一种基于点匹配的基准标志定位方法技术

本发明专利技术提供一种定位精度高、实时性好及对光照具有较高鲁棒性的基于点匹配的基准标志定位方法，属于图像处理技术领域。包括如下步骤：步骤一：离线获取表征Mark点形状的关键顶点；步骤二：在线获取待定位Mark点的图片，进行角点或中心点检测，得到Mark点的角点或中心点；步骤三：对步骤二检测到的角点，进行聚合，并提取亚像素角点；步骤四：建立从步骤三中提取的亚像素角点或步骤二得到的中心点变换至步骤一得到的相应关键顶点的空间变换函数，利用配准方法，求取建立的空间变换函数的参数，即：获得待定位Mark点的图片的Mark点定位信息。本发明专利技术用于SMT对PCB板的Mark点的定位。

A benchmark matching method based on point matching

The invention provides a point matching base mark positioning method with high positioning precision, good real-time performance and high robustness to illumination, belonging to the field of image processing technology. Includes the following steps: acquiring key vertex off-line characterization of Mark shape; step two: online access to be positioned at Mark pictures, corner or center point detection, get Mark corner point or center point; step three: corner of step two detected by polymerization, and extraction Subpixel corner; step four: spatial transformation function to establish the sub-pixel extraction steps from third corner or obtained from the step two to step a center point transformation obtained corresponding key vertices, using the registration method, parameter, spatial transformation function to get the location information obtained: Mark to Mark point positioning the picture. The invention is used for the positioning of the Mark point of the PCB board by the SMT.

【技术实现步骤摘要】
一种基于点匹配的基准标志定位方法
本专利技术涉及一种定位方法，特别涉及一种基于点匹配的基准标志定位方法，属于图像处理

技术介绍
SMT(表面贴装技术，SurfaceMountTechnology)的广泛应用，极大的提升了电子产业的自动化程度，降低劳工成本，增加生产效率。SMT技术的成熟度标志着电子产业的竞争力。而贴装精度和速度作为两项重要指标，决定这项技术的先进程度。在SMT中的定位中大部分基于Mark点的，因此Mark点的视觉定位精度和速度在SMT技术中具有决定性作用。现有的Mark点定位方法主要集中在利用基于二值图像的和基于边缘的。但是现有这种Mark点定位方法的通用性不高，且定位实时性、定位精度和对光照的鲁棒性均不理想。
技术实现思路
针对上述不足，本专利技术提供一种定位精度高、实时性好及对光照具有较高鲁棒性的基于点匹配的基准标志定位方法。本专利技术的一种基于点匹配的基准标志定位方法，包括如下步骤：步骤一：离线获取表征Mark点形状的关键顶点；步骤二：在线获取待定位Mark点的图片，进行角点或中心点检测，得到Mark点的角点或中心点；步骤三：对步骤二检测到的角点，进行聚合，并提取亚像素角点；步骤四：建立从步骤三中提取的亚像素角点或步骤二得到的中心点变换至步骤一得到的相应关键顶点的空间变换函数，利用配准方法，求取建立的空间变换函数的参数，即：获得待定位Mark点的图片的Mark点定位信息。优选的是，所述步骤一包括：步骤一一：设定SMT的Mark点模板，确定Mark点模板的关键顶点；步骤一二：对照设定的Mark点模板，离线获取相应的Mark点的信息及对应关键顶点的信息。优选的是，所述步骤一一为：设定SMT的Mark点模板包括圆形、三角形、矩形、菱形、蝶形、双矩形、十字形和井形Mark点模板；关键顶点的寻找方式为：对于圆形Mark点模板，关键顶点为圆形Mark点的中心；对于其他Mark点模板，关键顶点为Mark点的顶点。优选的是，所述步骤二包括：步骤二一：当待定位Mark点的图片为圆形Mark点时，对待定位Mark点的图片进行边缘提取，再采用霍夫圆检测方法获取待定位Mark点的图片的Mark点的中心；当待定位Mark点的图片为非圆形Mark点时，将离线提取的Mark点的信息引入到角点检测算子中，再采用角点检测算子进角点检测，获取待定位Mark点的图片的Mark点的角点；步骤二二：将获取的Mark点的中心或角点从图像坐标系转换至模板坐标系；所述图像坐标系为待定位Mark点的图片的左上顶点为原点、水平向右为x轴、垂直向下为y轴的坐标系；所述模板坐标系为以图像中心为原点、水平向右为x轴、垂直向下为y轴的坐标系。优选的是，所述步骤三包括：步骤三一：利用离线获取的Mark点的参数作为阈值，对步骤二得到的角点进行聚合：若存在角点间的距离小于阈值，则将这些角点聚合，利用均值的方法求取聚合后的角点位置；步骤三二：根据离线获取的Mark点的参数设置检测窗口，利用检测窗口对步骤三一聚合后的角点位置进行检测，得到各角点所在区域的图像；步骤三三：对步骤三二得到的各角点所在区域的图像提取边缘图像；步骤三四：对步骤三三提取的边缘图像进行直线拟合，经筛选得到两条直线，两条直线的交点即为亚像素角点。优选的是，所述步骤四，建立从步骤三中提取的亚像素角点变换至步骤一得到的相应关键顶点的空间变换函数为：f(X)＝XRT+T其中，X为步骤三中提取的亚像素角点集，R为D×D维以旋转角度θ为参数的旋转矩阵，满足RTR＝I和|R|＝1，T＝1MtT，t为平移向量。优选的是，所述步骤四，利用配准方法，求取建立的空间变换函数的参数包括：利用配准能量函数E对参数θ和t进行求导：其中，X＝[x1,…,xi,…,xM]T，xi表示亚像素角点集中的元素，i＝1,2,…,M，M表示亚像素角点集中元素的数量，1D为所有元素均为1的D维向量，1M为所有元素均为1的M维向量，表示点乘；配准能量函数E对变换点集U的导数写为M×D维矩阵形式G＝[G1,…,Gi,…,GM]；变换点集U＝[u1,…,ui,…,uM]T，ui＝f(xi)；求得参数θ和t。优选的是，所述配准能量函数E：其中，E()为配准能量函数，Σ为亚像素角点集与关键顶点集的匹配矩阵，N()表示以ui为均值，以σ2I为协方差的高斯函数，I为单位阵，σ2为正数，yj表示相应关键顶点集中的元素，j＝1,2,…,N，N表示相应关键顶点集中元素的数量。优选的是，所述Gi为：本专利技术的有益效果在于，本专利技术利用对光照具有较高鲁棒性的角点，利用角点来进行Mark点定位，相对于基于区域的和基于边缘的计算量有明显的下降。本专利技术在实现了PCB板的Mark点的视觉定位功能的同时，更是在运行速度和重复精度上达到一个比较高的水平。根据重复测试结果显示，本专利技术对所选取实例计算一次所需时间平均为20ms，相同外界条件下100次重复测试的重复精度也达到±0.001mm内，可见这一种基于视觉的Mark点定位方法无论精度，实时性，稳定性都很高性能。附图说明图1为本专利技术具体实施方式所述的一种基于点匹配的基准标志定位方法的原理示意图；图2为圆形Mark点模板的示意图，图中数字表示关键顶点的个数及位置；图3为三角形Mark点模板的示意图，图中数字表示关键顶点的个数及位置；图4为矩形Mark点模板的示意图，图中数字表示关键顶点的个数及位置；图5为菱形Mark点模板的示意图，图中数字表示关键顶点的个数及位置；图6为蝶形Mark点模板的示意图，图中数字表示关键顶点的个数及位置；图7为双矩形Mark点模板的示意图，图中数字表示关键顶点的个数及位置；图8为十字形Mark点模板的示意图，图中数字表示关键顶点的个数及位置；图9为井形Mark点模板的示意图，图中数字表示关键顶点的个数及位置。具体实施方式具体实施方式一：结合图1说明本实施方式，本实施方式所述的一种基于点匹配的基准标志定位方法，包括：步骤一：离线获取表征Mark点形状的关键顶点；步骤二：在线获取待定位Mark点的图片，进行角点或中心点检测，得到Mark点的角点或中心点；步骤三：对步骤二检测到的角点，进行聚合，并提取亚像素角点；步骤四：建立从步骤三中提取的亚像素角点或步骤二得到的中心点变换至步骤一得到的相应关键顶点的空间变换函数，利用配准方法，求取建立的空间变换函数的参数，即：获得待定位Mark点的图片的Mark点定位信息。本实施方式利用检测到的亚像素角点或圆形中心点与相应模板的关键顶点进行配准，得到位置信息，实现PCB板Mark点的视觉定位功能，通用性高，且对光照的要求低，鲁棒性好。步骤一是离线获取表征Mark点形状的关键顶点，优选实施例中，步骤一包括：步骤一一：设定SMT的Mark点模板，确定Mark点模板的关键顶点；本实施方式的关键顶点是可以表征Mark点形状的顶点；步骤一二：对照设定的Mark点模板，离线获取相应的Mark点的信息及对应关键顶点的信息；离线获取Mark点的信息时，可利用图像处理方法或者人工调整，得到Mark点的各种参数，例如：圆形Mark点的半径，三角形Mark点的各边长等。本实施方式是通过SMT的Mark点模板的方式，寻找Mark点模板的关键顶点，为后续步骤使用。SMT的M本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于点匹配的基准标志定位方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一：离线获取表征Mark点形状的关键顶点；步骤二：在线获取待定位Mark点的图片，进行角点或中心点检测，得到Mark点的角点或中心点；步骤三：对步骤二检测到的角点，进行聚合，并提取亚像素角点；步骤四：建立从步骤三中提取的亚像素角点或步骤二得到的中心点变换至步骤一得到的相应关键顶点的空间变换函数，利用配准方法，求取建立的空间变换函数的参数，即：获得待定位Mark点的图片的Mark点定位信息。

【技术特征摘要】
1.一种基于点匹配的基准标志定位方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一：离线获取表征Mark点形状的关键顶点；步骤二：在线获取待定位Mark点的图片，进行角点或中心点检测，得到Mark点的角点或中心点；步骤三：对步骤二检测到的角点，进行聚合，并提取亚像素角点；步骤四：建立从步骤三中提取的亚像素角点或步骤二得到的中心点变换至步骤一得到的相应关键顶点的空间变换函数，利用配准方法，求取建立的空间变换函数的参数，即：获得待定位Mark点的图片的Mark点定位信息。2.根据权利要求1所述的一种基于点匹配的基准标志定位方法，其特征在于，所述步骤一包括：步骤一一：设定SMT的Mark点模板，确定Mark点模板的关键顶点；步骤一二：对照设定的Mark点模板，离线获取相应的Mark点的信息及对应关键顶点的信息。3.根据权利要求2所述的一种基于点匹配的基准标志定位方法，其特征在于，所述步骤一一为：设定SMT的Mark点模板包括圆形、三角形、矩形、菱形、蝶形、双矩形、十字形和井形Mark点模板；关键顶点的寻找方式为：对于圆形Mark点模板，关键顶点为圆形Mark点的中心；对于其他Mark点模板，关键顶点为Mark点的顶点。4.根据权利要求1或3所述的一种基于点匹配的基准标志定位方法，其特征在于，所述步骤二包括：步骤二一：当待定位Mark点的图片为圆形Mark点时，对待定位Mark点的图片进行边缘提取，再采用霍夫圆检测方法获取待定位Mark点的图片的Mark点的中心；当待定位Mark点的图片为非圆形Mark点时，将离线提取的Mark点的信息引入到角点检测算子中，再采用角点检测算子进角点检测，获取待定位Mark点的图片的Mark点的角点；步骤二二：将获取的Mark点的中心或角点从图像坐标系转换至模板坐标系；所述图像坐标系为待定位Mark点的图片的左上顶点为原点、水平向右为x轴、垂直向下为y轴的坐标系；所述模板坐标系为以图像中心为原点、水平向右为x轴、垂直向下为y轴的坐标系。5.根据权利要求4所述的一种基于点匹配的基准标志定位方法，其特征在于，所述步骤三包括：步骤三一：利用离线获取的Mark点的参数作为阈值，对步骤二得到的角点进行聚合：若存在角点间的距离小于阈值，则将这些角点聚合，利用均值的方法求取聚合后的角点位置；步骤三二：根据离线获取的Mark点的参数设置检测窗口，利...

【专利技术属性】
技术研发人员：高会军，杨宪强，白立飞，孙昊，刘鑫，许超，张智浩，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23