印刷線路板精密測試中的圖像識別技
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)顯微鏡目測法由于其自身缺陷已不能適用于PCB板的精密檢測?；趫D像識別的精密檢測是現(xiàn)代測量技術(shù)的發(fā)展方向。該方法利用光學(xué)投影把測試目標成像于CCD攝像機芯片，芯片通過感光把測試目標轉(zhuǎn)化為數(shù)字視頻信號，分析數(shù)字圖像得出目標的幾何尺寸。由于測試均由計算機實現(xiàn)，排除人為干擾，提高了測試精度。故在構(gòu)建基于圖像識別的印制線路板精密測試系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，研究亞像素邊緣定位算法，開發(fā)印制線路板精密測試軟件，通過印制線路板測試驗證了系統(tǒng)的測試精度。
1 精密測試系統(tǒng)的構(gòu)建
基于圖像識別的印制線路板精密測量系統(tǒng)組成如圖1。該系統(tǒng)可實現(xiàn)測試標定、自動調(diào)焦、大目標測量、測試報表結(jié)果判別和輸出、測試圖像保存等功能。系統(tǒng)工作原理：首先應(yīng)進行測試系統(tǒng)的標定工作，即根據(jù)標準模板對系統(tǒng)的測試精度進行矯正；其次，根據(jù)測量目標的具體要求來調(diào)節(jié)光學(xué)鏡頭的焦距和與水平工作臺的工作距離，根據(jù)測試精度要求調(diào)節(jié)鏡頭焦距以確定合適的測試倍率和精度；最后，可通過調(diào)節(jié)水平工作臺來實現(xiàn)測試目標全部位的精密測試，尤其適用于測試大目標對象。
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，基于圖像識別的印制線路板精密檢測系統(tǒng)的檢測精度主要取決于各測量特征輪廓的提取精度。近年來發(fā)展的多種亞像素邊緣檢測算法可突破CCD攝像機物理分辨率的限制，使圖像的邊緣定位精度達到亞像素級別，極大提高了圖像的檢測精度。其中灰度矩邊緣檢測方法具有計算簡單、無需插值和迭代運算等優(yōu)點，有較高的實用價值，其基本原理是通過假設(shè)實際圖像中的實際邊緣分布與理想階躍邊緣模型的灰度矩不變性，來確定實際邊緣的位置。
如圖2，設(shè)I(x，y)為實際圖像在歸一化邊緣領(lǐng)域D內(nèi)各像素點的灰度值；(x0，y0)為單位圓中像素點的灰度重心坐標；S為邊緣鄰域D內(nèi)灰度值為h1像素點所占的面積；p1和p2分別表示灰度值為h1和h2的像素點在鄰域D內(nèi)所占的比例。上述目標區(qū)域前三階灰度矩可以表示為：
3 精密測試軟件的開發(fā)
在構(gòu)建印制線路板的光學(xué)精密檢測系統(tǒng)和研究亞像素邊緣定位算法之后，對印制線路板精密檢測軟件進行研發(fā)，其構(gòu)架如圖3。
4 精密測試的試驗研究
為了驗證基于圖像識別印制線路板精密檢測的測試精度，試驗研究在印制線路板精密檢測儀上進行，其主要測試元件如表1。測試對象為PCB內(nèi)層板，測試內(nèi)容包括線寬、線間距、孔徑和焊盤中心偏差等。試驗時，使用標準模板對測試系統(tǒng)標定，后對線路板測試，得出測試系統(tǒng)的測試精度。
試驗前，須對測試系統(tǒng)進行標定，即使用標準模板對測試的像素數(shù)值進行矯正，從而獲得指定測試倍率和測試單位下的標準測試數(shù)值。
圖4為印制線路板精密測試軟件界面及線寬測試控件，測試線寬時只需將測試控件拖動到待測位置，線寬兩側(cè)會自動顯示邊緣信息，點擊測量按鈕后測試結(jié)果會自動標注在測試圖像上(圖中標注到微米單位)。
試驗測試倍率為4倍、單位為μm、視野為6mm×4mm，對圖4b中的導(dǎo)線寬度進行測量，測試結(jié)果如圖5。經(jīng)分析，該導(dǎo)線實際寬度為L0=286.2μm，測試數(shù)值為最大寬度Lmax=286.8μm，最小寬度Lmin=285.8μm，則測量系統(tǒng)的誤差為：
將圖像識別技術(shù)應(yīng)用于印制線路板的精密測量，試驗結(jié)果表明該系統(tǒng)具有較高的測試精度(0.6μm)，可滿足印制線路板的高精度測量。