一种用于液晶屏蓝光分量检测分析设备的制造方法及其制造的设备与流程

本发明属于检测仪器技术领域，涉及蓝光检测，为一种用于液晶屏蓝光分量的检测分析设备及其分析方法。

背景技术：

在日常生活中，短波蓝光是波长处于400nm-480nm之间具有相对较高能量的光线。该波长内的蓝光会使眼睛内的黄斑区毒素量增高，严重威胁我们的眼底健康。蓝光诱发致盲眼病，目前有效的解决方案是对液晶屏进行贴膜处理。液晶屏能够显示各种信息给人类，是现代电子技术、人工智能的重要基础单位，是人机交互的重要通道，具有十分重要的价值。液晶屏中最新的是源矩阵有机发光二级面板显示屏(amoled)，偏光片是它的重要组成，偏光片可以控制各种波长的光的透光率，从而达到抑制蓝光分量的的效果。

偏光片需要由至少5个结构层所组成，由下而上依次为1)保护膜、2)三醋酸纤维素膜(tac)或者聚甲基丙烯酸甲酯薄膜(pmma)、3)聚乙烯醇(pva)、4)三醋酸纤维素膜(tac)或者聚甲基丙烯酸甲酯薄膜(pmma)、5)保护膜。在生产过程中，它们的厚度对amoled发出的蓝光分量的透射效果有着直接的影响。要研究结构层厚度对蓝光分量的透射效果的关系，首先需要能够检测出蓝光分量的仪器。

目前，这一仪器主要是靠光谱幅射亮度计，它可以测出辐亮度、亮度、相对光谱功率分布、色品坐标、相关色温、显色指数的参数，非常高效。但是其缺点也十分明显，一是观察视场小，一般均在8度以下，基本上是个点检测，做不到大面积的实时检测；二是由于功能过多，所以价格十分昂贵，动辄数十万元；三是无法提供例如视频平均值、时间稳定性等参数，所以不适合面积大、实时性高液晶屏检测。

如果能够一是检测视场大，二是实时性高，三是智能分析效果，例如能获得空间均匀度、时间稳定性、极大值等参数，四是价格便宜的话，那么有利于液晶屏的蓝光检测，可以全面提升产品的生产质量。

技术实现要素：

本发明要解决的问题是：现有技术检测液晶屏蓝光分量的仪器成本高，检测范围小，检测参数少，需要检测视场大、实时性高、检测参数多、成本相对较低的检测设备。

本发明的技术方案为：一种用于液晶屏蓝光分量检测分析设备的制造方法，所述检测分析设备包括控制器、样机平台、拍摄台机器人和带蓝光滤镜的相机，带蓝光滤镜的相机通过拍摄台机器人设置在样机平台上方，控制器连接拍摄台机器人和相机，控制拍摄台机器人的移动以及相机的拍摄，通过学习过程获得蓝光检测参数，配置于控制器中，得到配置完成的检测分析设备，所述学下过程为：

1)图像采集，样机平台设置于暗室内，液晶屏样品设置在样机平台上，输出纯白色，t1秒后，用带蓝光滤镜相机在暗室内拍摄液晶屏的稳定状态视频，获得数量为frame_total帧的图片in,n∈(1,…,frame_total)；

2)预处理，提取所有图片in中的灰度值大于th1的部分，作为待检测区域idn，小于等于th1的部分，被认为为背景区域；

3)参数获得：用一台光谱幅射亮度计，采集液晶屏样品同样区域的蓝光分量的最大亮度值jmax1，同时采集蓝光滤镜相机成像idn的最大灰度值cmax1，用作带蓝光滤镜相机与光谱幅射亮度计范围的校正；

4)改变液晶屏样品亮度，重复步骤1)-3)，得到第2组最大亮度值jmax2，最大灰度值cmax2，和第3组最大亮度值jmax3，最大灰度值cmax3；

5)根据公式

计算出二次拟合关系的三个参数a、b、c的值，然后就可以使用公式jr＝a*cr²+b*cr+c来计算带蓝光滤镜相机得到的亮度值cr转化成实际蓝光分量值jr的过程，将得到的公式配置于检测分析设备的控制器，即可直接通过带蓝光滤镜的相机的拍摄完成蓝光分量的检测。

本发明还提出一种用于液晶屏蓝光分量的检测分析设备，包括控制器、样机平台、拍摄台机器人和带蓝光滤镜的相机，带蓝光滤镜的相机通过拍摄台机器人设置在样机平台上方，控制器连接拍摄台机器人和相机，控制拍摄台机器人的移动以及相机的拍摄，控制器中配置有上述制造方法得到的公式jr＝a*cr²+b*cr+c。

进一步的，控制器中还配置有图像分析程序，所述程序完成以下步骤：

1)计算idn中的每一帧图片的灰度值最大值idmaxn,n∈(1,…,frame_total)，在idmaxn这frame_total个值中，取它们的最大值id2max；然后，利用公式jr＝a*cr²+b*cr+c，计算id2max对应的jd2max，作为最大值输出；

2)计算idn中的每一帧图片的灰度值平均值idavgn,n∈(1,…,frame_total)，然后再把所有图片的灰度值平均值idavgn相加，除以frame_total，即得到整个视频的灰度平均值id2avg，利用公式jr＝a*cr²+b*cr+c，计算id2avg对应的jd2avg，作为视频平均值输出；

3)计算idn中的每一帧图片的灰度值的方差值idvarn,n∈(1,…,frame_total)，把所有idvarn相加，得到整个视频的稳定性数据id2var，直接把id2var作为视频稳定性输出。

进一步的，样机平台和带蓝光滤镜的相机均配设有平衡尺。

进一步的，控制器连接有声光提示单元。

由于本方案采用的是普通工业相机，其视场可以达到90度左右，比现有的光谱幅射亮度计的8度要大的多，所以达到了检测视场大的效果，适合大屏幕检测，以及大规模快速检测；由于采用计算机进行亮度数据的计算和处理，现有计算机的计算量可达到毫秒级，所以检测实时性高；由于本发明装置能够提供空间均匀度、时间稳定性、极大值等参数的效果，所以有智能分析的效果。另外，本发明整个方案成本很低，所得设备的造价总共约5万左右，虽然精确率可能略逊于单台光谱辐射亮度计，但是实际在工业生产的检测中，并不需要光谱辐射亮度计那么高的精度，且由于本发明在检测数据配置中采用了拟合，其精度已经足够液晶屏生产的检测需求，所以可以达到流水线检测中，大规模智能快速实时检测的效果。

本发明一种用于液晶屏蓝光分量检测分析设备及其算法的优点在于：一是检测视场大，二是实时性高，三是智能分析效果，四是价格便宜，可以全面提升产品的生产质量。

附图说明

图1是本发明实施例的机械结构示意图。

图2是本发明实施例的电路结构示意图。

图3是本发明实施例的算法学习过程流程图。

图4是本发明实施例的算法使用过程流程图。

图5是本发明实施例的算法使用过程图像与数据关系的示意图。

具体实施方式

以下将结合附图图1、图2、图3、图4、图5，对本发明的技术方案进行详细说明。

本发明基于现有的机器视觉、电子技术，提出了一种用于液晶屏蓝光分量检测分析设备及其制造方法，用于检测液晶屏在透光片影响下，其蓝光分量的空间均匀度、时间稳定性、极大值等参数。

针对现有的光谱辐射亮度计价格昂贵的问题，本发明提出了一种用于液晶屏蓝光分量检测分析设备的制造方法，只需要一台光谱辐射亮度计在制造过程中进行标定校正，就可以得到多台结构简单，使用方便。成本低的蓝光检测分析设备。所述检测分析设备包括控制器、样机平台、拍摄台机器人和带蓝光滤镜的相机，带蓝光滤镜的相机通过拍摄台机器人设置在样机平台上方，控制器连接拍摄台机器人和相机，控制拍摄台机器人的移动以及相机的拍摄，通过学习过程获得蓝光检测参数，配置于控制器中，得到配置完成的检测分析设备，所述学习过程包括：图像采集、预处理、参数获得三个步骤。

1)图像采集：液晶屏样品输出为纯白色状态后，t1秒后，目的是等液晶屏发光输出稳定，用带蓝光滤镜相机拍摄其稳定状态视频，获得数量为frame_total帧的图片in,n∈(1,…,frame_total)。本实施例中，t1为等待2秒，相机控制的拍摄速度为每秒20帧，frame_total取20。

2)预处理：提取所有采集的图片in中的灰度值大于th1的部分，作为待检测区域idn，小于等于th1的部分，被认为为背景区域；本实施例中，th1被设置为10。

3)参数获得：利用一台光谱幅射亮度计，采集同样区域的蓝光分量的最大亮度值jmax1，同时采集蓝光滤镜相机成像idn的最大灰度值cmax1，用作带蓝光滤镜相机与光谱幅射亮度计范围的校正，仅在学习过程时实用，做一次参数校正，以后不再使用，从而用带蓝光滤镜相机替代光谱幅射亮度计，降低成本。

然后改变液晶屏的亮度，重新图像采集、预处理，再学习过程，得到第2组一台光谱幅射亮度计，采集同样区域的蓝光分量的最大亮度值jmax2，同时采集蓝光滤镜相机成像idn的最大灰度值cmax2，用作带蓝光滤镜相机与光谱幅射亮度计范围的校正。

然后再改变液晶屏的亮度，重新图像采集、预处理，再学习过程，得到第3组一台光谱幅射亮度计，采集同样区域的蓝光分量的最大亮度值jmax3，同时采集蓝光滤镜相机成像idn的最大灰度值cmax3，用作带蓝光滤镜相机与光谱幅射亮度计范围的校正。

这样根据灰度值和亮度值的公式

可以计算出它们的二次拟合关系的三个参数a、b、c的值。

然后就可以使用式子jr＝a*cr²+b*cr+c来计算带蓝光滤镜相机得到的亮度值cr转化成实际蓝光分量值jr的过程。

光谱幅射亮度计仅在本设备开始使用时做校正一次使用，在所有剩下的工作中，均不会再次使用，所以生产商可以生产n台本设备，但是总共只需要1台光谱幅射亮度计做出厂校正。本发明的检测设备由于只需要通过拍摄的图片亮度直接进行简单计算，没有复杂的光谱分析，检测的快速性就提高了，同时也节省了光谱幅射亮度计动辄数十万的成本。

由上述方法制备的检测分析设备，控制器中配置有上述制造方法得到的公式jr＝a*cr²+b*cr+c。使用步骤也包括图像采集、预处理、图像分析三个步骤，图像采集和预处理如前述学习过程，图像分析除了根据公式jr＝a*cr²+b*cr+c计算蓝光分量值，还包括计算最大值、计算视频平均值、计算时间稳定性，如图5所示；

1)计算idn中的每一帧图片的灰度值最大值idmaxn,n∈(1,…,frame_total)；然后在idmaxn这frame_total个值中，取它们的最大值id2max；

然后，利用jr＝a*cr²+b*cr+c的参数a、b、c，根据灰度值和亮度值的公式计算id2max对应的jd2max，作为最大值输出。

2)计算idn中的每一帧图片的灰度值平均值idavgn,n∈(1,…,frame_total)，其原理为把一张图像中像素的灰度值相加，得到灰度值总和，然后除以图像中像素的总个数，内容简单，在此不再赘述。

然后再把所有的每平均值每一帧图片的灰度值平均值idavgn相加，除以frame_total，即得到整个视频的灰度平均值id2avg。

然后，利用jr＝a*cr²+b*cr+c的参数a、b、c，根据灰度值和亮度值的公式计算id2avg对应的jd2avg，作为视频平均值输出。

3)计算idn中的每一帧图片的灰度值的方差值idvarn,n∈(1,…,frame_total)。其原理为图像中各个像素点的灰度值与其算术平均数idavgn的离差平方和的平均数。

然后，把所有idvarn相加，得到整个视频的稳定性数据id2var，由于稳定性只是线性关系，所以直接把id2var作为视频稳定性输出。

以上的3个数据在一般液晶屏蓝光分量测试生产中已经足够使用，本发明把这3个数据和蓝光分量作为最终输出，即液晶屏蓝光检测的分析结果。

下面举一个本发明设备的实施例，表明本发明设备的硬件结构。

本发明设备硬件部分包括有电脑1、样机平台4、拍摄台机器人5、带蓝光滤镜的相机6、平衡尺7和声光提示单元8，配设有暗室2、搬运机器人3和光谱幅射亮度计9等模块。

1.1电脑1即控制器，用于控制搬运机器人的上下料的动作，控制拍摄台机器人运动到指定位置；用于控制带蓝光滤镜的相机的拍摄；用于接收带蓝光滤镜相机拍摄的图片；用于控制声光提示单元的工作；用于为图像合成提供计算资源；用于存储相关信息以备未来调用。本实施例中，电脑采用的是品牌是tp-ipc、型号是ipc-t1520p的工业电脑。

1.2暗室2为除电脑、声光提示单元外所有模块工作的空间，它阻隔了外部的一切可见光源，呈现纯黑暗工作效果；本实施例中，采用的是3000mm*3000mm*4000mm大小的铝型材，厚度2mm。

1.3搬运机器人3用于从备料区11自动抓取样品材料放置到样机平台指定位置10；用于在分析任务完成后，再把检测好的样品放置到指定下料区；本发明实施例中，采用的是abb的rb120型工业机器人，执行器为1kg的气动夹手，气动夹手上放置有海绵，用于避免夹取样品时硬接触。

1.4样机平台用于静态放置待测液晶屏；本实施例中，采用的是自制2000mm*2000mm*1000mm大小的铝型材，厚度2mm。

1.5拍摄台机器人用于在其终端放置相机，通过在电脑的控制下，针对不同尺寸偏光片，运动到各自指定位置，使得其终端放置的带蓝光滤镜相机能够拍摄出理想的效果；本发明实施例中，采用的是三直角坐标机器人，采用的是飞万公司kr60的滑台，从基座标往执行器的三个直线模组范围依次为：500mm*100mm，电机依次为57、57、42直流电机，驱动器为派远科技的机器人控制器。

1.6带蓝光滤镜相机用于拍摄液晶屏成像中蓝光分量的强度；本实施例中，采用的是balser品牌的1000万像素相机，以及深圳赓旭公司定制的400nm～500nm通过滤光片。

1.7平衡尺用于校正样机平台的平衡，用于校正拍摄台机器人基座的平衡，其最终效果用于保障拍摄台机器人所带的带蓝光滤镜相机与样机平台的平行效果；

1.8声光提示单元用于在检测过程中完成任务时的提示。本发明实施例中，采用的是以色列品牌kapro开普路的246便携式水平仪，只要其中的水泡观察时保持在中间，即可保障平台水平位置。两次水平校正就可以保障拍摄台机器人所带的带蓝光滤镜相机与自动贴合机的平行效果。

1.9光谱幅射亮度计用于带蓝光滤镜相机与光谱幅射亮度计范围的校正，仅在制造本发明设备的学习过程时使用，做一次参数校正，在实际进行蓝光检测时无需使用，从而用带蓝光滤镜相机替代光谱幅射亮度计，降低成本。本实施例中，采用的是由苏州弗士达科学仪器有限公司生产的sr-ul1r型号光谱辐射亮度计。

本发明制造方法中的学习过程流程如图3：

步骤1.操作人员通过电脑控制，放置各测试样品，输入阈值参数，设置拍摄台机器人的拍摄位置；

步骤2.电脑控制拍摄台机器人到达指定位置，人工使用平衡尺用于保障拍摄台机器人所带的带蓝光滤镜的相机与样机平台的平行效果；

步骤3.电脑控制搬运机器人上料到样机平台；

步骤4.液晶屏3次改变亮度，同时蓝光滤镜相机拍摄视频，光谱幅射亮度计计数，获得对应的3组数据(cmax1,jmax1)、(cmax2,jmax2)、(cmax3,jmax3)；

步骤5.采用二次方程拟合，获得二次拟合关系的三个参数a、b、c的值；

步骤6.一切设备归位，结束。

本发明设备的使用过程的工作流程如图4：

步骤1.操作人员通过电脑控制，放置各测试样品，输入阈值参数，设置拍摄台机器人的拍摄位置；

步骤2.电脑控制拍摄台机器人到达指定位置；

步骤3.电脑控制搬运机器人上料到样机平台；

步骤4.液晶屏发出亮度，同时蓝光滤镜相机拍摄视频；

步骤5.图像采集；

步骤6.图像预处理；

步骤7.图像分析；

步骤8.一切设备归位，结束；

本发明一种用于液晶屏蓝光分量检测分析设备及其算法的优点在于：一是检测视场大，二是实时性高，三是智能分析效果，例如空间均匀度、时间稳定性、极大值等参数，四是价格便宜，可以全面提升产品的生产质量。