CN102521648A - 一种元器件自动计数统计方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用机器视觉和图像处理的方法进行元器件数量自动统计的方法和装置。能够对贴片电阻、贴片电容等小尺寸元器件自动进行比较精确数量统计，不仅提升了计数效率和计数准确性，而且降低了操作人员的劳动强度。

Description

一种元器件自动计数统计方法和装置

技术领域

本发明属于电子元器件筛选统计技术领域，更具体地涉及一种利用机器视觉和图像处理的方法进行元器件自动计数统计的方法和装置。

背景技术

目前在元器件筛选工作中，通常采用的方法是检验员将大批微小元器件置于托盘上，用人工进行计数。当元器件数量特别多时，该方法易受操作人员的经验和心理、生理等因素影响，精确性和稳定性较差。一旦出现核验错误，还需进行再次计数。

元器件在出厂时，多数包裹在条形带中，条形带上开有小孔，出厂前采用光电扫描的方法进行计数统计，而在元器件筛选前需要将元器件进行拆封处理，此时需要进行计数统计就不能采用光电扫描的方法。该专利所阐述的元器件自动计数装置不仅能够实现大批量元器件的自动化计数，而且能够减少由人工操作带来的干扰，提高元器件的计数精度和效率。

发明内容

本发明旨在提供一种元器件计数方法和计数装置，能够快速准确地统计出元器件的数量。

具体而言，本发明所述的元器件自动计数统计装置主要由元器件托盘、振动机构、照明光源、光学成像系统、成像阵列器件、综合控制系统、图像显示和数据处理系统等部分组成。元器件托盘用于放置待统计的元器件，在元器件托盘侧面开有元器件导出口。托盘底板采用具有漫透射功能的材料制成，使光源发出的光辐射漫射开，形成均匀照明背景。在元器件托盘下布置振动机构，使元器件进行微小振动，避免元器件重叠，达到均匀分布的效果。托盘上方设置光学成像系统，能够将元器件受到光源照射的阴影成像到阵列探测器件上，由器件进行探测接收。探测器开启自动增益控制、自动曝光等功能，能够自适应由目标变化而造成的成像差异。阵列成像器捕获到的图像传输至控制计算机，通过图像处理软件，将形成的图形与标准投影图形对比，统计出捕获到的标准投影图像数量，输出统计结果。

由于元器件体积小，质量轻，为了保证其在微小振动下能够迅速分散开，元器件托盘底板采用光滑平板。

光源由LED灯阵列组成，每个LED灯之间并联连接，可以形成比较均匀的面光源。由于LED灯长时间工作，不可避免地会存在热量积聚，减少灯阵寿命，所以在灯阵背面安装一台风扇，将产生的热量及时排走。

综合控制系统主要包括光源控制、振动控制、光学系统光圈控制、光学系统调焦控制、相机采集控制等。光源控制的作用为控制光源的开关和光源发光亮度的变化。振动控制可以控制振动系统的振幅和振动时间，这样针对不同的体积和质量的元器件就可以采用不同的振动参数实现较好的振动和分布效果。当光学系统焦距固定时，光学系统的光圈大小代表着进入光学系统的进光量，光圈控制意味着光学系统的光圈可变，并且通过光圈控制可以适应不同的光照条件。调焦控制可以调节光学系统最佳像面位置与阵列探测器之间的距离，使输出图像保证清晰。

阵列探测器获取元器件图像后，将图像采集并发送到图像显示和数据处理系统，将光学相机捕获的数字图像存储到计算机硬盘上。首先，调用其中一幅图像，对其进行先膨胀后腐蚀运算，在保持图像中明亮部分几何结构的同时保持连通状态。由于计数装置采集的图像为背景明亮、目标黑暗的图像，该操作可以将目标连接在一起的部分消去，同时可以消去一些微小噪点。

为便于后续运算，再对图像进行二值化处理，对此图像进行开运算，即对图像先腐蚀后膨胀，可以在保持图像中明亮部分几何结构的同时消除其间的细微连接，该操作可以将目标连接在一起的部分消去。随后，对图像进行放大，在保持图像几何结构的同时提高运算精度，避免在接下来的腐蚀过程中将目标腐蚀消失。将此图提取边缘另存，计算其中符合要求的闭合区域的数量。闭合区域的定义为边缘内像素与边缘外像素无X轴和Y轴方向上的连接。该操作可以在计数的同时消除一些杂散边缘带来的干扰。重复对调用图像的腐蚀运算、开运算、放大和边缘提取与统计，直至多次统计循环，取其稳定值为该次计数结果。

利用振动机构改变元器件在托盘上的分布后，按照上述步骤，重复数次对阵列探测器获取的图像进行处理，取所有循环统计结果的最大值作为输出结果。

通过应用该方法，将人为计数变为自动操作，大大提升了元器件数量统计的效率，并且避免了人为误差，提高了数量统计的精度。

附图说明

图1为本发明计数装置结构示意图。

图2为本发明的图像处理与数量统计流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的最佳实施例作进一步描述：

图1所示为本发明元器件自动统计装置的结构示意图。其组成主要包括阵列探测器1、光学系统2、元器件托盘3、振动机构4、照明光源5、电源和控制装置6、支架7、图像显示和数据处理系统8。

其中元器件托盘3底板采用亚克力材料制造；底板下方设置振动机构4和照明光源5；光学系统2设置在托盘上方，选用近距离照相物镜，通过电路控制孔径光阑和焦距，其取景范围覆盖整个托盘3；阵列探测器1选用面阵CCD相机，可以获取光学系统2拍摄的图像，并与图像显示和数据处理系统8相连，向其发送图像数据。

图2所示为图像处理和数量统计方法流程图。对图像的数据处理可以分为以下几个步骤：

步骤1：采集图像。将图像存储为图像1。

步骤2：消除噪点。对图像1进行闭运算，结果存为图像2，对应OpenCV函数cvMorphologyEx(输入图像，输出图像，临时图像，结构元素 $\left\{\begin{array}{ccc}-3& 0& 3\\ 10& 0& 10\\ 3& 0& -3\end{array}\right\},$ 形态操作的类型CV_MOP_CLOSE，操作次数1)，将目标连接在一起且连接部分像素垂直方向上不大于2的部分消去，同时可以消去像素小于3×3的微小噪点。

步骤3：区分目标和背景。对图像2进行二值化，结果存为图像3，将背景变为0，目标变为255。

步骤4：消除重叠部分。对图像3进行开运算，结果存为图像4，对应OpenCV函数cvMorphologyEx，输入图像，输出图像，临时图像，结构元素 $\left\{\begin{array}{ccc}-3& 0& -3\\ 10& 0& 10\\ 3& 0& 3\end{array}\right\},$ 形态操作的类型CV_MOP_OPEN，操作次数1)，将目标连接在一起且连接部分像素垂直方向上不大于2的部分消去。

步骤5：对图像4进行放大，细化图像，防止目标被腐蚀消失，结果存为图像5。

步骤6：对处理后的图像5统计目标数量。提取图像5边缘存为图像6，对应OpenCV函数cvFloodFill(输入图像，开始的种子点，填充像素灰度0，种子像素负差0，种子像素正差255，部件结构体，操作选项CV_FLOODFILL_FIXED_RANGE)，计算图像6中闭合区域内像素在一定范围的闭合区域的数量，该范围由当前元器件在图像中成像的大小决定。

步骤8：重复步骤4-步骤7，直至目标统计数量趋于稳定。取稳定值做为图像1的目标统计结果。

步骤9：改变元器件在屏幕中的分布后，重复步骤1～步骤8，取多个目标统计结果的最大值作为统计的最终结果。

作为本发明的一种优选实施例，在照明光源5旁边安装一台风扇，及时排放照明光源5产生的热量。

做为本发明的另外一种优选实施例，照明光源5选用LED灯阵。

在进一步的优选实施方式中，图像处理和数量统计计算过程循环计算数次，一般达到5-7次即可得出比较精确的数值。

在进一步的优选实施方式中，为了避免因元器件中混入其它元器件等杂物，导致最终统计结果出现误差，图像梳理和数量统计的步骤7在统计元器件数量时，采用将闭合区域的轮廓与计算机中事先存储的标准元器件轮廓形状匹配的方式。即将图像中的各闭合区域轮廓与元器件标准轮廓图像进行对比，两者匹配时才予以计数。

尽管已参照优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围并不局限于这些具体实施方式，在不偏离本发明的基本原理的情况下，可以对所述实施方式以及其中的具体技术特征-例如各个模块进行拆分、组合或改变，拆分、组合或改变后的技术方案仍将落入本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种元器件自动计数统计方法，包括以下步骤：

步骤1：将元器件平铺在可透光的元器件托盘上，以均匀光源照射托盘，在另一侧设置图像采集装置，采集以光源为背景的元器件分布图像，将图像存储为图像1。

步骤2：对图像1进行闭运算，结果存为图像2。

步骤3：对图像2进行二值化，结果存为图像3。

步骤4：对图像3进行开运算，结果存为图像4。

步骤5：对图像4进行放大，细化图像，结果存为图像5。

步骤6：提取图像5边缘，存为图像6，计算图像6中闭合区域内像素在一定范围的闭合区域的数量，该范围由当前元器件在图像中成像的大小决定。

步骤7：重复步骤4-步骤6，直至目标统计数量趋于稳定。取稳定值做为图像1的目标统计结果。

步骤8：振动托盘，改变元器件在托盘上的分布，重复步骤1-步骤7，取数次目标统计结果的最大值作为统计的最终结果。

2.一种如权利要求1所述的元器件自动计数统计方法，其特征在于，所述步骤6的计算方法为将图像中的闭合轮廓与计算机存储的元器件标准轮廓进行比对，计算形状吻合的轮廓数量。

3.一种如权利要求1或2所述的元器件自动计数统计方法，其特征在于，所述步骤8的重复次数设为3-7次。

4.一种用于元器件自动计数统计的装置，其特征在于，包括阵列探测器件(1)、光学成像系统(2)、元器件托盘(3)、振动机构(4)、照明光源(5)、图像显示和数据处理系统(8)，其中所述照明光源(5)安装在元器件托盘(3)的下方，元器件托盘(3)的底板采用具有漫投射功能的材料制成，形成均匀照明背景；元器件托盘(3)与振动机构(4)连接；光学成像系统(2)设置在将元器件受到光源照射的阴影成像到阵列探测器件上(1)，阵列探测器件(1)将捕获到的图像传输至图像显示和数据处理系统(8)，由数据处理系统(8)统计出捕获到的标准投影图像数量，输出统计结果。

5.如权利要求4所述的元器件自动计数统计装置，其特征在于，所述照明光源(5)采用LED阵列。

6.如权利要求4或5所述的元器件自动计数统计装置，其特征在于，所述照明光源(5)配有散热风扇。

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