一种太阳能电池片的色差分选方法及系统与流程

本发明涉及太阳能电池领域，具体涉及一种太阳能电池片的色差分选方法及系统。

背景技术：

由于经济快速发展，人们对能源的需求日益增长，目前传统的化石能源已经不能满足需求，且化石能源不可再生，对环境破坏严重，因此急需大力推广新型清洁能源来满足人类社会可持续发展的需求。太阳能作为可再生的绿色能源，现正在许多领域得到广泛应用以及高速发展。

光伏板组件是一种暴露在阳光下便会产生直流电的发电装置，光伏板组件主要由太阳能电池片组成，太阳能电池片主要由半导体硅材料制成。太阳能电池片在制作过程中存在镀膜工艺，镀膜工艺的差别会导致电池片的颜色也存在差异，在现有的太阳能光伏行业中，不仅电池片内部存在色差，电池片之间也存在色差，电池片之间的色差问题显得尤为严重。若光伏板组件中存在不同颜色的电池片，不仅会影响其外观，也会影响其利用太阳能发电的性能。因此，在太阳能电池片生产的最后一道工序需要对太阳能电池片进行色差分选。

目前常用的太阳能电池片色差分选方法为人工检测，但人工检验的方法不仅效率低下且精度不高，而且容易污染太阳能电池片，给太阳能电池片带来一定程度上的损坏。

技术实现要素：

为了解决上述技术问题，本发明的目的在于提供太阳能电池片的色差分选方法及系统，以实现对太阳能电池片高效、精确的色差分选。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：一种太阳能电池片的色差分选方法，包括如下步骤：

s1、取多个样本太阳能电池片，分别计算得到每个样本太阳能电池片的色差分选值并储存入数据库中，根据数据库中的多个色差分选值确定太阳能电池片的分档数以及每个档位所对应的色差分选值范围或者根据数据库中的多个色差分选值及预设的太阳能电池片的分档数确定每个档位所对应的色差分选值范围；

s2、取待分选太阳能电池片，计算得到待分选太阳能电池片的色差分选值，并根据待分选太阳能电池片的色差分选值与步骤s1中得到的每个档位所对应的色差分选值范围，确定待分选太阳能电池片所在的档位；

其中，样本太阳能电池片与待分选太阳能电池片的色差分选值均通过如下步骤获得：

s10、在图像采集区域采集太阳能电池片的彩色图像；

s20、对步骤s10中采集到的彩色图像进行灰度化处理，并分别获得r、g、b三个颜色通道的灰度直方图及对应的r、g、b三个颜色通道的平均灰度值；以及

s30、对步骤s20中获得的r、g、b三个颜色通道的平均灰度值进行加权求和，计算得到色差分选值。

在一些实施例中，步骤s30中，色差分选值具体采用如下公式(1)计算得到：

m＝rm×1+gm×1+bm×3(1)

式中，m为色差分选值，rm、gm、bm分别为r、g、b三个颜色通道的平均灰度值。

在一些实施例中，步骤s1中，当不存在预设的太阳能电池片的分档数时，根据如下公式(2)确定太阳能电池片的分档数：

n＝[(mmax-mmin+20)/30](2)

式中，n为太阳能电池片的分档数，mmax为数据库中的多个色差分选值的最大值，mmin为数据库中的多个色差分选值的最小值，[]表示向上取整；

以mmin-10至mmin+20的色差分选值范围作为第一个档位，此后每个档位的范围最小值与最大值均为前一个档位的范围最小值与最大值加30。

在一些实施例中，步骤s1中，当预设的太阳能电池片的分档数为n时，先根据如下公式(3)计算每个档位的色差分选值范围大小：

x＝(mmax-mmin+20)/n(3)

式中，x为每个档位的色差分选值范围大小，mmax为数据库中的多个色差分选值的最大值，mmin为数据库中的多个色差分选值的最小值；

以mmin-10至mmin-10+x的色差分选值范围作为第一个档位，此后每个档位的范围最小值与最大值均为前一个档位的范围最小值与最大值加x。

本发明还提供了一种太阳能电池片的色差分选系统，包括图像采集模块、中心控制模块及运送模块，

所述图像采集模块用于采集并处理太阳能电池片的彩色图像；

所述运送模块用于运送太阳能电池片至所述图像采集模块对应的图像采集区域，并将分选完成后的不同档位的太阳能电池片运送至不同区域；

所述中心控制模块分别与所述图像采集模块和所述运送模块连接，用于从所述图像采集模块获取信息，并控制所述运送模块的工作；

所述色差分选系统用于根据上述的方法完成太阳能电池片的色差分选。

与现有技术相比，本发明的优点是：本发明提供的太阳能电池片的色差分选方法及系统中，先采集多个样本太阳能电池片的图像数据，计算多个样本太阳能电池片的色差分选值，确定太阳能电池片的分档方式；进行色差分选时，只需采集待分选太阳能电池片的图像数据并计算其色差分选值，便可根据已确定的分档方式精确、高效地自动完成分选，且不会污染、损坏电池片。

本发明的创新之处在于：与现有的太阳能电池片的分选方法和系统相比，本发明创造性地提出了色差分选值的概念，通过计算和比较色差分选值，便能精确、高效地自动完成太阳能电池片的分选。

附图说明

通过下文中参照附图对本发明所作的描述，本发明的其它目的和优点将显而易见，并可帮助对本发明有全面的理解。

图1为本发明提供的太阳能电池片的分选方法的流程示意图；

图2a-图2c为一个具体实施例中的太阳能电池片的r、g、b三个颜色通道的灰度直方图；

图3为本发明提供的太阳能电池片的分选系统的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

除非另外定义，本发明使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。

参照图1，本发明提供了一种太阳能电池片的分选方法，具体包含如下步骤：

步骤s1：取多个样本太阳能电池片，分别计算得到每个样本太阳能电池片的色差分选值并储存入数据库中，确定太阳能电池片的分档数以及每个档位所对应的色差分选值范围；

在实际应用中，该步骤s1通常分两种情况：其一、无预设的太阳能电池片的分档数；其二、有预设的太阳能电池片的分档数；

若无预设的太阳能电池片的分档数时，则根据数据库中的多个色差分选值确定太阳能电池片的分档数以及每个档位所对应的色差分选值范围；

若有预设的太阳能电池片的分档数(例如某工厂要求将生产的太阳能电池片按照色差分为5个档次)时，则根据数据库中的多个色差分选值及预设的太阳能电池片的分档数来确定每个档位所对应的色差分选值范围。

步骤s2：取待分选太阳能电池片，计算得到待分选太阳能电池片的色差分选值，并根据待分选太阳能电池片的色差分选值与步骤s1中得到的每个档位所对应的色差分选值范围，确定待分选太阳能电池片所在的档位，完成色差分选；

此步骤s2是在确定了太阳能电池片的分档数以及每个档位所对应的色差分选值范围后在进入的。

其中，若待分选太阳能电池片的色差分选值不在步骤s1中得到的任何一个档位所对应的色差分选值范围内时，可将这一类太阳能电池片单独分为一档，并在分选结束后在单独检测这一档的太阳能电池片是否合格。

在本分选方法中，样本太阳能电池片与待分选太阳能电池片的色差分选值均通过如下步骤获取的：

s10，在图像采集区域采集太阳能电池片的彩色图像；

s20，对步骤s10中采集到的彩色图像进行灰度化处理，并分别获得r、g、b三个颜色通道的灰度直方图及对应的r、g、b三个颜色通道的平均灰度值；

s30，对步骤s20中获得的r、g、b三个颜色通道的平均灰度值进行加权求和，计算得到色差分选值。

在一个优选实施例中，步骤s30中，色差分选值采用如下公式(1)计算：

m＝rm×1+gm×1+bm×3(1)

式中，m为色差分选值，rm、gm、bm分别为r、g、b三个颜色通道的平均灰度值。

目前，常见的多晶硅太阳能电池片的颜色主要为蓝色，对这样的电池片进行色差分选时，现有的人工检测的方案主要是根据电池片蓝色深度进行分选。而本实施例中在计算其色差分选值m时，则将蓝色通道的平均灰度值bm设置为权重较大，这个设置的目的是扩大了色差分选时太阳能电池片的蓝色成分的影响，同时这样的设置也符合实际情况，使得对太阳能电池片的分档更加科学，能更精确地实现太阳能电池片的色差分选。

可以理解的是，在其它实施例中，结合实际情况，也可调整上述公式(1)中的rm、gm、bm的权值，改变色差分选值m的计算方法。例如，目前一些机构已研制出了新型的颜色呈绿色的太阳能电池片，对这种太阳能电池片采用上述方法进行色差分选时，可将上述公式(1)改为绿色通道的平均灰度值gm的权重较大；然后利用新的公式计算出色差分选值m，最后再结合上述步骤，同样能高效、精确地完成太阳能电池片的色差分选。

优选地，在步骤s10中，应保证每次采集太阳能电池片的彩色图像时的外部光照条件相同，以尽量减小误差。例如，可采用条行光源结合工业相机来采集太阳能电池片的彩色图像，并保证每次采集时光源亮度相同，工业相机的焦距设置相同，光源、工业相机与太阳能电池片三者之间相互的距离、摆放角度相同。

优选地，在步骤s10之后，还可以设置如下步骤：判断检测采集到的太阳能电池片的彩色图像是否存在明显外观缺陷，若否，则进入步骤s20；若是，则不执行后续步骤，且将对应的样本太阳能电池片去除，重新采集下一块样本太阳能电池片，或将对应的待分选太阳能电池片分为不合格品。

上述存在明显外观缺陷的太阳能电池片包括具有破损、缺角、崩边、孔洞、裂纹等缺陷的太阳能电池片。可以理解的是，明显外观缺陷能够被轻易观测到，因此检测是否存在明显外观缺陷的太阳能电池片的步骤也可由人工完成，并且可在采集图像之前就直接根据太阳能电池片本身的外观完成。

另外，在对彩色图像进行灰度化处理之前，还可对采集到的彩色图像进行预处理，例如，采用现有的去噪、滤波平滑、对比度增强等算法进行处理，以将图像中不必要的杂质去掉。

在完成图像预处理后，还可增加图像仿射变换与分割的步骤；这是由于采集到的彩色图像中的太阳能电池片可能位于不同的位置与角度，故需要经过图像仿射变化将图像进行平移，旋转角度等操作使得所有太阳能电池片处于图像中的同一位置以便于进一步处理。

其中，图像分割是指将只包含太阳能电池片的图像从完整图像中分割出来，由于完整图像可能还包含背景区域的图像，本实施例中，所用的背景区域接近于纯白色，能够通过现有的分割算法去除背景区域的图像，使得在后续步骤中进行灰度直方图的读取时保证读取的只有太阳能电池片的灰度直方图。

基于上述太阳能电池片的色差分选方法，下面以两个具体实施例来详细阐述一下其分选太阳能电池片的过程：

第一实施例：

待分选的太阳能电池片为主要颜色呈蓝色的多晶硅太阳能电池片，且以500个这样无明显外观缺陷的太阳能电池片作为样本太阳能电池片；

第一步、分选前准备：

(一)采集上述500个样本太阳能电池片的彩色图像。

(二)对上述500个样本太阳能电池片的彩色图像进行灰度化处理，并分别获得r、g、b三个颜色通道的灰度直方图及对应的r、g、b三个颜色通道的平均灰度值。

(三)利用上述公式(1)，对第二步获得的500个样本太阳能电池片的r、g、b三个颜色通道的平均灰度值进行加权求和，计算出各样本太阳能电池片的分档值，并建立相应数据库，与此同时获取各个样本太阳能电池片的灰度直方图并储存入数据库中。

经上述公式(1)计算出上述数据库中的分档值的最大值mmax为192，最小值mmin为50。

图2a至图2c所示，为上述500个样本太阳能电池片中某一块的r、g、b三个颜色通道的灰度直方图，由图可见，蓝色通道的灰度直方图对应的平均灰度值要明显大于红色、绿色通道。

(四)在本具体实施例中，由于无预设的太阳能电池片的分档数。接下来，根据如下公式(2)确定太阳能电池片的分档数：

n＝[(mmax-mmin+20)/30](2)

式中，n为太阳能电池片的分档数，[]表示向上取整。为了避免分选时存在遗漏，计算分档数n时，先将色差分选值的最大值加10，最小值减10，即以mmax-mmin+20作为色差分选值的总范围大小；根据经验，两块太阳能电池片的色差分选值m的差值达到30时，两块太阳能电池片的颜色就会呈现较明显的差异，因此，本实施例中，以30作为每个档位的色差分选值范围大小。将色差分选值的总范围大小除以每个档位的色差分选值范围大小后，再对结果向上取整，即得所需的分档数n。然后以mmin-10至mmin+20的色差分选值范围作为第一个档位，此后每个档位的范围最小值与最大值均为前一个档位的范围最小值与最大值加30，可得全部n个档位对应的色差分选值范围。

在本具体实施例中，在代入数据mmax＝192，mmin＝50后，可得n＝6，则6个档位的色差分选值范围分别是40至70，70至100，100至130，130至160，160至190与190至220；两个档位之间的临界值可任意划分在前一档或后一档，本实施例中统一将临界值划分在后一档。

完成了数据库的建立以及分档后，便可对待分选的太阳能电池片进行分选。

第二步、分选太阳能电池片：在本具体实施例中，选取了3块待分选的太阳能电池片进行分选；

此步具体进行分选时可采用如下方法：

(一)按照处理样本太阳能电池片时同样的方式，对待分选太阳能电池片进行处理获得r、g、b三个颜色通道的灰度直方图及平均灰度值rm、gm、bm；

(二)根据公式(1)即m＝rm×1+gm×1+bm×3计算待分选太阳能电池片的色差分选值；

(三)根据色差分选值与上述各个档位的色差分选值范围判断该太阳能电池片应分入哪个档位。

采用此方法，获得的第1块太阳能电池片的rm、gm、bm值分别为4、22、45，则色差分选值m＝161，根据上述的分档规则可知其应分在第5档；获得的第2块太阳能电池片的rm、gm、bm值分别为5、4、17，则色差分选值m＝60，根据上述的分档规则可知其应分在第1档；获得的第3块太阳能电池片的rm、gm、bm值分别为6、18、35，则色差分选值m＝129，根据上述的分档规则可知其应分在第3档。

第二实施例：

本实施例与第一实施例的区别在于，在第一大步的第(四)小步中，根据实际生产需求，要将太阳能电池片分成4档，即预设n＝4，其他条件与第一实施例相同。则在该步骤1中，需要先根据如下公式(3)计算每个档位的色差分选值范围大小：

x＝(mmax-mmin+20)/n(3)

式中，x为每个档位的色差分选值范围大小；为了避免分选时存在遗漏，计算x时，先将色差分选值的最大值加10，最小值减10，即以mmax-mmin+20作为色差分选值的总范围大小；然后用色差分选值的总范围大小除以预设的分档数，即得每个档位的色差分选值范围大小x。然后以mmin-10至mmin-10+x的色差分选值范围作为第一个档位，此后每个档位的范围最小值与最大值均为前一个档位的范围最小值与最大值加x。

当代入数据数据mmax＝192，mmin＝50，n＝4，可算得x＝40.5，实际操作中，为了加快系统计算速度，对x进行了向下取整的操作，即取x＝40，则4个档位分别是40至80、80至120、120至160、160至200，本实施例中统一将临界值划分在后一档；可以理解的是，不对x进行取整同样能完成分档。显然，第二实施例中，待分选的3块电池片分别被分在第4挡、第1挡和第3挡。

本发明另一方面还提供了一种太阳能电池片的色差分选系统，如图3所示，图3中箭头表示信息流动的方向；该太阳能电池片的色差分选系统包括图像采集模块1、中心控制模块2及运送模块3。图像采集模块1用于采集并处理太阳能电池片的彩色图像；运送模块3用于运送太阳能电池片至图像采集模块1对应的图像采集区域，并将分选完成后的不同档位的太阳能电池片运送至不同区域；中心控制模块2分别与图像采集模块1和运送模块3连接，用于从图像采集模块1获取信息，并控制运送模块3的工作；该色差分选系统根据上述的方法完成太阳能电池片的色差分选。

具体地，图像采集模块1可包括工业相机和光源设备，并通过图像处理软件对图像进行处理；运送模块3可为传送带；中心控制模块2可为可编辑逻辑控制器(plc)。参照上述关于方法的描述，步骤s1中，先在图像处理软件中建立数据库，由工业相机采集图像，图像通过图像处理软件的处理分析，将大量样本太阳能电池片的三颜色通道的平均灰度值以及根据预设的权值计算得到的色差分选值添加到数据库，并确定分档规则，即分档数及各档位的范围；步骤s2中，图像采集模块用同样的方式获取待分选太阳能电池片的色差分选值，并将相关信息传输给plc，plc根据待分选太阳能电池片的色差分选值及分档规则对太阳能电池片进行分选，控制传送带将分选后的太阳能电池片送至对应档位的区域。

综上可见，本发明提供的太阳能电池片的色差分选方法和系统，实现了太阳能电池片的自动分选，解决了人工对太阳能电池片色差分选效果差以及工作强度大等问题，降低了太阳能电池片的损耗和人力成本；适应性强，当采集的样本太阳能电池片足够多时，绝大部分太阳能电池片均能分到合适的档位；方法简单实用高效，减少了系统运行时间；结合太阳能电池片的实际情况，计算色差分选值时赋予了合适的权值，分选精确度高。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包括在本发明的保护范围之内。