一種用于pcb視覺定位的檢測(cè)方法
【專利摘要】一種用于PCB視覺定位的檢測(cè)方法。本發(fā)明涉及PCB的視覺定位與檢測(cè)領(lǐng)域。本發(fā)明是為了解決傳統(tǒng)PCB檢測(cè)方法定位精度低和通用性差的問題。本發(fā)明主要技術(shù)為采用貼片機(jī)視覺系統(tǒng)獲取PCB定位標(biāo)志圖像，進(jìn)行閥值分割得到二值化預(yù)處理后的圖像，對(duì)PCB上的定位標(biāo)志進(jìn)行形狀判別，然后采用先粗后精的邊緣檢測(cè)方法得到定位標(biāo)志邊緣點(diǎn)的亞像素坐標(biāo)，計(jì)算定位標(biāo)志中心點(diǎn)的坐標(biāo)。本發(fā)明主要用于PCB上定位標(biāo)志的質(zhì)心檢測(cè)。
【專利說明】-種用于PCB視覺定位的檢測(cè)方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及PCB的視覺定位和檢測(cè)領(lǐng)域，具體是一種用于PCB視覺定位的檢測(cè)方 法。

【背景技術(shù)】
[0002] PCB印刷電路板定位是通過對(duì)母板上的定位標(biāo)志進(jìn)行檢測(cè)，從而得到PCB坐標(biāo)系 與貼片機(jī)機(jī)器坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系?？焖?、準(zhǔn)確地完成PCB上定位標(biāo)志的對(duì)準(zhǔn)對(duì)提高貼 片機(jī)的工作效率和精度起著至關(guān)重要的作用。已有的對(duì)PCB的檢測(cè)，基于Hough變換的方 法來對(duì)十字形定位標(biāo)志的四條長(zhǎng)邊緣直線進(jìn)行抽取，根據(jù)長(zhǎng)邊緣直線的4個(gè)交點(diǎn)的坐標(biāo)平 均值可以得到十字形的中心點(diǎn)。但該方法采用的Hough變換計(jì)算速度較慢，采用的Sobel 邊緣檢測(cè)算子檢測(cè)精度只能達(dá)到像素級(jí)。也有算法針對(duì)定位標(biāo)志的特點(diǎn)，提出了結(jié)合圖像 分割、幾何特征識(shí)別與模式匹配的PCB定位方法。首先采用聯(lián)通域分割算法對(duì)定位標(biāo)志進(jìn) 行圖像分割以減少匹配模板的面積，然后根據(jù)幾何特征識(shí)別方法進(jìn)行相應(yīng)的粗定位，以確 定定位標(biāo)志中心點(diǎn)的大致坐標(biāo)，最后將模板在近似值附近鄰域內(nèi)進(jìn)行匹配以尋找到目標(biāo)圖 像與模板相似度最大的點(diǎn)的位置。當(dāng)定位標(biāo)志圖像較大時(shí)，模板匹配時(shí)耗時(shí)較長(zhǎng)，該方法的 實(shí)時(shí)性將變得較差。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明是為了解決傳統(tǒng)的PCB檢測(cè)方法定位精度低，研究對(duì)象單一，通用性差，而 提出一種用于PCB視覺定位的檢測(cè)方法。
[0004] 本發(fā)明的技術(shù)方案如下：
[0005] -種用于PCB視覺定位的檢測(cè)方法按以下步驟實(shí)現(xiàn)：
[0006] 步驟一：采用貼片機(jī)視覺系統(tǒng)獲取PCB的圖像。
[0007] 步驟二：將步驟一得到的圖像采用最大類間方差法進(jìn)行閾值分割，得到二值化預(yù) 處理后的圖像。
[0008] 步驟三：如果定位標(biāo)志圖像是中空的，采用形態(tài)學(xué)膨脹運(yùn)算對(duì)中空區(qū)域進(jìn)行填充。 然后對(duì)圖像中的黑點(diǎn)進(jìn)行最小二乘圓擬合，從而計(jì)算得到面積率A和圓形度S。
[0009] 區(qū)域進(jìn)行填充的步驟為：
[0010] 初始化：隨機(jī)選取原始圖像中某個(gè)連通區(qū)域內(nèi)的一個(gè)亮點(diǎn)B。。
[0011] 循環(huán)：采用十字形結(jié)構(gòu)元S對(duì)仏進(jìn)行膨脹運(yùn)算，膨脹后的結(jié)果與原始圖像的補(bǔ)圖 像相交得到&，重復(fù)進(jìn)行膨脹運(yùn)算與相交運(yùn)算，直到Bi+1 ==Bp最終的膨脹結(jié)果與原始圖 像取并集得到實(shí)心圖像。
[0012] 面積率入和圓形度S的定義為：

【權(quán)利要求】
1. 一種用于PCB視覺定位的檢測(cè)方法，其特征在于它包括下述步驟： 步驟一：采用貼片機(jī)視覺系統(tǒng)獲取PCB的圖像； 步驟二：將步驟一得到的圖像采用最大類間方差法進(jìn)行閾值分割，得到二值化預(yù)處理 后的圖像； 步驟三：如果定位標(biāo)志圖像是中空的，采用形態(tài)學(xué)膨脹運(yùn)算對(duì)中空區(qū)域進(jìn)行填充。然后 對(duì)圖像中的黑點(diǎn)進(jìn)行最小二乘圓擬合，從而計(jì)算得到面積率A和圓形度S; 區(qū)域進(jìn)行填充的步驟為： 初始化：隨機(jī)選取原始圖像中某個(gè)連通區(qū)域內(nèi)的一個(gè)亮點(diǎn)B。； 循環(huán)：采用十字形結(jié)構(gòu)元S對(duì)^進(jìn)行膨脹運(yùn)算，膨脹后的結(jié)果與原始圖像的補(bǔ)圖像相 交得到&，重復(fù)進(jìn)行膨脹運(yùn)算與相交運(yùn)算，直到Bi+1 ==Bp最終的膨脹結(jié)果與原始圖像取 并集得到實(shí)心圖像； 面積率A和圓形度S的定義為：
其中，n為擬合圓內(nèi)的黑點(diǎn)數(shù)，N為目標(biāo)圖像的總黑點(diǎn)數(shù)，S為二值圖像中的黑點(diǎn)總數(shù)，L為二值圖像中黑色區(qū)域的邊界長(zhǎng)度； 步驟四：判斷定位標(biāo)志的形狀，判斷順序依次為：圓形、正方形、三角形、格子形以及 十字形。若入>0.95且6>1，則為圓形；若入>0.8且S>〇. 7,則為正方形；若入>0.6且 S>0. 7,則為三角形；若入>0. 4且S>〇. 3,則為格子；若入>0. 3且S>〇. 1，則為十字形； 步驟五：采用Sobel邊緣檢測(cè)算子對(duì)定位標(biāo)志圖像進(jìn)行邊緣檢測(cè)，得到定位標(biāo)志邊緣 點(diǎn)的像素級(jí)坐標(biāo)； 步驟六：采用基于空間矩的亞像素邊緣檢測(cè)法對(duì)步驟五得到的像素級(jí)坐標(biāo)進(jìn)行精確定 位，得到定位標(biāo)志邊緣點(diǎn)的亞像素級(jí)坐標(biāo)； 二維函數(shù)f(x，y)的p+q空間矩定義為： Mpq = / /xpy9f(x,y)dydx其中中，P、q為非負(fù)整數(shù)。 步驟七：對(duì)步驟六得到的亞像素坐標(biāo)點(diǎn)進(jìn)行最小二乘圓擬合，得到定位標(biāo)志的中心點(diǎn) 坐標(biāo)； 步驟八：利用步驟七得到的中心點(diǎn)坐標(biāo)定位PCB，從而計(jì)算出PCB坐標(biāo)系和機(jī)器坐標(biāo)系 之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于PCB視覺定位的檢測(cè)方法，其特征在于步驟六所述 的基于空間矩的亞像素邊緣檢測(cè)法，具體按照以下步驟實(shí)現(xiàn)： (1)根據(jù)二級(jí)理想邊緣模型，利用5X5的模板計(jì)算每個(gè)像素級(jí)邊緣點(diǎn)的6個(gè)空間矩M〇〇>M01,M10,Mg2,M2〇,Mn ； ⑵計(jì)算旋轉(zhuǎn)后的6個(gè)空間矩M'QQ，M'Q1，M' 1Q，M' Q2,M' 2Q，M'n ; (3)計(jì)算二級(jí)理想邊緣模型的邊緣參數(shù)；
(4) 采用最大類間方差法求得最佳閥值it、kt。若k>ktn1彡it，則該像素點(diǎn)為亞像 素邊緣點(diǎn)； (5) 計(jì)算邊緣點(diǎn)的亞像素坐標(biāo)；
其中，（xs，ys)為亞像素邊緣點(diǎn)的坐標(biāo)，（x，y)為像素級(jí)邊緣點(diǎn)的坐標(biāo)； (6) 計(jì)算邊緣交點(diǎn)的判別值e;
選取適當(dāng)?shù)拈y值T,若|e| >T,則邊緣點(diǎn)為交點(diǎn)；若|e|〈T,則邊緣點(diǎn)為普通邊緣點(diǎn)； (7) 若為邊緣交點(diǎn)，對(duì)像素間的亞像素進(jìn)行雙線性插值，得到亞像素級(jí)的灰度值；采用 共軛梯度法對(duì)邊緣交點(diǎn)的亞像素坐標(biāo)進(jìn)行尋優(yōu)；經(jīng)過多次迭代即可準(zhǔn)確地得到交點(diǎn)的亞像 素坐標(biāo)； 目標(biāo)函數(shù)的表達(dá)式為：
其中，（1，7)的初始值為交點(diǎn)，(1。!￡(1，7)、(1。7(1，7)是函數(shù)(：(1，7)的一階偏導(dǎo)數(shù) ； (8) 若不為交點(diǎn)附近的邊緣點(diǎn)，根據(jù)三級(jí)理想邊緣模型，利用5X5的模板計(jì)算每個(gè)像 素級(jí)邊緣點(diǎn)的6個(gè)空間矩M'QQ，M'Q1，M' 1Q，M'Q2，M' 2Q，M'n ; 計(jì)算旋轉(zhuǎn)后的6個(gè)空間矩M"QQ，M"Q1，M%，M" Q2,M" 2Q，M"n ; 計(jì)算角度為P的邊緣的亞像素位置le;
式中，X=Ak/k,f(l) = (l-l2)1.5; 計(jì)算原理誤差E; E=l-le (10)； 利用式（10)對(duì)式（2)計(jì)算出的1進(jìn)行補(bǔ)償； (9) 計(jì)算邊緣點(diǎn)的亞像素坐標(biāo)；
(10) 若為交點(diǎn)附近的邊緣點(diǎn)，根據(jù)交點(diǎn)處的邊緣模型，利用5X5的模板計(jì)算每個(gè)像素 級(jí)邊緣點(diǎn)旋轉(zhuǎn)后的6個(gè)空間矩M'QQ，M'Q1，M' 1Q，M' Q2,M' 2Q，M'n; 在交點(diǎn)處，6個(gè)空間矩滿足下述關(guān)系： C(x,y) = 2(M,20+M,02)-M,00 = 0 (式 12);
在普通邊緣點(diǎn)出，6個(gè)空間矩滿足下述關(guān)系：
得到邊緣交點(diǎn)的判斷公式為：；
選取適當(dāng)?shù)拈y值T,若| 5 |彡T,則邊緣點(diǎn)為交點(diǎn)；若| 5 |〈T,則邊緣點(diǎn)為普通邊緣點(diǎn)； 對(duì)像素間的亞像素進(jìn)行雙線性插值，得到亞像素級(jí)的灰度值。采用共軛梯度法對(duì)交點(diǎn) 的亞像素坐標(biāo)進(jìn)行尋優(yōu)，目標(biāo)函數(shù)的表達(dá)式為：
式中，（x，y)的初始值為交點(diǎn)，y)是函數(shù)C(x，y)的一階偏導(dǎo)數(shù)；經(jīng)過 多次迭代即可準(zhǔn)確地得到交點(diǎn)的亞像素坐標(biāo)。
【文檔編號(hào)】G06K9/00GK104408722SQ201410693065
【公開日】2015年3月11日 申請(qǐng)日期:2014年11月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月26日
【發(fā)明者】黃筱調(diào), 王祖進(jìn), 丁爽 申請(qǐng)人:南京工業(yè)大學(xué)