一种RGB矢量匹配快速识别系统及方法技术方案

本发明专利技术一种RGB矢量匹配快速识别系统，包括图像获取模块、存储模块、匹配模块和检测模块，其中图像获取模块用来获取待识别图像；存储模块，用来存储模板图像和获取的待识别图像；匹配模块，用来移动模板图像，在待识别图像中搜寻与模板图像相匹配的单元，利用四元数相关性来判定是否存在与模板物体具有相同形状、大小、颜色和亮度的物体；检测模块，根据匹配模块的计算结果来判断待识别图像与模板图像的匹配度，检测PCB是否存在焊点缺陷。本发明专利技术的系统及方法，其计算量小、不破坏各色彩之间的关联性且精度较高。

【技术实现步骤摘要】
一种RGB矢量匹配快速识别系统及方法
本专利技术涉及彩色图像处理及精密电子组装过程中PCB缺陷检测领域，特别涉及一种适用于彩色图像处理的RGB矢量匹配快速识别系统及方法。
技术介绍
现代电子工业中，印刷电路板(PCB)作为电子元器件的载体，其贴装质量直接影响产品的性能。在实际生产过程中，由于原材料、设备稳定性、温度、人为操作失误等不确定因素造成PCB缺陷在所难免，因此为了确保PCB的质量达标必须对PCB焊接质量进行检测。PCB缺陷种类繁多，常见的元器件贴放缺陷，如错件、少件只涉及到二维信息，仅需灰度图像模板匹配就可有效地检测出来，而对于焊点缺陷则涉及到三维深度信息，因此很难通过灰度图像反映焊点好坏。对于像焊点缺陷一样涉及到三维深度信息的缺陷，目前的检测方法有两种：一、基于单色光源多角度拍摄多张灰度图像方法，其增加了区分不同观测角度的功能，因此数据计算更加庞杂、处理过程更加复杂；二、基于特殊架构光源的单一镜头彩色图像处理方法，其优点是拍摄的图像更能反映实际人眼视觉，故越来越多的应用于PCB缺陷检测。传统的彩色图像匹配方法将图像分成三个分量(RGB)，将每一个分量的图像看成一个灰度图像，分别在各自的分量中进行匹配处理，然后根据每种颜色的权重值来合成最后的结果，但是这种彩色图像匹配方法人为的破坏了彩色图像各色彩之间的关联性，对匹配算法的精度和鲁棒性造成不同程度的影响，并且分别对三个分量进行匹配处理，计算量增大。故人们需要一种计算量小、不破坏各色彩之间的关联性且精度较高的彩色图像匹配方法。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种RGB矢量匹配快速识别系统，其计算量小、不破坏各色彩之间的关联性且精度较高。本专利技术的另一目的在于提供一种RGB矢量匹配快速识别方法。本专利技术的目的通过以下的技术方案实现：一种RGB矢量匹配快速识别系统，包括图像获取模块、存储模块、匹配模块和检测模块，其中图像获取模块，为单镜头彩色光源立体视觉系统，用来获取待识别图像；存储模块，用来存储模板图像和获取的待识别图像；匹配模块，用来移动模板图像，在待识别图像中搜寻与模板图像相匹配的单元，利用四元数相关性来判定是否存在与模板物体具有相同形状、大小、颜色和亮度的物体：首先用四元数矩阵模型描述待识别图像，即待识别图像中每一个位置的彩色值均可以用一个四元数矢量表示；然后用四元数f(ξ,η)表示模板图像，用四元数g(ξ,η)表示PCB的待识别图像，f(ξ,η)、g(ξ,η)大小分别为M×N,P×Q；最后计算待识别图像是否存在某个位置(ms,ns)，使得g(m,n)＝f(m-ms,n-ns)；检测模块，检测模块根据匹配模块的计算结果来判断待识别图像与模板图像的匹配度，若待识别图像存在某个位置(ms,ns)，使得g(m,n)＝f(m-ms,n-ns)，则说明待识别图像g(ξ,η)中在位置(ms,ns)处存在一个与模板图像相匹配的物体，彩色图像识别完成。图像获取模块中，所述的单镜头彩色光源立体视觉系统为单镜头三环特殊彩色光源架构，使拍摄的二维图像传达了三维的信息，且增加了色度信息。从而满足了PCB焊点检测的要求。本专利技术的另一目的通过以下的技术方案实现：一种RGB矢量匹配快速识别方法，包含以下顺序的步骤：1)利用图像获取模块的单镜头彩色光源立体视觉系统，获取待识别图像；2)将待识别图像存储于存储模块中，存储模块中还存储有模板图像，以备匹配模块调用；3)利用匹配模块来移动模板图像，在待识别图像中搜寻与模板图像相匹配的单元，利用四元数相关性来判定待识别图像与模板图像之间是否具有相同形状、大小、颜色和亮度的物体：a、首先用四元数矩阵模型描述待识别图像，即待识别图像中每一个位置的彩色值均可以用一个四元数矢量表示；b、然后用四元数f(ξ,η)表示模板图像，用四元数g(ξ,η)表示PCB的待识别图像，f(ξ,η)、g(ξ,η)大小分别为M×N,P×Q；c、最后计算待识别图像是否存在某个位置(ms,ns)，使得g(m,n)＝f(m-ms,n-ns)；4)检测模块根据步骤3)的计算结果来判断待识别图像与模板图像的匹配度，若待识别图像存在某个位置(ms,ns)，使得g(m,n)＝f(m-ms,n-ns)，则说明待识别图像g(ξ,η)中在位置(ms,ns)处存在一个与模板图像相匹配的物体，彩色图像识别完成。所述的步骤3)，具体包含以下步骤：(1)计算模板图像的能量函数Ef，其中和待识别图像的能量函数Eg(m,n)，其中(2)取C和D满足：这里C和D都是2的指数次方，延拓模板图像f(ξ,η)和待识别的图像g(ξ,η)，得到fe(ξ,η)和ge(ξ,η)，确保它们在x方向有相同的周期C，在y方向有相同的周期D；(3)计算延拓后的两幅图像fe(ξ,η)和ge(ξ,η)的四元数相关性函数(4)将(3)中的卷积运算转换为频域中的傅里叶变换，并利用四元数相关性的傅里叶变换提高计算速度，这里均使用fe(ξ,η)和ge(ξ,η)进行运算；(5)由步骤①和④的结果，计算归一化后的四元数相关性函数h(m,n)；(6)选择阈值P1，P2，d1，使其满足条件P1<1<P2，d1<1，并且要求P1，P2，d1均接近等于1；(7)计算|h(ms,ns)|并判断其值是否在区间[P1,P2]内，且满足步骤4)中，所述的四元数相关性的傅里叶变换通过下式实现：其中IQFT为反四元数傅里叶变换：本专利技术与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：一、不破坏各色彩之间的关联性：待识别图像和模板图像用四元数模型表示，充分利用彩色图像的整体信息，对RGB这一有机整体并行处理，实现了真正意义上的矢量图像识别；二、精确度高：待识别图像与模板图像之间只有当形状、大小、亮度、颜色都相同时才能够得到较大的匹配度，故本专利技术的系统及方法不仅可以检测出PCB是否缺件，还可以检测出相同形状的部件是否具有不同亮度的缺陷；三、计算速度快：通过卷积定理将空间域和频率域联系起来，把四元数相关性的卷积计算转化为快速傅里叶变换的乘积，显著提高了计算速度，在一定程度上解决了长期以来直接四元数相关性算法由于速度慢而难以推广应用的难题。附图说明图1为本发本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种RGB矢量匹配快速识别系统，其特征在于，包括图像获取模块、存储模块、匹配模块和检测模块，其中图像获取模块，为单镜头彩色光源立体视觉系统，用来获取待识别图像；存储模块，用来存储模板图像和获取的待识别图像；匹配模块，用来移动模板图像，在待识别图像中搜寻与模板图像相匹配的单元，利用四元数相关性来判定是否存在与模板物体具有相同形状、大小、颜色和亮度的物体：首先用四元数矩阵模型描述待识别图像，即待识别图像中每一个位置的彩色值均可以用一个四元数矢量表示；然后用四元数f(ξ,η)表示模板图像，用四元数g(ξ,η)表示PCB的待识别图像，f(ξ,η)、g(ξ,η)大小分别为M×N,P×Q；最后计算待识别图像是否存在某个位置(m0,n0)，使得g(m,n)=f(m?m0,n?n0)；检测模块，检测模块根据匹配模块的计算结果来判断待识别图像与模板图像的匹配度，若待识别图像存在某个位置(m0,n0)，使得g(m,n)=f(m?m0,n?n0)，则说明待识别图像g(ξ,η)中在位置(ms,ns)处存在一个与模板图像相匹配的物体，彩色图像识别完成。

【技术特征摘要】
1.一种RGB矢量匹配快速识别系统，其特征在于，包括图像获取模块、存储模块、匹配模块和检测模块，其中图像获取模块，为单镜头彩色光源立体视觉系统，用来获取待识别图像；存储模块，用来存储模板图像和获取的待识别图像；匹配模块，用来移动模板图像，在待识别图像中搜寻与模板图像相匹配的单元，利用四元数相关性来判定是否存在与模板物体具有相同形状、大小、颜色和亮度的物体：首先用四元数矩阵模型描述待识别图像，即待识别图像中每一个位置的彩色值均可以用一个四元数矢量表示；然后用四元数f(ξ,η)表示模板图像，用四元数g(ξ,η)表示PCB的待识别图像，f(ξ,η)、g(ξ,η)大小分别为M×N,P×Q；最后计算待识别图像是否存在某个位置(ms,ns)，使得g(m,n)＝f(m-ms,n-ns)；所述计算待识别图像是否存在某个位置(ms,ns)，使得g(m,n)＝f(m-ms,n-ns)：具体为：(1)计算模板图像的能量函数Ef，其中和待识别图像的能量函数Eg(m,n)，其中(2)取C和D满足：这里C和D均为2的指数次方，延拓模板图像f(ξ,η)和待识别的图像g(ξ,η)，得到fe(ξ,η)和ge(ξ,η)，确保它们在x方向有相同的周期C，在y方向有相同的周期D；(3)计算延拓后的两幅图像fe(ξ,η)和ge(ξ,η)的四元数相关性函数(4)将(3)中的卷积运算转换为频域中的傅里叶变换，并利用四元数相关性的傅里叶变换提高计算速度，这里均使用fe(ξ,η)和ge(ξ,η)进行运算；(5)由步骤(1)和(3)中的结果，计算归一化后的四元数相关性函数h(m,n)；(6)选择阈值P1，P2，d1，使其满足条件P1<1<P2，d1<1，并且要求P1，P2，d1均接近等于1；(7)计算|h(ms,ns)|并判断其值是否在区间[P1,P2]内，且满足检测模块，检测模块根据匹配模块的计算结果来判断待识别图像与模板图像的匹配度，若待识别图像存在某个位置(ms,ns)，使得g(m,n)＝f(m-ms,n-ns)，则说明待识别图像g(ξ,η)中在位置(ms,ns)处存在一个与模板图像相匹配的物体，彩色图像识别完成。2.根据权利要求1所述的RGB矢量匹配快速识别系统，其特征在于，图像获取模块中，所述的单镜头彩色光源立体视觉系统为单镜头三环特殊彩色光源架构，使得拍摄的二维图像传达了三维信息，且增加了色度信息。3.一种RGB矢量匹配快速识别方法，包含以下顺序的步骤：1)利用图像获取模块的单镜头彩色光源立体视觉系统，获取待识别图像；2)将待识别图像存储于存储模...

【专利技术属性】
技术研发人员：高红霞，戚其丰，马鸽，胡跃明，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：