基于圖像處理的PCB自動(dòng)檢測系統的設計與研究（二）

3.系統軟件設計

基于圖像處理的PCB缺陷自動(dòng)檢測系統的軟件設計理所當然為其核心。系統的軟件設計主要實(shí)現了計算機系統中的圖像數據采集、圖像數據處理、圖像數據分析單元的功能，還實(shí)現了二維運動(dòng)平臺的控制單元的功能，同時(shí)負責與操作者交互。系統軟件結構如圖所示。

3.1 系統算法流程

系統軟件流程分為手動(dòng)檢測和自動(dòng)檢測，手動(dòng)檢測需要操作員在人機交互界面點(diǎn)擊相應操作處理，自動(dòng)檢測可以實(shí)現一鍵自動(dòng)化檢測，直接根據預先參數設置好的流程進(jìn)行PCB缺陷檢測并得出結果。算法流程如圖所示。

手動(dòng)檢測可以根據需要在采集圖像時(shí)直接通過(guò)控制步進(jìn)電機運動(dòng)將CCD攝像頭運動(dòng)到待測PCB板的主要部位，在進(jìn)行圖像處理時(shí)也可以根據圖像質(zhì)量來(lái)選擇與之 相適應的圖像處理算法來(lái)實(shí)現，使系統具有交互性。自動(dòng)檢測初始化設置參數后，可以一鍵實(shí)現缺陷檢測得出檢測結果，減少了操作復雜度，也大大提高了檢測的速 度，使系統具有自動(dòng)化、操作簡(jiǎn)單、速度快等優(yōu)點(diǎn)。本文結合二者于一體，使PCB缺陷自動(dòng)檢測系統更加優(yōu)秀，更加實(shí)用。

3.2 缺陷檢測

當前印刷電路板缺陷檢測方法主要分為參考比較法、非參考比較法和混合法三大類(lèi)，參考比較法將被測圖像和參考圖像進(jìn)行特征對特征的比較;非參考比較法不需要 任何的參考圖像，只是根據先前設計的規則標準來(lái)判斷出是否有缺陷，如果不符合標準便認為此有缺陷;混合法是參考比較法和非參考比較法綜合應用。本文主要使 用參考比較法，通過(guò)檢測PCB圖像與標準圖像進(jìn)行對比分析，判斷該PCB板是否有缺陷。

3.3 缺陷識別

實(shí)際生產(chǎn)中PCB裸板上存在的典型的缺陷有：短路、斷路、凸起、凹陷、空洞等。

缺陷獲取后，并不能確定缺陷類(lèi)型，還需要進(jìn)行缺陷識別。缺陷識別是根據各種缺陷的不同特征來(lái)判斷。常用的描述圖像特征有直方圖統計特征、紋理特征、二值圖 像特征。因為PCB圖像灰度層次不豐富，電路模式均為幾何模式，因此本文采用二值圖像特征來(lái)識別缺陷。針對短路、斷路、凸起、凹坑、空洞幾類(lèi)典型缺陷進(jìn)行 分類(lèi)識別的主要缺陷特征有：(1)缺陷圖像與標準圖像中連通域數目有所不同;(2)缺陷圖的背景連通域面積與標準圖像不同;綜合上述特征1、2可將斷路、 短路、凸起、空洞和凹坑缺陷識別出來(lái)，見(jiàn)表1所示。

對于缺陷圖像上只有單個(gè)缺陷檢測過(guò)程如下：

(1)首先將缺陷圖像進(jìn)行閾值分割，得到的二值化圖像與標準圖像的二值化圖像進(jìn)行相加再取平均值，獲取缺陷連通域位置，并進(jìn)行位彩色編碼標記。

(2)分別將缺陷圖和標準圖的閾值分割圖像進(jìn)行輪廓提取;(3)分別將缺陷圖和標準圖的輪廓提取圖像進(jìn)行連通域數目計算，獲得連通域數目;(3)分別將缺 陷圖和標準圖的輪廓提取圖像進(jìn)行背景連通域面積計算，獲得背景連通域面積大小，(4)根據表1判斷缺陷類(lèi)型，并根據(1)獲取的缺陷位置標記好缺陷并顯示 缺陷圖像。

3.4 結果分析

通過(guò)比較分析采用參考比較法對PCB板進(jìn)行缺陷識別。首先對PCB光板進(jìn)行異或運算，提取缺陷特征;再對其進(jìn)行二值數學(xué)形態(tài)學(xué)處理，以去除虛假缺陷;然后 采用兩種圖像識別方式：一種通過(guò)比較運算，再進(jìn)行偽彩色處理以凸顯缺陷，從而便于人工目測識別缺陷類(lèi)型和位置;另一種是通過(guò)缺陷的目標區域數特征、目標區 域面積特征和缺陷邊界的封閉性特征對缺陷進(jìn)行樹(shù)狀逐級分層判斷，從而實(shí)現了PCB光板上常見(jiàn)的斷路、短路、凸起、凹坑和空洞缺陷的自動(dòng)識別。

4.結論

本文基于計算機視覺(jué)和圖像處理設計了一個(gè)印刷電路板(PCB)缺陷自動(dòng)檢測系統，并對其功能進(jìn)行了驗證，實(shí)驗結果表明該系統界面友好，操作簡(jiǎn)單，檢測方法簡(jiǎn)單，檢測過(guò)程迅速，檢測結果準確。該系統為PCB缺陷的檢測提供了一個(gè)很好的解決方案，具有重要的應用價(jià)值。