一種電路板布線邊緣提取方法及提取平臺的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種電路板布線邊緣提取方法及提取平臺，提取方法包括：設(shè)置包括電路板圖像提取裝置和布線邊緣提取單元的電路板布線邊緣提取平臺，電路板圖像提取裝置將電路板圖像傳輸至布線邊緣提取單元，布線邊緣提取單元采用基于高斯小波一維峰值識別的多角度邊緣檢測方法對圖像中的布線邊緣進(jìn)行提取。電路板圖像提取裝置包括透照臺、載物平臺、光學(xué)平板、支架組件、LED光源組和相機(jī)；透照臺平行設(shè)置在載物平臺上，載物平臺平行設(shè)置在光學(xué)平板上表面的一側(cè)；光學(xué)平板上表面的另一側(cè)垂直固定設(shè)置支架組件，支架組件上活動連接LED光源組，相機(jī)通過支架組件和LED光源組固定設(shè)置在透照臺上方，并將拍攝的電路板圖像傳輸至布線邊緣提取單元。
【專利說明】一種電路板布線邊緣提取方法及提取平臺

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種圖像提取方法及提取平臺，特別是關(guān)于一種電路板布線邊緣提取 方法及提取平臺。

【背景技術(shù)】
[0002] 隨著科研院所對大量程控精密儀器高強(qiáng)度地使用，儀器故障日趨頻繁，科研單位 用于儀器維修的費(fèi)用逐年增加。基于科研院所旺盛的儀器維修需求，提供儀器維修服務(wù)的 公司近幾年蓬勃發(fā)展。在五花八門的儀器故障中，占有較大比重的是儀器電路板故障，而且 與其他類型故障相比，儀器電路板故障的維修費(fèi)用最高。根據(jù)所維修儀器是否為進(jìn)口儀器， 市場上針對儀器電路板的維修服務(wù)分為兩種情況。如果是國產(chǎn)儀器的電路板故障，提供儀 器維修服務(wù)的公司可以根據(jù)故障情況維修電路板，然而由于國產(chǎn)儀器的電路板結(jié)構(gòu)相對簡 單，電路故障顯而易見，加之國產(chǎn)儀器的貨值較低，維修服務(wù)費(fèi)用不高，因此國產(chǎn)儀器的維 修利潤較低。如果是進(jìn)口儀器的電路板故障，由于進(jìn)口儀器電路板的集成度和復(fù)雜度較高， 提供儀器維修服務(wù)的公司一般會采用儀器原廠的儀器電路板替換故障電路板的方式對進(jìn) 口儀器進(jìn)行維修。這種更換電路板的維修方式簡單方便，但維修成本較高，因此儀器維修的 利潤空間有限。另外，一些進(jìn)口儀器的電路板在國內(nèi)沒有現(xiàn)貨，更換的電路板需要從國外儀 器原廠訂購，而訂購周期通常要8?12周的時間，因此這又將延長維修周期。
[0003] 鑒于儀器電路板類型的多樣化，國內(nèi)的儀器維修公司通常采用手工測繪電路板原 理圖并尋找故障點的方法對儀器進(jìn)行維修。這種方法能夠靈活應(yīng)對各種類型的電路板且維 修成本較低，然而在根據(jù)電路板布線信息繪制電路板原理圖的過程中，龐大的工作量成為 這一方法的重要缺陷，而且當(dāng)電路板結(jié)構(gòu)復(fù)雜、布線細(xì)密時繪制的電路板原理圖很容易出 錯。為解決這一問題，更普遍的方法是將電路板布線層成像，在布線圖像上繪制元件并對 功能模塊進(jìn)行上色區(qū)分，進(jìn)而繪制電路原理圖。但是由于電路板布線層成像時光源照度的 不均勻、電路板表面噴漆造成的布線層與基板顏色相近、成像設(shè)備分辨率低等因素，造成布 線圖像不清晰、陰影較多。因此，維修人員需要在成像質(zhì)量較差、布線信息不清晰的圖像上 花費(fèi)大量的時間和精力通過商業(yè)軟件手動提取布線信息，這種方法變相地延長了儀器維修 時間。上述方法主要存在兩方面的問題：一方面?zhèn)鹘y(tǒng)的電路板成像平臺無法實現(xiàn)大面積的 無影照明，從而使得到的電路板圖像質(zhì)量較差、布線信息不清晰；另一方面采用現(xiàn)有的商用 軟件無法對電路板圖像中的布線信息進(jìn)行自動提取。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 針對上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種智能化的、且能夠準(zhǔn)確、清晰地提取布線 邊緣的電路板布線邊緣提取方法及提取平臺。采用本發(fā)明能夠縮短布線邊緣提取時間，且 提取的布線邊緣清晰、準(zhǔn)確，從而為后續(xù)的電路板維修提供直觀、可靠的依據(jù)。
[0005] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案：一種電路板布線邊緣提取方法，其包 括以下步驟：1)設(shè)置一電路板布線邊緣提取平臺，其包括電路板圖像提取裝置和布線邊緣 提取單元；II)電路板圖像提取裝置將提取的電路板圖像傳輸至布線邊緣提取單元，布線 邊緣提取單元采用基于高斯小波一維峰值識別的多角度邊緣檢測方法對接收到的電路板 圖像中的布線邊緣進(jìn)行提取。
[0006] 所述步驟II)中，布線邊緣提取單元采用基于高斯小波一維峰值識別的多角度 邊緣檢測方法對接收到的電路板圖像中的布線邊緣進(jìn)行提取，其包括以下步驟：1)對接 收到的電路板圖像進(jìn)行直方圖分析，得到目標(biāo)及其背景的灰度值，采用得到的灰度值對給 定的18種模板圖像中的目標(biāo)及其背景進(jìn)行賦值；2)預(yù)設(shè)若干組邊緣檢測參數(shù)：高斯函數(shù) 的一階導(dǎo)數(shù) fJt)的參數(shù)〇、一維峰值極大值閾值α和二值化閾值，采用預(yù)設(shè)的若干組 邊緣檢測參數(shù)分別對賦值后的18種模板圖像進(jìn)行邊緣檢測，并找出與模板圖像近似度最 高的邊緣檢測結(jié)果，將得到該結(jié)果所用的邊緣檢測參數(shù)作為最優(yōu)參數(shù)，其具體包括以下步 驟：（1)利用m行XmtanQ列的圖像子塊對模板圖像進(jìn)行分割，將模板圖像分割為若干 個m行Xmtan0列的圖像子塊，其中，Θ為邊緣檢測角度，Θ e [45° ,90° ) ;(2)在m 行Xmtan Θ列的圖像子塊中沿其對角線構(gòu)建若干一維向量；（3)將構(gòu)建的若干一維向量分 別與高斯函數(shù)的一階導(dǎo)數(shù)fjt)作卷積運(yùn)算，并對卷積運(yùn)算結(jié)果取絕對值；(4)確定卷積 結(jié)果絕對值的局部極大值；（5)對得到的局部極大值賦灰度值，并根據(jù)像素下標(biāo)將生成的 邊緣圖像像素替換原圖像中相同位置上的像素；(6)將不同邊緣檢測角度方向得到的若干 邊緣圖像進(jìn)行灰度疊加，根據(jù)多次疊加后圖像的灰度直方圖，將灰度百分比最高的灰度值 作為二值化閾值，根據(jù)該二值化閾值對多次疊加后圖像的邊緣進(jìn)行二值化處理；（7)采用 Pratt邊緣檢測品質(zhì)因數(shù)方法將生成的圖像邊緣與模板圖像中圖像邊緣進(jìn)行比較，得到與 模板圖像邊緣近似度最高的一組邊緣檢測結(jié)果，并將得到該邊緣檢測結(jié)果所用的邊緣檢測 參數(shù)作為最優(yōu)參數(shù)；3)采用步驟2)得到的最優(yōu)參數(shù)，重復(fù)步驟2)中的步驟（1)?步驟（6)， 布線邊緣提取單元對接收到的電路板圖像中的布線邊緣進(jìn)行提取。
[0007] 所述步驟2)中，對m行Xmtane列的圖像子塊構(gòu)建一維向量，其包括：①根據(jù)邊 緣檢測角度Θ的取值范圍：Θ e [45° ,90° )，給出m行Xmtan Θ列的圖像子塊的三種 形式

【權(quán)利要求】
1. 一種電路板布線邊緣提取方法，其包括以下步驟： I) 設(shè)置一電路板布線邊緣提取平臺，其包括電路板圖像提取裝置和布線邊緣提取單 元； II) 電路板圖像提取裝置將提取的電路板圖像傳輸至布線邊緣提取單元，布線邊緣提 取單元采用基于高斯小波一維峰值識別的多角度邊緣檢測方法對接收到的電路板圖像中 的布線邊緣進(jìn)行提取。
2. 如權(quán)利要求1所述的一種電路板布線邊緣提取方法，其特征在于：所述步驟II)中， 布線邊緣提取單元采用基于高斯小波一維峰值識別的多角度邊緣檢測方法對接收到的電 路板圖像中的布線邊緣進(jìn)行提取，其包括以下步驟： 1) 對接收到的電路板圖像進(jìn)行直方圖分析，得到目標(biāo)及其背景的灰度值，采用得到的 灰度值對給定的18種模板圖像中的目標(biāo)及其背景進(jìn)行賦值； 2) 預(yù)設(shè)若干組邊緣檢測參數(shù)：高斯函數(shù)的一階導(dǎo)數(shù)f。（t)的參數(shù)〇、一維峰值極大值 閾值α和二值化閾值，采用預(yù)設(shè)的若干組邊緣檢測參數(shù)分別對賦值后的18種模板圖像進(jìn) 行邊緣檢測，并找出與模板圖像近似度最高的邊緣檢測結(jié)果，將得到該結(jié)果所用的邊緣檢 測參數(shù)作為最優(yōu)參數(shù)，其具體包括以下步驟： (1) 利用m行XmtanQ列的圖像子塊對模板圖像進(jìn)行分割，將模板圖像分割為若干個 m行Xmtan0列的圖像子塊，其中，Θ為邊緣檢測角度，Θ e [45° ,90° ); (2) 在m行XmtanQ列的圖像子塊中沿其對角線構(gòu)建若干一維向量； (3) 將構(gòu)建的若干一維向量分別與高斯函數(shù)的一階導(dǎo)數(shù)fjt)作卷積運(yùn)算，并對卷積 運(yùn)算結(jié)果取絕對值； (4) 確定卷積結(jié)果絕對值的局部極大值； (5) 對得到的局部極大值賦灰度值，并根據(jù)像素下標(biāo)將生成的邊緣圖像像素替換原圖 像中相同位置上的像素； (6) 將不同邊緣檢測角度方向得到的若干邊緣圖像進(jìn)行灰度疊加，根據(jù)多次疊加后圖 像的灰度直方圖，將灰度百分比最高的灰度值作為二值化閾值，根據(jù)該二值化閾值對多次 疊加后圖像的邊緣進(jìn)行二值化處理； (7) 采用Pratt邊緣檢測品質(zhì)因數(shù)方法將生成的圖像邊緣與模板圖像中圖像邊緣進(jìn)行 比較，得到與模板圖像邊緣近似度最高的一組邊緣檢測結(jié)果，并將得到該邊緣檢測結(jié)果所 用的邊緣檢測參數(shù)作為最優(yōu)參數(shù)； 3) 采用步驟2)得到的最優(yōu)參數(shù)，重復(fù)步驟2)中的步驟（1)?步驟￠)，布線邊緣提取 單元對接收到的電路板圖像中的布線邊緣進(jìn)行提取。
3. 如權(quán)利要求2所述的一種電路板布線邊緣提取方法，其特征在于：所述步驟2)中， 對m行XmtanQ列的圖像子塊構(gòu)建一維向量，其包括： ①根據(jù)邊緣檢測角度Θ的取值范圍：Θ e [45°，90° )，給出m行XmtanQ列的圖 像子塊的三種形式
和
?
分別用像素 a表示為：
Θ i為圖像子塊的形式
[?應(yīng)的邊緣檢測角度，

Θ 2為圖像子塊的形式
對應(yīng)的邊緣檢測角度，

②對于m行XmtanQ列的圖像子塊的形式按照以下形式
沿圖像子塊的形式
；的對角線方向取若干一維向量X1、X 2?Xn^PY1?Ynri，
對于m行X mtan Θ列的圖像子塊的形式β?2，按照以下形式
沿圖像子塊的形式的對角線方向取若干一維向量X/、X' 2···χ'm和Yi'…Ym\，
對于m行XmtanQ列的圖像子塊的形式Q9(l。，構(gòu)建的一維向量xj、x2"…xm"為：
③通過將圖像矩陣轉(zhuǎn)置和翻轉(zhuǎn)后，采用與[45°，90° ]所對應(yīng)的圖像矩陣子塊構(gòu)建 一維向量相同的方法，對[0°，45° ]所對應(yīng)的圖像矩陣子塊構(gòu)建一維向量；通過將圖 像矩陣翻轉(zhuǎn)后，采用與[45°，90° ]所對應(yīng)的圖像矩陣子塊構(gòu)建一維向量相同的方法， 對[90°，135° ]所對應(yīng)的圖像矩陣子塊構(gòu)建一維向量；通過將圖像矩陣轉(zhuǎn)置后，采用與 [45°，90° ]所對應(yīng)的圖像矩陣子塊構(gòu)建一維向量相同的方法，對[135°，180° ]所對應(yīng) 的圖像矩陣子塊構(gòu)建一維向量；完成對[0°，180° ]所對應(yīng)的圖像矩陣子塊的一維向量的 構(gòu)建。
4. 如權(quán)利要求2或3所述的一種電路板布線邊緣提取方法，其特征在于：所述步驟2) 中，確定卷積運(yùn)算結(jié)果絕對值If。（t)*X|的局部極大值，其包括以下步驟： ① 預(yù)設(shè)一極大值閾值α，α = (0, 1); ② 在|f。（t)*X|波形中的第一個波峰處，依次比較前后數(shù)據(jù)的大小，當(dāng)數(shù)據(jù)由遞增 區(qū)間轉(zhuǎn)為遞減區(qū)間時，記錄該拐點值MAX|fJt)*X| ;當(dāng)波峰遞減區(qū)間存在一數(shù)據(jù)小于 a MAX | f。（t) *X |時，則該波峰有效且其極大值為MAX | f。（t) *X | ;若該波峰遞減區(qū)間不存在 小于aMAX|L(t)*X|的值而轉(zhuǎn)入下一個波峰的遞增區(qū)間，則該波峰無效，繼續(xù)判斷下一個 波峰的極大值； ③ 對非極大值進(jìn)行抑制。
5. -種采用如權(quán)利要求1?4任一項所述方法的電路板布線邊緣提取平臺，其特征在 于：它包括電路板圖像提取裝置和布線邊緣提取單元，所述電路板圖像提取裝置包括透照 臺、載物平臺、光學(xué)平板、支架組件、LED光源組和相機(jī)；所述透照臺平行設(shè)置在所述載物平 臺上，所述載物平臺平行設(shè)置在所述光學(xué)平板上表面的一側(cè)，且能夠相對所述光學(xué)平板實 現(xiàn)二維運(yùn)動；所述光學(xué)平板上表面的另一側(cè)垂直固定設(shè)置所述支架組件，所述支架組件上 活動連接所述LED光源組，所述相機(jī)通過所述支架組件和LED光源組固定設(shè)置在所述透照 臺上方；通過調(diào)節(jié)所述支架組件調(diào)整所述LED光源組和相機(jī)與所述透照臺之間的距離；所 述相機(jī)將拍攝的電路板圖像傳輸至所述布線邊緣提取單元進(jìn)行處理。
6. 如權(quán)利要求5所述的一種電路板布線邊緣提取平臺，其特征在于：所述透照臺包括 柔性LED光源陣列、底板、支柱和柔光板；所述柔性LED光源陣列固定設(shè)置在所述底板上，所 述底板通過所述支柱與所述柔光板連接，且所述底板與柔光板平行。
7. 如權(quán)利要求5所述的一種電路板布線邊緣提取平臺，其特征在于：所述載物平臺包 括一二維移動平臺、兩剎車機(jī)構(gòu)和兩游標(biāo)卡尺機(jī)構(gòu)；所述二維移動平臺包括一底盤、兩X方 向?qū)к?、兩Y方向?qū)к?、一載物盤、一 X方向限位、一 Y方向限位和一 Y方向游標(biāo)卡尺托；所 述X方向?qū)к壍墓潭▊?cè)與所述底盤連接，所述X方向?qū)к壍幕瑒觽?cè)與所述Y方向?qū)к壍墓?定側(cè)連接，所述Y方向?qū)к壍幕瑒觽?cè)與所述載物盤連接；所述X方向限位與一所述X方向?qū)?軌的固定側(cè)連接，所述Y方向限位與另一所述X方向?qū)к壍墓潭▊?cè)連接；所述X方向的剎 車機(jī)構(gòu)與所述Y方向?qū)к壍墓潭▊?cè)連接，所述Y方向的剎車機(jī)構(gòu)與所述X方向?qū)к壍幕瑒?側(cè)連接；每一所述游標(biāo)卡尺機(jī)構(gòu)均包括一主尺和一副尺，所述X方向主尺固定設(shè)置在所述Y 方向限位上，所述Y方向主尺固定設(shè)置在所述Y方向游標(biāo)卡尺托上，所述X方向副尺和Y方 向副尺分別與所述Y方向?qū)к壍墓潭▊?cè)和Y方向?qū)к壍幕瑒觽?cè)固定連接。
8. 如權(quán)利要求7所述的一種電路板布線邊緣提取平臺，其特征在于：所述剎車機(jī)構(gòu)包 括一直角彎板、一剎車塊、兩導(dǎo)向柱和一把手；所述剎車塊與所述導(dǎo)向柱的一端通過螺紋連 接，所述導(dǎo)向柱的另一端滑設(shè)在所述直角彎板上的孔中，所述把手的末端貫穿所述直角彎 板且與所述剎車塊接觸。
9. 如權(quán)利要求5所述的一種電路板布線邊緣提取平臺，其特征在于：所述支架組件包 括一底托、一支柱、一 T型支架、一 Z方向調(diào)焦螺旋、一帶長孔寬板、一 η型彎板、兩鎖緊螺 絲、一帶長孔窄板、兩L型支架和一法蘭；所述底托固定連接在所述光學(xué)平板的上表面，所 述支柱垂直固定設(shè)置在所述底托上；所述Τ型支架的一端通過所述Ζ方向調(diào)焦螺旋滑設(shè)在 所述支柱上，所述Τ型支架的另一端位于所述支柱頂端上方，所述帶長孔寬板滑設(shè)在所述Τ 型支架的另一端面上；所述η型彎板位于所述帶長孔寬板的下方，并與所述帶長孔寬板的 另一端垂直固定連接；兩所述鎖緊螺絲穿過所述帶長孔窄板上的長孔將所述L型支架的一 端固定在所述帶長孔窄板上，所述η型彎板的長腹板上開設(shè)有兩長孔，所述鎖緊螺絲穿過 所述Π 型彎板長腹板上的長孔將所述帶長孔窄板和兩L型支架均滑設(shè)在所述η型彎板 上；所述法蘭夾持在兩所述L型支架的另一端。
10. 如權(quán)利要求5所述的一種電路板布線邊緣提取平臺，其特征在于：所述LED光源組 包括一印刷電路基板、八組LED燈和一 LED照度控制器，八組所述LED燈焊接在所述印刷電 路基板帶絕緣層的一面，所述LED照度控制器通過引線與八組所述LED燈連接；每三個串聯(lián) 的所述LED燈為一組，八組所述LED燈在所述印刷電路基板上的排布結(jié)構(gòu)為：八組所述LED 燈以所述相機(jī)鏡頭為中心形成兩個同心圓，第一至第四組所述LED燈構(gòu)成內(nèi)圓，第五至第 八組所述LED燈構(gòu)成外圓；內(nèi)圓上的一組所述LED燈與外圓上對應(yīng)的一組所述LED燈的圓 心角相差15°。
11.如權(quán)利要求10所述的一種電路板布線邊緣提取平臺，其特征在于：所述LED照度 控制器對八組所述LED燈有以下四種控制模式：對八組所述LED燈分別進(jìn)行獨立控制；對 內(nèi)圓上的四組所述LED燈分別進(jìn)行獨立控制，對外圓上的四組所述LED燈進(jìn)行統(tǒng)一控制；對 內(nèi)圓上的四組所述LED燈進(jìn)行統(tǒng)一控制，對外圓上的四組所述LED燈分別進(jìn)行獨立控制；對 八組所述LED燈進(jìn)行統(tǒng)一控制；所述LED照度控制器包括一個開關(guān)電源、十個LED照度控制 電路、兩個多路開關(guān)和八個LED恒流驅(qū)動電路；每五個所述LED照度控制電路、一個所述多 路開關(guān)和四個所述LED恒流驅(qū)動電路構(gòu)成一組，對四組所述LED燈進(jìn)行照度控制；所述開關(guān) 電源與所述LED照度控制電路和LED恒流驅(qū)動電路連接，五個所述LED照度控制電路并聯(lián) 連接在一個所述多路開關(guān)的輸入端，一個所述多路開關(guān)的四個輸出端分別與四個所述LED 恒流驅(qū)動電路的輸入端連接，四個所述LED恒流驅(qū)動電路的輸出端分別與四組所述LED燈 連接。
【文檔編號】G06T7/00GK104156958SQ201410384273
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2014年8月6日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月6日
【發(fā)明者】劉蘇, 趙旭東, 王秀春 申請人:中國科學(xué)院生物物理研究所