一种基于投影法和连通域分析的PCB板缺陷检测方法技术

本发明专利技术涉及一种基于投影法和连通域分析的PCB板缺陷检测方法，主要包括以下几个步骤：首先对采集到的PCB板图像进行预处理，实现二值化；然后对板子进行倾斜校正，并利用投影法对其进行单元分割；最后，统计无缺陷模板中单元块的连通域数量Num及面积，并将各连通域面积按由大到小排列，记作Area，将连通域数量Num和面积序列Area作为特征，再统计待检测图像中各个单元块的相应参数，将其逐个与模板的标准参数比对，判断是否有缺陷及缺陷类型。实验表明，该发明专利技术对于由多个重复单元组成的PCB裸板上的短路及开路等缺陷具有很好的检测效果，检测精度高、速度快，成本低，具有很好的实际应用价值。

【技术实现步骤摘要】
一种基于投影法和连通域分析的PCB板缺陷检测方法
本专利技术涉及PCB板的自动在线缺陷检测，具体涉及一种基于投影法和连通域分析的PCB板缺陷检测方法。
技术介绍
印制电路板(PrintedCircuitBoard，简称PCB),是各种电子元器件的载体，在电子通信等许多领域中都有着广泛的应用，需求量巨大。随着工艺的提高，电子技术的发展，电路板向小元件、高密度、细间距方向发展。由于其结构复杂、生产工序繁多，出现断路、短路、线细等缺陷不可避免。传统的人工目测、电子检测等方法因其检测速度慢，易漏检，且接触法检测易损伤PCB等缺点，已经不能满足生产的需要。自动光学检测技术(AOI)在PCB的缺陷检测上应用越来越多，也出现了很多商用的检测设备。但大都价格昂贵。如何经济有效的实现PCB的自动检测，成为中小企业迫切需要解决的问题。机器视觉检测算法是自动光学检测的关键技术，国内外学者也提出了不少算法，主要包括三类：参考比较法、设计准则校验法和混合法。⑴参考比较法是将待检测PCB图像和标准PCB图像逐点进行比较，或者将待检测PCB图像上提取的特征与标准PCB图像所提取的特征进行比较，有差异即认为有缺陷，常见的算法是通过差影、异或运算识别缺陷，通过统计待检测区域的连通域个数及面积识别缺陷等。这种方法速度快，硬件实现容易，但光照和定位的要求比较高，若待检测图像和参考图像没有精确配准，将产生虚假警报。⑵设计准则校验法是通过检测待检测PCB板子是否满足预先定义的设计准则来判断其是否有缺陷。这种方法的优点是不需要标准PCB图像的信息，可以降低对存储空间的需求，不需要配准就能进行常见缺陷的检测，但是运算复杂，计算量大，还必须根据设计准则设计出相应的图案数据结构，只能检测出不符合设计准则的缺陷。⑶混合法是将以上两种方法结合起来对PCB进行检测，希望综合两者的优点来实现检测。
技术实现思路
本专利技术的目的是对尚未安装电子元器件的具有重复单元的PCB进行缺陷检测。对于大规格的PCB板，为了满足低成本高精度的检测要求，需要多个面阵相机同时进行图像采集。若先完成图像拼接再整板进行缺陷检测，数据量大，运算时间长，无法满足在线检测的要求。因此，考虑将PCB上的重复单元分割出来，逐个进行缺陷检测，以减少图像拼接。由于各单元块的间隙很小，实现单元块的分割是本专利技术要解决的一个重要问题。完成单元分割后，对单元块进行缺陷检测。PCB板上单元块的电路类型多样，要实现准确快速的在线检测，就要求检测算法准确且稳定可靠，但又不能太过复杂，具有较好的通用性。本专利技术对采集到的PCB图像，先进行预处理，再通过投影法实现单元块的分割，最后与标准单元块进行比较，实现缺陷检测，主要检测开路和短路等缺陷。本专利技术提供一种基于投影法和连通域分析的PCB板缺陷检测方法，主要包括以下步骤：步骤1，采集待检测PCB板灰度图像，并对其进行预处理；步骤2，利用投影法对预处理后的图像进行单元分割，即将PCB板上重复的单元块独立分割开；步骤3，缺陷检测，统计无缺陷模板中单元块的连通域数量Num及面积，并将各连通域面积按由大到小排列，记作序列Area，将连通域数量Num和面积序列Area作为特征，再统计待检测图像中各个单元块的相应参数，将其逐个与模板的标准参数比对，判断是否有缺陷及缺陷类型。进一步的，所述步骤3缺陷检测的具体实现方式如下，步骤3.1，统计无缺陷模板中单元块的连通域数量Num及面积，并将各连通域面积按由大到小排列，记作序列Area；步骤3.2，统计待检测图像中各个单元块的相应参数NumD和AreaD，将其逐个与模板的标准参数Num和Area比对，判断是否有缺陷及缺陷类型；判断方式如下，①若待检测单元块的连通域数量大于标准参数，即NumD＞Num，则缺陷为断路；②若待检测单元块的连通域数量小于标准参数，即NumD＜Num，则缺陷为短路；③若待检测单元块的连通域数量等于标准参数，即NumD＝Num，继续对比面积，若各连通域面积的相对误差不超过±δ，则判定无缺陷，否则，也标记为有缺陷。进一步的，所述步骤1中的预处理包括如下子步骤，步骤1.1，对采集到的灰度图像f进行伽马变换得到fg，fg(x,y)＝c·f(x,y)γ其中，x,y表示像素点坐标，c和γ为常数参数；步骤1.2，对伽马变换后的图像用Otsu的方法计算得到全局阈值Th，得到二值图像fb，进一步的，所述步骤2中利用投影法对预处理后的图像进行单元分割的具体实现方式如下，步骤2.1，采用张正友相机标定法对系统进行标定，获得相机的内外参数，利用这些参数对二值化后的图像fb进行畸变校正得到fc；步骤2.2，对校正后的图像fc减半采样，得到fch，fch(m,n)＝fc(2m-1,2n-1)其中，m＝1,2,...,x/2；n＝1,2,...,y/2，x,y表示像素点坐标；步骤2.3，对图像fch做Radon变换求出待检测PCB板的倾斜角度θ，然后根据倾斜角度θ将二值图像fc旋正，得到fbr；步骤2.4，对旋正后的二值图像fbr求其行投影V(i)和列投影H(j)；步骤2.5，设置合适的阈值ThV和ThH，然后通过截底将位于底部较低的投影截去，步骤2.6，搜索截底后的投影结果VN(i)和HN(j)，找到的波谷位置即为图像fbr中单元块间隙的位置，实现单元块的分割。进一步的，所述步骤2.3中获得倾斜角度θ的具体实现方式为，在-1°～1°的范围内，每隔0.1°对图像fch进行Radon变换，获得从-1°～1°，每隔0.1°，共21个角度对应的投影图，统计各投影图中像素值为0的点的数量，数量最多的投影图对应的角度即为PCB板的倾斜角度θ。进一步的，所述的步骤3.2中δ＝0.8％。进一步的，所述的步骤1.1中的参数c＝1，γ＝0.5。与现有技术相比，本专利技术的优点和有益效果如下：1.在进行缺陷检测之前，先对采集到的图像进行单元分割，解决了大规格PCB板检测时先拼接再进行缺陷检测，数据量大，运算时间长的问题；2.本专利技术的单元分割采用投影法，算法简单，速度快，可靠性好；3.投影之前，先对图像减半采样，再通过Randon变换实现PCB板子的倾斜矫正，提高检测速度；4.缺陷检测时采用先对比待检测图像分割单元块与无缺陷模板单元块中连通域的数量，再对比连通域的面积序列，检测PCB板上的短路和断路缺陷，速度快，鲁棒性好。实验表明，该专利技术对于由多个重复单元组成的PCB裸板上的短路及开路等缺陷具有很好的检测效果，能检测到的最小缺陷为0.15mm，检测速度最快可达10m/min，检测精度高、速度快，成本低，具有很好的实际应用价值。附图说明图1为本专利技术实施例流程图；图2为本专利技术实施例中采集到的PCB板图像；图3为本专利技术实施例中预处理后图像；图4为本专利技术实施例中倾斜校正后图像的行投影和列投影，其中，(a)行投影，(b)列投影；图5为本专利技术实施例中截底后的行投影和列投影，其中，(a)行投影，(b)列投影；图6为本专利技术实施例中PCB板单元分割结果；图7为本专利技术实施例中标准单元块；图8为本专利技术实施例中待检测单元块，其中，(a)断路，图中椭圆线框内为缺陷，图下方为缺陷的放大图；(b)短路，图中椭圆线框内为缺陷，图下方为缺陷的放大图；(c)无缺陷，(d)有缺陷，图中椭圆线框内为缺陷，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于投影法和连通域分析的PCB板缺陷检测方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1，采集待检测PCB板灰度图像，并对其进行预处理；步骤2，利用投影法对预处理后的图像进行单元分割，即将PCB板上重复的单元块独立分割开；步骤3，缺陷检测，统计无缺陷模板中单元块的连通域数量Num及面积，并将各连通域面积按由大到小排列，记作序列Area，将连通域数量Num和面积序列Area作为特征，再统计待检测图像中各个单元块的相应参数，将其逐个与模板的标准参数比对，判断是否有缺陷及缺陷类型。

【技术特征摘要】
1.一种基于投影法和连通域分析的PCB板缺陷检测方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1，采集待检测PCB板灰度图像，并对其进行预处理；步骤2，利用投影法对预处理后的图像进行单元分割，即将PCB板上重复的单元块独立分割开；步骤3，缺陷检测，统计无缺陷模板中单元块的连通域数量Num及面积，并将各连通域面积按由大到小排列，记作序列Area，将连通域数量Num和面积序列Area作为特征，再统计待检测图像中各个单元块的相应参数，将其逐个与模板的标准参数比对，判断是否有缺陷及缺陷类型。2.如权利要求1所述的一种基于投影法和连通域分析的PCB板缺陷检测方法，其特征在于：所述步骤3缺陷检测的具体实现方式如下，步骤3.1，统计无缺陷模板中单元块的连通域数量Num及面积，并将各连通域面积按由大到小排列，记作序列Area；步骤3.2，统计待检测图像中各个单元块的相应参数NumD和AreaD，将其逐个与模板的标准参数Num和Area比对，判断是否有缺陷及缺陷类型；判断方式如下，①若待检测单元块的连通域数量大于标准参数，即NumD＞Num，则缺陷为断路；②若待检测单元块的连通域数量小于标准参数，即NumD＜Num，则缺陷为短路；③若待检测单元块的连通域数量等于标准参数，即NumD＝Num，继续对比面积，若各连通域面积的相对误差不超过±δ，则判定无缺陷，否则，也标记为有缺陷。3.如权利要求1或2所述的一种基于投影法和连通域分析的PCB板缺陷检测方法，其特征在于：所述步骤1中的预处理包括如下子步骤，步骤1.1，对采集到的灰度图像f进行伽马变换得到fg，fg(x,y)＝c·f(x,y)γ其中，x,y表示像素点坐标，c和γ为常数参数；步骤1.2，对伽马变换后的图像用Otsu的方法...

【专利技术属性】
技术研发人员：伍世虔，陈彬，李鑫，鲁阳，
申请(专利权)人：武汉科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42