CN104297254B - 一种基于混合法的印刷电路板缺陷检测方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于混合法的印刷电路板缺陷检测方法及系统，所述方法包括：在现场采集待检测印刷电路板的图像；对待检测印刷电路板的图像进行二值化；对二值化后的图像进行连通域的查找，统计各个连通域的质心及面积信息；以各个连通域的质心及面积信息为匹配标准，与电路图模板中的连通域进行对比，若质心及面积信息的误差在预设范围内则视为匹配，否则视为不匹配；对不匹配的连通域进行分割，使分割后的部分子连通域与电路图模板中的连通域匹配，进一步缩小未能匹配的子连通域的范围；对各个连通域作进一步的细节检测。本发明及系统能较好地避免旋转、平移、缩放、倾斜等引起的缺陷误报，对合理的形变及缺陷有较好的区分能力。

Description

一种基于混合法的印刷电路板缺陷检测方法及系统

技术领域

本发明涉及一种印刷电路板缺陷检测方法，尤其是一种基于混合法的印刷电路板缺陷检测方法及系统。属于缺陷检测技术领域。

背景技术

目前印刷电路板缺陷检测的方法主要有3种：参考法、非参考法及混合法。其中，参考法对模板有过强的依赖性，并且采取的多是类似于简单作差的匹配算法，对于印刷电路板图像偏差的容错能力较差；非参考法则更多的依赖规则，而非对具体的图像像素进行匹配，存在的缺点是对模板的信息利用不足，对图像细节的检测不足；混合法则结合了上述两种方法的优点，这类方法采用的是类似于非参考法的规则匹配，同时，尽可能多地利用模板上的信息，在规则的指导下对细节像素进行进一步的检测。混合法目前仍处于起步阶段，且较少有针对连通域分割及块状物检测的方法。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述现有技术的缺陷，提供一种基于混合法的印刷电路板缺陷检测方法，该方法使用方便，能较好地避免旋转、平移、缩放、倾斜等引起的缺陷误报，对合理的形变及缺陷有较好的区分能力。

本发明的另一目的在于提供一种基于混合法的印刷电路板缺陷检测系统。

本发明的目的可以通过采取如下技术方案达到：

一种基于混合法的印刷电路板缺陷检测方法，所述方法包括以下步骤：

1)在现场采集待检测印刷电路板的图像；

2)对待检测印刷电路板的图像进行二值化；

3)对二值化后的图像进行连通域的查找，统计各个连通域的质心及面积信息；

4)以各个连通域的质心及面积信息为匹配标准，与电路图模板中的连通域进行对比，若质心及面积信息的误差在预设范围内则视为匹配，否则视为不匹配；

5)对不匹配的连通域进行分割，使分割后的部分子连通域与电路图模板中的连通域匹配，进一步缩小未能匹配的子连通域的范围；

6)对各个连通域作进一步的细节检测。

作为一种优选方案，步骤5)所述对不匹配的连通域进行分割采用的是焊盘圆弧分割法，所述焊盘圆弧分割法为识别焊盘圆弧后在焊盘圆弧处将多个线路线条分割开。

作为一种优选方案，步骤5)所述对不匹配的连通域进行分割采用的是细化算法对窄连接进行分割，所述窄连接是指在细化算法执行较少迭代次数时就已经是单像素点的位置。

作为一种优选方案，所述对窄连接进行分割采用如下方法：

对二值化图采用细化算法进行分割，在执行较少迭代次数后，找出单像素的点，这些点将组成局部的链码，并将相邻链码的端点中相邻距离小于预设值的点连接起来，对单像素点组成的链码、以及链码之间的连线做法线，沿法线两侧将前景像素标记为背景像素，直到遇到背景像素停止。

作为一种优选方案，所述相邻链码的确定具体为：

执行更多次数的细化算法，使原来的相邻链码之间的像素也变成单像素，之后按链码顺序读取点，将原有链码及链码连线上的点全部找出，即确定了链码的相邻关系。

作为一种优选方案，所述对窄连接进行分割采用如下方法：

从电路图模板出发，对未能配对的连通域采用细化算法，找出单像素区域；同时，对待检测印刷电路板的图像中未能配对的连通域也执行相同次数的细化操作，找出单像素区域；在电路图模板中标记单像素区域的邻域，确定待检测印刷电路板的图像中该区域是否也存在单像素点，若有，则可能存在合理的分割线，在电路图模板及待检测印刷电路板的图像中同时寻找图像特征确定最终的分割线。

作为一种优选方案，所述在电路图模板及待检测印刷电路板的图像中同时寻找图像特征确定最终的分割线，具体为：

在电路图模板及待检测印刷电路板的图像这两幅图像对应单像素区域中，各自取一段单像素点构成的链码，取链码上某点做链码的法线，并沿法线两侧寻找前景像素，直到遇到背景像素时停止，则得到了链码上某点所在连通域边缘上的点，即每侧各有一个点；

得到两个边缘点后，在边缘图上取边缘点相邻的链码，每幅图各两段链码；在电路图模板中，由此链码结合Gerber文件得到与链码相接的特征图形，所述特征图形是指圆弧及特定角度的角点；在待检测印刷电路板的图像中识别圆弧或特定角度角点并得到具体坐标，在电路图模板及待检测印刷电路板的图像中分别在这些特征图形的连线的相同位置设置分割线的一个端点，或在形状为圆弧的特征图形上取分割线的一个端点；将两段边缘链码上得到的两个分割点相连，即得到了分割线；

对分割线作验证，按如下方法剔除部分分割线：

a、若多个分割线有交点，只保留其中1个分割线；

b、取各分割线与连通域边缘线的交点，若交点在链码上的间隔小于预设值，则只保留其中1个分割线。

作为一种优选方案，步骤6)所述对各个连通域作进一步的细节检测，具体为：

对于线条，采用细化算法，以其线宽作为考核指标，即沿细化后的中心线的法线方向统计像素点个数；

对于块状物，采用识别圆弧及特定角度角点的方法，将识别出的圆弧及角点作为特征定标点，以各者之间的连线为基准，沿法线重点检测其余边缘线与所述连线的偏差程度，即完成了块状物的检测；若圆弧或角点有重大缺陷无法识别，则进行局部的直线识别，确定作为基准的连线的端点；

对于未能匹配的连通域，采用上述块状物的检测方法，从电路图模板出发，做尝试检测。

作为一种优选方案，所述沿法线重点检测其余边缘线与所述连线的偏差程度采用的方法是沿所述连线的法线方向统计到其余边缘线上的点的距离。

本发明的另一目的可以通过采取如下技术方案达到：

一种基于混合法的印刷电路板缺陷检测系统，所述系统包括：

图像采集模块，用于在现场采集待检测印刷电路板的图像；

二值化模块，用于对待检测印刷电路板的图像进行二值化；

连通域查找模块，用于对二值化后的图像进行连通域的查找，统计各个连通域的质心及面积信息；

连通域匹配模块，用于以各个连通域的质心及面积信息为匹配标准，与电路图模板中的连通域进行对比，若质心及面积信息的误差在预设范围内则视为匹配，否则视为不匹配；

连通域分割模块，用于对不匹配的连通域进行分割，使分割后的部分子连通域与电路图模板中的连通域匹配，进一步缩小未能匹配的子连通域的范围；

连通域细节检测模块，用于对各个连通域作进一步的细节检测。

本发明相对于现有技术具有如下的有益效果：

本发明的印刷电路板缺陷检测方法及系统基于混合法，以电路图设计文件(即电路图模板)为指导对现场采集的印刷电路板图像进行缺陷检测，着重利用规则进行检测，且对块状物的特征图形做了特征识别及坐标检测，能较好地避免旋转、平移、缩放、倾斜等引起的缺陷误报，对合理的形变及缺陷有较好的区分能力，能满足印刷电路板常见的缺陷检测需求，如短路、断路、残铜等。

附图说明

图1为本发明实施例1的基于混合法的印刷电路板缺陷检测方法的流程示意图。

图2为本发明实施例2的基于混合法的印刷电路板缺陷检测系统结构框图。

具体实施方式

实施例1：

如图1所示，本实施例的基于混合法的印刷电路板缺陷检测方法包括以下步骤：

1)在现场采集待检测印刷电路板的图像；

2)对待检测印刷电路板的图像进行二值化；

3)对二值化后的图像进行连通域的查找，统计各个连通域的质心及面积信息；

4)以各个连通域的质心及面积信息为匹配标准，与电路图模板中的连通域进行对比，若质心及面积信息的误差在预设范围(如6％～8％)内则视为匹配，否则视为不匹配；

5)对不匹配的连通域进行分割，使分割后的部分子连通域与电路图模板中的连通域匹配，进一步缩小未能匹配的子连通域的范围；

6)对各个连通域(所有匹配的连通域，以及步骤5)分割后未能匹配的子连通域)作进一步的细节检测。

步骤5)所述对不匹配的连通域进行分割可以采用两种方法：

一种是采用焊盘圆弧分割法，由于焊盘处可能连接了多个线路线条，因此识别焊盘圆弧后可在焊盘圆弧处将多个线路线条分割开，本质效果是分割了连通域，焊盘圆弧识别可以采用现有缺陷检测技术领域中通用的圆弧识别方法。

另一种是采用细化算法对窄连接进行分割，所述窄连接是指在细化算法执行较少迭代次数(该迭代次数由人为指定，如8～12次)时就已经是单像素点的位置。

其中，所述对窄连接进行分割可以采用如下两种方法：

第一种方法主要针对待检测图像中造成多个连通域错误地合并为一个连通域的窄连接，这种窄连接主要体现为印刷电路板中的线路短路，其特点是模板中并不出现，因此只对待检测图像进行操作，同时减少了对模板的依赖性，具体为：

对二值化图采用细化算法进行分割，在执行较少迭代次数后，找出单像素的点，这些点将组成局部的链码，并将相邻链码的端点中相邻距离小于预设值的点连接起来，对单像素点组成的链码、以及链码之间的连线做法线，沿法线两侧将前景像素(包括这些链码及链码连线)标记为背景像素，直到遇到背景像素停止。

关于上述相邻链码的确定：由于从空间关系上无法直接确定哪两个链码是相邻链码，因此可以执行更多次数的细化算法，使原来的相邻链码之间的像素也变成单像素，之后按链码顺序读取点，即可将原有链码及链码连线上的点全部找出，即确定了链码的相邻关系。

第二种方法是电路图模板及待检测印刷电路板的图像均有的窄连接，因此需要对电路图模板及待检测印刷电路板的图像都进行操作，从电路图模板出发，采用细化算法，找出单像素区域，并利用该区域相邻链码的两个方向上的图形特征(这些特征指的是圆弧、特定角度角点的具体坐标)确定最终的分割位置，力求使模板及待检测版分割的相对位置一致，保证分割后有部分连通域能够匹配，具体如下：

从电路图模板出发，对未能配对的连通域采用细化算法，找出单像素区域；同时，对待检测印刷电路板的图像中未能配对的连通域也执行相同次数的细化操作，找出单像素区域；在电路图模板中标记单像素区域的邻域(邻域范围的大小需预先设置)，确定待检测印刷电路板的图像中该区域是否也存在单像素点，若有，则可能存在合理的分割线，在电路图模板及待检测印刷电路板的图像中同时寻找图像特征确定最终的分割线；

所述在电路图模板及待检测印刷电路板的图像中同时寻找图像特征确定最终的分割线，具体为：

在电路图模板及待检测印刷电路板的图像这两幅图像对应单像素区域中，各自取一段单像素点构成的链码，取链码上某点做链码的法线，并沿法线两侧寻找前景像素，直到遇到背景像素时停止，则得到了链码上某点所在连通域边缘上的点，即每侧各有一个点；

得到两个边缘点后，在边缘图上取边缘点相邻的链码，每幅图各两段链码；在电路图模板中，由此链码结合Gerber文件得到与链码相接的特征图形，所述特征图形是指圆弧及特定角度的角点；在待检测印刷电路板的图像中识别圆弧或特定角度角点(采用现有缺陷检测技术领域中通用的识别圆弧及特定角度角点的方法)并得到具体坐标，在电路图模板及待检测印刷电路板中分别在这些特征图形的连线的相同位置设置分割线的一个端点；将两段边缘链码上得到的两个分割点相连，即得到了分割线；

更进一步地，窄连接分割线的端点位置并不一定位于两个特征图形的连线上，也可能是位于一个形状为圆弧的特征图形上，此时需要根据圆弧长度，在圆弧上某位置取分割线的一个端点；

得到分割线后，对分割线作验证，按如下方法剔除部分分割线：

a、若多个分割线有交点，只保留其中1个分割线；

b、取各分割线与连通域边缘线的交点，若交点在链码上的间隔小于预设值，则只保留其中1个分割线。

步骤6)所述对各个连通域作进一步的细节检测，具体为：

对于线条，采用细化算法，以其线宽作为考核指标，即沿细化后的中心线的法线方向统计像素点个数；

对于块状物，采用识别圆弧及特定角度角点的方法，将识别出的圆弧及角点作为特征定标点，以各者之间的连线为基准，沿法线重点检测其余边缘线与所述连线的偏差程度(方法是沿所述连线的法线方向统计到其余边缘线上的点的距离)，即完成了块状物的检测；若圆弧或角点有重大缺陷无法识别，则进行局部的直线识别，确定作为基准的连线的端点；

对于未能匹配的连通域，采用上述块状物的检测方法，从电路图模板出发，做尝试检测。

实施例2：

如图2所示，本实施例的基于混合法的印刷电路板缺陷检测系统包括图像采集模块、二值化模块、连通域查找模块、连通域匹配模块、连通域分割模块以及连通域细节检测模块，其中：

图像采集模块，用于在现场采集待检测印刷电路板的图像；

二值化模块，用于对待检测印刷电路板的图像进行二值化；

连通域查找模块，用于对二值化后的图像进行连通域的查找，统计各个连通域的质心及面积信息；

连通域匹配模块，用于以各个连通域的质心及面积信息为匹配标准，与电路图模板中的连通域进行对比，若质心及面积信息的误差在预设范围内则视为匹配，否则视为不匹配；

连通域分割模块，用于对不匹配的连通域进行分割，使分割后的部分子连通域与电路图模板中的连通域匹配，进一步缩小未能匹配的子连通域的范围；

连通域细节检测模块，用于对各个连通域作进一步的细节检测。

本实施例中分割模块和细节检测模块的具体检测过程同实施例1。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，相应的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，所述的存储介质，如ROM、磁盘或光盘等。

综上所述，本发明的印刷电路板缺陷检测方法及系统基于混合法，以电路图设计文件(即电路图模板)为指导对现场采集的印刷电路板图像进行缺陷检测，着重利用规则进行检测，且对块状物的特征图形做了特征识别及坐标检测，能较好地避免旋转、平移、缩放、倾斜等引起的缺陷误报，对合理的形变及缺陷有较好的区分能力，能满足印刷电路板常见的缺陷检测需求，如短路、断路、残铜等。

以上所述，仅为本发明专利较佳的实施例，但本发明专利的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明专利所公开的范围内，根据本发明专利的技术方案及其发明专利构思加以等同替换或改变，都属于本发明专利的保护范围。

Claims (7)

1.一种基于混合法的印刷电路板缺陷检测方法，其特征在于所述方法包括以下步骤：

1)在现场采集待检测印刷电路板的图像；

2)对待检测印刷电路板的图像进行二值化；

3)对二值化后的图像进行连通域的查找，统计各个连通域的质心及面积信息；

4)以各个连通域的质心及面积信息为匹配标准，与电路图模板中的连通域进行对比，若质心及面积信息的误差在预设范围内则视为匹配，否则视为不匹配；

5)对不匹配的连通域进行分割，使分割后的部分子连通域与电路图模板中的连通域匹配，进一步缩小未能匹配的子连通域的范围；

所述对不匹配的连通域进行分割采用的是焊盘圆弧分割法，所述焊盘圆弧分割法为识别焊盘圆弧后在焊盘圆弧处将多个线路线条分割开；

或所述对不匹配的连通域进行分割采用的是细化算法对窄连接进行分割，所述窄连接是指在细化算法执行较少迭代次数时就已经是单像素点的位置；

6)对各个连通域作进一步的细节检测；

所述对各个连通域作进一步的细节检测，具体为：

对于线条，采用细化算法，以其线宽作为考核指标，即沿细化后的中心线的法线方向统计像素点个数；

对于块状物，采用识别圆弧及特定角度角点的方法，将识别出的圆弧及角点作为特征定标点，以各者之间的连线为基准，沿法线重点检测其余边缘线与所述连线的偏差程度，即完成了块状物的检测；若圆弧或角点有重大缺陷无法识别，则进行局部的直线识别，确定作为基准的连线的端点；

对于未能匹配的连通域，采用上述块状物的检测方法，从电路图模板出发，做尝试检测。

2.根据权利要求1所述的一种基于混合法的印刷电路板缺陷检测方法，其特征在于：所述对窄连接进行分割采用如下方法：

对二值化图采用细化算法进行分割，在执行较少迭代次数后，找出单像素的点，这些点将组成局部的链码，并将相邻链码的端点中相邻距离小于预设值的点连接起来，对单像素点组成的链码、以及链码之间的连线做法线，沿法线两侧将前景像素标记为背景像素，直到遇到背景像素停止。

3.根据权利要求2所述的一种基于混合法的印刷电路板缺陷检测方法，其特征在于：所述相邻链码的确定具体为：

执行更多次数的细化算法，使原来的相邻链码之间的像素也变成单像素，之后按链码顺序读取点，将原有链码及链码连线上的点全部找出，即确定了链码的相邻关系。

4.根据权利要求1所述的一种基于混合法的印刷电路板缺陷检测方法，其特征在于：所述对窄连接进行分割采用如下方法：

从电路图模板出发，对未能配对的连通域采用细化算法，找出单像素区域；同时，对待检测印刷电路板的图像中未能配对的连通域也执行相同次数的细化操作，找出单像素区域；在电路图模板中标记单像素区域的邻域，确定待检测印刷电路板的图像中该区域是否也存在单像素点，若有，则可能存在合理的分割线，在电路图模板及待检测印刷电路板的图像中同时寻找图像特征确定最终的分割线。

5.根据权利要求4所述的一种基于混合法的印刷电路板缺陷检测方法，其特征在于：所述在电路图模板及待检测印刷电路板的图像中同时寻找图像特征确定最终的分割线，具体为：

在电路图模板及待检测印刷电路板的图像这两幅图像对应单像素区域中，各自取一段单像素点构成的链码，取链码上某点做链码的法线，并沿法线两侧寻找前景像素，直到遇到背景像素时停止，则得到了链码上某点所在连通域边缘上的点；

得到两个边缘点后，在边缘图上取边缘点相邻的链码，每幅图各两段链码；在电路图模板中，由此链码结合Gerber文件得到与链码相接的特征图形，所述特征图形是指圆弧及特定角度的角点；在待检测印刷电路板的图像中识别圆弧或特定角度角点并得到具体坐标，在电路图模板及待检测印刷电路板的图像中分别在这些特征图形的连线的相同位置设置分割线的一个端点，或在形状为圆弧的特征图形上取分割线的一个端点；将两段边缘链码上得到的两个分割点相连，即得到了分割线；

对分割线作验证，按如下方法剔除部分分割线：

a、若多个分割线有交点，只保留其中1个分割线；

b、取各分割线与连通域边缘线的交点，若交点在链码上的间隔小于预设值，则只保留其中1个分割线。

6.根据权利要求1所述的一种基于混合法的印刷电路板缺陷检测方法，其特征在于：所述沿法线重点检测其余边缘线与所述连线的偏差程度采用的方法是沿所述连线的法线方向统计到其余边缘线上的点的距离。

7.一种基于混合法的印刷电路板缺陷检测系统，其特征在于所述系统包括：

图像采集模块，用于在现场采集待检测印刷电路板的图像；

二值化模块，用于对待检测印刷电路板的图像进行二值化；

连通域查找模块，用于对二值化后的图像进行连通域的查找，统计各个连通域的质心及面积信息；

连通域匹配模块，用于以各个连通域的质心及面积信息为匹配标准，与电路图模板中的连通域进行对比，若质心及面积信息的误差在预设范围内则视为匹配，否则视为不匹配；

连通域分割模块，用于对不匹配的连通域进行分割，使分割后的部分子连通域与电路图模板中的连通域匹配，进一步缩小未能匹配的子连通域的范围；

所述对不匹配的连通域进行分割采用的是焊盘圆弧分割法，所述焊盘圆弧分割法为识别焊盘圆弧后在焊盘圆弧处将多个线路线条分割开；

或所述对不匹配的连通域进行分割采用的是细化算法对窄连接进行分割，所述窄连接是指在细化算法执行较少迭代次数时就已经是单像素点的位置；

连通域细节检测模块，用于对各个连通域作进一步的细节检测；

所述对各个连通域作进一步的细节检测，具体为：

对于线条，采用细化算法，以其线宽作为考核指标，即沿细化后的中心线的法线方向统计像素点个数；

对于块状物，采用识别圆弧及特定角度角点的方法，将识别出的圆弧及角点作为特征定标点，以各者之间的连线为基准，沿法线重点检测其余边缘线与所述连线的偏差程度，即完成了块状物的检测；若圆弧或角点有重大缺陷无法识别，则进行局部的直线识别，确定作为基准的连线的端点；

对于未能匹配的连通域，采用上述块状物的检测方法，从电路图模板出发，做尝试检测。