基于单像素成像的太阳能电池表面缺陷检测方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开的一种基于单像素成像的太阳能电池表面缺陷检测方法及装置，其方法包括以下步骤，使用MATLAB预先生成缺陷检测基底图，搭建光学系统，放置待检测的太阳能电池；将基底图投影到太阳能电池表面，使用台式万用表记录太阳能电池产生的电压；在MATLAB中进行图像重建，得到太阳能电池表面缺陷。本发明专利技术是一种前处理成像方法，无需使用传统的COMS、CCD相机对太阳能电池进行拍照然后进行缺陷提取，通过只投影特定频谱相关的基底图，使用太阳能电池的光电效应检测太阳能电池表面缺陷，可以直接进行缺陷检测。本发明专利技术使用待测的太阳能电池产生的电压来对缺陷进行成像，很好的解决了高反现象。现象。现象。

【技术实现步骤摘要】
基于单像素成像的太阳能电池表面缺陷检测方法及装置


[0001]本专利技术涉及表面缺陷检测
，具体涉及一种基于单像素成像的太阳能电池表面缺陷检测方法。

技术介绍

[0002]当前太阳能电池的缺陷检测主要使用机器学习的方法。使用一系列正确的样本输入模型进行训练，等系统训练完然后将待测的照片输入模型，等模型给出结果。
[0003]目前的太阳能电池表面缺陷提取技术绝大多数都依赖传统的COMS、CCD作为成像器件。由于大多数太阳能电池表面会有一层环氧树脂及栅线(金属)，会造成严重的高反效应，使得检测结果不准确。同时机器学习的方法是一种后处理方法，要想得到正确的结果必须确保数据集准确，同时对数据量有一定的要求。

技术实现思路

[0004]本专利技术提出的一种基于单像素成像的太阳能电池表面缺陷检测方法，是一种前处理方法，可以直接出缺陷的图片，同时这种方法可以很好的解决高反问题。
[0005]为实现上述目的，本专利技术采用了以下技术方案：
[0006]一种基于单像素成像的太阳能电池表面缺陷检测方法，包括以下步骤，
[0007]包括使用MATLAB预先生成缺陷检测基底图，搭建光学系统，放置待检测的太阳能电池；
[0008]将基底图投影到太阳能电池表面，使用台式万用表记录太阳能电池产生的电压；
[0009]在MATLAB中进行图像重建，得到太阳能电池表面缺陷。
[0010]进一步地，还包括基底图由以下公式生成：
[0011]P
Φ
(x,y；f
x
,f
y
,Φ)＝a+b
·
cos(2πf
x
x+2πf
y
y+Φ)；
[0012]其中，a是平均光强、b是对比度，x，y是空间域中的直角坐标；f
x
,f
y
是傅里叶域中的直角坐标，对应x，y方向的空间频率，Φ是初相位；
[0013]将公式中的初相位依次为0、π/2、π、π3/2的不同频率四个傅里叶基底图分别投影到待测的太阳能电池表面。
[0014]进一步地，还包括不同基底图案投影到太阳能电池表面，电池产生的电压会不同，将这些电压记为D0、D
π/2
、D
π
、D
π3/
。
[0015]根据四步相移的相关算法，通过以下公式得到傅立叶系数:
[0016]C(f
x
,f
y
)＝[D0(f
x
,f
y
)
‑
D
π
(f
x
,f
y
)]+j
·
[D
π/2
(f
x
,f
y
)
‑
D
π3/2
(f
x
,f
y
)]；
[0017]其中j是一个虚数单位，缺陷图像I(x,y)通过傅里叶反变换进行重建；
[0018]I(x,y)＝F
‑1(C(f
x
,f
y
))；F
‑1()表示傅里叶反变换。
[0019]另一方面，本专利技术还公开一种计算机装置，存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，使得所述处理器执行如上述方法的步骤。
[0020]由上述技术方案可知，本专利技术的基于单像素成像的太阳能电池表面缺陷检测方
法，是一种前处理成像方法，无需使用传统的COMS、CCD相机对太阳能电池拍照然后进行缺陷提取。本专利技术投影的基底图相较于完整的傅里叶单像素成像数目减少了1/N，同时待检测的太阳能电池取代了原本的光电探测器，本专利技术可以进行完整的缺陷提取。
[0021]本专利技术通过只投影特定频谱相关的基底图；使用太阳能电池的光电效应检测太阳能电池表面缺陷。本专利技术不需要使用相机对需要检测的太阳能电池拍照然后后处理来提取出缺陷，同时现在使用较多的机器学习的方法需要大量正确的数据集，这在使用过程中是很难保证的。后处理的方法需要先对数据集大量的学习，比较麻烦。本专利技术可以直接进行缺陷检测。
[0022]相较于电致发光法对环境光的高要求。本专利技术使用的是四步相移傅里叶基底图，使用差分的方法可以很好的消除环境光干扰。为了保护太阳能电池，通常其表面会覆盖一层环氧树脂，太阳能电池需要栅线(金属)将电子收集，这使得使用传统CCD、COMS相机拍照会出现严重的高反现象。本专利技术使用待测的太阳能电池产生的电压来对缺陷进行成像，很好的解决了高反现象。
附图说明
[0023]图1是本专利技术检测方法的流程图；
[0024]图2是本专利技术检测系统的示意图；
[0025]图3是本专利技术实施例没有缺陷和有缺陷的太阳能电池表面对比图；
[0026]图4是本专利技术实施例对有缺陷的太阳能电池仿真结果图；
[0027]图5是本专利技术实施例分别对有断栅、污渍、缺角的太阳能电池进行实验结果图。
具体实施方式
[0028]为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中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专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。
[0029]本实施例所述的基于单像素成像的太阳能电池表面缺陷检测方法，流程如图1所示，包括使用MATLAB预先生成缺陷检测基底图，搭建光学系统，放置待检测的太阳能电池；将基底图投影到太阳能电池表面，使用台式万用表记录太阳能电池产生的电压；在MATLAB中进行图像重建，得到太阳能电池表面缺陷。
[0030]如图2所示，与传统成像方式不同，该设计使用被测太阳能电池本身的作为提取表面缺陷的器件。使用投影仪将预先设计好的图案投影到太阳能电池表面，太阳能电池产生的电压会随着照明图案的变化而变化，使用台式万用表收集这些电压信号，最后通过这些电压信号重构出缺陷的图像。
[0031]完整的光谱可以通过傅里叶反变换被重建为完整的图像。有缺陷的太阳能电池的表面图案可以分为底纹图案和缺陷图案。因为太阳能电池往往是有规律的底纹如图3，这部分能量会集中在某些区域。然而缺陷更倾向于自然图像的光谱，是不具有这种明显的周期性结构。它们的能量分散在整个区域内。傅里叶变换是一种线性变换。所以本专利技术可以通过去除底纹的频谱，然后进行傅里叶反变换来提取缺陷信息。由于缺陷是随机的，可能会有部分缺陷覆盖在底纹上，在这种情况下，信息是难以区分的，将与底纹光谱一起被移除。本发
明可以牺牲部分信息来获得缺陷频谱，然后再进行傅里叶反变换来重建缺陷。
[0032]基底图由以下公式生成：
[0033]P
Φ
(x,y；f
x
,f
y
,Φ)＝a+b
·
cos(2πf
x
x+2πf
y...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于单像素成像的太阳能电池表面缺陷检测方法，其特征在于，包括以下步骤，使用MATLAB预先生成缺陷检测基底图，搭建光学系统，放置待检测的太阳能电池；将基底图投影到太阳能电池表面，使用台式万用表记录太阳能电池产生的电压；在MATLAB中进行图像重建，得到太阳能电池表面缺陷。2.根据权利要求1所述的基于单像素成像的太阳能电池表面缺陷检测方法，其特征在于：还包括基底图由以下公式生成：P
Φ
(x，y；f
x
，f
y
，Φ)＝a+b
·
cos(2πf
x
x+2πf
y
y+Φ)；其中，a是平均光强、b是对比度，x，y是空间域中的直角坐标；f
x
，f
y
是傅里叶域中的直角坐标，对应x，y方向的空间频率，Φ是初相位；将公式中的初相位依次为0、π/2、π、π3/2的不同频率四个傅里叶基底图分别投影到待测的太阳能电池表面。3.根据权利要求2所述的基于单像素成像的太阳能电池表面缺陷检测方法，其特征在于：还包括不同基底图案投影到太阳能电池表面，电池产生的电压会不同，将这些电压记为D0、D<...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓华夏，王佳祺，肖星志，马孟超，钟翔，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：