《機器視覺系統(tǒng)應用》課件-太陽能硅片綜合檢測

太陽能硅片綜合程序運行演示課程框架課程引入模型獲取和導入施加載荷與約束模型簡化與拆分實踐訓練交流討論實踐訓練評價反饋課程總結，布置作業(yè)激學導思講授新知教學鞏固教學提升教學延伸課程總結及5S整理5分鐘15分鐘15分鐘30分鐘15分鐘10分鐘課程引入代碼分析代碼演示一二三目錄能力目標（1）能夠對太陽能硅片有基礎的認識；（2）能夠對完成對太陽能硅片尺寸的測量。知識目標（1）了解太陽能硅片尺寸測量的原理。素質目標（1）具有嚴謹求實精神；（2）具有自主學習的能力；（3）具備5S職業(yè)素養(yǎng)。課程目標一課程引入單晶硅是一種金剛石結構的晶體，圖所示，單晶硅晶胞結構時是由八個硅(即圖中ABCDEFGH)原成的一個空間立方點陣，abcdef是這個空間立方點陣的面心，晶體硅是一個面心立方晶胞。它以圖中R為頂點的另一個面心立方晶胞與上述晶胞在對角線BH上有四分之一的間隔，并以R原子為中心，由bce、cde、dae決定的晶面也即是(111)。利用堿性腐蝕液對不同晶面的各向異性的選擇性腐蝕，可在(100)面上腐蝕出有4個(111)面組成的正方錐，這種正方錐就是絨面的“金字塔”基本結構。一課程引入晶硅能電池主要是以單晶硅為基礎，當太陽電池受到陽光照射時，光與硅相互作用產(chǎn)生光生載流子，所產(chǎn)生的電子空穴對靠單晶硅內形成的勢壘分開到兩極，正負電荷分別被上下電極收集，由電荷聚集所形成的電流通過金屬導線流向電負載。晶硅能電池是一種由于光生伏特效應而將太陽光能直接轉化為電能的器件，是一個半導體光電二極管，當太陽光照時，就會把太陽光能變成電能，產(chǎn)生電流。也可以把許多個電池串聯(lián)或并聯(lián)起來成為太陽能電池方陣，獲得較大的輸出功率。二代碼分析高斯濾波在Opencv中高斯濾波的函數(shù)為：Cv2.GaussianBlur（src，ksize，sigmaX[，dst[，sigmaY[，borderType]]]）式中：src——輸入圖像；圖像可以具有任意數(shù)量的通道，這些通道可以獨立處理，但深度應為CV_8U，CV_16U，CV_16S，CV_32F或CV_64F。dst——輸出圖像的大小和類型與src相同。ksize——高斯內核大小。ksize.width和ksize.height可以不同，但它們都必須為正數(shù)和奇數(shù)，也可以為零，然后根據(jù)sigma計算得出。sigmaX——X方向上的高斯核標準偏差。sigmaY——Y方向上的高斯核標準差。二代碼分析形態(tài)學處理在Opencv中對圖像進行形態(tài)學處理的函數(shù)為：cv2.morphologyEx(src,op,kernel)式中：src——傳入的圖片op——進行變化的方式。Op=cv2.MORPH_OPEN進行開運算，指的是先進行腐蝕操作，再進行膨脹操作。op=cv2.MORPH_CLOSE進行閉運算，指的是先進行膨脹操作，再進行腐蝕操作。Kernel——表示方框的大小二代碼分析輪廓提取在Opencv中對圖像進行輪廓提取的函數(shù)為：image,contours,hierarchy=cv2.findContours(image,mode,method)式中的返回值為：image:與函數(shù)參數(shù)中的原始圖像image一致。contours:返回的輪廓。hierarchy：圖像的拓撲信息（輪廓層次）。式中的參數(shù)為：image:原始圖像。mode:輪廓檢索模式。method:輪廓的近似方法。二代碼分析透視變換在Opencv中對圖像進行透視變換的函數(shù)為：cv2.getPerspectiveTransform(src,dst)式中：src——源圖像中待測矩形的四點坐標sdt——目標圖像中矩形的四點坐標二代碼分析透視變換返回由源圖像中矩形到目標圖像矩形變換的矩陣,得到矩陣得有用才行,所以引出下面這個函數(shù)cv2.warpPerspective(src,M,dsize[,dst[,flags[,borderMode[,borderValue]]]])式中：src——輸入圖像M——變換矩陣dsize——目標圖像shapeflags——插值方式，interpolation方法INTER_LINEAR或INTER_NEARESTborderMode——邊界補償方式，BORDER_CONSTANTorBORDER_REPLICATEborderValue——邊界補償大小，常值，默認為0?；蛘遚v2.perspectiveTransform(src,m[,dst])→dst式中：src——輸入的2通道或者3通道的圖片m：變換矩陣返回的是相同size的圖片三代碼演示defImg_Outline(input_dir):original_img=cv2.imread(input_dir)gray_img=cv2.cvtColor(original_img,cv2.COLOR_BGR2GRAY)#高斯模糊去噪（設定卷積核大小影響效果）blurred=cv2.GaussianBlur(gray_img,(9,9),0)_,RedThresh=cv2.threshold(blurred,165,255,cv2.THRESH_BINARY)#設定閾值165（閾值影響開閉運算效果）kernel=cv2.getStructuringElement(cv2.MORPH_RECT,(5,5))#定義矩形結構元素closed=cv2.morphologyEx(RedThresh,cv2.MORPH_CLOSE,kernel)#閉運算（鏈接塊）opened=cv2.morphologyEx(closed,cv2.MORPH_OPEN,kernel)#開運算（去噪點）returnoriginal_img,gray_img,RedThresh,closed,opened灰度圖閉運算開運算三代碼演示#圖像矯正defPerspective_transform(box,original_img):#獲取畫框寬高(x=orignal_W,y=orignal_H)orignal_W=math.ceil(np.sqrt((box[3][1]-box[2][1])**2+(box[3][0]-box[2][0])**2))orignal_H=math.ceil(np.sqrt((box[3][1]-box[0][1])**2+(box[3][0]-box[0][0])**2))#原圖中的四個頂點,與變換矩陣pts1=np.float32([box[0],box[1],box[2],box[3]])pts2=np.float32([[int(orignal_W+1),int(orignal_H+1)],[0,int(orignal_H+1)],[0,0],[int(orignal_W+1),0]])#生成透視變換矩陣；進行透視變換M=cv2.getPerspectiveTransform(pts1,pts2)result_img=cv2.warpPerspective(original_img,M,(int(orignal_W+3),int(orignal_H+1)))returnresult_img透視變換進行校正三代碼演示#計算中點之間的歐幾里得距離dA=dist.euclidean((tltrX,tltrY),(blbrX,blbrY))dB=dist.euclidean((tlblX,tlblY),(trbrX,trbrY))#如果每個度量的像素尚未初始化，則#將其計算為像素與提供的度量的比率#（在這種情況下，英寸）ifpixelsPerMetricisNone:pixelsPerMetric=dB/width#計算對象的大小dimA=dA/pixelsPerMetricdimB=dB/pixelsPerMetric#在圖像上繪制對象大小cv2.putText(orig,"{:.1f}in".format(dimA),(int(tltrX-15),int(tltrY-10)),cv2.FONT_HERSHEY_SIMPLEX,0.65,(0,0,255),2)cv2.putText(orig,"{:.1f}in".format(dimB),(int(trbrX+10),int(trbrY)),cv2.FONT_HERSHEY_SIMPLEX,0.65,(0,0,255),2)三代碼演示算出參照物的尺寸算出硅片的尺寸（英寸）太陽能硅片綜合檢測方法講解課程框架課程引入模型獲取和導入施加載荷與約束模型簡化與拆分實踐訓練交流討論實踐訓練評價反饋課程總結，布置作業(yè)激學導思講授新知教學鞏固教學提升教學延伸課程總結及5S整理5分鐘15分鐘15分鐘30分鐘15分鐘10分鐘課程引入相關庫的獲取和導入原理分析課程總結一二三四目錄能力目標（1）能夠對太陽能硅片有基礎的認識；（2）能夠對完成對太陽能硅片尺寸的測量。知識目標（1）了解太陽能硅片尺寸測量的原理。素質目標（1）具有嚴謹求實精神；（2）具有自主學習的能力；（3）具備5S職業(yè)素養(yǎng)。課程目標一課程引入單晶硅是一種金剛石結構的晶體，圖所示，單晶硅晶胞結構時是由八個硅(即圖中ABCDEFGH)原成的一個空間立方點陣，abcdef是這個空間立方點陣的面心，晶體硅是一個面心立方晶胞。它以圖中R為頂點的另一個面心立方晶胞與上述晶胞在對角線BH上有四分之一的間隔，并以R原子為中心，由bce、cde、dae決定的晶面也即是(111)。利用堿性腐蝕液對不同晶面的各向異性的選擇性腐蝕，可在(100)面上腐蝕出有4個(111)面組成的正方錐，這種正方錐就是絨面的“金字塔”基本結構。一課程引入晶硅能電池主要是以單晶硅為基礎，當太陽電池受到陽光照射時，光與硅相互作用產(chǎn)生光生載流子，所產(chǎn)生的電子空穴對靠單晶硅內形成的勢壘分開到兩極，正負電荷分別被上下電極收集，由電荷聚集所形成的電流通過金屬導線流向電負載。晶硅能電池是一種由于光生伏特效應而將太陽光能直接轉化為電能的器件，是一個半導體光電二極管，當太陽光照時，就會把太陽光能變成電能，產(chǎn)生電流。也可以把許多個電池串聯(lián)或并聯(lián)起來成為太陽能電池方陣，獲得較大的輸出功率。二相關庫獲取和導入導入庫本章節(jié)我們需用到的庫如下圖示意。cv2是opencv-python，用于圖像處理。numpy是Python的一種開源的數(shù)值計算擴展。這種工具可用來存儲和處理大型矩陣，比Python自身的嵌套列表（nestedliststructure)結構要高效的多（該結構也可以用來表示矩陣（matrix）），支持大量的維度數(shù)組與矩陣運算，此外也針對數(shù)組運算提供大量的數(shù)學函數(shù)庫。二庫導入pycharm軟件界面相關庫獲取和導入三原理分析圖像二值化就是將圖像上的像素點的灰度值設置為0或255，也就是將整個圖像呈現(xiàn)出明顯的黑白效果的過程。圖像的二值化使圖像中數(shù)據(jù)量大為減少，從而能凸顯出目標的輪廓。三原理分析圖像二值化的一些方法：三原理分析總結：cv2.THRESH_BINARY當像素值>閥值時，為默認值；否則為0cv2.THRESH_BINARY_INV與cv2.THRESH_BINARY相反cv2.THRESH_TRUNC當像素值>閥值時，為默認值；否則為原圖片值cv2.THRESH_TOZERO當像素值>閥值時，為原圖片值；否則為0cv2.THRESH_TOZERO_INV與cv2.THRESH_TOZERO相反三原理分析膨脹與腐蝕原理：圖像的膨脹（Dilation）和腐蝕（Erosion）是兩種基本的形態(tài)學運算，主要用來尋找圖像中的極大區(qū)域和極小區(qū)域。其中膨脹類似于“領域擴張”，將圖像中的高亮區(qū)域或白色部分進行擴張，其運行結果圖比原圖的高亮區(qū)域更大；腐蝕類似于“領域被蠶食”，將圖像中的高亮區(qū)域或白色部分進行縮減細化，其運行結果圖比原圖的高亮區(qū)域更小。三原理分析開操作原理：開操作：即先腐蝕然后對腐蝕后的結果進行膨脹。三原理分析閉操作原理：閉操作：即先膨脹，然后對膨脹后的結果進行腐蝕三原理分析透視變換原理：透視變換(PerspectiveTransformation)是將成像投影到一個新的視平面(ViewingPlane)，也稱作投影映射(ProjectiveMapping)。如圖所示。OpenCV提供了warpPerspective()函數(shù)來實現(xiàn)圖片的透視變換，只需要輸入梯形四個頂點的坐標和目標畫布四個角的坐標，即可自動完成轉換。核心代碼只有兩行：首先讀取兩個坐標數(shù)組，計算變換矩陣；然后根據(jù)變換矩陣對原圖進行透視變換，并輸出到目標畫布。三原理分析透視變換的基本原理：透視變換（PerspectiveTransformation）的本質是將圖像投影到一個新的視平面，其通用變換公式為：（u，v）為原始圖像像素坐標，（x=x′/w′，y=y′/w′）為變換之后的圖像像素坐標。透視變換矩陣圖解如下：三原理分析透視變換的基本原理：仿射變換（AffineTransformation）可以理解為透視變換的特殊形式。透視變換的數(shù)學