǒng)震動(dòng)等影響因素。另外，為了方便圖像拼接時(shí)候的計(jì)算，在電位移臺(tái)3的兩邊安裝明顯可辨的灰度條。這樣，我們可以只用比較灰度條上的像素信息就能判斷圖片之間的重合位置，實(shí)現(xiàn)圖像的合成。所述計(jì)數(shù)器中的信號(hào)處理系統(tǒng)8可由普通的PC機(jī)主機(jī)構(gòu)成。該部件用于控制CXD攝像頭I設(shè)置照片大小、曝光時(shí)間和拍攝照片，控制電位移臺(tái)3移動(dòng)被測物體并對(duì)拍攝到的圖像進(jìn)行拼接和計(jì)數(shù)，最后將計(jì)算結(jié)果發(fā)送給顯示器4。如圖3所示，圖片拼接包括讀取圖片、選取模板、交叉對(duì)比分析、圖像合成等步驟。圖片計(jì)數(shù)包括灰度化處理、離散傅里葉變換、間距識(shí)別、梯度化處理、邊界識(shí)別、計(jì)算片數(shù)等步驟。本發(fā)明基于圖片處理的薄片計(jì)數(shù)方法，包括以下步驟步驟1、系統(tǒng)初始化系統(tǒng)女裝調(diào)試時(shí)，可調(diào)T1 C⑶攝像頭I下部鏡頭的光圈大小和環(huán)形光源2的光強(qiáng)來設(shè)定拍攝圖片的亮度，一旦調(diào)整完成，以后的使用過程中都可以不再做更改。設(shè)置CCD攝像頭I的曝光時(shí)間和照片的尺寸。為了實(shí)現(xiàn)圖片的拼接，應(yīng)該確保每次拍攝的圖片尺寸是恒定的。步驟2、連續(xù)獲取圖像將被測物體安置在夾具6上，使側(cè)面暴露在光照下，CXD攝像頭I拍攝被測物體的初始圖像并將其傳輸?shù)叫盘?hào)處理系統(tǒng)8后，電位移臺(tái)3將被測物體移動(dòng)小于照片尺寸的距離，移動(dòng)完成后拍攝下一張圖像，如此反復(fù)，直至拍攝到被測物體的所有圖像。步驟3、圖像拼接如圖3所示，首先對(duì)圖像預(yù)處理并減少像素點(diǎn)，選取比較模板，采用交叉相關(guān)函數(shù)最大值選取重合位置的方法，對(duì)有重疊的兩圖進(jìn)行無縫拼接，通過連續(xù)操作，可將多幅拍攝的圖像合成一幅完整圖片。如圖3所示，圖像拼接過程中需要對(duì)所有圖像逐一處理。首先將第一，二兩幅有重疊的圖像記為Al、A2，將它們由RGB格式轉(zhuǎn)化為灰度圖，并且為了減少計(jì)算量，將圖像的像素信息通過格點(diǎn)平均化壓縮轉(zhuǎn)化為新的兩幅圖B1、B2。從第一幅圖BI左側(cè)選取一 50*150像素尺寸作為模板，記為S (x，y)，其中x，y分別表示圖像BI的橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)，S(x, y)的值為該點(diǎn)的灰度值；第二幅圖B2記為f (U，V)，其中U，V分別表示圖像B2的橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)，f(u，v)的值為該點(diǎn)的灰度值。利用交叉相關(guān)法求解兩圖之間的相關(guān)函數(shù)C(u, v)的值越大表示圖像越相似，當(dāng)相關(guān)函數(shù)在某一位置(l，m)取峰值時(shí)，表示兩圖B1，B2在(l，m)位置最匹配。知道了匹配的坐標(biāo)，通過坐標(biāo)逆變換我們就可以確定Al和A2兩圖的拼接坐標(biāo)。通過在第一幅圖Al或第二幅圖A2中選取不重合部分對(duì)另一圖進(jìn)行拼接，得到兩圖的合成圖。重復(fù)使用這個(gè)方法，即可把CCD攝像頭I拍攝到的所有圖片拼接成一幅完成的圖像記為G，全面的表現(xiàn)被測物的信息。步驟4、計(jì)算片數(shù)如圖3所示，圖像的計(jì)數(shù)過程中，對(duì)灰度圖做傅里葉變換得到薄片的厚度范圍，并使用灰度閾值和灰度差值相結(jié)合的方法來確定被測物體在圖像中的邊首先將圖像G轉(zhuǎn)為灰度圖G(x，y)，其中x，y分別表示圖像G的橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)，G(x, y)的值為該點(diǎn)的灰度值，選取信號(hào)強(qiáng)弱最明顯區(qū)域做為分析數(shù)據(jù)，通過系統(tǒng)初始化可以將此區(qū)域設(shè)置在圖像中間。為了消除因加工過程中薄片表面不平整引起的反光強(qiáng)弱影響，得到盡可能準(zhǔn)確的灰度變化信息，我們可以在處理過程中選取某一橫向區(qū)域的連續(xù)3-5組做像素平均化處理變成一組像素作為參考，并在多區(qū)域重復(fù)此類計(jì)算，得到多條灰度變化曲線，記為&(χ)，g2 (χ)，g3 (x) ·.. gn(x)。每一條灰度變化曲線都可看成灰度值在時(shí)域上的變化，對(duì)其做離散傅里葉變換，得到各條灰度曲線的頻域圖

權(quán)利要求
1.一種基于圖像處理的薄片計(jì)數(shù)器，其特征在于，它包括C⑶攝像頭(I)、環(huán)形光源(2)、電位移臺(tái)(3)、顯示器(4)、底座(5)、夾具(6)、電源(7)、信號(hào)處理系統(tǒng)(8)、部件固定架(9)、外殼(10)、鼠標(biāo)和鍵盤等；其中，外殼(10)固定在底座(5)上，形成殼體；(XD攝像頭(I)、環(huán)形光源(2)、電位移臺(tái)(3)、夾具(6)、電源(7)、信號(hào)處理系統(tǒng)(8)和部件固定架(9)均置于該殼體內(nèi)，電位移臺(tái)(3)、電源(7)、信號(hào)處理系統(tǒng)(8)和部件固定架(9)均固定在底座(5)上；夾具(6)固定在電位移臺(tái)(3)上，CXD攝像頭(I)和環(huán)形光源(2)固定在部件固定架(9)上；CXD攝像頭(I)、環(huán)形光源(2)、電位移臺(tái)(3)、顯示器(4)、鼠標(biāo)和鍵盤均與信號(hào)處理系統(tǒng)(8)相連，電源為CXD攝像頭(I)、環(huán)形光源(2)、電位移臺(tái)(3)和信號(hào)處理系統(tǒng)(8)供電。
2.一種應(yīng)用上述基于圖像處理的薄片計(jì)數(shù)器的薄片計(jì)數(shù)方法，其特征在于，該方法包括以下步驟 (1)系統(tǒng)初始化系統(tǒng)安裝調(diào)試時(shí)，可調(diào)節(jié)CCD攝像頭(I)下部鏡頭的光圈大小和環(huán)形光源(2)的光強(qiáng)來設(shè)定拍攝圖片的亮度，一旦調(diào)整完成，以后的使用過程中都可以不再做更改。設(shè)置CCD攝像頭(I)的曝光時(shí)間和照片的尺寸。為了實(shí)現(xiàn)圖片的拼接，應(yīng)該確保每次拍攝的圖片尺寸是恒定的。
(2)連續(xù)獲取圖像將被測物體安置在夾具(6)上，使側(cè)面暴露在光照下，CXD攝像頭(I)拍攝被測物體的初始圖像并將其傳輸?shù)叫盘?hào)處理系統(tǒng)(8)后，電位移臺(tái)(3)將被測物體移動(dòng)小于照片尺寸的距離，移動(dòng)完成后拍攝下一張圖像，如此反復(fù)，直至拍攝到被測物體的所有圖像。
(3)圖像拼接如圖3所示，首先對(duì)圖像預(yù)處理并減少像素點(diǎn)，選取比較模板，采用交叉相關(guān)函數(shù)最大值選取重合位置的方法，對(duì)有重疊的兩圖進(jìn)行無縫拼接，通過連續(xù)操作，可將多幅拍攝的圖像合成一幅完整圖片。
(4)計(jì)算片數(shù)如圖3所示，圖像的計(jì)數(shù)過程中，對(duì)灰度圖做傅里葉變換得到薄片的厚度范圍，并使用灰度閾值和灰度差值相結(jié)合的方法來確定被測物體在圖像中的邊界。根據(jù)此范圍來對(duì)被測圖形的灰度變化做分析，利用極小值和最小值分辨薄片之間的間隙，計(jì)算薄片片數(shù)。
(5)顯示結(jié)果計(jì)算完薄片的數(shù)量后，將計(jì)數(shù)結(jié)果和被測物體的完整圖像顯示在顯示器(4)中。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的薄片計(jì)數(shù)方法，其特征在于，所述步驟3具體為圖像拼接過程中需要對(duì)所有圖像逐一處理；首先將第一，二兩幅有重疊的圖像記為Al、A2，將它們由RGB格式轉(zhuǎn)化為灰度圖，將圖像的像素信息通過格點(diǎn)平均化壓縮轉(zhuǎn)化為新的兩幅圖B1、B2 ；從第一幅圖BI左側(cè)選取一 50*150像素尺寸作為模板，記為S (X，y)，其中X，y分別表示圖像BI的橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)，S(x，y)的值為該點(diǎn)的灰度值；第二幅圖B2記為f (u，V)，其中u，v分別表示圖像B2的橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)，f(u, v)的值為該點(diǎn)的灰度值。利用交叉相關(guān)法求解兩圖之間的相關(guān)函數(shù)
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的薄片計(jì)數(shù)方法，其特征在于，所述步驟4具體為首先將圖像G轉(zhuǎn)為灰度圖G(x, y),其中X，y分別表示圖像G的橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)，G(x, y)的值為該點(diǎn)的灰度值，選取信號(hào)強(qiáng)弱最明顯區(qū)域做為分析數(shù)據(jù)，通過系統(tǒng)初始化可以將此區(qū)域設(shè)置在圖像中間；為了消除因加工過程中薄片表面不平整引起的反光強(qiáng)弱影響，得到盡可能準(zhǔn)確的灰度變化信息，在處理過程中選取某一橫向區(qū)域的連續(xù)3-5組做像素平均化處理變成一組像素作為參考，并在多區(qū)域重復(fù)此類計(jì)算，得到多條灰度變化曲線，記為gl(x)，g2(x),g3(x). . . gn(x);每一條灰度變化曲線都可看成灰度值在時(shí)域上的變化，對(duì)其做離散傅里葉變換，得到各條灰度曲線的頻域圖
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于圖像處理的薄片計(jì)數(shù)器及計(jì)數(shù)方法，薄片計(jì)數(shù)器主要由CCD攝像頭、環(huán)形光源、電位移臺(tái)、顯示器和信號(hào)處理系統(tǒng)組成；利用CCD攝像頭和電位移臺(tái)相結(jié)合可實(shí)現(xiàn)拍攝被測物體的單張或移動(dòng)被測物體并分次拍攝多張圖像，由信號(hào)處理系統(tǒng)對(duì)圖像預(yù)處理、合成、智能分析計(jì)算，最后將合成后的圖像和薄片的數(shù)量在顯示器中顯示。本發(fā)明可以對(duì)大批量的重復(fù)型薄片進(jìn)行計(jì)數(shù)，且處理速度快，準(zhǔn)確率高。超越了傳統(tǒng)計(jì)數(shù)法的安全性和不便利性，也克服了以往數(shù)片機(jī)數(shù)量限制這一弊端。
文檔編號(hào)G06M15/00GK102999782SQ20121046440
公開日2013年3月27日 申請(qǐng)日期2012年11月16日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月16日
發(fā)明者汪凱巍, 裘恩明, 徐華俊 申請(qǐng)人:杭州維勘科技有限公司