基于圖像處理的PCB自動檢測系統(tǒng)的設計與研究（二）

3.系統(tǒng)軟件設計

基于圖像處理的PCB缺陷自動檢測系統(tǒng)的軟件設計理所當然為其核心。系統(tǒng)的軟件設計主要實現(xiàn)了計算機系統(tǒng)中的圖像數(shù)據(jù)采集、圖像數(shù)據(jù)處理、圖像數(shù)據(jù)分析單元的功能，還實現(xiàn)了二維運動平臺的控制單元的功能，同時負責與操作者交互。系統(tǒng)軟件結構如圖所示。

3.1 系統(tǒng)算法流程

系統(tǒng)軟件流程分為手動檢測和自動檢測，手動檢測需要操作員在人機交互界面點擊相應操作處理，自動檢測可以實現(xiàn)一鍵自動化檢測，直接根據(jù)預先參數(shù)設置好的流程進行PCB缺陷檢測并得出結果。算法流程如圖所示。

手動檢測可以根據(jù)需要在采集圖像時直接通過控制步進電機運動將CCD攝像頭運動到待測PCB板的主要部位，在進行圖像處理時也可以根據(jù)圖像質(zhì)量來選擇與之 相適應的圖像處理算法來實現(xiàn)，使系統(tǒng)具有交互性。自動檢測初始化設置參數(shù)后，可以一鍵實現(xiàn)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(tǒng)具有自動化、操作簡單、速度快等優(yōu)點。本文結合二者于一體，使PCB缺陷自動檢測系統(tǒng)更加優(yōu)秀，更加實用。

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，參考比較法將被測圖像和參考圖像進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(jù)先前設計的規(guī)則標準來判斷出是否有缺陷，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，通過檢測PCB圖像與標準圖像進行對比分析，判斷該PCB板是否有缺陷。

3.3 缺陷識別

實際生產(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，并不能確定缺陷類型，還需要進行缺陷識別。缺陷識別是根據(jù)各種缺陷的不同特征來判斷。常用的描述圖像特征有直方圖統(tǒng)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識別缺陷。針對短路、斷路、凸起、凹坑、空洞幾類典型缺陷進行 分類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(shù)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，見表1所示。

對于缺陷圖像上只有單個缺陷檢測過程如下：

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

(2)分別將缺陷圖和標準圖的閾值分割圖像進行輪廓提取;(3)分別將缺陷圖和標準圖的輪廓提取圖像進行連通域數(shù)目計算，獲得連通域數(shù)目;(3)分別將缺 陷圖和標準圖的輪廓提取圖像進行背景連通域面積計算，獲得背景連通域面積大小，(4)根據(jù)表1判斷缺陷類型，并根據(jù)(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

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

4.結論

本文基于計算機視覺和圖像處理設計了一個印刷電路板(PCB)缺陷自動檢測系統(tǒng)，并對其功能進行了驗證，實驗結果表明該系統(tǒng)界面友好，操作簡單，檢測方法簡單，檢測過程迅速，檢測結果準確。該系統(tǒng)為PCB缺陷的檢測提供了一個很好的解決方案，具有重要的應用價值。