该发明专利技术公开了一种基于神经辐射场的PCB焊点三维重建方法，涉及计算机视觉中的三维重建领域，涉及计算机视觉中的三维重建领域。本发明专利技术利用符号距离函数对焊点表面进行建模，结合双向反射分布函数对焊点图像光强进行建模，并统一至神经辐射场渲染框架进行弱监督网络学习；提出的方法利用已有的二维焊点检测设备采集图像，实现焊点三维重建，成本低廉，焊点重建分辨率高。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及计算机视觉中的三维重建领域，特别是涉及pcb焊点三维重建方法，用于焊点缺陷检测。
技术介绍
1、在pcb电路板的贴片生产过程中，电子元器件放置在带锡膏的焊盘上，通过回流焊炉或高温焊烙铁，与焊盘连接，形成焊点。焊点的质量决定了信号导通的质量。常见的焊点缺陷包括，缺焊、少焊、多焊。焊点必须达到一定的要求才能达到质量要求。所以，当前的pcb贴片生产过程中需要借助焊点aoi设备来检查焊点是否存在缺陷。三维焊点aoi设备主要依靠高精度的激光传感器实现焊点三维成像，精度越高，成本越高；二维焊点的aoi设备主要通过三色环形光源配合小视角相机采集图像实现。环形光源有红、绿、蓝纯色光源组成，且成不同的角度，焊点表面会反射不同颜色的光成像。待检测焊点通过与参考焊点的比对，对比蓝色成像区域的大小接近来判断待测焊点是否合格。这种基于二维图像的检测方法成本低，但依赖于检测人员的经验。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是解决在不增加硬件成本的基础上，利用二维焊点图像实现高精度的焊点三维重建。本专利技术利用符号距离函数对焊点表面进行建模，结合双向反射分布函数对焊点图像光强进行建模，并统一至神经辐射场渲染框架进行弱监督网络学习。提出的方法仅利用已有的二维焊点检测设备采集图像，实现焊点三维重建，成本低廉，焊点重建分辨率高。
2、本专利技术技术方案为一种基于神经辐射场的pcb焊点三维重建方法，该方法包括：
3、步骤1：采用相机采集焊点图像，焊点图像的宽为h，高为w；
>4、步骤2：给定相机中心p＝(0,0,0)，建立以相机中心为原点的坐标系，光线方向r为(0,0,-1)，即z轴的负方向；在z＝1～-0.5平面间沿着z轴负方向对焊点图像每个像素的光线进行采样，采样点数为k，记采样的三维空间点坐标为x，x∈rw×h×64，则采样点如下；5、
6、设定三色光源的入射角度θ＝[θ1,θ2,θ3]范围(θ1＝15,θ2＝45,θ3＝70)，光强i0＝1，相机视角
7、步骤3：计算x的位置编码e(x)：
8、e(x)＝[x,sin(x),cos(x),sin(2x),cos(2x),...,sin(6x),cos(6x)]
9、步骤4：建立符号距离函数多层感知机n1；符号距离函数多层感知机n1以x的位置编码e(x)为输入，输出为符号距离d，用于衡量空间点距离物体表面的距离，定义为：
10、
11、f(x)表示符号距离函数，定义不透明度函数如下：
12、σ(x)＝φ(f(r,x))∈[0,1]
13、其中，令同时求取偏导计算得到的f(x)即为物体表面上该点的法向
14、步骤5：构建双向反射分布函数感知机n2，双向反射分布函数感知机n2输入为初始光强i0、入射角θ、相机视角v、法向输出为位置x对应的红、绿、蓝三色通道的光强分量c1,c2,c3；
15、步骤6：设混合反射模型为：
16、c＝α·ld+β·ls
17、其中，c表示颜色，由红、绿、蓝三色通道构成，，ld为光的散射分量，定义为γ表示表面到光源的距离；ls为光的镜面反射分量，定义为α，β为n2中待学习的平衡因子，其中为光源方向，由法向的水平角和入射角θ计算所得；
18、步骤7：通过上述得到的x,σ(x),c渲染神经辐射场，渲染公式如下：
19、
20、
21、其中，c(r)表示沿着光线方向r上的采样点颜色，σk表示沿着光线方向r第k个采样点的不透明度，ck是沿着光线方向r上第k个采样点的颜色，tk为第k个采样点到相机中心的距离，δk＝tk+1-tk为相邻两个采样点之间的距离；
22、步骤8：最小化网络训练的目标函数，采用误差逆传播方法优化符号距离函数多层感知机n1的参数、双向反射分布函数感知机n2的参数和平衡因子α，β，当网络收敛时，停止优化；
23、
24、步骤9：由优化后的符号距离函数多层感知机n1输出重建的x所有的距离值，找到d＝0即为重建目标的表面。
25、进一步的，符号距离函数多层感知机n1的具体结构为：9层感知机，采用全连接方式，输入层为3个神经元输入x，隐藏层为256个神经元，隐藏层共有7层，输出层为1个神经元，输出距离d。
26、双向反射分布函数感知机n2的具体结构为：4层感知机，采用全连接方式，输入层为3个神经元，隐藏层为10个神经元，隐藏层共有2层，输出层为10个神经元。
27、本专利技术利用符号距离函数对焊点表面进行建模，结合双向反射分布函数对焊点图像光强进行建模，并统一至神经辐射场渲染框架进行弱监督网络学习；提出的方法利用已有的二维焊点检测设备采集图像，实现焊点三维重建，成本低廉，焊点重建分辨率高。
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【技术保护点】
1.一种基于神经辐射场的PCB焊点三维重建方法，该方法包括：
2.如权利要求1所述的一种基于神经辐射场的PCB焊点三维重建方法，其特征在于，所述符号距离函数多层感知机N1的具体结构为：9层感知机，采用全连接方式，输入层为3个神经元输入x，隐藏层为256个神经元，隐藏层共有7层，输出层为1个神经元，输出距离d。
3.如权利要求1所述的一种基于神经辐射场的PCB焊点三维重建方法，其特征在于，所述双向反射分布函数感知机N2的具体结构为：4层感知机，采用全连接方式，输入层为3个神经元，隐藏层为10个神经元，隐藏层共有2层，输出层为10个神经元。
【技术特征摘要】
1.一种基于神经辐射场的pcb焊点三维重建方法，该方法包括：
2.如权利要求1所述的一种基于神经辐射场的pcb焊点三维重建方法，其特征在于，所述符号距离函数多层感知机n1的具体结构为：9层感知机，采用全连接方式，输入层为3个神经元输入x，隐藏层为256个神经元，隐藏层共有...
【专利技术属性】
技术研发人员：郑亚莉，陈志铭，华航，丁尧禹，白利兵，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：
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