基于CIS的自动光学检测系统关键技术研究

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1、论文题目基于CIS的自动光学检测系统关键技术研究学科专业光学工程学号200810502015作者姓名罗颖指导教师叶玉堂教授分类号密级注1UDC学位论文基于CIS的自动光学检测系统关键技术研究（题名和副题名）罗颖（作者姓名）指导教师叶玉堂教授电子科技大学成都（姓名、职称、单位名称）申请学位级别博士学科专业光学工程提交论文日期2014.06.02论文答辩日期2014.06.15学位授予单位和日期电子科技大学2014年06月23日答辩委员会主席评阅人注1：注明《国际十进分类法UDC》的类号。STUDYOF

2、KEYTECHNOLOGIESONAUTOMATICOPTICALINSPECTIONSYSTEMUSINGCONTACTIMAGESENSORADoctoralDissertationSubmittedtoUniversityofElectronicScienceandTechnologyofChinaMajor:OpticalEngineeringAuthor:LuoYingAdvisor:ProfessorYeYutangSchool:SchoolofOptoelectronicInforma

3、tion独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。作者签名：日期：年月日论文使用授权本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。

4、本人授权电子科技大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后应遵守此规定）作者签名：导师签名：日期：年月日摘要摘要随着工业化与信息化的发展，现代制造业对于产品AOI（自动光学检测）系统的需求与日俱增，其中对于大尺寸、高精度的产品检测，线阵扫描AOI系统的地位非常之重要。对精密电子、半导体、玻璃、纺织、造纸等高科技制造业领域以及基础制造业领域，线阵扫描AOI已成为行业的核心及标准装备。大多的线阵扫描AOI主要以

5、CCD（Charge-coupledDevice：电荷耦合元件）线阵工业相机作为成像系统。近年，由于CIS（ContactImageSensor：接触式图像传感器）成像系统功耗低、结构简单、体积紧凑、成本低等特点，国内外呈现出向基于CIS的线阵扫描AOI方向发展。伴随中国在科技产业方面的飞速发展，产业调整升级势在必行，要实现“中国智造”，核心智造装备的自主化势在必行。线阵扫描AOI等高端装备国产化水平远远不够，要缩短与国外领先者之间的差距，必须在系统设计关键技术方面开展深入、系统的研究工作。本文结合

6、实际产品项目开发，从基于CIS的线阵扫描AOI的关键技术问题解决角度出发，对以下几个方面进行了分析与实验，积累了相应工程经验，为国产基于CIS的AOI装备的持续发展贡献应有的力量。1．CIS线阵相机的设计根据线阵扫描AOI系统的对于成像系统的要求，对CIS线阵相机设计关键技术研究。基于FPGA（Field－ProgrammableGateArray：现场可编程门阵列）的构架平台，通过内外存储器流水式复用模型构建灵活、快速的大数据量存储与传输模式，设计并实现了大数据、高速率的CIS线阵相机。根据测试结

7、果，该相机在300dpi分辨率下扫描速度为140ipm，延时小于1ms，压缩前后两幅图像的峰值信噪比高达86.9dB。分析CIS曝光时间对于成像质量的影响，提出计算优化曝光时间参数的方法。针对曝光时间相同，外触发行频信号不同所导致的图像亮度差异问题产生的原理分析，通过使用二次触发法改进CIS线阵相机内部曝光机制解决问题。数据证明，以上技术应用设计的CIS线阵相机扫的描速度和扫描效果完全满足高端高速率的自动光学检测系统的要求。2．CIS的图像校正技术分析和阐述CIS线阵相机成像的不均匀原因，在灰度两点

8、校正法的基础上提出适合与硬件系统优化计算的灰度两点校正法。理论证明优化后的算法与灰度两点校正法相对的误差灰度范围小于0.5个灰度，又因灰度常以0~255范围的整数表I摘要示，所以图像的质量提高两种方法能够达到相同的效果。优化计算的灰度法由于计算式相对简单，更适合在硬件平台的实现。为进一步提高CIS线阵相机采集的图像质量，在灰度两点校正法基础上提出了多点分段单步校正法，采用FPGA在图像高速采集的同时对图像进行校正，校正的延迟时间远小于上位机处理时间，在1个驱动脉冲周期