CN103544715B - 一种印刷电路板金相切片彩色图像的分割方法 - Google Patents
一种印刷电路板金相切片彩色图像的分割方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提出一种印刷电路板金相切片彩色图像的分割方法。本发明根据PCB金相切片的材料特性、工艺条件、氧化规律及拍摄条件等，提出针对以铜为导线的PCB金相切片彩色图像分割的三个关键参数的阈值；通过计算PCB金相切片图像每个像素的色度、饱和度和亮度，并与所述的三个关键参数阈值对比，把铜颜色和其他颜色分辨出来，从而实现PCB金相切片彩色图像的准确分割。本发明广泛应用于以铜为导线的PCB基于PCB金相切片彩色图像的质量检测方法的图像预处理，能明显提高检测精度和检测效率。本发明是一种方便实用的印刷电路板金相切片彩色图像的分割方法。
Description
技术领域
本发明是一种印刷电路板(Printed Circuit Board，PCB)金相切片彩色图像的分割方法，用于以铜为导线的PCB基于PCB金相切片彩色图像的质量检测方法的图像预处理,属于印刷电路板金相切片彩色图像的分割方法的创新技术。
背景技术
现有的基于图像处理技术的PCB质量检测主要集中在PCB表面元器件检测与识别(宿鸣明.电路板元器件的检测与识别[D].大连理工大学,2005；朱岩.基于机器视觉技术的电路检测与实现[D].西北工业大学,2007)和PCB表面缺陷的检测方面(郑伟.图像法检测印刷电路板缺陷[D].西安理工大学,2002)。处理方式一般是先将PCB图像灰度化处理，得到灰度图像后再进行后续的图像处理(李汉国,何星,阎晓娜.印制电路板的自动光学检测[J].无损检测,2004,26(6)：307～309)。基于PCB金相切片彩色图像的质量检测方法主要用于PCB内部质量检测，目前的做法是在获得金相切片彩色图像后，通过一些辅助仪器以人工目测的方式进行检测。这种检测方法工作量大，花费时间多，检测精度得不到保证。因此，应用计算机图像处理技术，实现基于金相切片彩色图像的PCB质量自动检测极有必要。目前这方面的专利和研究报道很少。
PCB金相切片彩色图像的分割是基于金相切片彩色图像的PCB质量自动检测的重要预备工作，分割的目的是把导线颜色和其他颜色分辨出来，分割质量的高低直接影响检测精度和检测效率。PCB金相切片彩色图像分割所面临的主要问题是：由于PCB金相切片的材料特性、工艺条件、氧化规律及拍摄条件等因素的影响，导线和其他材料在图像中并不能用一个具体的颜色值来区分。
发明内容
本发明的目的在于考虑上述问题而提供一种能明显提高检测精度和检测效率的印刷电路板金相切片彩色图像的分割方法。
本发明的技术方案是：本发明的印刷电路板金相切片彩色图像的分割方法，包括有如下步骤：
1)输入PCB金相切片彩色图像的24位位图图像，读取输入图像相关数据；
2)设定PCB铜颜色的HSL阈值：
3)像素点坐标初始化。假设待处理像素所在位置为(i,j)，则令i＝0；j＝0，其中i表示输入图像像素点所在位置的行号，j表示输入图像像素点所在位置的列号；
4)按照从上到下，自左向右的顺序，提取图像(i,j)位置像素在RGB颜色空间中的红色、绿色和蓝色三个颜色分量的值，分别记为Rij、Gij和Bij；
5)对Rij，Gij，Bij进行归一化处理，即：Rij＝Rij/255；Gij＝Gij/255；Bij＝Bij/255；
6)计算得到Rij,Gij，Bij三者中的最大值和最小值,记为Mij和Nij：
Mij＝max{Rij,Gij,Bij},Nij＝min{Rij,Gij,Bij}；
7)计算(i,j)像素的亮度Lij的值：Lij＝(Mij+Nij)/2；
8)计算(i,j)像素的色度Hij的值；
9)计算(i,j)像素的饱和度Sij的值；
10)确定输出图像第(i,j)像素的RGB值,记为Ri'j、Gi'j和Bi'j；
11)判断图像(i,j)位置像素是否是图像最后一个像素：如果图像(i,j)位置像素是图像最后一个像素,则转步骤12)；否则像素点坐标更新为下一个像素点坐标：i＝i+1，j＝j+1，转步骤4)；
12)根据确定的输出图像各像素的RGB值等信息创建输出图像的位图文件。
13)输出对输入图像进行分割所得的24位位图图像。
上述步骤1)设定PCB铜颜色的HSL阈值如下：
PCB铜颜色的色度阈值下限H0＝0；
PCB铜颜色的色度阈值上限H1＝299；
PCB铜颜色的饱和度阈值下限S0＝0.029；
PCB铜颜色的饱和度阈值上限S1＝0.8；
PCB铜颜色的亮度阈值下限L0＝0.01；
PCB铜颜色的亮度阈值上限L1＝1。
上述步骤8)计算(i,j)像素的色度Hij的值的具体计算方法如下：
如果Mij＝Nij，那么Hij＝0；
如果Mij≠Nij，那么可以再分成以下4种情况：
①如果Mij＝Rij且Gij≥Bij，那么Hij＝60*(Gij-Bij)/(Mij-Nij)；
②如果Mij＝Rij且Gij＜Bij，那么Hij＝60*(Gij-
Bij)/(Mij-Nij)+360；
③如果Mij＝Gij那么Hij＝120+60*(Bij-Rij)/(Mij-Nij)；
④如果Mij＝Bij那么Hij＝240+60*(Rij-Gij)/(Mij-Nij)。
上述步骤9)计算(i,j)像素的饱和度Sij的值的具体计算方法如下：
如果Lij＝0或者Mij＝Nij，那么Sij＝0；
如果0<Lij≤1/2，那么Sij＝(Mij-Nij)/2*Lij；
如果Lij>1/2，那么Sij＝(Mij-Nij)/(2-2*Lij)。
上述步骤10)确定输出图像第(i,j)像素的RGB值,记为Ri'j、Gi'j和Bi'j，具体方法如下：
将转化后的HSL值与设定的PCB铜颜色的HSL阈值进行比较，即判断是否同时满足条件：H0≤H≤H1；S0≤S≤S1；L0≤Lij≤L1；如果满足以上条件，表明是铜颜色，采用原图的颜色，即：Ri'j＝Rij，Gi'j＝Gij，Bi'j＝Bij；否则以白色代替，即：Ri'j＝255，Gi'j＝255，Bi'j＝255。
铜是PCB的最重要的导线材料，本发明针对以铜为导线的PCB，提出一种PCB金相切片彩色图像的分割方法，本发明根据PCB金相切片的材料特性、工艺条件、氧化规律及拍摄条件等，提出针对以铜为导线的PCB金相切片彩色图像分割的三个关键参数的阈值；通过计算PCB金相切片图像每个像素的色度、饱和度和亮度，并与所述的三个关键参数阈值对比，把铜颜色和其他颜色分辨出来，从而实现PCB金相切片彩色图像的准确分割。本发明广泛应用于以铜为导线的PCB基于PCB金相切片彩色图像的质量检测方法的图像预处理，能明显提高检测精度和检测效率。本发明是一种方便实用的印刷电路板金相切片彩色图像的分割方法。
附图说明
图1为本发明所述方法的流程图；
图2 PCB金相切片彩色图像示例；
图3对图2所示图像进行分割所得的图像。
具体实施方式
本发明提出一种印刷电路板金相切片彩色图像的分割方法。本发明根据PCB金相切片的材料特性、工艺条件、氧化规律及拍摄条件等，提出针对以铜为导线的PCB金相切片彩色图像分割的三个关键参数的阈值；通过计算PCB金相切片图像每个像素的色度、饱和度和亮度，并与所述的三个关键参数阈值对比，把铜颜色和其他颜色分辨出来，从而实现PCB金相切片彩色图像的准确分割。
一种印刷电路板金相切片彩色图像的分割方法的实施流程图如图1所示。
具体实施方式如下：
步骤1：输入PCB金相切片彩色图像的24位位图图像，读取输入图像相关数据。
步骤2：设定PCB铜颜色的HSL阈值：
PCB铜颜色的色度阈值下限H0＝0；
PCB铜颜色的色度阈值上限H1＝299；
PCB铜颜色的饱和度阈值下限S0＝0.029；
PCB铜颜色的饱和度阈值上限S1＝0.8；
PCB铜颜色的亮度阈值下限L0＝0.01；
PCB铜颜色的亮度阈值上限L1＝1。
步骤3：像素点坐标初始化。假设待处理像素所在位置为(i,j)，则令i＝0；j＝0，其中i表示输入图像像素点所在位置的行号，j表示输入图像像素点所在位置的列号。
步骤4：按照从上到下，自左向右的顺序，提取图像(i,j)位置像素的RGB值，记为Rij、Gij和Bij。
步骤5：对Rij，Gij，Bij进行归一化处理，即：Rij＝Rij/255；Gij＝Gij/255；Bij＝Bij/255；
步骤6：计算得到Rij,Gij，Bij三者中的最大值和最小值,记为Mij和Nij：
Mij＝max{Rij,Gij,Bij},Nij＝min{Rij,Gij,Bij}。
步骤7：计算(i,j)像素的亮度Lij的值：Lij＝(Mij+Nij)/2。
步骤8：计算(i,j)像素的色度Hij的值。具体计算方法：
如果Mij＝Nij，那么Hij＝0；
如果Mij≠Nij，那么可以再分成以下4种情况：
①如果Mij＝Rij且Gij≥Bij，那么Hij＝60*(Gij-Bij)/(Mij-Nij)；
②如果Mij＝Rij且Gij＜Bij，那么Hij＝60*(Gij-
Bij)/(Mij-Nij)+360；
③如果Mij＝Gij那么Hij＝120+60*(Bij-Rij)/(Mij-Nij)；
④如果Mij＝Bij那么Hij＝240+60*(Rij-Gij)/(Mij-Nij)。
步骤9：计算(i,j)像素的饱和度Sij的值。具体计算方法：
如果Lij＝0或者Mij＝Nij，那么Sij＝0；
如果0<Lij≤1/2，那么Sij＝(Mij-Nij)/2*Lij；
如果Lij>1/2，那么Sij＝(Mij-Nij)/(2-2*Lij)。
步骤10：确定输出图像第(i,j)像素的RGB值,记为Ri'j、Gi'j和Bi'j。具体方法：
将转化后的HSL值与设定的PCB铜颜色的HSL阈值进行比较，即判断是否同时满足条件：H0≤H≤H1；S0≤S≤S1；L0≤Lij≤L1。如果满足以上条件，表明是铜颜色，采用原图的颜色，即：Ri'j＝Rij，Gi'j＝Gij，Bi'j＝Bij；否则以白色代替，即：Ri'j＝255，Gi'j＝255，Bi'j＝255。
步骤11：判断图像(i,j)位置像素是否是图像最后一个像素：如果图像(i,j)位置像素是图像最后一个像素,则转步骤12；否则像素点坐标更新为下一个像素点坐标：i＝i+1，j＝j+1，转步骤4。
步骤12：根据确定的输出图像各像素的RGB值等信息创建输出图像的位图文件。
步骤13：输出对输入图像进行分割所得的24位位图图像。
作为示例，所述方法对图2所示的PCB金相切片彩色图像进行分割，结果如图3所示。
Claims (4)
1.一种印刷电路板金相切片彩色图像的分割方法，其特征在于包括有如下步骤：
1)输入PCB金相切片彩色图像的24位位图图像，读取输入图像相关数据；
2)设定PCB铜颜色的HSL阈值；
3)像素点坐标初始化，假设待处理像素所在位置为(i,j)，则令i＝0；j＝0，其中i表示输入图像像素点所在位置的行号，j表示输入图像像素点所在位置的列号；
4)按照从上到下，自左向右的顺序，提取图像(i,j)位置像素在RGB颜色空间中的红色、绿色和蓝色三个颜色分量的值，分别记为Rij、Gij和Bij；
5)对Rij，Gij，Bij进行归一化处理，即：Rij＝Rij/255；Gij＝Gij/255；Bij＝Bij/255；
6)计算得到Rij,Gij，Bij三者中的最大值和最小值,记为Mij和Nij：
Mij＝max{Rij,Gij,Bij},Nij＝min{Rij,Gij,Bij}；
7)计算(i,j)像素的亮度Lij的值：Lij＝(Mij+Nij)/2；
8)计算(i,j)像素的色度Hij的值；
9)计算(i,j)像素的饱和度Sij的值；
10)确定输出图像第(i,j)像素的RGB值,记为R′ij、G′ij和B′ij；
11)判断图像(i,j)位置像素是否是图像最后一个像素：如果图像(i,j)位置像素是图像最后一个像素,则转步骤12)；否则像素点坐标更新为下一个像素点坐标：i＝i+1，j＝j+1，转步骤4)；
12)根据确定的输出图像各像素的RGB值信息创建输出图像的位图文件；
13)输出对输入图像进行分割所得的24位位图图像；
上述步骤1)设定PCB铜颜色的HSL阈值如下：
PCB铜颜色的色度阈值下限H0＝0；
PCB铜颜色的色度阈值上限H1＝299；
PCB铜颜色的饱和度阈值下限S0＝0.029；
PCB铜颜色的饱和度阈值上限S1＝0.8；
PCB铜颜色的亮度阈值下限L0＝0.01；
PCB铜颜色的亮度阈值上限L1＝1。
2.根据权利要求1所述的印刷电路板金相切片彩色图像的分割方法，其特征在于上述步骤8)计算(i,j)像素的色度Hij的值的具体计算方法如下：
如果Mij＝Nij，那么Hij＝0；
如果Mij≠Nij，那么再分成以下4种情况：
①如果Mij＝Rij且Gij≥Bij，那么Hij＝60*(Gij-Bij)/(Mij-Nij)；
②如果Mij＝Rij且Gij＜Bij，那么Hij＝60*(Gij-Bij)/(Mij-Nij)+360；
③如果Mij＝Gij那么Hij＝120+60*(Bij-Rij)/(Mij-Nij)；
④如果Mij＝Bij那么Hij＝240+60*(Rij-Gij)/(Mij-Nij)。
3.根据权利要求1所述的印刷电路板金相切片彩色图像的分割方法，其特征在于上述步骤9)计算(i,j)像素的饱和度Sij的值的具体计算方法如下：
如果Lij＝0或者Mij＝Nij，那么Sij＝0；
如果0<Lij≤1/2，那么Sij＝(Mij-Nij)/2*Lij；
如果Lij>1/2，那么Sij＝(Mij-Nij)/(2-2*Lij)。
4.根据权利要求1所述的印刷电路板金相切片彩色图像的分割方法，其特征在于上述步骤10)确定输出图像第(i,j)像素的RGB值,记为R′ij、G′ij和B′ij，具体方法如下：
将转化后的HSL值与设定的PCB铜颜色的HSL阈值进行比较，即判断是否同时满足条件：H0≤H≤H1；S0≤S≤S1；L0≤Lij≤L1；如果满足以上条件，表明是铜颜色，采用原图的颜色，即：R′ij＝Rij，G′ij＝Gij，B′ij＝Bij；否则以白色代替，即：R′ij＝255，G′ij＝255，B′ij＝255。
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