專利名稱：針對(duì)星載表露型pcb焊點(diǎn)質(zhì)量的光學(xué)圖像匹配檢測(cè)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種針對(duì)星載表露型印制電路板(Printed Circuit Board,PCB)焊點(diǎn)質(zhì)量的光學(xué)圖像匹配檢測(cè)方法，屬于焊點(diǎn)質(zhì)量檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
目前，電子設(shè)備中，表露型焊點(diǎn)數(shù)量占到80%以上，檢測(cè)手段主要是人工目測(cè)(必要時(shí)借助一定放大倍數(shù)的光學(xué)檢測(cè)設(shè)備)，工業(yè)用的AOI (Automated Optical Inspection)系統(tǒng)受檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)等客觀因素的影響，在航天產(chǎn)品的生產(chǎn)過程未得到應(yīng)用。人工檢驗(yàn)存在受操作員經(jīng)驗(yàn)、疲勞程度和主觀感覺等人為因素影響，沒有統(tǒng)一的判別量化標(biāo)準(zhǔn)，判定結(jié)果因人而異，判定標(biāo)準(zhǔn)的一致性較差，難以保證焊點(diǎn)的100%檢測(cè)，很容易出現(xiàn)漏檢。。工業(yè)AOI系統(tǒng)主要采用特征提取比對(duì)或每像素相關(guān)性比對(duì)等方法，如西北工業(yè)大學(xué)張紀(jì)鈴的《電路板板載元器件檢測(cè)系統(tǒng)研究》。這些方法算法復(fù)雜或循環(huán)次數(shù)過多，導(dǎo)致·實(shí)時(shí)性不是很高，不能很好的適合需要在線檢測(cè)且檢測(cè)項(xiàng)目多、檢測(cè)正確率要求高的航天產(chǎn)品檢測(cè)領(lǐng)域。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種針對(duì)星載表露型PCB焊點(diǎn)質(zhì)量的光學(xué)圖像匹配檢測(cè)方法，該方法通過對(duì)圖像進(jìn)行分塊，以塊為單元進(jìn)行匹配檢測(cè)，其實(shí)時(shí)性好，能夠滿足在線檢測(cè)的需要。一種針對(duì)星載表露型PCB焊點(diǎn)質(zhì)量的光學(xué)圖像匹配檢測(cè)方法，具體的步驟為步驟101、根據(jù)待測(cè)元件的PCB信息從標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫中尋找適合當(dāng)前待測(cè)元件的模板圖像；步驟102、令CXD位于待測(cè)元件的正前方，且調(diào)整CXD與待測(cè)元件的間距，使得CXD所采集的圖像上待測(cè)元件的大小與模板圖像上待測(cè)元件的大小相同；CCD采集待測(cè)元件圖像，并將其定義為待檢圖像；步驟103、先將大小為wXh、格式為RGB24的模板圖像轉(zhuǎn)換成大小不變的8位灰度圖像；再將模板圖像分為mX η個(gè)圖像塊,每個(gè)塊大小為bXb,即m = w/b,n = h/b ;求每個(gè)圖像塊的像素平均值，得到大小為mXn的像素平均值矩陣P ；步驟104、將大小為WXH、格式為RGB24的待檢圖像轉(zhuǎn)換成大小不變的8位灰度圖像；再將待檢圖像分為MXN個(gè)圖像塊，每個(gè)塊大小為bXb，即M = W/b，N = H/b ;求每個(gè)圖像塊的像素平均值，得到大小為MXN的像素平均值矩陣Q ；步驟105、初始時(shí)兩矩陣的原點(diǎn)重合，然后令矩陣P在矩陣Q上進(jìn)行滑動(dòng)，每滑動(dòng)一
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次，計(jì)算出兩矩陣之間的相關(guān)度[=—ΣΣ丨/>(χ，少’)—P(U) I，當(dāng)計(jì)算出的相關(guān)度小
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于設(shè)定閾值時(shí)，停止滑動(dòng)，判定該待檢圖像的焊點(diǎn)滿足要求，否則繼續(xù)滑動(dòng)，當(dāng)滑動(dòng)所有的相對(duì)位置情況，兩矩陣的相關(guān)度仍不小于設(shè)定閾值，則判定待檢圖像的焊點(diǎn)不滿足要求。
當(dāng)待測(cè)元件太大,無法將待測(cè)元件的所有細(xì)節(jié)在CCD所采集的一幅圖像中表示時(shí)，通過移動(dòng)CCD采集多幅圖像，并對(duì)多幅圖像進(jìn)行拼接，獲取待檢圖像，該待檢圖像的獲取過程為整個(gè)拼接過程中CXD按照從下到上、從左到右的順序采集待測(cè)元件的圖像；步驟201、將CXD采集的第一幅(即待測(cè)元件左下角的圖像)作為拼接的基準(zhǔn)圖像，同時(shí)令CXD采集下一位置的圖像，并進(jìn)入步驟202 ；步驟202、判斷CXD采集的圖像是否為待測(cè)元件最左列的圖像，若是，則進(jìn)入步驟203，否則進(jìn)入步驟204 ；步驟203、以當(dāng)前CCD采集的圖像為模板圖像，以其下方圖像為目標(biāo)圖像，選定模板圖像上一像素點(diǎn)與目標(biāo)圖像上一像素點(diǎn)重合，分別向右上、右下、左上、左下移動(dòng)模板圖像，每移動(dòng)一次計(jì)算兩圖像重合位置的相關(guān)度，判斷預(yù)設(shè)次數(shù)S次移動(dòng)獲得的最小相關(guān)度是否小于設(shè)定閾值，若是，則將最小相關(guān)度時(shí)兩圖像的位置關(guān)系確定為兩幅圖像的最佳拼·接位置，將兩幅圖像按最佳拼接位置進(jìn)行拼接，否則重新獲取一幅CCD圖像再計(jì)算相關(guān)度，直到兩幅圖像以最佳拼接位置拼接為止；步驟204、以當(dāng)前CCD采集的圖像為模板圖像，以其左側(cè)圖像為目標(biāo)圖像，選定模板圖像上一像素點(diǎn)與目標(biāo)圖像上一像素點(diǎn)重合，分別向右上、右下、左上、左下移動(dòng)模板圖像，每移動(dòng)一次計(jì)算兩圖像重合位置的相關(guān)度，判斷S次移動(dòng)獲得的最小相關(guān)度是否小于設(shè)定閾值，若是，則將最小相關(guān)度時(shí)兩圖像的位置關(guān)系確定為兩幅圖像的最佳拼接位置，將兩幅圖像按最佳拼接位置進(jìn)行拼接，否則重新獲取一幅CCD圖像再計(jì)算相關(guān)度，直到兩幅圖像以最佳拼接位置拼接為止；步驟205、判斷所拼接待檢圖像是否完整，若不完整，則C⑶采集下一位置的圖像，并返回步驟202。有益效果本發(fā)明在相關(guān)性匹配的基礎(chǔ)上對(duì)圖像進(jìn)行了分塊處理，既保證了匹配的高成功率，又大量節(jié)省計(jì)算時(shí)間，提高了實(shí)時(shí)性；本發(fā)明分塊相關(guān)性匹配算法簡單高效，易于實(shí)現(xiàn)，在其基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)的星載PCB焊點(diǎn)質(zhì)量檢測(cè)方法具有很好的實(shí)用性。其次，本發(fā)明針對(duì)較大的檢測(cè)元件，運(yùn)用相關(guān)度匹配法對(duì)多次采集的待測(cè)元件圖像進(jìn)行拼接，使得本發(fā)明使用于對(duì)較大元件的焊點(diǎn)質(zhì)量的檢測(cè)。


圖I為PCB焊點(diǎn)質(zhì)量的光學(xué)圖像匹配檢測(cè)方法的流程圖。圖2為待檢圖像和|旲板圖像滑動(dòng)匹配的不意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。如圖I所示，本發(fā)明針對(duì)星載表露型PCB焊點(diǎn)質(zhì)量的光學(xué)圖像匹配檢測(cè)方法，具體的步驟為步驟101、根據(jù)待測(cè)元件的PCB信息從標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫中尋找適合當(dāng)前待測(cè)元件的模板圖像。
標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫上存有各種元件的模板圖像，且該模板圖像上的元件都是焊接優(yōu)良的，模板圖像由大量取樣得到。因此本發(fā)明從標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫中選取待測(cè)元件的模板圖像，以便接下來的匹配使用。步驟102、令CXD位于待測(cè)元件的正前方，且調(diào)整CXD與待測(cè)元件的間距，使得CXD所采集的圖像上待測(cè)元件的大小與模板圖像上待測(cè)元件的大小相同；CCD采集待測(cè)元件圖像，并將其定義為待檢圖像；本發(fā)明使用的條件為光源亮度均勻穩(wěn)定，CCD需進(jìn)行標(biāo)定，CCD相機(jī)與PCB之間距離必須滿足要求，即CCD所采集的圖像上待測(cè)元件的大小與模板圖像上待測(cè)元件的大小相同，這樣待檢圖像和模板圖像才有匹配判斷焊點(diǎn)質(zhì)量好壞的價(jià)值；本發(fā)明通過人眼觀察來確定CCD與待測(cè)元件之間的距離。步驟103、先將大小為wXh、格式為RGB24的模板圖像轉(zhuǎn)換成大小不變的8位灰度圖像；再將模板圖像分為mX η個(gè)圖像塊,每個(gè)塊大小為bXb,即m = w/b,n = h/b ;求每個(gè) 圖像塊的像素平均值，得到大小為mXn的像素平均值矩陣P。該過程中的w，h, m, n, b為常數(shù)。本發(fā)明將圖像進(jìn)行分塊，然后以圖像塊為單元進(jìn)行后續(xù)的判斷，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明可以提高匹配的速度，滿足實(shí)時(shí)性的要求，同時(shí)可以提高匹配的精確性。本發(fā)明矩陣P的獲取為將求取的第一行第一列的圖像塊的像素平均值作為矩陣P位置(1，I)上的值，將求取的第一行第二列的圖像塊的像素平均值作為矩陣P位置(1，2)上的值，將求取的第二行第一列的圖像塊的像素值平均值作為矩陣P位置(2，I)上的值，并依次類推。步驟104、將大小為WXH、格式為RGB24的待檢圖像轉(zhuǎn)換成大小不變的8位灰度圖像；再將待檢圖像分為MXN個(gè)圖像塊，每個(gè)塊大小為bXb，即M = W/b，N = H/b ;求每個(gè)圖像塊的像素平均值，得到大小為MXN的像素平均值矩陣Q。該過程中的W，H, N, M為常數(shù)。本發(fā)明為了以圖像塊為單元進(jìn)行圖像匹配，因此需要將待檢圖像也進(jìn)行與模板圖
像一樣的轉(zhuǎn)換。本發(fā)明矩陣Q的獲取為將求取的第一行第一列的圖像塊的像素平均值作為矩陣Q位置(1，I)上的值，將求取的第一行第二列的圖像塊的像素平均值作為矩陣Q位置(1，2)上的值，將求取的第二行第一列的圖像塊的像素值平均值作為矩陣Q位置(2，I)上的值，并依次類推。步驟105、初始時(shí)兩矩陣的原點(diǎn)重合，然后令矩陣P在矩陣Q上進(jìn)行滑動(dòng)，每滑動(dòng)一
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次，計(jì)算出兩矩陣之間的相關(guān)度[=—ΣΣι Pi<x-y)—g(.y，.>’)I，當(dāng)計(jì)算出的相關(guān)度小
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于設(shè)定閾值時(shí)，停止滑動(dòng)，判定該待檢圖像的焊點(diǎn)滿足要求，否則繼續(xù)滑動(dòng)，當(dāng)滑動(dòng)所有的相對(duì)位置情況，兩矩陣的相關(guān)度仍不小于設(shè)定閾值，則判定待檢圖像的焊點(diǎn)不滿足要求。通常情況下，若待檢元件較小時(shí)，此時(shí)采集的待檢圖像通常大于模板圖像，因此本發(fā)明令待檢圖像不動(dòng)，令模板圖像在待檢圖像上滑動(dòng)，來求取兩圖像之間的相關(guān)度，如圖2所示。模板圖像沿水平方向和豎直方向進(jìn)行滑動(dòng)，每次滑動(dòng)一個(gè)圖像塊的距離，這樣在兩幅圖像上存在多種相對(duì)位置情況。然后對(duì)每滑動(dòng)一次的相關(guān)度與設(shè)定的閾值進(jìn)行比較，其中閾值是根據(jù)大量的試驗(yàn)得出的。本發(fā)明可以較佳的令模板圖像按照從左往右，從上往下的順序進(jìn)行移動(dòng)，來尋找兩幅圖像中是否存在相關(guān)度小于設(shè)定閾值的情況。本發(fā)明當(dāng)待測(cè)元件太大，無法將待測(cè)元件的所有細(xì)節(jié)在CCD所采集的一幅圖像中表示時(shí)，需要通過移動(dòng)CCD采集多幅圖像，并對(duì)多幅圖像進(jìn)行拼接，獲取待檢圖像，該待檢圖像的獲取過程為整個(gè)拼接過程中CXD按照從下到上、從左到右的順序采集待測(cè)元件的圖像；按照這樣的順序可以保證CXD采集的相鄰的兩幅圖像之間存在相關(guān)性。步驟201、將CXD采集的第一幅(即待測(cè)元件左下角的圖像)作為拼接的基準(zhǔn)圖像，同時(shí)令CXD采集下一位置的圖像，并進(jìn)入步驟202。 步驟202、判斷CXD采集的圖像是否為待測(cè)元件最左列的圖像，若是，則進(jìn)入步驟203，否則進(jìn)入步驟204。當(dāng)待測(cè)元件是一個(gè)長條狀的元件，即其上邊沿和下邊沿可以在一幅圖像內(nèi)囊括，這樣CCD采集的第二幅圖像即非待測(cè)元件最左列的圖像，因此在第一幅圖像的右側(cè)和第二幅圖像的左側(cè)是存在重合的區(qū)域，此時(shí)進(jìn)入步驟204進(jìn)行圖像拼接。當(dāng)待測(cè)元件的長度和寬度相當(dāng)，即其上邊沿和下邊沿?zé)o法在一幅圖像內(nèi)囊括，這樣CXD采集的第二幅圖像即為待測(cè)元件最左列的圖像，此時(shí)需要進(jìn)入步驟203進(jìn)行圖像拼接。步驟203、以當(dāng)前CCD采集的圖像為模板圖像，以其下方圖像為目標(biāo)圖像，選定模板圖像上一像素點(diǎn)與目標(biāo)圖像上一像素點(diǎn)重合，分別向右上、右下、左上、左下移動(dòng)模板圖像，每移動(dòng)一次計(jì)算兩圖像重合位置的相關(guān)度，判斷S次移動(dòng)獲得的最小相關(guān)度是否小于設(shè)定閾值，若是，則將最小相關(guān)度時(shí)兩圖像的位置關(guān)系確定為兩幅圖像的最佳拼接位置，將兩幅圖像按最佳拼接位置進(jìn)行拼接，否則重新獲取一幅CCD圖像再計(jì)算相關(guān)度，直到兩幅圖像以最佳拼接位置拼接為止。步驟204、以當(dāng)前CCD采集的圖像為模板圖像，以其左側(cè)圖像為目標(biāo)圖像，選定模板圖像上一像素點(diǎn)與目標(biāo)圖像上一像素點(diǎn)重合，分別向右上、右下、左上、左下移動(dòng)模板圖像，每移動(dòng)一次計(jì)算兩圖像重合位置的相關(guān)度，判斷S次移動(dòng)獲得的最小相關(guān)度是否小于設(shè)定閾值，若是，則將最小相關(guān)度時(shí)兩圖像的位置關(guān)系確定為兩幅圖像的最佳拼接位置，將兩幅圖像按最佳拼接位置進(jìn)行拼接，否則重新獲取一幅CCD圖像再計(jì)算相關(guān)度，直到兩幅圖像以最佳拼接位置拼接為止。步驟203和步驟204中S為事先設(shè)定的整數(shù)，從理論上說，CXD采集的相鄰兩幅圖像肯定存在準(zhǔn)確匹配的位置，當(dāng)移動(dòng)S次還是沒有匹配成功，則可能是因?yàn)镃XD相鄰兩次采集圖像環(huán)境的變化所引起的，例如光線的遮擋等因素造成的，此時(shí)CCD重新采集一幅圖像，直至尋找到最佳拼接位置為止。步驟205、判斷所拼接待檢圖像是否完整，若不完整，則C⑶采集下一位置的圖像，并返回步驟202。若此時(shí)拼接已經(jīng)完成，則此時(shí)可以進(jìn)入步驟103對(duì)待檢圖像和模板圖像進(jìn)行處理，計(jì)算相關(guān)度，并判斷出焊點(diǎn)的質(zhì)量。該方法應(yīng)用于星載PCB焊點(diǎn)質(zhì)量檢測(cè)的粗檢階段，可對(duì)元件偏移、缺件、錯(cuò)件、多錫、少錫、連錫、立碑、破損、翻轉(zhuǎn)等項(xiàng)目進(jìn)行檢測(cè)，有較高的實(shí)時(shí)性和可靠性，為利用三維立體顯微鏡進(jìn)行的細(xì)檢階段做好基礎(chǔ)。綜上所述，以上僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之 內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種針對(duì)星載表露型PCB焊點(diǎn)質(zhì)量的光學(xué)圖像匹配檢測(cè)方法，其特征在于，具體的步驟為 步驟101、根據(jù)待測(cè)元件的PCB信息從標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫中尋找適合當(dāng)前待測(cè)元件的模板圖像； 步驟102、令CXD位于待測(cè)元件的正前方，且調(diào)整CXD與待測(cè)元件的間距，使得CXD所采集的圖像上待測(cè)元件的大小與模板圖像上待測(cè)元件的大小相同；CCD采集待測(cè)元件圖像，并將其定義為待檢圖像； 步驟103、先將大小為wXh、格式為RGB24的模板圖像轉(zhuǎn)換成大小不變的8位灰度圖像；再將模板圖像分為mXη個(gè)圖像塊,每個(gè)塊大小為bXb,即m = w/b,n = h/b ;求每個(gè)圖像塊的像素平均值，得到大小為mXn的像素平均值矩陣P ； 步驟104、將大小為WXH、格式為RGB24的待檢圖像轉(zhuǎn)換成大小不變的8位灰度圖像；再將待檢圖像分為MXN個(gè)圖像塊，每個(gè)塊大小為b Xb，即M = W/b，N = H/b ;求每個(gè)圖像塊的像素平均值，得到大小為MXN的像素平均值矩陣Q ； 步驟105、初始時(shí)兩矩陣的原點(diǎn)重合，然后令矩陣P在矩陣Q上進(jìn)行滑動(dòng)，每滑動(dòng)一次，計(jì)算出兩矩陣之間的相關(guān)度，當(dāng)計(jì)算出的相關(guān)度小于設(shè)定閾值時(shí)，停止滑動(dòng)，判定該待檢圖像的焊點(diǎn)滿足要求，否則繼續(xù)滑動(dòng)，當(dāng)滑動(dòng)所有的相對(duì)位置情況，兩矩陣的相關(guān)度仍不小于設(shè)定閾值，則判定待檢圖像的焊點(diǎn)不滿足要求。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述焊點(diǎn)質(zhì)量的光學(xué)圖像匹配檢測(cè)方法，其特征在于，當(dāng)待測(cè)元件太大，無法將待測(cè)元件的所有細(xì)節(jié)在CCD所采集的一幅圖像中表示時(shí)，需要通過移動(dòng)CCD采集多幅圖像，并對(duì)多幅圖像進(jìn)行拼接，獲取待檢圖像，該待檢圖像的獲取過程為 整個(gè)拼接過程中CXD按照從下到上、從左到右的順序采集待測(cè)元件的圖像； 步驟201、將CXD采集的第一幅作為拼接的基準(zhǔn)圖像，同時(shí)令C⑶采集下一位置的圖像，并進(jìn)入步驟202 ； 步驟202、判斷CXD采集的圖像是否為待測(cè)元件最左列的圖像，若是，則進(jìn)入步驟203，否則進(jìn)入步驟204 ； 步驟203、以當(dāng)前CCD采集的圖像為模板圖像，以其下方圖像為目標(biāo)圖像，選定模板圖像上一像素點(diǎn)與目標(biāo)圖像上一像素點(diǎn)重合，分別向右上、右下、左上、左下移動(dòng)模板圖像，每移動(dòng)一次計(jì)算兩圖像重合位置的相關(guān)度，判斷S次移動(dòng)獲得的最小相關(guān)度是否小于設(shè)定閾值，若是，則將最小相關(guān)度時(shí)兩圖像的位置關(guān)系確定為兩幅圖像的最佳拼接位置，將兩幅圖像按最佳拼接位置進(jìn)行拼接，否則重新獲取一幅CCD圖像再計(jì)算相關(guān)度，直到兩幅圖像以最佳拼接位置拼接為止； 步驟204、以當(dāng)前CCD采集的圖像為模板圖像，以其左側(cè)圖像為目標(biāo)圖像，選定模板圖像上一像素點(diǎn)與目標(biāo)圖像上一像素點(diǎn)重合，分別向右上、右下、左上、左下移動(dòng)模板圖像，每移動(dòng)一次計(jì)算兩圖像重合位置的相關(guān)度，判斷S次移動(dòng)獲得的最小相關(guān)度是否小于設(shè)定閾值，若是，則將最小相關(guān)度時(shí)兩圖像的位置關(guān)系確定為兩幅圖像的最佳拼接位置，將兩幅圖像按最佳拼接位置進(jìn)行拼接，否則重新獲取一幅CCD圖像再計(jì)算相關(guān)度，直到兩幅圖像以最佳拼接位置拼接為止； 步驟205、判斷所拼接待檢圖像是否完整，若不完整，則CXD采集下一位置的圖像，并返回步驟202。
全文摘要
本發(fā)明提供一種針對(duì)星載表露型PCB焊點(diǎn)質(zhì)量的光學(xué)圖像匹配檢測(cè)方法，該方法通過對(duì)圖像進(jìn)行分塊，以塊為單元進(jìn)行匹配檢測(cè)，其實(shí)時(shí)性好，能夠滿足在線檢測(cè)的需要。具體過程為根據(jù)待測(cè)元件的PCB信息從標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫中尋找適合當(dāng)前待測(cè)元件的模板圖像；獲取待檢測(cè)元器件的待檢圖像；對(duì)模板圖像和待檢圖像進(jìn)行分塊；判斷兩圖像的相關(guān)度，當(dāng)相關(guān)度滿足閾值時(shí)，則判定待檢圖像的焊點(diǎn)滿足要求。本發(fā)明在相關(guān)性匹配的基礎(chǔ)上對(duì)圖像進(jìn)行了分塊處理，既保證了匹配的高成功率，又大量節(jié)省計(jì)算時(shí)間，提高了實(shí)時(shí)性；本發(fā)明分塊相關(guān)性匹配算法簡單高效，易于實(shí)現(xiàn)，在其基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)的星載PCB焊點(diǎn)質(zhì)量檢測(cè)方法具有很好的實(shí)用性。
文檔編號(hào)G01N21/956GK102914549SQ20121033216
公開日2013年2月6日 申請(qǐng)日期2012年9月10日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月10日
發(fā)明者徐明道, 張?jiān)浦? 柴玉強(qiáng), 徐洪信 申請(qǐng)人:中國航天科技集團(tuán)公司第五研究院第五一三研究所