一种基于焊点颜色分布的PCB元件定位方法技术

本发明专利技术公开了一种基于焊点颜色分布的PCB元件定位方法，包括如下步骤：S01：获取PCB电路板的图像，提取图像中高光像素，并根据距离对高光像素进行聚类，形成高光聚类；S02：从所述图像中选取标记形成标记聚类模板，分别计算每个高光聚类中高光像素以及标记聚类模板中标记的颜色矩；通过比较该高光聚类中高光像素颜色矩与标记聚类模板中标记像素颜色矩的差异，确定并去除标记聚类；S03：根据高光聚类的颜色分布曲线的拟合结果定位焊点位置；S04：根据焊点位置确定防护涂层位置。本发明专利技术可以快速准确地进行PCB元件定位。

【技术实现步骤摘要】
一种基于焊点颜色分布的PCB元件定位方法
本专利技术涉及检测设备
，具体涉及一种基于焊点颜色分布的PCB元件定位方法。
技术介绍
现代制造环境的需求，尤其是在电子批量生产制造设备中，要求检测的重要性被放大。PCB检测的挑战之一是在使用表面贴装器件(SMD)放置检测，在开发了许多不同的检测方法中，基于直方图的方法被广泛用于PCB元件定位，该方法通过使用x/y投影和阈值分割焊接区域，它适用于焊点集中的局部区域，仅用直方图的方法不适用于整个复杂PCB。另一种典型的元件定位技术是基于模板匹配方法，检测用模板匹配的一个主要限制是必须经常使用大量的模板，这使得该过程的计算成本很高。为了减少模板的数量，采用灰色模型拟合方法生成了一组元件的广义模板。因此，一个通用模板可以识别多个相似的目标。在搜索过程中，采用基于加速物种的粒子群算法(ASPSO)和遗传算法(GA)来最小化处理时间，采用离散小波变换来最小化图像大小。整个定位方法繁琐，效率较低。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术的目的旨在提供一种基于焊点颜色分布的PCB元件定位方法。为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种基于焊点颜色分布的PCB元件定位方法，包括如下步骤：S01：获取PCB电路板的图像，提取图像中高光像素，并根据距离对高光像素进行聚类，形成高光聚类；S02：从所述图像中选取标记形成标记聚类模板，分别计算每个高光聚类中高光像素以及标记聚类模板中标记的颜色矩；通过比较该高光聚类中高光像素颜色矩与标记聚类模板中标记像素颜色矩的差异，确定并去除标记聚类；S03：根据高光聚类的颜色分布曲线的拟合结果定位焊点位置；S04：根据焊点位置确定防护涂层位置。进一步的，所述步骤S01具体包括：S011：降低图像的亮度和对比度；S012：将图像的颜色空间从RGB转换为CMYK；S013：建立图像在CMYK颜色空间中的K通道直方图，采用自动多级阈值法法计算阈值区间，选择最后一个区间内的像素作为高光像素；并将高光像素根据距离进行聚类。进一步的，所述步骤S02具体包括：S021：针对每个高光聚类，计算其对应的的颜色矩：其中，Pij为第j个高光像素处的第i个颜色通道；N表示该高光聚类中高光像素的个数；Ei、σi和Si分别表示高光聚类中颜色矩的均值、标准差和斜度；S022：在图像中选取X个标记形成标记聚类，计算标记聚类的颜色矩：其中，P′ij为第j个标记处的第i个颜色通道；X表示该标记聚类中标记的个数；E′i、σ′i和S′i分别表示标记聚类中颜色矩的均值、标准差和斜度；S023：利用颜色矩比较高光聚类与标记聚类之间的相似度，公式如下：其中ωi1、ωi2、ωi3是每一个颜色矩的权重，r表示通道的数量，Ei、σi和Si是高光聚类的颜色矩，E′i、σ′i、S′i是标记聚类的颜色矩；当相似度小于相似度阈值时该高光聚类为标记聚类，将其进行移除。进一步的，所述步骤S02还包括S024：当剩余的高光聚类之间的距离小于距离阈值时，将高光聚类进行合并。进一步的，所述步骤S03包括：S031：确定高光聚类的颜色分布轴为水平分布或者垂直分布；S032：根据所述颜色分布轴确定高光聚类的颜色分布曲线；S033：根据颜色分布曲线获取水平拟合数据和竖直拟合数据，对水平拟合数据和竖直拟合数据进行拟合，若水平拟合数据或竖直拟合数据能够被拟合，则判定该高光聚类为焊点。进一步的，所述步骤S031包括如下步骤：S0311：将高光聚类内的所有高光像素转换为灰度格式，用Sobel掩膜卷积得到水平差分矩阵ΔH和垂直差分矩阵ΔV，使用全局阈值方法将ΔH和ΔV分为两部分，公式如下：T′＝α(MH+MV)/2.0其中MH和MV分别是ΔH和ΔV的平均值，α是比例因子；S0312：生成水平差分矩阵ΔH和垂直差分矩阵ΔV的直方图hH和直方图hV；S0313：计算直方图hH和直方图hV的峰值，并通过比较它们的峰值来确定高光聚类的颜色分布轴：如果直方图hH的峰值数大于直方图hV的峰值数，则高光聚类的颜色分布轴为水平分布；否则，高光聚类的颜色分布轴沿垂直方向分布。进一步的，所述步骤S0312中采用类高斯权函数减小直方图两端的bin值，增加直方图中间的bin值。进一步的，所述步骤S04包括：S041：寻找焊点之间的连接；S042：去除图像中背景层，移除无效的焊点连接；S043：根据有效焊点连接确定焊点和防护涂层的位置。进一步的，所述步骤S041中焊点之间的连接满足如下三个条件：Ja的颜色分布方向与Jb相反；向量和Ja的夹角小于45度；|JaJb|axis大于阈值Tdist；其中，Ja和Jb是两个指定的焊点，并且|JiJj|axis为焊点Ji与Jj沿Jj轴的距离。进一步的，所述步骤S01中通过三层环形LED照明系统获取PCB电路板图像。本专利技术的有益效果在于：本专利技术可基于PCB图像识别焊点和防护涂层的位置和范围；该方法分析了高光聚类的颜色分布规律，根据高光聚类的颜色分布规律进行焊点定位；此外，本专利技术还根据焊点的颜色分布方向和一些附加的约束条件对焊点进行了聚类，最终根据焊点的位置来定位元件的防护涂层位置。本专利技术可以精确确定焊点和防护涂层的位置。附图说明附图1为本专利技术方法的流程图。具体实施方式下面，结合附图以及具体实施方式，对本专利技术做进一步描述：如附图1所示，本专利技术提供的一种基于焊点颜色分布的PCB元件定位方法，包括如下步骤：S01：获取PCB电路板的图像，提取图像中高光像素，并根据距离对高光像素进行聚类，形成高光聚类；其中，本专利技术中通过三层环形LED照明系统获取PCB电路板图像。具体包括：S011：降低图像的亮度和对比度；对图像进行预处理通过以下公式降低图像的亮度和对比度：p′＝[(p+(b+100)×1.27)-127]×[(c+100)×0.01]+127(1)其中p是原始像素，亮度系数b∈(-100，100)，对比度系数c∈(0，100)，这种操作有利于减少来自背景的干扰，并使高光区域更加明显。S012：将图像的颜色空间从RGB转换为CMYK；CMYK产生的颜色细节优先级低于RGB，这有助于减少高光区域的不连续性。S013：建立图像在CMYK颜色空间中的K通道直方图，采用自动多级阈值法法计算阈值区间，选择最后一个区间内的像素作为高光像素；并将高光像素根据距离进行聚类。S02：从图像中选取标记形成标记聚类模板，分别计算每个高光聚类中高光像素以及标记聚类模板中标记的颜色矩；通过比较该高光聚类中高光像素颜色矩与标记聚类模板中标记像素颜色矩的差异，确定并去除标记聚类。颜色矩是本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于焊点颜色分布的PCB元件定位方法，其特征在于，包括如下步骤：/nS01：获取PCB电路板的图像，提取图像中高光像素，并根据距离对高光像素进行聚类，形成高光聚类；/nS02：从所述图像中选取标记形成标记聚类模板，分别计算每个高光聚类中高光像素以及标记聚类模板中标记的颜色矩；通过比较该高光聚类中高光像素颜色矩与标记聚类模板中标记像素颜色矩的差异，确定并去除标记聚类；/nS03：根据高光聚类的颜色分布曲线的拟合结果定位焊点位置；/nS04：根据焊点位置确定防护涂层位置。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于焊点颜色分布的PCB元件定位方法，其特征在于，包括如下步骤：
S01：获取PCB电路板的图像，提取图像中高光像素，并根据距离对高光像素进行聚类，形成高光聚类；
S02：从所述图像中选取标记形成标记聚类模板，分别计算每个高光聚类中高光像素以及标记聚类模板中标记的颜色矩；通过比较该高光聚类中高光像素颜色矩与标记聚类模板中标记像素颜色矩的差异，确定并去除标记聚类；
S03：根据高光聚类的颜色分布曲线的拟合结果定位焊点位置；
S04：根据焊点位置确定防护涂层位置。


2.根据权利要求1所述的一种基于焊点颜色分布的PCB元件定位方法，其特征在于，所述步骤S01具体包括：
S011：降低图像的亮度和对比度；
S012：将图像的颜色空间从RGB转换为CMYK；
S013：建立图像在CMYK颜色空间中的K通道直方图，采用自动多级阈值法法计算阈值区间，选择最后一个区间内的像素作为高光像素；并将高光像素根据距离进行聚类。


3.根据权利要求1所述的一种基于焊点颜色分布的PCB元件定位方法，其特征在于，所述步骤S02具体包括：
S021：针对每个高光聚类，计算其对应的的颜色矩：









其中，Pij为第j个高光像素处的第i个颜色通道；N表示该高光聚类中高光像素的个数；Ei、σi和Si分别表示高光聚类中颜色矩的均值、标准差和斜度；
S022：在图像中选取X个标记形成标记聚类，计算标记聚类的颜色矩：









其中，P′ij为第j个标记处的第i个颜色通道；X表示该标记聚类中标记的个数；E′i、σ′i和S′i分别表示标记聚类中颜色矩的均值、标准差和斜度；
S023：利用颜色矩比较高光聚类与标记聚类之间的相似度，公式如下：



其中ωi1、ωi2、ωi3是每一个颜色矩的权重，r表示通道的数量，Ei、σi和Si是高光聚类的颜色矩，E′i、σ′i、S′i是标记聚类的颜色矩；当相似度小于相似度阈值时该高光聚类为标记聚类，将其进行移除。


4.根据权利要求3所述的一种基于焊点颜色分布的PCB元件定位方法，其特征在于，所述步骤S02还包括S024：当剩余的高光聚类之间的距离小于距离阈值时，将高光聚类进行合并。


5.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：王华龙，杨海东，宋秋云，
申请(专利权)人：佛山市南海区广工大数控装备协同创新研究院，佛山市广工大数控装备技术发展有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44