CN101308184B - 利用图像分析检测机插元件的方法及系统 - Google Patents

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Abstract

一种利用图像分析检测机插元件的方法及系统，所述方法包括如下步骤：采集通过机器自动插装元件的待检测电路板的位图格式图像P1；依次将图像P1中每个像素点P1(i)的红绿蓝三基色数据转换为表色数据Y1(i)、Cr1(i)、Cb1(i)和Gray1(i)；依次将图像P1中每个像素点P1(i)的表色数据Y1(i)、Cr1(i)、Cb1(i)和Gray1(i)分别与对应于待检测电路板的样本电路板的位图格式图像P0中对应像素点P0(i)的表色数据Y0(i)、Cr0(i)、Cb0(i)和Gray0(i)进行对比；若像素点P1(i)与像素点P0(i)之间的平均表色数据差值大于预设阈值，则判断像素点P1(i)与像素点P0(i)存在差异且标识该像素点P1(i)。本发明能准确检测并标识待检测电路板上多插、漏插和元件位置偏移等缺陷，为供检验人员提供了重要参考信息，并提高了检测效率和准确度。

Description

利用图像分析检测机插元件的方法及系统 
技术领域
本发明涉及图像分析检测技术，尤其是涉及一种利用图像分析检测机插元件的方法及系统。 
背景技术
目前，电子制造工业中元器件主要是采用机器自动插件(AI)工艺，而对PCB的装着元器件的检查主要有两种方式： 
一种方法为人工核对，采取元器件清单核对PCB上所有已装着的元件。这种方式给核对人带来相当大的工作量，并且在劳动强度大(如一块PCB装着几十或几百个元器件)情况下，极容易产生漏检或误判。 
另一种方法是采取“针床式”测试，其大致原理是先建造一个跟要核对的PCB元器件分布一样的针床，每个元件的插孔设置一根针，在测试过程中将PCB套在针床上，由于已装着的元器件引脚已将该位号的板孔填充，所以可以堵塞该位置的针穿过。其最终的判断依据就是：如果针穿透PCB则表明该元件没装着上，以此来检查该PCB的装着情况。但是该方法仍然依靠人为的判断，在实际过程中由于各种因素的干扰，容易产生错误。 
因此，如何快速、准确的找出该PCB的元器件插件情况，检测出诸如元器件多插、漏插、元器件位置偏移等缺陷，成为当前急需解决的技术难题之一。 
发明内容
本发明的目的是提出一种利用图像分析检测机插元件的方法及系统，以通过对待检测电路板的位图格式图像分析，准确的检测并标识待检测电路板上可能出现的多插、漏插和元件位置偏移等缺陷，以供操作检验人员参考。 
为解决本发明的技术问题，本发明公开一种利用图像分析检测机插元件的方法，包括步骤： 
采集通过机器自动插装元件的待检测电路板的位图格式图像P1； 
依次将图像P1中每个像素点P1(i)的红绿蓝三基色数据转换为表色数据Y1(i)、Cr1(i)、Cb1(i)和Gray1(i)； 
依次将图像P1中每个像素点P1(i)的表色数据Y1(i)、Cr1(i)、Cb1(i)和Gray1(i)分别与对应于待检测电路板的样本电路板的位图格式图像P0中对应像素点P0(i)的表色数据Y0(i)、Cr0(i)、Cb0(i)和Gray0(i)进行对比； 
若像素点P1(i)与像素点P0(i)之间的平均表色数据差值大于预设阈值，则判断像素点P1(i)与像素点P0(i)存在差异且标识该像素点P1(i)。 
较优的，所述图像P1和所述图像P0中每个像素点的红绿蓝三基色数据均用1个二进制字节表示。 
较优的，所述图像P1和所述图像P0具有相同的采集环境和相同的分辨率，且均通过摄像头、视频头、扫描仪或照相机所获取。 
较优的，所述图像P1包括将待检测电路板分别以横向位置和竖向位置获取的2张位图格式图像；而所述图像P0也对应包括将样本电路板分别以横向位置和竖向位置获取的2张位图格式图像。 
另外，本发明还公开一种利用图像分析检测机插元件的系统，包括： 
图像采集单元，用于采集通过机器自动插装元件的待检测电路板的位图格式图像P1； 
图像数据转换单元，用于依次将图像P1中每个像素点P1(i)的红绿蓝三基色数据转换为表色数据Y1(i)、Cr1(i)、Cb1(i)和Gray1(i)； 
图像数据对比单元，用于依次将图像P1中每个像素点P1(i)的表色数据Y1(i)、Cr1(i)、Cb1(i)和Gray1(i)分别与对应于待检测电路板的样本电路板的位图格式图像P0中对应像素点P0(i)的表色数据Y0(i)、Cr0(i)、Cb0(i)和Gray0(i)进行对比； 
图像数据分析单元，用于当像素点P1(i)与像素点P0(i)之间的平均表色数据差值大于预设阈值时，判断像素点P1(i)与像素点P0(i)存在差异且标识该像素点P1(i)。 
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果： 
本发明通过对待检测电路板的位图格式图像分析，能够准确的检测并标识待检测电路板上可能出现的多插、漏插和元件位置偏移等缺陷，为供操作检验人员提供了重要参考信息。本发明具有原理简单和实现简易的优点，并从效率上大幅度提高对待检测电路板待核对次数，从劳动强度可减轻核对人员的工作量，保证了电路板插件元件的检测准确性。 
附图说明
图1是本发明一个具体实施例的流程示意图； 
图2是本发明一个具体实施例的结构示意图。 
具体实施方式
如图1所示，本发明大致采用如下方式来实现： 
步骤S110、通过摄像头/视频头、扫描仪、或照相机等图像采集设备获取待检测电路板的BMP位图格式图像P1。 
由于BMP图像格式是一种与硬件设备无关的图像文件格式，采用位映射存储格式，除了图像深度可选以外，不采用其他任何压缩，BMP文件可分为四个部分：位图文件头、位图信息头、彩色板、图像数据阵列。另外，本实施例采用24bit的图像存储模式，并利用其图像数据阵列中每一个像素点的红(R)、绿(G)、蓝(B)三基色数值分别占用1个二进制字节表示。 
步骤S120、依次将图像P1中每个像素点P1(i)的红绿蓝三基色数据转换为表色数据Y1(i)、Cr1(i)、Cb1(i)和Gray1(i)。 
本发明将每个像素在处理过程中转换为Y、Cr、Cb以及灰度值，以弥补单纯的R、G、B三基色值的对比难度。具体来说，将图像P1中每个像素点P1(i)的红、绿、蓝三基色组成的彩色空间变换为由色度(Hue)、饱和度(Saturation)和纯度(Value)三个变量构成的HSV色彩模型值以及灰度值分别标记为：Y1(i)、Cr1(i)、Cb1(i)和Gray1(i)： 
Y1(i)＝0.299*R1(i)+0.587*G1(i)+0.114*B1(i)； 
Cr1(i)＝0.5*R1(i)-0.4187*G1(i)-0.0813*B1(i)+128； 
Cb1(i)＝-0.1687*R1(i)-0.3313*G1(i)+0.5*B1(i)+128 
Gray1(i)＝(222*R1(i)+707*G1(i)+71*B1(i))/1000； 
其中，R1(i)、G1(i)和G1(i)分别是像素点P1(i)的R、G、B三基色数值。 
步骤S130、类似于步骤S110，采集与待测试电路板对应的样本电路板的BMP位图格式图像P0。 
当然，图像P1和图像P0具有尽可能一致的采集环境，采用同样的图像采集设备，且具有相同的分辨率。 
步骤S140、类似于步骤S120，将依次将图像P0中每个像素点P0(i)的红绿蓝三基色数据转换为表色数据Y0(i)、Cr0(i)、Cb0(i)和Gray0(i)： 
Y0(i)＝0.299*R0(i)+0.587*G0(i)+0.114*B0(i)； 
Cr0(i)＝0.5*R0(i)-0.4187*G0(i)-0.0813*B0(i)+128； 
Cb0(i)＝-0.1687*R0(i)-0.3313*G0(i)+0.5*B0(i)+128 
Gray0(i)＝(222*R0(i)+707*G0(i)+71*B0(i))/1000； 
其中，R0(i)、G0(i)和G0(i)分别是像素点P0(i)的R、G、B三基色数值。 
步骤S150、依次将图像P1中每个像素点P1(i)的表色数据Y1(i)、Cr1(i)、Cb1(i)和Gray1(i)分别与图像P0中对应像素点P0(i)的表色数据Y0(i)、Cr0(i)、Cb0(i)和Gray0(i)进行对比。 
对于像素点P1(i)而言，若步骤S150判断像素点P1(i)和像素点P0(i)的平均表色数据差值ΔY＝(Y1-Y0)≥ΔT1并且ΔCr＝(Cr1-Cr0)≥ΔT2并且ΔCb＝(Cb1-Cb0)≥ΔT3并且ΔGray＝(Gray1-Gray0)≥ΔT4，则认为像素点P1(i)与像素点P0(i)存在显著的差异。 
其中，ΔT1、ΔT2、ΔT3和ΔT4均是在考虑由于图像获取过程中个外界因素的干扰(如外加光源、摄像头的图像捕抓变化、噪点干扰等)，图像P1和P0的亮度或部分亮度产生变化，故附加一个对比Y、Cr、Cb以及灰度值的“阀值”。也就是说，若像素点P1(i)和像素点P0(i)的平均表色数据差值均在“阀值”数据范围内，则认为像素点P1(i)和像素点P0(i)一致，否则认为像素点P1(i)与像素点P0(i)之间存在显著的差异。 
步骤S160、若像素点P1(i)与像素点P0(i)之间存在显著的差异，则标识该像素点P1(i)。 
需要说明的是，在待测试电路板的图像P1中，如果单纯一个像素点被标识为差异像素点，很可能是由于各种外界因素的干扰所引起的图像噪点与差异，但其分布的密度不够而产生对“元器件丢失”的判断，则一般不会被检测人员认为是缺陷。相反，如果图像P1中某一个局部具有连续的、或密集的差异像素点，则一般会认定该局部存在元器件插接缺陷，会引起检测人员的高度重视。 
并且，由于在电路板上元器件插接位置有横向和竖向，为了提高本发明图像检测的精确度，一般需要分别对横向位置和竖向位置获取待检测电路板的图像P1进行检测判断。 
结合图2所示，本实施例包括：图像采集单元210、图像数据转换单元220、图像数据对比单元230和图像数据分析单元240。 
其中，图像采集单元210用于采集通过机器自动插装元件的待检测电路板的位图格式图像P1；图像数据转换单元220用于依次将图像P1中每个像素点P1(i)的红绿蓝三基色数据转换为表色数据Y1(i)、Cr1(i)、Cb1(i)和Gray1(i)；图像数据对比单元230用于依次将图像P1中每个像素点P1(i)的表色数据Y1(i)、Cr1(i)、Cb1(i)和Gray1(i)分别与对应于待检测电路板的样本电路板的位图格式图像P0中对应像素点P0(i)的表色数据Y0(i)、Cr0(i)、Cb0(i)和Gray0(i)进行对比；图像数据分析单元240用于当像素点P1(i)与像素点P0(i)之间的平均表色数据差值大于预设阈值时，判断像素点P1(i)与像素点P0(i)存在差异且标识该像素点P1(i)。 
本发明通过对待检测电路板的位图格式图像分析，能够准确的检测并标识待检测电路板上可能出现的多插、漏插和元件位置偏移等缺陷，为供操作检验人员提供了重要参考信息。本发明具有原理简单和实现简易的优点，并从效率上大幅度提高对待检测电路板待核对次数，从劳动强度可减轻核对人员的工作量，保证了电路板插件元件的检测准确性。 

Claims (8)

1.一种利用图像分析检测机插元件的方法，其特征在于，包括步骤：
采集通过机器自动插装元件的待检测电路板的位图格式图像P1；
依次将图像P1中每个像素点P1(i)的红绿蓝三基色数据转换为色度Y1(i)、饱和度Cr1(i)、纯度Cb1(i)和灰度Gray1(i)；
依次将图像P1中每个像素点P1(i)的色度Y1(i)、饱和度Cr1(i)、纯度Cb1(i)和灰度Gray1(i)分别与对应于待检测电路板的样本电路板的位图格式图像P0中对应像素点P0(i)的色度Y0(i)、饱和度Cr0(i)、纯度Cb0(i)和灰度Gray0(i)进行对比；
若像素点P1(i)与像素点P0(i)之间的平均色度数据差值ΔY、平均饱和度数据差值ΔCr、平均纯度数据差值ΔCb、平均灰度数据差值ΔGray均大于各自的预设阈值，则判断像素点P1(i)与像素点P0(i)存在差异且标识该像素点P1(i)。
2.根据权利要求1所述的利用图像分析检测机插元件的方法，其特征在于，所述图像P1和所述图像P0中每个像素点的红绿蓝三基色数据均用1个二进制字节表示。
3.根据权利要求1所述的利用图像分析检测机插元件的方法，其特征在于，所述图像P1和所述图像P0具有相同的采集环境和相同的分辨率，且均通过摄像头、视频头、扫描仪或照相机所获取。
4.根据权利要求1所述的利用图像分析检测机插元件的方法，其特征在于，所述图像P1包括将待检测电路板分别以横向位置和竖向位置获取的2张位图格式图像；而所述图像P0也对应包括将样本电路板分别以横向位置和竖向位置获取的2张位图格式图像。
5.一种利用图像分析检测机插元件的系统，其特征在于，包括：
图像采集单元，用于采集通过机器自动插装元件的待检测电路板的位图格式图像P1；
图像数据转换单元，用于依次将图像P1中每个像素点P1(i)的红绿蓝三基色数据转换为色度Y1(i)、饱和度Cr1(i)、纯度Cb1(i)和灰度Gray1(i)；
图像数据对比单元，用于依次将图像P1中每个像素点P1(i)的色度Y1(i)、饱和度Cr1(i)、纯度Cb1(i)和灰度Gray1(i)分别与对应于待检测电路板的样本电路板的位图格式图像P0中对应像素点P0(i)的色度Y0(i)、饱和度Cr0(i)、纯度Cb0(i)和灰度Gray0(i)进行对比；
图像数据分析单元，用于当像素点P1(i)与像素点P0(i)之间的平均色度数据差值ΔY、平均饱和度数据差值ΔCr、平均纯度数据差值ΔCb、平均灰度数据差值ΔGray均大于各自的预设阈值时，判断像素点P1(i)与像素点P0(i)存在差异且标识该像素点P1(i)。
6.根据权利要求5所述的利用图像分析检测机插元件的系统，其特征在于，所述图像P1和所述图像P0中每个像素点的红绿蓝三基色数据均用1个二进制字节表示。
7.根据权利要求5所述的利用图像分析检测机插元件的系统，其特征在于，所述图像P1和所述图像P0具有相同的采集环境和相同的分辨率；且所述图像采集单元为摄像头、视频头、扫描仪或照相机。
8.根据权利要求5所述的利用图像分析检测机插元件的系统，其特征在于，所述图像P1包括将待检测电路板分别以横向位置和竖向位置获取的2张位图格式图像；而所述图像P0也对应包括将样本电路板分别以横向位置和竖向位置获取的2张位图格式图像。
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