一种基于最大连通域的线路板线宽测量方法技术

一种基于最大连通域的线路板线宽测量方法，包括步骤：１）捕获被测线路板图像；２）图像去噪和被测直线分割处理；３）在矩形框内，利用最大连通域方法提取被测直线；４）利用扫描法确定被测直线的两边缘点集；５）去除奇异边缘点；６）利用最小二乘法拟合两边缘直线及线宽计算。本发明专利技术引入最大连通域搜索方法获取被测直线，使之不仅适合于内铜板而且适合于线路与基材反差小的外铜板进行线宽测量，并采用图像去噪和奇异点去除法准确获取被测直线边缘，提高了线宽测量精度和稳定性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及线路板检测方法，特别涉及。
技术介绍
集成电路(IC)芯片的微型化，给印刷电路板(PCB)的制作提出了线宽密集化、层数多层化的更高要求。PCB上密集的平行直线的线宽，若蚀刻得太粗，则容易造成平行线短路；若蚀刻得太细，则容易造成信号的传输不正常；若蚀刻得局部有突变(变粗或变细)，则容易产生高频反射，形成电磁干扰，影响电子系统的稳定。印刷电路板中直线线宽的准确自动测量是高质量电路板制作的关键。以往通常采用百倍镜和通用的二次元进行测量，百倍镜测量依赖于工人的经验，且测量速度慢、精度低，通用的二次元是手动测量，操作不方便。 随着计算机图像处理技术的发展和自动测量设备的成熟，为印刷线路板线宽通过图像进行自动测量提供了技术和物质基础。现有基于图像的线路板线宽测量方法，对于直线与基材反差大的线路板，如内铜板，能够实现自动测量，且有较高的测量精度，但对于直线与基材反差小的外铜板，很难准确自动找到直线的边缘，不能实现自动测量，通常用手动法进行测量。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供，它是通过寻找最大连通域的方法排除干扰，在被测量直线与基材反差小情况下，实现了直线边缘的准确定位，进而实现了直线线宽的高精度、自动测量。 本专利技术是通过如下技术方案实现，其方法步骤如下 1.捕获被测直线的线路板图像 图像获取系统由二维可移动平台、CCD摄像机、环形照明装置、视频采集卡和PC机组成。测量时，印刷线路板固定在二维可移动平台上，调整照明装置，使光线均匀分布于被测区域，通过调整摄像头的上下位置调节其焦距，获得清晰的被测线路板图像信号，送入计算机供测量使用。 印刷线路板生产厂家往往通过测量印刷线路板的局部线宽，来检验其制作质量，因此，用矩形框在清晰的线路板图像上获取局部区域作为被测数据。 2.图像去噪和被测直线分割处理 为降低干扰点对测量精度的影响，对线路板图像进行去噪处理。由于中值滤波方法能很好地保持图像的边缘特征，而线宽测量又是利用被测量直线的边缘特征，因此，本专利技术采用3×3的模板对图像进行中值滤波。 在矩形框内，本专利技术采用最大类间方差法将被测直线从基材背景中分割出来，用于后续边缘点集搜索。 3.利用最大连通域方法提取被测直线； 根据矩形框内被测直线是一个最大连通域的特点，本专利技术通过最大连通性搜索方法，在矩形框内只保留被测直线，去除其它干扰。 4.利用扫描法确定被测直线的两边缘点集 本专利技术采用垂直或水平扫描方法搜索被测直线的两边缘点集，其主要步骤如下 1)判断是采用水平扫描还是采用垂直扫描方式。线路板成像的特点为铜线成像较亮，灰度值偏大，基材成像较暗，灰度值偏小。根据这一成像特点，本专利技术采用比较矩形框中两水平直线和两垂直直线平均亮度的方法，决定边缘点集的搜索方式。 2)以矩形框的左上角为起点，作一垂直直线，计算其与被测直线边缘相交的两个点。在搜索过程中，若某一像素点的灰度值大于t*(t*为分割阈值)，则为边缘点。 3)在矩形框内，本专利技术以5个像素的间隔作一组垂直直线。从左往右遍历所有垂直直线，用第2步的方法计算，可以获得被测直线的两个边缘点集。 5.去除奇异边缘点 本专利技术去除奇异边缘点的方法是，先采用最小二乘法对初始边缘点集进行直线拟合，再计算所有点到拟合直线的距离，按从大到小排序后，按一定比例去除距离最远的部分点，即为奇异点。 6.利用最小二乘法拟合两边缘直线及线宽计算。 利用最小二乘法对去除奇异点后的两个边缘点集分别进行直线拟合，得到两条边缘直线。 在测量线宽之前，先进行摄像机标定，标定方法为在特定镜头放大倍数下，对标准光刻度尺进行测量确定物像之间的比例关系，即单位像素所占长度(单位为mm)，计算公式为 其中，L为标准光刻度尺中的已知长度，N为L在图像中对应的像素个数。本专利技术通过实验的方法得到上述比例关系k。 由于被测线宽的两条边缘直线不可能完全平行，因此不能用两平行直线之间距离公式计算线宽。本专利技术先计算去噪后的上边缘点集到下边缘直线的平均距离，再计算去噪后的下边缘点集到上边缘直线的平均距离。上述两距离的平均即为被测直线线宽对应的像素个数，将其乘以k，得到被测直线的线宽。 本专利技术的优点是本专利技术针对被测直线区域与背景区域灰度值相差较小的问题，采用寻找最大连通域的方法排除干扰，准确定位直线边缘，实现了线宽的自动测量；利用最小二乘法并多次拟合得到被测直线的两边缘直线方程，去除了奇异边缘点，提高了测量精度和稳定性。 附图说明 图1为本专利技术的工作流程方框图。 图2为本专利技术最大连通域搜索流程图。 图3为本专利技术奇异边缘点去除流程图。 具体实施例方式 本专利技术用于测量的输入图像数据来源于两个方式一为用显微放大摄像机，经图像采集卡获得的单帧图像，二为.BMP和.JPEG两种格式的图像文件。图像格式可为8位灰度，24位和32位真彩图像。视频输入可为PAL或NTSC标准视频信号。 对于一幅图像，本方法主要包括捕获被测直线的线路板图像、图像去噪和被测直线分割处理、利用最大连通域方法提取被测直线、利用扫描法确定被测直线的两边缘点集、去除奇异边缘点、利用最小二乘法拟合两边缘直线及线宽计算等步骤，本专利技术工作流程如图1所示，具体实施如下 1.捕获被测直线的线路板图像 图像获取系统由二维可移动平台、CCD摄像机、环形照明装置、视频采集卡和PC机组成。测量时，印刷线路板固定在二维可移动平台上，调整照明装置，使光线均匀分布于被测区域，在某一放大倍数下，通过调整摄像头的上下位置调节其焦距，获得清晰的被测线路板图像信号，送入计算机供测量使用。 印刷线路板生产厂家往往通过测量印刷线路板的局部线宽，来检验其制作质量，因此，用矩形框在清晰的线路板图像上获取局部区域作为被测数据。 2.图像去噪和被测直线分割处理 为降低干扰点对测量精度的影响，对线路板图像进行去噪处理。由于中值滤波方法能很好地保持图像的边缘特征，而线宽测量又是利用被测直线的边缘特征，因此，本专利技术采用3×3的模板对图像进行中值滤波。 在矩形框内，本专利技术采用最大类间方差法将被测直线从基材背景中分割出来，用于后续边缘点集寻找。 分割阈值计算原理为 设图像灰度级范围为H＝{0，1，…，L}，灰度为i的像素数为ni，则总像素为灰度为i的像素出现概率为pi＝ni/N。矩形框内只有被测直线(即目标)C0和背景C1两类，按照模式识别理论，这两类的类间方差计算公式为 σ2＝p0(t)p1(t)2 其中，t为C0和C1分割的阈值；p0(t)和p1(t)分别为C0和C1两类出现的概率，计算公式分别为和μ0(t)和μ1(t)分别为C0和C1两类的灰度均值，计算公式分别为和分割的最佳阈值是类间方差计算公式中取最大值时的t值，记为t*。 3.利用最大连通域方法提取被测直线； 根据矩形框内被测直线是一个最大连通域的特点，本专利技术通过最大连通域搜索方法，在矩形框内只保留被测直线，去除干扰。 最大连通域搜索方法 最大连通域搜索方法的流程图，如图2所示，主要步骤如下 1)定义连通体和连通直线的数据结构。 2)对图像从上至下，进行行扫描，若为第一行，执行第3步，否则执行第4步。 3)根据连通直线创建连通体，并对每一个连通体和连通直线分配标记本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于最大连通域的线路板线宽测量方法，其特征在于方法步骤如下：１）捕获被测直线的线路板图像；２）图像去噪和被测直线分割处理；３）在矩形框内，利用最大连通域方法提取被测直线；４）利用扫描法确定被测直线的两边缘点集；５）去除奇异边缘点；６）利用最小二乘法拟合两边缘直线及线宽计算。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：熊邦书，陈胜鹏，王文进，
申请(专利权)人：南昌航空大学，
类型：发明
国别省市：36[中国|江西]