圖像識(shí)別技術(shù)在印刷線路板精密測(cè)試中的應(yīng)用

0 引言

隨著信息產(chǎn)業(yè)和電子技術(shù)的發(fā)展，PCB(PrintedCircuit Board)線路板的制造技術(shù)得到了發(fā)展。傳統(tǒng)光學(xué)顯微鏡目測(cè)法由于其自身缺陷已不能適用于PCB板的精密檢測(cè)?；?strong>圖像識(shí)別的精密檢測(cè)是現(xiàn)代測(cè)量技術(shù)的發(fā)展方向。該方法利用光學(xué)投影把測(cè)試目標(biāo)成像于CCD攝像機(jī)芯片，芯片通過(guò)感光把測(cè)試目標(biāo)轉(zhuǎn)化為數(shù)字視頻信號(hào)，分析數(shù)字圖像得出目標(biāo)的幾何尺寸。由于測(cè)試均由計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)，排除人為干擾，提高了測(cè)試精度。故在構(gòu)建基于圖像識(shí)別的印制線路板精密測(cè)試系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，研究亞像素邊緣定位算法，開(kāi)發(fā)印制線路板精密測(cè)試軟件，通過(guò)印制線路板測(cè)試驗(yàn)證了系統(tǒng)的測(cè)試精度。

1 精密測(cè)試系統(tǒng)的構(gòu)建

基于圖像識(shí)別的印制線路板精密測(cè)量系統(tǒng)組成如圖1。該系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)測(cè)試標(biāo)定、自動(dòng)調(diào)焦、大目標(biāo)測(cè)量、測(cè)試報(bào)表結(jié)果判別和輸出、測(cè)試圖像保存等功能。系統(tǒng)工作原理：首先應(yīng)進(jìn)行測(cè)試系統(tǒng)的標(biāo)定工作，即根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)模板對(duì)系統(tǒng)的測(cè)試精度進(jìn)行矯正；其次，根據(jù)測(cè)量目標(biāo)的具體要求來(lái)調(diào)節(jié)光學(xué)鏡頭的焦距和與水平工作臺(tái)的工作距離，根據(jù)測(cè)試精度要求調(diào)節(jié)鏡頭焦距以確定合適的測(cè)試倍率和精度；最后，可通過(guò)調(diào)節(jié)水平工作臺(tái)來(lái)實(shí)現(xiàn)測(cè)試目標(biāo)全部位的精密測(cè)試，尤其適用于測(cè)試大目標(biāo)對(duì)象。

2 亞像素邊緣定位算法的研究

在保證印制線路板圖像采集質(zhì)量的條件下，基于圖像識(shí)別的印制線路板精密檢測(cè)系統(tǒng)的檢測(cè)精度主要取決于各測(cè)量特征輪廓的提取精度。近年來(lái)發(fā)展的多種亞像素邊緣檢測(cè)算法可突破CCD攝像機(jī)物理分辨率的限制，使圖像的邊緣定位精度達(dá)到亞像素級(jí)別，極大提高了圖像的檢測(cè)精度。其中灰度矩邊緣檢測(cè)方法具有計(jì)算簡(jiǎn)單、無(wú)需插值和迭代運(yùn)算等優(yōu)點(diǎn)，有較高的實(shí)用價(jià)值，其基本原理是通過(guò)假設(shè)實(shí)際圖像中的實(shí)際邊緣分布與理想階躍邊緣模型的灰度矩不變性，來(lái)確定實(shí)際邊緣的位置。

如圖2，設(shè)I(x，y)為實(shí)際圖像在歸一化邊緣領(lǐng)域D內(nèi)各像素點(diǎn)的灰度值；(x0，y0)為單位圓中像素點(diǎn)的灰度重心坐標(biāo)；S為邊緣鄰域D內(nèi)灰度值為h1像素點(diǎn)所占的面積；p1和p2分別表示灰度值為h1和h2的像素點(diǎn)在鄰域D內(nèi)所占的比例。上述目標(biāo)區(qū)域前三階灰度矩可以表示為：

3 精密測(cè)試軟件的開(kāi)發(fā)

在構(gòu)建印制線路板的光學(xué)精密檢測(cè)系統(tǒng)和研究亞像素邊緣定位算法之后，對(duì)印制線路板精密檢測(cè)軟件進(jìn)行研發(fā)，其構(gòu)架如圖3。

4 精密測(cè)試的試驗(yàn)研究

為了驗(yàn)證基于圖像識(shí)別印制線路板精密檢測(cè)的測(cè)試精度，試驗(yàn)研究在印制線路板精密檢測(cè)儀上進(jìn)行，其主要測(cè)試元件如表1。測(cè)試對(duì)象為PCB內(nèi)層板，測(cè)試內(nèi)容包括線寬、線間距、孔徑和焊盤(pán)中心偏差等。試驗(yàn)時(shí)，使用標(biāo)準(zhǔn)模板對(duì)測(cè)試系統(tǒng)標(biāo)定，后對(duì)線路板測(cè)試，得出測(cè)試系統(tǒng)的測(cè)試精度。

試驗(yàn)前，須對(duì)測(cè)試系統(tǒng)進(jìn)行標(biāo)定，即使用標(biāo)準(zhǔn)模板對(duì)測(cè)試的像素?cái)?shù)值進(jìn)行矯正，從而獲得指定測(cè)試倍率和測(cè)試單位下的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試數(shù)值。

圖4為印制線路板精密測(cè)試軟件界面及線寬測(cè)試控件，測(cè)試線寬時(shí)只需將測(cè)試控件拖動(dòng)到待測(cè)位置，線寬兩側(cè)會(huì)自動(dòng)顯示邊緣信息，點(diǎn)擊測(cè)量按鈕后測(cè)試結(jié)果會(huì)自動(dòng)標(biāo)注在測(cè)試圖像上(圖中標(biāo)注到微米單位)。