本发明专利技术提出一种基于FPGA的多模激光激发宽光谱多源融合成像检测系统及方法，所述方法采用面激光对试件进行主动热激励，其中激光的功率、变化波形由计算机进行控制，通过FGPA核心板控制红外、可见光相机采集图像数据，在FPGA核心板上进行图像预处理、红外图像的正交双路相关运算提取特征图像、光热图像的配准融合，最终输出一张可以同时精确表征、定位表面缺陷与内部缺陷的融合图像。该方法相较于传统的被动式热成像、电激励热成像等检测方法而言，可以充分利用激光激励范围可控、可调制、热量注入效率高等优点。量注入效率高等优点。量注入效率高等优点。
【技术实现步骤摘要】
一种基于FPGA的多模激光激发宽光谱多源融合成像检测系统及方法
[0001]本专利技术涉及光热科学与探测及信号处理等领域，尤其涉及一种基于现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array，FPGA)的多模激光激发宽光谱多源融合成像检测方法与系统，该检测方法与系统适用于刚/挠性印制电路板典型老化缺陷(开裂、分层、气泡、击穿等)的精准无损检测与评价领域。
技术介绍
[0002]常规检测技术中，扫描探针检测属于接触式检测，一般用于印制电路板(Printed circuit board，PCB)生产流程中的在线检测环节，能够排除PCB板断路及短路等电学缺陷。但这种检测耗时较长，只能检测已有的故障，无法对潜在的缺陷做出判断。自动光学检测技术是近几年发展的新型非接触式检测，是一种以处理算法和机器视觉为核心的检测方法，配合卷积神经网络等算法可以实现电路板中缺陷类型、位置的高效检测与自动标识，是到目前为止PCB板缺陷检测技术发展以来最有效的表面缺陷检测技术，具有效率高、容错率强、鲁棒性好的优势。但该技术仍有一些不足，例如整体系统复杂庞大，成本高昂等，不能针对工作状态中的电路板进行检测，也无法检测到内部缺陷。作为一种非接触式检测技术，红外成像检测技术具有检测效率高、安全性好、小型化的优点。将红外检测技术应用到印制电路PCB板的缺陷检测中，可以获得电路板工作状态下的红外特征图像，为缺陷识别提供判据，具有广阔的应用场景。但红外成像检测的应用也有一定的限制：由于成像机理的限制，红外相机中传感器单元的尺寸较大，相同视场下红外成像分辨率明显低于可见光成像，丢失了很多细节；存在均匀辐射下输出信号不相等的情况，在图像中的具体表现为空间噪声或固定图像噪声，在进行复杂电路板中故障位置的判别上异常困难。
[0003]通过上述分析可知，可见光成像检测(机器视觉检测)在PCB板表面陷的检测上具有其独到的优越性；对物体内部缺陷的检测，红外成像检测技术具有更好的综合优势；因此通过硬件设计与开发一套基于图像融合的宽光谱多源融合成像检测系统，将可见光范围成像的高清晰度表面形貌与红外波段成像的内部缺陷判断用于PCB板多类型缺陷的检测是很有必要的。
[0004]根据不同的实现手段，宽光谱多源融合成像技术的研究可分为两个方向：基于计算机开发的算法软件应用与基于硬件设计开发的算法专用芯片。根据系统架构的不同，现有的多源融合硬件系统架构有：ARM(Advanced RISC Machine，进阶精简指令集机器)架构、DSP(Digital Signal Processing，数字信号处理)架构和FPGA(Field Programmable Gate Array，可编程逻辑门阵列)架构。
[0005]ARM架构系统采用串行数据处理方式，其处理速度较慢，系统实时性最差，基本不能满足高速视频流输出的要求，但其芯片造价最低，性价比较高；DSP架构系统的优势在于拥有丰富的乘法器和加法器等硬件资源，善于进行串行数据信号处理，目前有ARM+DSP结合使用的趋势；FPGA架构系统基于其内部逻辑门可无限次重复编程的特性，能够实现针对不
同、大量数据的并行快速处理，具有微型化、定制化、高实时性、高集成度与高可靠性等优势，兼顾系统灵活性、稳定性的同时也有效降低设计失败带来的风险与损失。因此，越来越多的设计者采用FPGA进行开发。
[0006]在已有技术中，刘元林等(CN201621210997.4)专利技术的基于FPGA的红外热波无损检测装置技术专利，该专利将FPGA预处理电路与ARM后处理电路电连接，高速数据采集电路和所述的高压生成器分别通过导线连接位于壳体外部的探头，该专利仅实现了FPGA电路与红外热波无损检测系统的结构集成，并未考虑功能集成，因此无法实现对缺陷特征的有效分析与特征提取，同时并未完全摆脱ARM的应用。王梓旭等(CN202210883550.7)提出了一种短波红外与可见光图像配准融合装置及方法，该专利技术实现短波红外与可见光图像的实时采集及配准融合，在该专利技术中FPGA图像处理模块仅对图像进行预处理，后续需要通过计算机实现图像高精度融合，同时该方法仅能实现短波红外与可见光范围的融合，光谱范围较窄，由于采用的为被动式红外检测方法，所以无法实现内部缺陷的有效识别。隋修宝等(CN201711187510.4)提出一种基于FPGA的双波段红外图像伪彩融合算法，该专利技术结合拉普拉斯金字塔变换和伪彩色算法，生成的融合图像色彩清晰、对比度高，在硬件平台的实现具有运算速度快、鲁棒性高等特点。但该专利技术中仅提供了一个图像级融合的算法，该算法的实施过程与所述的双波段图像关联性不大。洪颖等(专利号：CN202211090393.0)专利技术了一种基于激光激励的红外热成像检测方法，根据锂电池端盖工件的热导率和比热容选择激光发生器的工作功率和脉冲时间输出调制激励，利用红外热像仪采集电池焊点弱焊缺陷；张宪明等(专利号：CN202210837832.3)专利技术了一种可见光技术的PCB板检测装置，通过在水平导轨上架设批量检测平台，对印制电路板上带有的露铜、断路、短路、毛刺、缺口和针孔等缺陷的检出率高，质检效果可靠、稳定，检测速度快，但是整体装置复杂，体积较大，不便于使用；高向东等(专利号：CN202211685662.8)专利技术了一种融合磁光成像和红外热成像的焊接缺陷检测方法与系统，融合磁光成像和红外成像优势，结合了磁光成像和红外成像独有的特征信息，增加抗干扰能力，检测精度高；王飞等(专利号：CN202210823537.2)专利技术了一种基于热流扩散跟踪的缺陷精准检测光热融合成像装置及方法，利用可见光成像解决目前红外热波成像检测过程中热流横向热扩散作用造成的缺陷检测精度低的问题，可以实现复合材料及金属材料等缺陷尺寸检测误差＜2.5％，但是整体装置体积较大，无法满足在线实时检测的要求。张岱南等(专利号：CN202310101460.2)提出一种基于FPGA的非制冷型红外图像增强系统及方法，该专利技术是以FPGA为处理核心，结合双边滤波算法和伽马校正算法，对红外图像进行实时增强。本质是对无外加热激励场景下的单张红外图像进行处理，并未对获取的图像序列进行处理。
[0007]为了充分发挥FPGA架构系统与多源数据成像的优势，本专利技术涉及一种基于FPGA的多模激光激发宽光谱多源融合成像检测方法与系统，该专利技术基于红外热波成像与正交双路相关运算理论，能够针对包括刚/挠性印制电路板(PCB板)在内的复合材料、金属材料以及高分子聚合物浅表层缺陷(＜4mm，直径/深度比＞1.5)的高效精准检测，最优分辨力达5μm，成像光谱覆盖范围为300nm～10μm，且装置体积较小，满足便携要求。
技术实现思路
[0008]针对现有技术的技术问题或改进需求，本专利技术提出了一种基于FPGA的多模激光激
发宽光谱多源融合成像检测系统及方法。
[0009]本专利技术是通过以下技术方案实现的，本专利技术提出一种基于FPGA的多模激光激发宽光谱多源融合成像检测系统，所述系统包括：聚焦镜、偏振片、激光准直镜、传导光纤、本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于FPGA的多模激光激发宽光谱多源融合成像检测系统，其特征在于，所述系统包括：聚焦镜、偏振片、激光准直镜、传导光纤、半导体激光器、TEC半导体制冷片、制冷器电源、高压同轴连接器、激光器供电线、激光器电源、第一BNC数据线、参考信号数据线、函数发生模块、B型USB数据线、双路相关检波模块、第二BNC数据线、USB数据线、CameraLink数据线、FPGA核心板、以太网线、计算机、位移信号控制线、白光光强控制线、脉冲触发线、白光电源、白光电源线、工业光学相机、白光灯、焦平面红外热像仪、长波通滤波片、偏振片、ZnSe分光镜片、待测试件、夹具和二维微位移移动台；所述的FPGA核心板设有2个输入信号端、4个输出信号端以及1个输入/输出信号端，计算机通过输入/输出信号端以太网线与FPGA核心板相连，FPGA核心板通过第一个输入信号端USB数据线与焦平面红外热像仪中红外图像序列输出信号端相连；FPGA核心板通过第二个输入信号端CameraLink数据线与工业光学相机相连；FPGA核心板通过第一个输出信号端第二BNC数据线与双路相关检波模块相连；FPGA核心板通过第二个输出信号端位移信号控制线与二维微位移移动台相连接；FPGA核心板通过第三个输出信号端白光光强控制线与白光电源相连接；FPGA核心板通过第四个输出信号端脉冲触发线与焦平面红外热像仪第一输入信号端脉冲触发输入信号端相连；双路相关检波模块输出信号端通过B型USB数据线与函数发生模块输入信号端相连；函数发生模块的两路信号输出端分别通过第一BNC数据线及参考信号数据线与激光器电源及焦平面红外热像仪第二输入信号端相连；激光器电源的两个输出信号端分别通过高压同轴连接器、激光器供电线与制冷器电源及半导体激光器相连；TEC半导体制冷片位于半导体激光器与制冷器电源中间；半导体激光器通过传导光纤与激光准直镜相连接；激光准直镜、偏振片以及聚焦镜通过螺纹连接在一起；长波通滤波片、偏振片与焦平面红外热像仪通过螺纹连接在一起，ZnSe分光镜片直接内嵌到设计好的固定位置；白光电源通过白光电源线与白光灯相连，待测试件通过夹具固定到二维微位移移动台上。2.一种基于FPGA的多模激光激发宽光谱多源融合成像检测方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：步骤一：明确待测试件，并将待测试件通过夹具安装到二维微位移移动台上；步骤二：开启基于FPGA的多模激光激发宽光谱多源融合成像检测系统，包括函数发生模块、双路相关检波模块、FPGA核心板、计算机、白光电源、焦平面红外热像仪、工业光学相机以及二维微位移移动台设备的开启；步骤三：...
【专利技术属性】
技术研发人员：王飞，刘俊岩，岳卓言，宋鹏，王永辉，何宇，郭文锋，孟祥林，陈明君，岳洪浩，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：
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