本發(fā)明涉及一種光電圖像的獲取與預(yù)處理的方法，具體說是一種PCB光電圖像的獲取與預(yù)處理的方法。

背景技術(shù)：

在印刷電路板(Printed Circuit Board,簡(jiǎn)稱PCB)檢測(cè)與識(shí)別系統(tǒng)中，PCB光電圖像的獲取與預(yù)處理十分重要。在大面積PCB光電圖像的獲取系統(tǒng)中，由于CCD鏡頭的視場(chǎng)限制，采用線陣CCD所拍攝的只是沿PCB某一方向的局部圖像，因而必須對(duì)局部圖像進(jìn)行拼接處理從而獲取完整的PCB光電圖像；而拼接后的PCB光電圖像由于在獲取過程中外界條件及拼接算法本身原因，所得圖像含有噪聲、整體偏暗且對(duì)比度不高，給圖像識(shí)別等后續(xù)工作帶來了困難。因而對(duì)PCB光電圖像進(jìn)行去噪、增強(qiáng)處理是其預(yù)處理的重要過程；

在圖像拼接方面，國(guó)內(nèi)外已經(jīng)有了很多研究。如Dal等人提出了在純配準(zhǔn)應(yīng)用中采用模板匹配的窮盡搜索算法；Gu等人提出了基于興趣點(diǎn)匹配的目標(biāo)圖像拼接算法；Kiran等提出了用圖像拼接進(jìn)行運(yùn)動(dòng)檢測(cè)與分割；

在圖像去噪、增強(qiáng)方面，現(xiàn)有技術(shù)采用中值濾波器濾除各種噪聲。如：常用的算法是直方圖均衡化(Histogram Equalization，簡(jiǎn)稱為HE)算法及與其有關(guān)的其他一系列算法。如Virgil等人提出的平臺(tái)直方圖均衡算法；Igor等人提出的非線性局部修正算法；Sun等人提出的基于二維直方圖分析的圖像增強(qiáng)算法；李懷瓊等人提出的自適應(yīng)輸出窗技術(shù)。但這些算法都不適合于拼接處理后對(duì)比度低的PCB光電圖像。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服現(xiàn)有PCB光電圖像的獲取與預(yù)處理的上述缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種PCB光電圖像的獲取與預(yù)處理的方法。

為實(shí)現(xiàn)其目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：本發(fā)明人是大學(xué)教授，在教學(xué)和輔導(dǎo)過程中，經(jīng)過研究分析和多次實(shí)驗(yàn)，最后總結(jié)出采用去灰度冗余(Removing Gray Redundance,簡(jiǎn)稱RGR)與灰度變換(Gray Transformation,簡(jiǎn)稱GT)結(jié)合的方法，既完全保留了圖像的非冗余灰度級(jí)，又使得圖像細(xì)節(jié)清晰可見，從而完成本發(fā)明。所述PCB光電圖像的獲取與預(yù)處理的方法，包括如下步驟：

1、先將傳送帶在高精度步進(jìn)/伺服電機(jī)系統(tǒng)的帶動(dòng)下勻速轉(zhuǎn)動(dòng)；

2、再將PCB在傳送帶的帶動(dòng)下因摩擦力作用做高精度勻速直線運(yùn)動(dòng)；

3、然后將由數(shù)個(gè)CCD組成PCB寬度方向的一維陣列線陣CCD，沿PCB寬度方向分布；

4、將高亮度線狀光源在PCB上方沿PCB寬度方向固定，照射CCD正下方的局部PCB；

5、再后由線陣CCD攝取的局部PCB光電圖像經(jīng)PC機(jī)中的圖像采集卡采集，

6、最后得到了完整大面積的PCB光電圖像。

其中：所述PC機(jī)中的圖像采集卡采集，由Visual C++編制程序采取自動(dòng)拼接算法完成圖像拼接工作。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明有如下特點(diǎn)和進(jìn)步：

由于本發(fā)明采用去灰度冗余(Removing Gray Redundance,簡(jiǎn)稱RGR)與灰度變換(Gray Transformation,簡(jiǎn)稱GT)結(jié)合起來的算法，既完全保留了圖像的非冗余灰度級(jí)，又使得圖像細(xì)節(jié)清晰可見。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的硬件系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說明：

設(shè)計(jì)出的PCB光電圖像的獲取與預(yù)處理的方法，如圖1所示：先將傳送帶在高精度步進(jìn)/伺服電機(jī)系統(tǒng)的帶動(dòng)下勻速轉(zhuǎn)動(dòng)；再將PCB在傳送帶的帶動(dòng)下因摩擦力作用做高精度勻速直線運(yùn)動(dòng)；然后將由數(shù)個(gè)CCD組成PCB寬度方向的一維陣列線陣CCD，沿PCB寬度方向分布；將高亮度線狀光源在PCB上方沿PCB寬度方向固定，照射CCD正下方的局部PCB；再后由線陣CCD攝取的局部PCB光電圖像經(jīng)PC機(jī)中的圖像采集卡采集，由Visual C++編制程序采取自動(dòng)拼接算法完成圖像拼接工作，隨著PCB的勻速直線運(yùn)動(dòng)，最后得到了完整大面積的PCB光電圖像。

具體的操作方法是：

1、PCB光電圖像的獲?。?/p>

由于CCD攝像機(jī)鏡頭的視場(chǎng)限制，單個(gè)CCD很難拍攝到清晰不畸變且完整的大面積PCB光電圖像。本發(fā)明采用線陣CCD，令其沿PCB寬度方向拍攝，在PCB長(zhǎng)度方向上只有單個(gè)CCD，因而得到的只是沿PCB寬度方向的一行局部條形圖像；

為了獲取完整且大面積的PCB光電圖像，采用基于硬件的圖像自動(dòng)拼接新算法：使PCB在傳送帶的勻速帶動(dòng)下穿過CCD陣列，PC機(jī)中的圖像采集卡不斷采集CCD拍攝的局部圖像，由軟件編制程序?qū)⒍喾豍CB寬度方向拍攝的一系列的局部重疊圖像進(jìn)行無縫自動(dòng)拼接，最后拼接成一幅完整大面積PCB光電圖像；

2、對(duì)相鄰兩個(gè)局部條形圖像的拼接：

本發(fā)明采用淡入淡出的自然縫合算法進(jìn)行圖像的拼接。該方法是將相鄰兩個(gè)局部條形圖像在完整PCB光電圖像的長(zhǎng)度方向上重疊一部分，使得由兩幅局部PCB光電圖像拼接而成的新圖像用人眼看上去沒有明顯的接縫；

這種自然縫合算法進(jìn)行圖像的拼接：將第一幅局部PCB光電圖像和第二幅局部PCB光電圖像的重疊區(qū)域(即第一幅局部圖像的末尾與第二幅局部圖像的開始的公共部分)按一定的加權(quán)值合成新圖像，合成公式為：

式(1)中的I₁、I₂分別為第一幅、第二幅局部PCB光電圖像的重疊部分，I₁₂為合成的新圖像，為加權(quán)系數(shù)它由1逐漸變?yōu)?。

首先，用上述算法完成開始兩幅局部PCB光電圖像的無縫拼接，實(shí)現(xiàn)圖像重疊處均勻過渡，使圖像自然縫合。

然后，用同樣算法逐個(gè)與下一副圖像采集卡采集的局部圖像進(jìn)行無縫拼接，從而由軟件編制程序自動(dòng)拼接出了最后的完整且大面積的PCB光電圖像。

3、PCB光電圖像的預(yù)處理：

由于外界雜散光、CCD電子噪聲、光源的不穩(wěn)定不均勻、機(jī)械系統(tǒng)的抖動(dòng)等原因，不可避免地使圖像含有噪聲與模糊，根據(jù)獲取的圖像具體情況，綜合比較，采用中值濾波器能盡可能地濾除圖像中各種噪聲。

PCB光電圖像的主要缺點(diǎn)是整體偏暗，圖像像素的灰度分布主要集中在直方圖的低灰度級(jí)范圍內(nèi)，而在高灰度級(jí)出現(xiàn)灰度冗余，從而導(dǎo)致圖像的動(dòng)態(tài)范圍過窄，對(duì)比度不強(qiáng)，因而必須對(duì)經(jīng)拼接處理后的PCB光電圖像進(jìn)行增強(qiáng)處理。

設(shè)待增強(qiáng)的灰度圖像為f₀(x,y)，經(jīng)RGR后得到的圖像為f(x,y)。假設(shè)一幅PCB光電圖像，其輸出顯示灰度級(jí)范圍為[0,255]，其灰度分布集中在[M,N]范圍內(nèi),在[0,M)和(N,255]范圍內(nèi)出現(xiàn)灰度冗余。

設(shè)z表示f₀(x,y)的灰度級(jí)，f(z)表示f(x,y)的灰度級(jí)，256表示并不存在的灰度級(jí)(因?yàn)閳D像顯示的灰度級(jí)范圍為[0,255]，以此來完全刪去f(x,y)中的灰度冗余)，則z與f(z)的關(guān)系式為：

由式(2)可見，該算法不會(huì)損失灰度級(jí)，而且完全消除了無用的灰度冗余信息。

設(shè)f₀(x,y)的灰度直方圖為h(z)(0≤z≤255)，則變換后得到的f(x,y)的灰度直方圖為h(f(z))(0≤f(z)≤255)。由式(2)得到的f(z)可能為非整數(shù)，為了使灰度級(jí)等間距排列，需對(duì)f(z)取整數(shù)為INT(f(z))，其中INT表示取整運(yùn)算符，則f₀(x,y)與f(x,y)的灰度直方圖關(guān)系為：

h(z)＝h(INT(f(z))) (3)

現(xiàn)有技術(shù)的紅外圖像的像素在較高灰度級(jí)分布密集，而本發(fā)明的f₀(x,y)的像素在較低灰度級(jí)分布密集，加之f(x,y)是通過f₀(x,y)經(jīng)RGR后得到的，因而f(x,y)雖然均勻變亮，輪廓清晰，但整體仍偏暗，對(duì)比度不很高。為克服這些缺點(diǎn)，再結(jié)合以下灰度變換得到新的增強(qiáng)圖像，其關(guān)系式：

式(4)中的g(x,y)為最后得到的PCB光電圖像，T為劃分背景和目標(biāo)物的閾值，其大小視不同的PCB光電圖像具體情況自適應(yīng)調(diào)節(jié)，α為增強(qiáng)系數(shù)?？梢?，在背景不變的情況下進(jìn)一步增強(qiáng)了目標(biāo)，從而進(jìn)一步提高了對(duì)比度。