CN105787939A - 一种用于pcb板圆孔的快速定位检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于PCB板圆孔的快速定位检测方法，利用PCB板圆孔的圆的几何特征，利用Canny算子将灰度图转化为边缘图像，并采用快速欧氏距离将边缘图像转换到距离域，局部最大值获得圆心坐标，提高计算速度，借助距离图筛选去除其中的错误选择，并修正圆心坐标，最终实现对PCB板上圆孔的精确定位，计算速度快、精度高，具有良好的应用前景。

Description

一种用于PCB板圆孔的快速定位检测方法

技术领域

本发明涉及印制线路板检测技术领域，具体涉及一种用于PCB板圆孔的快速定位检测方法。

背景技术

PCB板(印制线路板)是电子工业生产的基础，随着对PCB板数量的日益增加，对PCB板检测的快速性和准确性有着很高的要求。传统的人工PCB板检测方法成本高、耗时长，已经落后于现代工业生产的要求，因此，利用计算机辅助的自动化检测方法应运而生。

目前，图像处理方法是常用于类似于PCB板自动化检测方法，主要包括Hough变换法、图像比较法等算法。其中，Hough变换法利用Hough变换将原图像转换到参数空间中，在参数空间内累计得出图形的参数。但是Hough变换法虽然适用性广泛，但是建立参数空间需要大量内存，进而计算时间较长；图像比较法则是利用理想的参考图像与待检测图像直接进行比对如两图像相减，以此来判断PCB板上是否存在缺陷，这种方法虽然简单易行，但是对于拍摄的待检测图像有着较高的要求，须与参考图像的拍摄条件相近才适合进行比较，另外对于内存大小也有要求。

针对现有的适用于PCB板自动化检测的图像处理方法中的不足，如何开发一种速度快、精度高的PCB板自动化检测方法，是当前急需解决的问题。

发明内容

本发明所解决的技术问题是克服现有的适用于PCB板自动化检测的图像处理方法中的不足。本发明的用于PCB板圆孔的快速定位检测方法，利用Canny算子将灰度图转化为边缘图像，并采用快速欧氏距离将边缘图像转换到距离域，局部最大值获得圆心坐标，提高计算速度，借助距离图筛选去除其中的错误选择，并修正圆心坐标，最终实现对PCB板上圆孔的精确定位，计算速度快、精度高，具有良好的应用前景。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种用于PCB板圆孔的快速定位检测方法，其特征在于：包括以下步骤，

步骤(A)，利用摄像设备获取PCB板的RGB图像；

步骤(B)，将步骤(A)得到的RGB图像转换为灰度图，所述RGB图像转换为灰度图的转换公式，如公式(1)所示，

灰度图＝0.2989×R通道分量+0.5870×G通道分量+0.1140×B通道分量(1)

步骤(C)，采用Canny算子将步骤(B)得到的灰度图转换为边缘图像，所述边缘图像经过降噪处理，去除过短的边缘；

步骤(D)，利用快速欧氏距离变换将步骤(C)得到的边缘图像在线性时间内转换到距离域得到距离图，设集合O为边缘图像中像素值为1的前景集合，集合O^c为边缘图像中像素值为0的背景集合，q点为背景集合内的任意一点，p点为前景集合的任意一点，p点的欧氏距离变换DT(p)，如公式(2)所示，

$DT\left(p\right)=min\left\{d(p,q)\right|q\⋐O^c\}---\left(2\right)$

其中，d(p,q)为边缘图像中p、q点间的距离，p点的坐标为(p_x、p_y)，p点的坐标为(p_x、p_y)；

步骤(E)，在步骤(D)得到的距离图上搜索局部最大值，标记距离图上所有的圆心的坐标C，所述局部最大值的定义为不小于其的8个相邻值，如公式(2)所示，

$C=\underset{p}{\arg \max }\left\{DT\left(p\right)\right|DT\left(p\right)>DT\left(q\right),|p-q|\≤\sqrt{2},p\≠q\}---\left(2\right)$

其中，DT(q)是与p点相邻的q点处欧氏距离变换，是DT(p)取得最大值时所对应的p点坐标；

步骤(F)，根据步骤(E)得到的圆心的坐标C，利用距离图生成虚拟圆，并基于虚拟圆进行圆的筛选，删除偏差的圆心坐标；

步骤(G)，根据距离图，对步骤(F)中保留的圆心坐标进行修正；

步骤(H)，根据步骤(G)得到修正后的圆心坐标对PCB板的对圆孔进行定位检测。

前述的用于PCB板圆孔的快速定位检测方法，其特征在于：步骤(F)，根据步骤(E)得到的圆心的坐标C，利用距离图生成虚拟圆的方法为，在欧氏距离变换得到的距离域内，以中心点为圆心、中心点处距离图上对应值为半径生成的圆为最大内接圆，所述最大内接圆为虚拟圆。

前述的用于PCB板圆孔的快速定位检测方法，其特征在于：步骤(F)，并基于虚拟圆进行圆的筛选，删除偏差的圆心坐标，包括以下步骤，

(F1)，若圆心坐标分别位于p点和q点处的圆相交，d(p,q)<DT(p)+DT(q)，则比较圆心坐标对应的最大内接圆上任一点与边缘的平均距离，将平均距离大对应的圆心坐标删除；

(F2)，利用欧氏距离变换，计算最大内接圆与其所对应的边缘之间的距离，由于边缘在欧氏距离变换中定义为前景，则最大内接圆上任意一点与边缘间的最近距离为欧氏距离变换值DT(p)，对于理想的圆形，该距离应始终为零；

(F3)，若(F2)计算最大内接圆与其所对应的边缘之间的距离的最大值超过阈值，如公式(3)所示，

$\underset{d(P,C)=R}{max}\left\{DT\left(P\right)\right\}>Tol---\left(3\right)$

其中，P为最大内接圆上任意一点，C为最大内接圆的圆心，R为最大内接圆的半径，d(P,C)为点P和C之间的距离，Tol为阈值，若最大值超过阈值，则判断被测最大内接圆的形状不是圆形或为次品，对应的圆心坐标删去。

前述的用于PCB板圆孔的快速定位检测方法，其特征在于：步骤(G)，根据距离图，对步骤(F)中保留的圆心坐标进行修正，包括以下步骤，

(G1)，定义位移矢量所述位移矢量如公式(4)所示，

$\stackrel{\&RightArrow;}{M}=\frac{1}{n}\mathrm{\&Sigma;}\stackrel{\&RightArrow;}{\mathrm{PN}\left(P\right)}---\left(4\right)$

其中，P为最大内接圆上的点，n为最大内接圆上的点数，N(P)为P点满足欧氏距离变换的最近点，为P点至N(P)点的矢量；

(G2)，原圆心的坐标C经(G1)计算的位移矢量移动到新位置C′，并重新计算新的位移矢量

(G3)，若新的位移矢量的模超过1个像素时，则重复(G1)-(G2)，继续移动圆心的坐标；否则，不移动此时的圆心坐标，完成圆心坐标的修正。

本发明的有益效果是：本发明的用于PCB板圆孔的快速定位检测方法，利用Canny算子将灰度图转化为边缘图像，并采用快速欧氏距离将边缘图像转换到距离域，局部最大值获得圆心坐标，提高计算速度，借助距离图筛选去除其中的错误选择，并修正圆心坐标，最终实现对PCB板上圆孔的精确定位，计算速度快、精度高，具有良好的应用前景。

附图说明

图1是本发明的用于PCB板圆孔的快速定位检测方法的流程图。

具体实施方式

下面将结合说明书附图，对本发明作进一步的说明。

本发明的用于PCB板圆孔的快速定位检测方法，利用Canny算子将灰度图转化为边缘图像，并采用快速欧氏距离将边缘图像转换到距离域，局部最大值获得圆心坐标，提高计算速度，借助距离图筛选去除其中的错误选择，并修正圆心坐标，最终实现对PCB板上圆孔的精确定位，计算速度快、精度高，如图1所示，具体包括以下步骤，

步骤(A)，利用摄像设备获取PCB板的RGB图像；

步骤(B)，将步骤(A)得到的RGB图像转换为灰度图，所述RGB图像转换为灰度图的转换公式，如公式(1)所示，

灰度图＝0.2989×R通道分量+0.5870×G通道分量+0.1140×B通道分量(1)

步骤(C)，采用Canny算子将步骤(B)得到的灰度图转换为边缘图像，所述边缘图像经过降噪处理，去除过短的边缘；

步骤(D)，利用快速欧氏距离变换将步骤(C)得到的边缘图像在线性时间内转换到距离域得到距离图，设集合O为边缘图像中像素值为1的前景集合，集合O^c为边缘图像中像素值为0的背景集合，q点为背景集合内的任意一点，p点为前景集合的任意一点，p点的欧氏距离变换DT(p)，如公式(2)所示，

$DT\left(p\right)=min\left\{d(p,q)\right|q\&Subset;O^c\}---\left(2\right)$

其中，d(p,q)为边缘图像中p、q点间的距离，p点的坐标为(p_x、p_y)，p点的坐标为(p_x、p_y)；

步骤(E)，在步骤(D)得到的距离图上搜索局部最大值，标记距离图上所有的圆心的坐标C，所述局部最大值的定义为不小于其的8个相邻值，如公式(2)所示，

$C=\underset{p}{\arg \max }\left\{DT\left(p\right)\right|DT\left(p\right)>DT\left(q\right),|p-q|\&le;\sqrt{2},p\&NotEqual;q\}---\left(2\right)$

其中，DT(q)是与p点相邻的q点处欧氏距离变换，是DT(p)取得最大值时所对应的p点坐标；

步骤(F)，根据步骤(E)得到的圆心的坐标C，利用距离图生成虚拟圆，生成虚拟圆的方法为，在欧氏距离变换得到的距离域内，以中心点为圆心、中心点处距离图上对应值为半径生成的圆为最大内接圆，所述最大内接圆为虚拟圆，并基于虚拟圆进行圆的筛选，删除偏差的圆心坐标，包括以下步骤，

(F1)，若圆心坐标分别位于p点和q点处的圆相交，d(p,q)<DT(p)+DT(q)，则比较圆心坐标对应的最大内接圆上任一点与边缘的平均距离，将平均距离大对应的圆心坐标删除；

(F2)，利用欧氏距离变换，计算最大内接圆与其所对应的边缘之间的距离，由于边缘在欧氏距离变换中定义为前景，则最大内接圆上任意一点与边缘间的最近距离为欧氏距离变换值DT(p)，对于理想的圆形，该距离应始终为零；

(F3)，若(F2)计算最大内接圆与其所对应的边缘之间的距离的最大值超过阈值，如公式(3)所示，

$\underset{d(P,C)=R}{max}\left\{DT\left(P\right)\right\}>Tol---\left(3\right)$

其中，P为最大内接圆上任意一点，C为最大内接圆的圆心，R为最大内接圆的半径，d(P,C)为点P和C之间的距离，Tol为阈值，Tol的阈值由PCB圆孔尺寸和PCB孔径公差要求决定，一般大于0.1倍的圆孔半径时，若最大值超过阈值Tol，则判断被测最大内接圆的形状不是圆形或为次品，对应的圆心坐标删去；

步骤(G)，根据距离图，对步骤(F)中保留的圆心坐标进行修正，包括以下步骤，

(G1)，定义位移矢量所述位移矢量如公式(4)所示，

$\stackrel{\&RightArrow;}{M}=\frac{1}{n}\mathrm{\&Sigma;}\stackrel{\&RightArrow;}{\mathrm{PN}\left(P\right)}---\left(4\right)$

其中，P为最大内接圆上的点，n为最大内接圆上的点数，N(P)为P点满足欧氏距离变换的最近点，为P点至N(P)点的矢量；

(G2)，原圆心的坐标C经(G1)计算的位移矢量移动到新位置C′，并重新计算新的位移矢量

(G3)，若新的位移矢量的模超过1个像素时，则重复(G1)-(G2)，继续移动圆心的坐标；否则，不移动此时的圆心坐标，完成圆心坐标的修正；

步骤(H)，根据步骤(G)得到修正后的圆心坐标对PCB板的对圆孔进行定位检测。

综上所述，本发明的用于PCB板圆孔的快速定位检测方法，采用快速欧氏距离变换，提高了计算速度；利用虚拟圆筛选方法，减少了对于图像内容先验信息的依赖，本发明可以有效定位PCB板上的圆孔，计算速度和精度优于传统方法。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (4)

1.一种用于PCB板圆孔的快速定位检测方法，其特征在于：包括以下步骤，

步骤(A)，利用摄像设备获取PCB板的RGB图像；

步骤(B)，将步骤(A)得到的RGB图像转换为灰度图，所述RGB图像转换为灰度图的转换公式，如公式(1)所示，

灰度图＝0.2989×R通道分量+0.5870×G通道分量+0.1140×B通道分量(1)

步骤(C)，采用Canny算子将步骤(B)得到的灰度图转换为边缘图像，所述边缘图像经过降噪处理，去除过短的边缘；

步骤(D)，利用快速欧氏距离变换将步骤(C)得到的边缘图像在线性时间内转换到距离域得到距离图，设集合O为边缘图像中像素值为1的前景集合，集合O^c为边缘图像中像素值为0的背景集合，q点为背景集合内的任意一点，p点为前景集合的任意一点，p点的欧氏距离变换DT(p)，如公式(2)所示，

$\mathrm{DT}\left(p\right)=\mathrm{mim}\left\{d(p,q)\right|q\&Subset;O^c---\left(2\right)$

其中，d(p,q)为边缘图像中p、q点间的距离，p点的坐标为(p_x、p_y)，p点的坐标为(p_x、p_y)；

步骤(E)，在步骤(D)得到的距离图上搜索局部最大值，标记距离图上所有的圆心的坐标C，所述局部最大值的定义为不小于其的8个相邻值，如公式(2)所示，

$C=\underset{p}{\arg \max }\left\{DT\left(p\right)|DT\left(p\right)>DT\left(q\right),\left|p-q\right|\&le;\sqrt{2},p\&NotEqual;q\right\}---\left(2\right)$

其中，DT(q)是与p点相邻的q点处欧氏距离变换，是DT(p)取得最大值时所对应的p点坐标；

步骤(F)，根据步骤(E)得到的圆心的坐标C，利用距离图生成虚拟圆，并基于虚拟圆进行圆的筛选，删除偏差的圆心坐标；

步骤(G)，根据距离图，对步骤(F)中保留的圆心坐标进行修正；

步骤(H)，根据步骤(G)得到修正后的圆心坐标对PCB板的对圆孔进行定位检测。

2.根据权利要求1所述的用于PCB板圆孔的快速定位检测方法，其特征在于：步骤(F)，根据步骤(E)得到的圆心的坐标C，利用距离图生成虚拟圆的方法为，在欧氏距离变换得到的距离域内，以中心点为圆心、中心点处距离图上对应值为半径生成的圆为最大内接圆，所述最大内接圆为虚拟圆。

3.根据权利要求1或2所述的用于PCB板圆孔的快速定位检测方法，其特征在于：步骤(F)，并基于虚拟圆进行圆的筛选，删除偏差的圆心坐标，包括以下步骤，

(F1)，若圆心坐标分别位于p点和q点处的圆相交，d(p,q)<DT(p)+DT(q)，则比较圆心坐标对应的最大内接圆上任一点与边缘的平均距离，将平均距离大对应的圆心坐标删除；

(F2)，利用欧氏距离变换，计算最大内接圆与其所对应的边缘之间的距离，由于边缘在欧氏距离变换中定义为前景，则最大内接圆上任意一点与边缘间的最近距离为欧氏距离变换值DT(p)，对于理想的圆形，该距离应始终为零；

(F3)，若(F2)计算最大内接圆与其所对应的边缘之间的距离的最大值超过阈值，如公式(3)所示，

$\underset{d(P,C)=R}{max}\left\{DT\left(P\right)\right\}>Tol---\left(3\right)$

其中，P为最大内接圆上任意一点，C为最大内接圆的圆心，R为最大内接圆的半径，d(P,C)为点P和C之间的距离，Tol为阈值，若最大值超过阈值Tol，判断被测的最大内接圆形状不是圆形或为次品，对应的圆心坐标删去。

4.根据权利要求1或2所述的用于PCB板圆孔的快速定位检测方法，其特征在于：步骤(G)，根据距离图，对步骤(F)中保留的圆心坐标进行修正，包括以下步骤，

(G1)，定义位移矢量所述位移矢量如公式(4)所示，

其中，P为最大内接圆上的点，n为最大内接圆上的点数，N(P)为P点满足欧氏距离变换的最近点，为P点至N(P)点的矢量；

(G2)，原圆心的坐标C经(G1)计算的位移矢量移动到新位置C′，并重新计算新的位移矢量

(G3)，若新的位移矢量的模超过1个像素时，则重复(G1)-(G2)，继续移动圆心的坐标；否则，不移动此时的圆心坐标，完成圆心坐标的修正。