基于機(jī)器視覺的TFT-LCD屏mura缺陷檢測技術(shù)研究.pdf

1、薄膜晶體管液晶顯示器（TFT-LCD）的生產(chǎn)過程包括近百道工序。盡管其液晶屏的大部分工序是在無塵室中完成的，還是不可避免地表現(xiàn)出一些視覺缺陷。mura缺陷是一種最為常見的面缺陷。mura一詞來源于日語，原意為臟污或斑痕，現(xiàn)已被顯示器行業(yè)普遍接受，專門用來表示一類對比度低、亮度不均勻、面積大于一個(gè)像素的面缺陷。在所有的視覺缺陷中，mura是最為復(fù)雜同時(shí)也是最難檢測的一類，其原因主要在于：1）由于 mura缺陷一般要從傾斜的視角進(jìn)行觀察才可

2、以發(fā)現(xiàn)，此時(shí)，整個(gè)屏幕的亮度呈現(xiàn)出很大的不均勻性，而 mura缺陷的對比度又很低，并且沒有一個(gè)清晰的邊緣，因此實(shí)現(xiàn) mura圖像的有效分割十分困難；2）mura缺陷的判斷不僅僅受到缺陷自身客觀特性的影響，還要受到觀察者視覺心理因素的影響，利用傳統(tǒng)的僅考慮對比度和面積兩個(gè)特征參數(shù)的判別標(biāo)準(zhǔn)無法得到滿意的的檢測效果；3）mura缺陷本身和它的判別標(biāo)準(zhǔn)都具有很強(qiáng)的模糊性，采用基于經(jīng)典集合理論的傳統(tǒng)模式識(shí)別方法無法得到與人類觀察者相一致的檢測結(jié)

3、果。因此，實(shí)現(xiàn) TFT-LCD屏 mura缺陷自動(dòng)化檢測的重點(diǎn)就是要解決復(fù)雜背景下的mura圖像分割、符合 mura缺陷特點(diǎn)的特征參數(shù)提取和能夠模仿人類進(jìn)行推理、決策的模式識(shí)別技術(shù)。為此本文提出了一種新的用于 TFT-LCD屏mura缺陷檢測的“Murafpr”算法。
　　針對mura缺陷的特點(diǎn)，本文提出了一種基于多項(xiàng)式曲面擬合的mura缺陷圖像分割技術(shù)。這種方法中，首先假設(shè)圖像中每個(gè)像素的灰度值都是該像素二維坐標(biāo)的函數(shù)，而所有像

4、素的灰度值及其二維坐標(biāo)構(gòu)成了分布在矩形格點(diǎn)上的空間數(shù)據(jù)點(diǎn)的集合。接下來采用二元多項(xiàng)式對這些空間數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行曲面擬合，即求一個(gè)近似通過給定數(shù)據(jù)點(diǎn)、能反映數(shù)據(jù)點(diǎn)的基本趨勢的多項(xiàng)式曲面。進(jìn)行 mura缺陷檢測時(shí)，TFT-LCD屏顯示為單一的灰度圖面，盡管由于視角的原因呈現(xiàn)出很大的不均勻性，但基本上還是連續(xù)變化的。當(dāng)某個(gè)區(qū)域內(nèi)包含 mura缺陷時(shí)，該區(qū)域內(nèi)像素的灰度值會(huì)發(fā)生突變。但由于 mura缺陷的面積都比較小，不會(huì)改變整個(gè)液晶屏灰度的總體變化

5、趨勢。因此，擬合曲面可以作為被測 TFT-LCD屏去除了mura缺陷的背景模型。相對于該背景模型，被測 TFT-LCD屏圖像中沒有缺陷的區(qū)域擬合誤差很小，能滿足擬合精度的要求，而 mura缺陷所在的區(qū)域與背景模型的擬合誤差則很大，超過了擬合精度的要求。所以，利用該背景模型，采用背景減除的方法就可以將那些擬合精度超過一定閾值的像素作為mura缺陷的疑似目標(biāo)與背景分割開來。
　　在提取缺陷特征時(shí)，由于點(diǎn)缺陷和線缺陷具有規(guī)則的形狀和很高

6、的對比度，因此容易識(shí)別，可以選擇目標(biāo)區(qū)域的面積、對比度和位置作為特征參數(shù)。然而，mura缺陷比點(diǎn)缺陷和線缺陷復(fù)雜得多，一般表現(xiàn)為對比度差、亮度不均勻、邊緣模糊的區(qū)域。傳統(tǒng)的檢測算法通常僅僅考慮極少的幾個(gè)特征，例如對比度和面積，這與人類的視覺心理不相符。因此，本文根據(jù)專家經(jīng)驗(yàn)，從視覺心理學(xué)出發(fā)，選擇了面積、對比度、位置、邊緣、形狀和灰度均勻性作為mura缺陷的特征參數(shù)。
　　為了識(shí)別 mura缺陷，本文采用基于模糊集理論和模糊邏輯的

7、模糊模式識(shí)別技術(shù)。該方法模比傳統(tǒng)的模式識(shí)別方法更加接近人的思維和推理方式。模糊理論提供了一個(gè)比較恰當(dāng)?shù)目蚣軄肀硎救说牟痪_概念和推理方式。當(dāng)把模糊理論引用到模式識(shí)別領(lǐng)域時(shí)，作為判斷標(biāo)準(zhǔn)的“真”或“假”就變成了相對的概念。建立一個(gè)這樣的識(shí)別系統(tǒng)可以幫助我們在面對模糊信息時(shí)采取精確的動(dòng)作。TFT-LCD屏的視覺缺陷，特別是mura，恰恰具有這種模糊性和不精確性。這樣一方面可以在缺陷檢測過程中充分地利用到專家的經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)，并將其以模糊規(guī)則的形

8、式保存下來，易于理解和維護(hù)；另一方面又避免了精確的數(shù)學(xué)模型。采用模糊模式識(shí)別技術(shù)可以使系統(tǒng)模仿人類對mura這一模糊對象進(jìn)行識(shí)別和分類。
　　在研究過程中，本文結(jié)合 mura缺陷檢測研究中提出的的理論，設(shè)計(jì)了基于機(jī)器視覺的TFT-LCD屏 mura缺陷自動(dòng)檢測實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，完成了相應(yīng)的軟硬件設(shè)計(jì)。在實(shí)驗(yàn)室條件下，利用人工設(shè)定“偽缺陷”和“真實(shí)缺陷”實(shí)驗(yàn)樣本進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)檢測。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，本文提出的基于機(jī)器視覺的TFT-LCD屏 mura