CN105445277B - 一种fpc表面质量视觉智能检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种FPC表面质量视觉智能检测方法,采用窗口为3×3中值滤波器对FPC图像进行处理;采用RGB颜色空间,在B通道提取片体的轮廓并对片体与背景进行分割;以FPC轮廓设计区域掩膜,从而产生内外两个图像掩膜,分别用内外掩模与原图像进行数学运算,得到内外感兴趣区域图像,采用RGB颜色空间投影阈值算法对压点与划伤进行识别,得到轮廓内部缺陷和轮廓外部缺陷;最后进行缺陷识别与分类;本发明的有益效果是提供了一种FPC表面质量视觉智能检测方法,检测效率高,能准确判断FPC表面是否有质量缺陷。
Description
技术领域
本发明属于电路板制造技术领域,涉及一种FPC表面质量视觉智能检测方法。
背景技术
柔性印刷电路板(Flexible Printed Circuit,FPC)是以聚酰亚胺或聚酯薄膜为基材制成的一种具有高度可靠性、绝佳的可挠性印刷电路,FPC技术作为一种特殊的电子互连技术,有着十分显著的优越性。它具有轻、薄、短、小、结构灵活的特点,除可静态弯曲外,还能作动态弯曲、卷曲和折叠等,广泛地应用于航天、军事、移动终端、手机、数码相机等多个领域。随着计算机图像处理与识别技术的迅猛发展,使得基于机器视觉的FPC在线缺陷检测成为可能,并越来越受到人们的重视,渐渐成为质量检测的一种趋势。但是,目前FPC的自动检测系统的研究仍然停留在一个相对初期的水平,大多数FPC生产企业为节约生产成本,仍主要依靠人眼辅助光学设备来检测产品质量,但长时间、高度集中观察图像给检测人员带来了极大的精神疲劳,难以保证产品质量。而随着沿海等地区人力成本的不断上升以及招工困难的问题,使得FPC质检自动化迫在眉睫。
发明内容
本发明的目的在于提供一种FPC表面质量视觉智能检测方法,解决了目前FPC检测主要依靠人工,效率低,成本高,检测效果差的问题。
本发明所采用的技术方案是按照以下步骤进行:
步骤1:对采集的FPC图像进行图像预处理;采用窗口为3×3中值滤波器对FPC图像进行处理;
步骤2:FPC轮廓提取;采用RGB颜色空间,在B通道提取片体的轮廓并对片体与背景进行分割;
步骤3:掩膜设计;将提取的FPC轮廓以像素精度画在另一幅由内存开辟的与采集图像相同大小且像素灰度全为0的图像上,作为缺陷识别掩膜的母体,分别填充掩膜母体轮廓内部与外部区域,从而产生内外两个图像掩膜,分别用内外掩膜与原图像进行数学运算,得到内外感兴趣区域图像,以FPC轮廓为界,内掩膜与采集图像处理后使FPC轮廓内部的图像得以全部保留,外部被忽略,若与外模板作用,处理效果正好相反;
步骤4:缺陷提取;采用RGB颜色空间投影阈值算法对压点与划伤进行识别,得到轮廓内部缺陷和轮廓外部缺陷;
步骤5:缺陷识别与分类;
依据内部缺陷的几何特征将其区分为压点与划伤,采用缺陷轮廓面积Scon与其最小外接矩形面积Srect的比值来描述这种区分,将其定义为填充度,如下式所示;
R=Scon/Srect
压点的填充度R比较大,实验发现都在0.7以上,而划伤成条状,填充度R较小,均在0.3以下;综合以上分析,缺陷分类准则为:
(1)若轮廓外部有宽度大于限定阈值Tw的白色区域,则为溢胶;
(2)若轮廓内部存在面积大于限定阈值Ts的白色区域,依据式R=Scon/Srect计算该区域的轮廓填充度R,若R>0.5,则为压点;否则为划伤。
进一步,所述步骤4中,缺陷提取的方法为对轮廓内部感兴趣区域图像提取R通道的图像,选择阈值Th=60对其二值化处理;对轮廓外部感兴趣区域图像变换到HSV颜色空间,提取H通道的图像,对其作阈值化处理,取阈值区间的中值TH=195。
进一步,所述组合光源上端为红色同轴光源,中间为白色环形光源,下端为白色条形光源。
本发明的有益效果是提供了一种FPC表面质量视觉智能检测方法,检测效率高,能准确判断FPC表面是否有质量缺陷。
附图说明
图1从左至右是正常和含有三种缺陷的FPC在光源下经预滤波后的图像;
图2(a)采用otsu阈值对图像进行分割;
图2(b)片体轮廓图像;
图3左为内掩膜图像,右为外掩膜图像;
图4为FPC各特征在H空间的分布图;
图5为FPC三种缺陷的识别效果图,从左至右依次为压点、划伤、溢胶。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明FPC表面质量视觉智能检测方法步骤如下:
步骤1:对采集的FPC图像进行图像预处理;图像预处理的主要目的是消除图像中无关的信息,恢复有用的真实信息,增强有关信息的可检测性和最大限度地简化数据,从而改进特征抽取、图像分割、匹配和识别的可靠性,而图像增强是图像预处理的主要手段。根据FPC质检的实际需求,需消除因光照不均匀等原因产生的噪声,所以需要对图像进行增强处理。在线缺陷检测系统中遇到的大多是高斯噪声与椒盐噪声,特别是椒盐噪声会对缺陷的后续识别产生致命影响。本发明采用基于中值滤波的自适应滤波器。中值滤波是一种非线性滤波器,对椒盐噪声具有良好的滤波效果,且同时为保留图像的细节信息,故采用窗口为3×3中值滤波器对FPC图像进行处理,图1从左至右是正常和含有三种缺陷的FPC在特殊设计的组合光源下经预滤波后的图像。
步骤2:FPC轮廓提取
提取FPC轮廓是其缺陷识别算法中的一个重要环节。轮廓可以把视场图像分割成内外两部分,使识别中内外空间区域的缺陷特征互不干扰,并行处理;可以通过缺陷在轮廓内外的空间信息来区分其所属类型。当内外区域的不同缺陷呈现相同描述特征时,轮廓成为区分的最佳标准。提取轮廓采用RGB颜色空间,该空间中,任一颜色在红、绿、蓝三个不同通道的分量不同,这也是彩色图像特征识别的基础。在组合光源下,片体的各部分因材质不同其颜色特征存在明显差异。由于镜面反射,片体具有明显不同于其他区域的颜色特征,其颜色在RGB通道所占分量分别约为0.005(R)、0.47(G)和0.98(B)。实验数据表明,片体颜色在B通道的分量最大,故在该通道提取片体的轮廓。由于在B通道背景与前景差别很大,采用otsu阈值对图像进行分割如图2(a),片体轮廓图像如图2(b)所示。
步骤3:掩膜设计
掩膜可以控制任意形状的感兴趣区域。其原理是用预先制作的感兴趣区掩膜与待处理图像进行数学运算,经过运算以后,感兴趣区域内图像特征保持不变,而区域外的图像将会被屏蔽。本发明以FPC轮廓设计区域掩膜,并将其用到缺陷识别算法中。具体实现为:将提取的FPC轮廓以像素精度画在另一幅由内存开辟的与采集图像相同大小且像素灰度全为0的图像上,作为缺陷识别掩膜的母体,分别填充掩膜母体轮廓内部与外部区域,从而产生内外两个图像掩膜,分别用内外掩膜与原图像进行数学运算,就可以得到内外感兴趣区域图像。以FPC的轮廓为界,内掩膜与采集图像处理后可使FPC轮廓内部的图像得以全部保留,外部被忽略(处理中灰度值为0)。若与外模板作用,处理效果正好相反,提取的内外掩膜如图3所示。
步骤4:缺陷提取,采用RGB颜色空间投影阈值算法对压点与划伤进行识别,得到轮廓内部缺陷和轮廓外部缺陷;
在组合光源下,压点和划伤呈白色,组合光源上端为红色同轴光源,中间为白色环形光源,下端为白色条形光源。基于缺陷的颜色特征,采用RGB颜色空间投影阈值算法对压点与划伤进行识别,并引入向量空间理论对缺陷识别算法进行解释。RGB颜色空间以一个单位长度的立方体来表示,过原点的三条边r、g、b构成了颜色空间的单位正交基,设C为可见光谱里面的任一种颜色,其可以等价为RGB颜色空间的任一向量c,则有:
其中,λr、λg、λb分别表示向量c在颜色空间r、g、b三个正交基上的分量。设白色与浅蓝色光谱对应的RGB颜色空间向量分别为w、b。对于向量w,有λr:λg:λb=1:1:1,向量b有λr=0,λg:λb=0.5:1。为了使白色的压点、划伤缺陷与蓝色片体在向量空间具有较大区分度,可将w和b向量向r轴投影,b在r轴的投影为一个点,则br=0;而w在r轴的投影为一定长度的线段,由投影几何关系可知向量间夹角余弦值约为0.8,故wr=0.8×|w|,定义向量w和b在r轴投影分量比值η来描述这种区分度,如下式所示:
η=wr/br
理论上br趋近于0,则区分度η趋近无穷大,说明在r通道压点、划伤特征与背景才具有最大的区分度,同时CCD传感器对红外光较其他光谱更敏感,因此r轴投影的区分效果最理想。其流程如下:首先把实时采集并预处理后的图像与内部掩膜进行数学运算,得到轮廓内部感兴趣区域图像,然后提取R通道的图像,选择阈值Th=60对其二值化处理。
FPC上,胶体呈粉色,在RGB颜色空间用向量p表示,其对应的λr、λg、λb都有一定分量,p不能用RGB颜色空间中的任意两个正交基完全线性表示,故单纯在RGB颜色空间胶体难以取得较好的提取效果,于是选择HSV颜色空间。将彩色图像从RGB空间转换到HSV空间,能够有效地提取出更加丰富的彩色图像颜色信息,特别是其色调分量(H)能够描述不同波段的颜色光谱的变化信息,该分量不易受到光照条件变化的影响,其描述特征具有很强的鲁棒性。基于色调分量良好的描述特性,经过大量实验比对发现,H分量更适合分离胶体与其他图像特征。各特征在HSV颜色空间的色调H离散分布如图4所示,将颜色空间模型的连续角度参数离散成0到255的数值区间。片体的分布区间为[130-140],背景约为[160-171],胶体为[220-234]。从数据可以看出,胶体颜色与其他颜色特征在HSV的H通道具有很大的区分度,当阈值TH∈[175-215]任意一个值,都可以将胶体提取出来。其流程如下:通过预处理图像与外部掩膜的数学运算,得到轮廓外部感兴趣区域图像;然后将其变换到HSV颜色空间,提取H通道的图像,对其作阈值化处理,取阈值区间的中值TH=195。
步骤5:缺陷识别与分类
进行缺陷种类数据统计是工业生产一个重要的环节,通过该数据反馈,可以更好地指导生产,改进加工工艺。经过缺陷提取算法处理后的图像若无以上特征,则FPC没有这三种缺陷,否则存在。以FPC轮廓为界,依据缺陷的空间信息可把缺陷分为内部缺陷和外部缺陷。溢胶全部在轮廓外侧属于外部缺陷,压点与划伤为内部缺陷。检测要求对内部缺陷作进一步分类,依据内部缺陷的几何特征将其区分为压点与划伤,且采用缺陷轮廓面积Scon与其最小外接矩形面积Srect的比值来描述这种区分,将其定义为填充度,如下式所示:
R=Scon/Srect
压点的填充度R比较大,实验发现都在0.7以上,而划伤成条状,填充度R较小,均在0.3以下。综合以上分析,缺陷分类准则为:
(1)若轮廓外部有宽度大于限定阈值Tw的白色区域,则为溢胶。
(2)若轮廓内部存在面积大于限定阈值Ts的白色区域,依据式R=Scon/Srect计算该区域的轮廓填充度R。若R>0.5,则为压点;否则为划伤。
本文取Tw=3,Ts=5,单位为像素,按照上述分类准则,内部缺陷的轮廓及其对应的最小外接矩形如图5所示。其中,图5(a)的R=0.95;图5(b)两处缺陷的R值分别为0.04和0.78;图5(c)为溢胶效果图,其缺陷位置均在轮廓之外。
以上所述只是该发明的具体实施方式,上述举例说明不对本发明的实质内容构成限制,所属技术领域的普通技术人员在阅读了本说明书后可以对上述的具体实施方式做修改或变形,而不背离本发明的实质和范围。
Claims (3)
1.一种FPC表面质量视觉智能检测方法,其特征在于按照以下步骤进行:
步骤1:对采集的FPC图像进行图像预处理;采用窗口为3×3中值滤波器对FPC图像进行处理;
步骤2:FPC轮廓提取;采用RGB颜色空间,在B通道提取片体的轮廓并对片体与背景进行分割;
步骤3:掩膜设计;将提取的FPC轮廓以像素精度画在另一幅由内存开辟的与采集图像相同大小且像素灰度全为0的图像上,作为缺陷识别掩膜的母体,分别填充掩膜母体轮廓内部与外部区域,从而产生内外两个图像掩膜,分别用内外掩模与原图像进行数学运算,得到内外感兴趣区域图像,以FPC轮廓为界,内掩膜与采集图像处理后使FPC轮廓内部的图像得以全部保留,外部被忽略,若与外模板作用,处理效果正好相反;
步骤4:缺陷提取;在组合光源下,压点和划伤呈白色,采用RGB颜色空间投影阈值算法对压点与划伤进行识别,得到轮廓内部缺陷和轮廓外部缺陷;
步骤5:缺陷识别与分类;
依据内部缺陷的几何特征将其区分为压点与划伤,采用缺陷轮廓面积Scon与其最小外接矩形面积Srect的比值来描述这种区分,将其定义为填充度,如下式所示:
R=Scon/Srect
压点的填充度R比较大,实验发现都在0.7以上,而划伤成条状,填充度R较小,均在0.3以下;综合以上分析,缺陷分类准则为:
(1)若轮廓外部有宽度大于限定阈值Tw的白色区域,则为溢胶;
(2)若轮廓内部存在面积大于限定阈值Ts的白色区域,依据式R=Scon/Srect计算该区域的轮廓填充度R,若R>0.5,则为压点;否则为划伤。
2.按照权利要求1所述一种FPC表面质量视觉智能检测方法,其特征在于:所述步骤4中,缺陷提取的方法为对轮廓内部感兴趣区域图像提取R通道的图像,选择阈值Th=60对其二值化处理;对轮廓外部感兴趣区域图像变换到HSV颜色空间,提取H通道的图像,对其作阈值化处理,取阈值区间的中值TH=195。
3.按照权利要求1所述一种FPC表面质量视觉智能检测方法,其特征在于:所述组合光源上端为红色同轴光源,中间为白色环形光源,下端为白色条形光源。
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