基于改进Otsu算法的TFT-LCD点缺陷自动光学检测系统
郭 波1*，管菊花2，黄志开1
【摘 要】摘要：针对TFT-LCD点缺陷自动光学检测时，缺陷与背景对比度较低难以用传统阈值分割算法处理的难题，提出一种改进的Otsu算法，并构建了TFT-LCD 点缺陷自动光学检测系统。首先，通过Gabor滤波去除了纹理背景的影响。然后，利用威布尔函数形态参数分段取值时，其分布函数呈现的不同分布特性，改进了传统Otsu阈值提取函数。最后，进行了离线测试试验和在线测试试验。试验表明，改进的Otsu算法在点缺陷与背景对比度较低的情况下分割效果优于传统Otsu算法。将该算法移植到TFT-LCD 点缺陷自动光学检测硬件平台上进行在线测试，正确检测率可达到94%，单个样本最短检测时间可缩短至150 ms。降低了TFT-LCD人工检测点缺陷的工作量和劳动强度。 【期刊名称】液晶与显示 【年(卷),期】2024(033)003 【总页数】7
【关键词】关 键 词:点缺陷检测；TFT-LCD；改进的Otsu算法；自动光学检测系统
1 引 言
薄膜场效应晶体管型液晶显示屏(Thin Film Transistor-Liquid Crystal Display，TFT-LCD), 因其可以高速、高亮、高对比度显示屏幕信息，被广泛应用于笔记本电脑、桌面显示器、液晶电视、移动显示终端等显示领域[1]。但在生产过程中由于TFT-LCD电路短路、断路或混入杂质、气泡等会导致其在显示时出现缺陷[2]，严重影响了TFT-LCD显示效果。因此，生产企业必须在出厂前对TFT-
LCD进行严格检测，剔除不良品。传统的人工检测方式不仅检测效率低，品质检测员的技能熟练程序和眼睛疲劳程度极易影响检测结果，因此自动高效的TFT-LCD缺陷自动光学检测系统已成为TFT-LCD缺陷检测领域的发展趋势和研究热点。点缺陷和线缺陷是TFT-LCD 缺陷中最常见的缺陷[3]。线缺陷具有明显的水平或垂直线条特征，较易检测；而点缺陷与TFT-LCD纹理背景对比度较低时，往往出现漏检、误检现象。
Chen等人[4]提出用DCT和DWT相结合的方法检测TFT-LCD 缺陷。DWT方法滤除纹理背景和点类缺陷效果较好，而DCT方法仅适用于检测面积较大的缺陷。Tsai等人[5]提出使用光流法计算相邻连续图像中每一像素点的移动量，并针对单一移动方向开发一维光流法以缩短检测时间，提高检测效率。曾彦馨[3]对LCD 面板图像采用二维傅里叶转换，删除面板规律纹路背景后提取缺陷，但该方法易受到环境光照变化的影响。张腾达等人[6-7]提出利用数学统计方法准确地获取一维DFT中空间域图像中周期Δx和邻域r，进而提取点缺陷区域。本文提出一种改进的Otsu算法，并将该算法移植到TFT-LCD点缺陷自动光学检测硬件平台上进行了测试。
2 TFT-LCD 点缺陷自动检测系统
TFT-LCD点缺陷自动光学检测系统结构图如图1所示，包括TFT-LCD模组显示驱动设备、工业相机、镜头、工控机、机械手及控制器。工控机主要用于运行图像处理算法。TFT-LCD模组显示驱动设备基于嵌入式架构，驱动TFT-LCD模组显示典型检测画面，使显示画面与工控机对应图像处理算法同步；选用Basler 2 330×1 750像素工业相机和日本Computar 50 mm百万像素镜头，执行机构选用Epson四轴SCARA机械手。
系统的检测过程为：通过驱动显示设备驱动TFT-LCD 屏显示典型检测画面，同时触发工业相机对画面采集图像并将图像传送至工控机。由工控机利用提出的改进Otsu算法检测是否存在点缺陷，最后判定TFT-LCD是否合格。由机械手完成针对点缺陷的TFT-LCD良品与不良品分类放置任务。
3 TFT-LCD点缺陷图像预处理
TFT-LCD点缺陷自动光学检测系统的优劣关键在于TFT-LCD图像处理算法的合理运用，TFT-LCD点缺陷图像预处理主要包括选取感兴趣区域(Region of Interest，ROI)，去除纹理背景。 3.1 ROI选取
采集到的TFT-LCD图像中除了显示部分(图2中用绿色矩形框标识)还包含了TFT-LCD高亮度边框(图2白色矩形框)和模组部分，TFT-LCD边框和模组部分为无效检测区域，依据边框高亮矩形特征，将边框和模组部分予以剔除，仅保留显示部分的ROI区域(图2中用绿色矩形框标识)。虽然各个厂家对TFT-LCD的检测规范不统一，但最小检出点缺陷的平均直径((长+宽)/2)一般要求0.1 mm[8]。所以点缺陷在ROI中人眼观测不明显，文中为了反映点缺陷的处理效果，将包含点缺陷的小部分区域放大显示，如图2右侧所示。图中点缺陷用红色圆圈标识。 3.2 去除纹理背景
当采集TFT-LCD图像时，薄膜晶体管阵列对应于TFT-LCD显示部分(ROI)具有周期变化的规则纹理特征，放大显示后较明显，如图2右图所示。为了减少纹理背景对后续阈值分割提取点缺陷的影响，必须尽可能地去除纹理背景。依据纹理的周期特征,采用Gabor滤波去除纹理背景。Gabor滤波实部可以作为理
基于改进Otsu算法的TFT-LCD点缺陷自动光学检测系统
