基于CBCT图像的PCB网表提取技术研究

【摘要】：近年来我国引进了国外大量先进电子设备,由于非技术引进,这些设备的电路原理图是未知的,对这些电子设备进行维护,并消化吸收其中的电子设计思想,对于我国开发具有自主知识产权的电子设备具有重大意义。PCB反演技术可以实现电子设备中PCB(Printed Circuit Board)电路原理图的还原,基于电路原理图即可实现电子设备自主维护及仿制的需求。针对现有PCB反演技术接触、有损、效率低的缺点,本课题利用锥束CT(Cone Beam Computed Tomography, CBCT)对PCB进行三维成像,基于PCB三维图像实现PCB反演。本文主要研究从经过预处理的PCB三维图像中提取出PCB网表。本文基于PCB三维图像的特点,结合PCB逆向的实际应用需求,研究了PCB物理层图像获取、PCB要素识别和PCB网表提取等关键技术。本文的主要工作如下: 1、提出了一种PCB物理层图像获取算法。PCB的制板工艺及焊接过程使得PCB存在不同程度的翘曲,导致无法直接切片获取PCB各物理层图像。针对这一问题,提出了根据导线分布拟合得到PCB物理层所处曲面,进而生成PCB物理层图像的方法。实验表明该方法可以准确提取出PCB各物理层的二维图像。 2、对SIFT(Scale-Invariant Features Transform)检测器及SURF(Speeded Up Robust Features)描述子进行了改进,基于两种改进算法分别实现了PCB图像拼接。受限于CBCT系统指标,大尺寸PCB板只能分区扫描,同时必须进行图像拼接才能得到完整的各物理层图像。通过对尺度空间的简化及特征点的筛选,缩短了SIFT检测器的检测时间;通过改进SURF描述子,提高了特征点的匹配速度。实验表明,两种算法都达到了满意的拼接效果。 3、提出了PCB要素的提取方法及基于PCB要素图的网表生成算法。PCB三大要素——焊盘、过孔、导线的提取采用自动与人机交互相结合的方式。根据PCB要素图所表达的连通性,采用连通区域标记的方法实现了单层子网络提取;根据过孔连接各物理层的特性,实现了各物理层子网络的合并。实验结果表明,基于PCB要素图的网表生成算法可以快速、准确的提取出PCB网表。 4、完成了基于PCB物理层图像的PCB网表生成软件模块设计与实现。软件主要包括PCB要素提取、PCB识别网表生成两大模块。软件具有人机交互性能高、易扩展的优点。