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研究生:饒旭明
研究生(外文):Hsu-Ming Jao
論文名稱:Haar小波在偏光板瑕疵偵測上之應用
論文名稱(外文):The Application of Haar Wavelet to the Defect Detection in Polarizer
指導教授:程啟正程啟正引用關係
指導教授(外文):Chi-Cheng Cheng
學位類別:碩士
校院名稱:國立中山大學
系所名稱:機械與機電工程學系研究所
學門:工程學門
學類:機械工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2008
畢業學年度:96
語文別:中文
論文頁數:121
中文關鍵詞:恰辨比偏光板小波轉換瑕疵
外文關鍵詞:HaarMuraWavelet TransformPolarizerJND
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由於偏光板製程特性,常常會發生所謂的「Mura」,「Mura」是指影像中因亮度不均勻而產生視覺不舒適的現象。
本論文旨在應用Haar小波轉換(Wavelet Transform,簡稱WT)多尺度解析(Multi-scale and Multi-resolution)的特性,藉由小波轉換高頻係數(High Frequency Coefficient),分析不同尺度影像中相鄰像素的灰階差異,來分割影像中不同位置及大小的「Mura」的區塊。由於小波轉換無法一次抽取影像中所有的高頻資訊,本研究先將原始影像分為主影像及次影像,分別進行小波轉換,以抽取原始影像中所有的高頻資訊。
以偏光板常見的線狀(Line)、帶狀(Band)及面狀(Area)三種類型的Mura模擬影像為樣本,並在不同出現週期及面積下測試。實驗結果顯示,本方法可以完全偵測線Mura及部份的帶狀及面狀Mura。
本研究結果可作為Mura特性及偵測方法改進之參考。
“Mura” is a local lightness variation without a clear contour on a uniform surface image, which imparts an unpleasant sensation to human vision.
In this study, a Haar wavelet transform (WT) method is proposed to detect the mura of the polarizer. Because of the WT capability of multi-resolution analysis for digital images, the difference of gray level between neighbor pixels in different scale of an image can be analyzed by the WT high frequency coefficient. As a result, different size muras at different location can be segmented.
Because the Haar WT cannot extract all the high frequency coefficient from an image at one time, the original image is decomposed into an main image and a subimage at the beginning. The applying the WT technique to extract all the high frequency coefficients from these two images. There exist three types of mura consisting of line mura, band mura, and area mura. Experiments were extensively conducted on different frequencies and sizes of these muras. Experimental results show that the presented approach is able to detect all the line muras, but some band and area muras.
The result of this study can be extended to the future researches regarding mura properties and detection methods.
目 錄
目錄……………………………………………………………………………II
表目錄…………………………………………………………………………V
圖目錄…………………………………………………………………………VI
摘要……………………………………………………………………………X
第一章 緒論…………………………………………………………………1
1.1 研究動機………………………………………………………………1
1.2 研究的範圍及限制……………………………………………………5
1.3 論文架構………………………………………………………………5
第二章 文獻回顧……………………………………………………………6
2.1 偏光板簡介……………………………………………………………6
2.1.1 偏光板偏光原理………………………………………………6
2.1.2 偏光板光學規格………………………………………………7
2.1.3 LCD工作原理………………………………………………10
2.1.3.1 線偏光的偏振特性……………………………………10
2.1.3.2 液晶之光電異方性……………………………………12
2.1.3.3 LCD工作原理…………………………………………13
2.1.4 偏光板的結構…………………………………………………14
2.1.5 偏光板的製造流程……………………………………………16
2.1.6 偏光板種類……………………………………………………19
2.1.7 偏光板的瑕疵及檢查方式……………………………………22
2.1.7.1 瑕疵檢查方式…………………………………………22
2.1.7.2 偏光板的外觀瑕疵……………………………………22
2.1.7.3 偏光板的Mura…………………………………………24
2.2 自動瑕疵檢測系統簡介……………………………………………27
2.2.1 硬體架構及功能………………………………………………28
2.2.2 瑕疵檢測原理及流程…………………………………………28
第三章 研究方法……………………………………………………………32
3.1 Haar小波轉換………………………………………………………32
3.1.1 一維Haar小波函數轉換簡述…………………………………32
3.1.1.1 方塊函數………………………………………………32
3.1.1.2 Haar函數………………………………………………35
3.1.1.3 方塊函數與Haar函數的組合…………………………37
3.1.2 小波轉換與線性代數…………………………………………40
3.1.3 二維Haar小波轉換……………………………………………41
3.2 影像處理……………………………………………………………45
3.2.1 高頻係數分析方法……………………………………………45
3.2.2 主影像及次影像………………………………………………47
3.2.3 偏光板Mura影像偵測流程……………………………………50
第四章 實驗結果及討論……………………………………………………53
4.1 Mura類型選定………………………………………………………53
4.2 實驗影像特性設定…………………………………………………53
4.3 實驗結果……………………………………………………………56
4.3.1 線狀Mura………………………………………………………57
4.3.2 帶狀Mura………………………………………………………59
4.3.3 面狀Mura………………………………………………………60
4.4 實驗結果討論………………………………………………………61
4.4.1 線狀Mura位置與分割影像大小………………………………62
4.4.2 帶狀Mura門檻值與分析尺度…………………………………63
4.4.3 帶狀Mura位置與門檻值………………………………………64
4.4.4 Mura數量對視覺的影響………………………………………66
第五章 研究成果及未來展望………………………………………………68
參考文獻………………………………………………………………………70
附錄A LCD相關知識………………………………………………………75
附錄B 偏光板瑕疵影像……………………………………………………83
附錄C 偏光板Mura模擬影像及偵測程式…………………………………88
附錄D 實驗過程影像………………………………………………………103

表目錄
表1.1 全球偏光板市場規模…………………………………………………1
表1.2 全球偏光板年產能一覽表……………………………………………2
表2.1 WV偏光板光學規格…………………………………………………8
表2.2 異常訊號參數之定義………………………………………………31
表2.3 瑕疵特徵參數………………………………………………………31
表4.1 線狀Mura 測試結果…………………………………………………58
表4.2 帶狀Mura測試結果…………………………………………………59
表4.3 面狀Mura 測試結果…………………………………………………61

圖目錄
圖1.1 偏光板Mura示意圖…………………………………………………4
圖2.1 偏光基體之PVA分子及碘離子結構示意圖…………………………7
圖2.2 偏光板產生的線偏振示意圖…………………………………………7
圖2.3 偏光板光學特性的排列方式示意……………………………………8
圖2.4 CIE Lab色彩空間……………………………………………………9
圖2.5 偏光板量測光譜……………………………………………………10
圖2.6 線偏光及圓偏光發生示意圖………………………………………11
圖2.7 不同偏振型態之偏振光……………………………………………12
圖2.8 液晶折射光學異方性示意圖………………………………………13
圖2.9 TN LCD的工作原理…………………………………………………14
圖2.10 偏光板組成結構及功能……………………………………………15
圖2.11 偏光板的製造流程…………………………………………………16
圖2.12 偏光板的延伸製程…………………………………………………16
圖2.13 塗佈線的配置圖……………………………………………………18
圖2.14 廣視角膜的工作原理………………………………………………21
圖2.15 偏光板檢查方法……………………………………………………23
圖2.16 常見的偏光板外觀瑕疵……………………………………………23
圖2.17 Mura特性示意圖……………………………………………………25
圖2.18 不同灰階背景的JND值……………………………………………26
圖2.19 染色不均造成的偏光板直紋狀Mura瑕疵…………………………26
圖2.20 自動檢測系統架構…………………………………………………29
圖2.21 三階段瑕疵檢測流程圖……………………………………………30
圖3.1 任意信號以方塊函數分解過程……………………………………32
圖3.2 方塊函數脹縮參數及平移參數……………………………………33
圖3.3 不同脹縮參數及平移參數之關係…………………………………34
圖3.4 Haar函數壓縮過程…………………………………………………36
圖3.5 Haar函數分解成方塊函數…………………………………………36
圖3.6 方塊函數分解成方塊函數與Haar函數……………………………37
圖3.7 方塊函數與Haar函數合成方塊函數………………………………38
圖3.8 數位信號分解成方塊函數與Haar函數……………………………39
圖3.9 部份小波家族成員波形……………………………………………40
圖3.10 二維Haar小波轉換…………………………………………………42
圖3.11 二維一階Haar小波轉換子頻帶……………………………………42
圖3.12 二維二階 Haar小波轉換……………………………………………43
圖3.13 三階 Haar小波轉換影像……………………………………………44
圖3.14 四階Haar小波反轉換高頻帶影像…………………………………45
圖3.15 列轉換流程圖………………………………………………………46
圖3.16 行轉換流程圖………………………………………………………47
圖3.17 未偵測到之Mura示意圖……………………………………………48
圖3.18 小波轉換分析區塊示意圖…………………………………………49
圖3.19 主、次影像小波分析區塊示意圖……………………………………49
圖3.20 主影像及次影像一階小波轉換影像………………………………50
圖3.21 偏光板Mura影像偵測流程圖………………………………………51
圖4.1 常見的偏光板Mura類型……………………………………………53
圖4.2 線狀Mura水平位置灰階分佈………………………………………54
圖4.3 線狀Mura水平位置灰階分佈………………………………………55
圖4.4 面狀Mura水平位置灰階分佈………………………………………56
圖4.5 面狀Mura的周長檢出率……………………………………………57
圖4.6 線狀Mura偵測結果…………………………………………………58
圖4.7 帶狀Mura偵測結果…………………………………………………60
圖4.8 面狀Mura偵測結果…………………………………………………61
圖4.9 不同位置的線狀Mura及分割的大小………………………………63
圖4.10 帶狀Mura在不同階數小波分析之高頻係數………………………64
圖4.11 帶狀Mura位置與門檻值……………………………………………65
圖4.12 不同數量帶狀Mura比較……………………………………………66
圖A.1 不同排列方式的液晶………………………………………………75
圖A.2 正單光軸材料折射率橢圓球………………………………………76
圖A.3 LCD驅動方式………………………………………………………77
圖A.4 TN型 LCD液晶扭轉示意圖………………………………………78
圖A.5 STN型 LCD液晶扭轉示意圖………………………………………79
圖A.6 LCD視角限制示意圖………………………………………………80
圖A.7 IPS及VA 液晶配向方式……………………………………………81
圖A.8 IPS及MVA液晶配向區域及轉動方向示意圖……………………82
圖B.1 偏光板常見外觀瑕疵及發生位置…………………………………83
圖B.2 MaxEye.AQuO補獲之延伸偏光板瑕疵影像………………………86
圖D.1 線狀Mura實驗影像………………………………………………103
圖D.2 帶狀Mura實驗影像………………………………………………105
圖D.3 面狀Mura實驗影像………………………………………………107
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