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PCB自动光学检测的图像检测与处理关键技术研究

乔闹生  
【摘要】:由于电子技术的迅速发展对印刷电路板(PCB:Printed Circuit Board)的质量提出了更高的要求,而研制高质量的PCB离不开自动光学检测(AOI: Automatic Optical Inspection),其中图像检测与处理是PCB AOI的重要基础,台湾、日本及欧美一些国家与地区在该领域的研究十分活跃,一些成果已得到了广泛应用,因此对PCB AOI的图像检测与处理进行研究有重要意义。 鉴于PCB AOI的图像检测与处理的应用前景及中国大陆在这个领域与国外先进水平的较大差距,为了提高在这个领域的研究水平,我们对提取的PCB裸板图像检测与处理的一些关键技术进行了研究,并将它们应用于检孔机及外观检查机的研制中。主要研究内容和创新之处如下: 1.在淡入淡出的自然缝合算法基础上,提出了一种基于硬件的图像自动拼接算法,并得到了完整且大面积的PCB AOI的裸板图像实验结果,裸板运行速度达到了5 m/min;为了使PCB AOI的图像既能去噪又获得增强,提出了基于均值去噪与图像增强的方差(Variance Based on Mean Denoising and Image Enhancement,简称VMDIE)滤波器,几种滤波器的对比实验表明该滤波器的效果较好;提出了两种PCB AOI的图像增强算法。一种是去灰度冗余(Removal of Gray Redundance,简称RGR)与灰度变换(Gray Transform,简称GT)相结合法,用该法增强后的图像对比度是原始图像的1.6073倍。另一种是RGR与基于傅里叶变换的巴特沃斯高通滤波(Butterworth High Pass Filter Based on Fourier Transform,简称BHPBFT)的图像融合法,与几种算法相比,该算法的实验效果较好。 2.在Hough变换法及点Hough变换(Piont Hough Transform,简称PHT)法基础上提出了一种检测圆参量的改进的PHT(Improved Piont Hough Transform,简称IPHT)法,并将三种方法进行了PCB AOI的图像的单圆检测实验对比,改进方法的检测精度较高,速度分别是前两种方法的50.1979倍、1.6765倍;为了有效检测PCB AOI的圆孔图像同心圆圆心与边缘,在Hough变换基础上,利用同心圆几何特点对PHT边缘点的点组选取方法和搜索点组的图像扫描方向进行了改进。对PCB AOI的定位圆孔图像进行对比实验,该检测方法的优势明显。速度分别是X. Cao法、S. Margarida法的3.3305倍、3.3431倍;针对随机Hough变换(RandomizedHough Transform,简称RHT)与基于LSM的圆拟合(Circle Fitting Based on Least Square Method,简称CFBLSM)各自优点,提出了结合两者优点的圆检测方法。将该方法应用于包含模糊与噪声的PCB AOI的显微图像缺陷圆孔检测,尽可能真实地提取出了缺陷圆孔边缘。 3.用同态滤波器增强光照不均蜕化的PCB AOI的图像,结合最大类间方差法(Otsu法)优点,提出了一种改进的Otsu法。对光照不均蜕化的PCB AOI的图像进行了实验对比,改进方法的效果较好。 4.用两种方法进行了畸变图像与校正图像的空间坐标变换,采用最小二乘法(Least Square Method,简称LSM)、多项式拟合、双线性插值,由自适应控制关系找到畸变图像与校正图像的控制点对的对应坐标。并有效地校正了畸变的PCB AOI的图像,残差的均方差在0.12左右。 5.为了更精确地检测出含有噪声与模糊的PCB AOI的图像中走线信息,提出了结合RHT与LSM拟合的直线检测法,并将提出的方法与RHT的直线拟合法进行了实验结果对比,提出的方法能更好地检测出走线的边缘。


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