CN107504896A - 一种基于点匹配的球形引脚元件的定位算法 - Google Patents
一种基于点匹配的球形引脚元件的定位算法 Download PDFInfo
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Abstract
一种基于点匹配的球形引脚元件的定位算法，涉及球形引脚元件定位领域。本发明是为了解决现有缺少能够准确测量球形引脚芯片的位置和角度的问题。根据球形引脚的半径大小绘制白色圆形图像并进行距离变换；对原芯片图像进行边缘检测并进行相关性滤波，得到焊球点中心坐标；选取芯片外围端点焊球中心坐标进行点匹配得到芯片的旋转角度和芯片实体中心相对于芯片图像中心的偏移位置坐标位置；将芯片的边缘图像与坐标集采用圆拟合方法进行拟合，得到芯片精确的旋转角度和芯片实体中心相对于芯片图像中心精确的偏移位置坐标，从而实现球形引脚元件的定位。本发明应用于贴片机球形引脚芯片测试过程。
Description
技术领域
本发明涉及贴片机视觉系统中球形引脚元件的视觉检测方法，主要实现球形引脚元件定位功能。
背景技术
随着电子工业的发展，表面贴装技术(SMT，Surface Mount Technology)也迅速发展。其中，贴片机是SMT生产线的关键设备，主要实现贴片元件的贴装。贴片机的机器视觉系统直接影响到贴片机的贴装速度和精度，这对于元件的视觉识别算法提出了很高的要求。
现有的贴片机视觉系统中对球形引脚元件的视觉检测精度差，不能准确测量测量球形引脚芯片的位置和角度，所以定位精度差。
发明内容
本发明是为了解决现有缺少能够准确测量球形引脚芯片的位置和角度的问题。现提供一种基于点匹配的球形引脚元件的定位算法。
一种基于点匹配的球形引脚元件的定位算法，该算法包括以下步骤：
步骤一、根据芯片的焊球，得到焊球的模板图像；
步骤二、对芯片图像进行边缘检测，得到芯片的边缘图像；
步骤三、将步骤一中得到的模板图像作为核，对步骤二中得到的边缘图像进行相关性滤波，得到滤波图像；
步骤四、统计步骤三中滤波图像中像素值大于阈值像素值的个数和位置信息，根据统计的信息，得到芯片图像中的所有焊球中心位置的坐标集
步骤五、根据芯片实体的型号信息，得到当芯片旋转角度为0时，芯片每一个焊球中心相对于芯片实体中心的位置坐标，获得实际芯片中所有焊球中心的坐标集在坐标集中，选取芯片最外围焊球中心坐标集和芯片最外围端点焊球中心坐标集
步骤六、获得步骤四中坐标集与步骤五中芯片最外围端点焊球中心坐标集的仿射变换匹配点集计算坐标集与仿射变换匹配点集之间仿射变换关系，得到芯片的旋转角度α'和芯片实体中心相对于芯片图像中心的偏移位置坐标(x',y')；
步骤七、根据芯片的旋转角度α'和芯片实体中心相对于芯片图像中心的偏移位置坐标(x',y')，对步骤五中的坐标集进行仿射变换得到外围焊球中心位置旋转后的坐标集
步骤八、将步骤二中得到的芯片的边缘图像与步骤七中得到的坐标集采用圆拟合方法进行拟合，得到所有外围焊球精确的中心位置坐标集
步骤九、计算步骤五中的坐标集与步骤八中坐标集之间仿射变换关系，得到芯片精确的旋转角度α*和芯片实体中心相对于芯片图像中心精确的偏移位置坐标(x*,y*)，从而实现球形引脚元件的定位。
本发明的有益效果为：
本申请主要用于解决贴片机视觉系统在贴装球形引脚芯片前，需要测试精确的芯片旋转角度和偏移量问题。球形引脚元件的图像的焊球中心是重要的特征，根据芯片图像焊球中心坐标与通过芯片信息得到的模板焊球中心坐标进行点匹配，可以计算得到精确的芯片位置和角度。采用本申请的方法进行芯片引脚定位，同比现有的方式准确性提高了5倍以上，本申请应用于贴片机球形引脚芯片测试过程。
附图说明
图1为具体实施方式一所述的一种基于点匹配的球形引脚元件的定位算法的流程图；
图2为具体实施方式一中提出的绘制的白色圆形图像；
图3为具体实施方式一中提出的白色圆形图像经过距离变换后得到的焊球的模板图像；
图4为一种BGA型芯片图像的Canny边缘检测后得到边缘图像；
图5为一种BGA型芯片的边缘图像进行相关性滤波，得到的滤波图像。
具体实施方式
具体实施方式一：参照图1至图5具体说明本实施方式，本实施方式所述的一种基于点匹配的球形引脚元件的定位算法，该算法包括以下步骤：
步骤一、根据芯片的焊球，得到焊球的模板图像；
步骤二、对芯片图像进行边缘检测，得到芯片的边缘图像；
步骤三、将步骤一中得到的模板图像作为核，对步骤二中得到的边缘图像进行相关性滤波，得到滤波图像；
步骤四、统计步骤三中滤波图像中像素值大于阈值像素值的个数和位置信息，根据统计的信息，得到芯片图像中的所有焊球中心位置的坐标集
步骤五、根据芯片实体的型号信息，得到当芯片旋转角度为0时，芯片每一个焊球中心相对于芯片实体中心的位置坐标，获得实际芯片中所有焊球中心的坐标集在坐标集中，选取芯片最外围焊球中心坐标集和芯片最外围端点焊球中心坐标集
步骤六、获得步骤四中坐标集与步骤五中芯片最外围端点焊球中心坐标集的仿射变换匹配点集计算坐标集与仿射变换匹配点集之间仿射变换关系，得到芯片的旋转角度α'和芯片实体中心相对于芯片图像中心的偏移位置坐标(x',y')；
步骤七、根据芯片的旋转角度α'和芯片实体中心相对于芯片图像中心的偏移位置坐标(x',y')，对步骤五中的坐标集进行仿射变换得到外围焊球中心位置旋转后的坐标集
步骤八、将步骤二中得到的芯片的边缘图像与步骤七中得到的坐标集采用圆拟合方法进行拟合，得到所有外围焊球精确的中心位置坐标集
步骤九、计算步骤五中的坐标集与步骤八中坐标集之间仿射变换关系，得到芯片精确的旋转角度α*和芯片实体中心相对于芯片图像中心精确的偏移位置坐标(x*,y*)，从而实现球形引脚元件的定位。
本实施方式中，步骤一中，根据芯片的焊球，得到焊球的模板图像的具体过程为：根据芯片焊球的半径r，绘制以图像中心为圆心，r为半径的白色圆形，然后对绘制的白色圆形图像进行距离变换，得到的距离变换图像作为焊球的模板图像。
步骤二中的边缘检测可以采用Canny边缘检测实现。
具体实施方式二：本实施方式是对具体实施方式一所述的一种基于点匹配的球形引脚元件的定位算法作进一步说明，本实施方式中，步骤五中，在所有焊球中心的坐标集中，选取芯片最外围焊球中心坐标集合和芯片最外围端点焊球中心坐标集合的具体过程为：
由于BGA型芯片焊球是按照矩阵排列的，所以依次选取最左侧一列焊球中心纵坐标最小的点(x2,y2)和纵坐标最大的点(x4,y4)，最右侧一列焊球中心纵坐标最小的点(x0,y0)和纵坐标最大的点(x6,y6)，最上侧一行焊球中心横坐标最小的点(x3,y3)和横坐标最大的点(x1,y1)，最下侧一行焊球中心横坐标最小的点(x5,y5)和横坐标最大的点(x7,y7)，在选取时需要排除空位块位置的点，然后比较(x0,y0)和(x1,y1)，(x2,y2)和(x3,y3)，(x4,y4)和(x5,y5)，(x6,y6)和(x7,y7)这四组点是否相同，如果相同则当作一个顶点，不同则当作两个顶点，因此一个芯片最外围焊球端点有4-8个。
具体实施方式三：本实施方式是对具体实施方式一所述的一种基于点匹配的球形引脚元件的定位算法作进一步说明，本实施方式中，步骤六中，获得步骤四中坐标集与步骤五中芯片最外围端点焊球中心坐标集的仿射变换匹配点集的具体过程为：
首先计算芯片最外围端点焊球中心坐标集中每个坐标点之间的距离，然后在芯片图像中的所有焊球中心位置的坐标集中搜索坐标点之间的距离最相近的一组点，作为仿射变换匹配点集
具体实施方式四：本实施方式是对具体实施方式一所述的一种基于点匹配的球形引脚元件的定位算法作进一步说明，本实施方式中，步骤六中，计算坐标集与仿射变换匹配点集之间仿射变换关系，得到芯片的旋转角度α'和芯片实体中心相对于芯片图像中心的偏移位置坐标(x',y')和步骤九中，计算步骤五中的坐标集与步骤八中坐标集之间仿射变换关系，得到芯片精确的旋转角度α*和芯片实体中心相对于芯片图像中心精确的偏移位置坐标(x*,y*)的具体过程为：
设芯片最外围端点焊球中心坐标集合或芯片最外围焊球中心坐标集合中点的坐标为仿射变换匹配点集或所有外围焊球精确的中心位置坐标集中点的坐标为n为点的个数，
根据坐标计算模板点集ST的点坐标均值为根据坐标计算目标点集SM的点目标均值为根据公式：
计算芯片的旋转角度α'或芯片精确的旋转角度α*为：
或
计算芯片实体中心相对于芯片图像中心的偏移位置坐标(x',y')或芯片精确的旋转角度α*和芯片实体中心相对于芯片图像中心精确的偏移位置坐标(x*,y*)为：
或
或
具体实施方式五：本实施方式是对具体实施方式一所述的一种基于点匹配的球形引脚元件的定位算法作进一步说明，本实施方式中，步骤七中，对步骤五中的坐标集进行仿射变换得到外围焊球中心位置旋转后的坐标集的具体过程为：
设芯片最外围焊球中心坐标集合中点的坐标为芯片图像的外围焊球中心位置坐标集合中点的坐标为则芯片图像的外围焊球中心位置坐标集合坐标为：
Claims (5)
1.一种基于点匹配的球形引脚元件的定位算法，其特征在于，该算法包括以下步骤：
步骤一、根据芯片的焊球，得到焊球的模板图像；
步骤二、对芯片图像进行边缘检测，得到芯片的边缘图像；
步骤三、将步骤一中得到的模板图像作为核，对步骤二中得到的边缘图像进行相关性滤波，得到滤波图像；
步骤四、统计步骤三中滤波图像中像素值大于阈值像素值的个数和位置信息，根据统计的信息，得到芯片图像中的所有焊球中心位置的坐标集
步骤五、根据芯片实体的型号信息，得到当芯片旋转角度为0时，芯片每一个焊球中心相对于芯片实体中心的位置坐标，获得实际芯片中所有焊球中心的坐标集在坐标集中，选取芯片最外围焊球中心坐标集和芯片最外围端点焊球中心坐标集
步骤六、获得步骤四中坐标集与步骤五中芯片最外围端点焊球中心坐标集的仿射变换匹配点集计算坐标集与仿射变换匹配点集之间仿射变换关系，得到芯片的旋转角度α'和芯片实体中心相对于芯片图像中心的偏移位置坐标(x',y')；
步骤七、根据芯片的旋转角度α'和芯片实体中心相对于芯片图像中心的偏移位置坐标(x',y')，对步骤五中的坐标集进行仿射变换得到外围焊球中心位置旋转后的坐标集
步骤八、将步骤二中得到的芯片的边缘图像与步骤七中得到的坐标集采用圆拟合方法进行拟合，得到所有外围焊球精确的中心位置坐标集
步骤九、计算步骤五中的坐标集与步骤八中坐标集之间仿射变换关系，得到芯片精确的旋转角度α*和芯片实体中心相对于芯片图像中心精确的偏移位置坐标(x*,y*)，从而实现球形引脚元件的定位。
2.根据权利要求1所述的一种基于点匹配的球形引脚元件的定位算法，其特征在于，步骤五中，在所有焊球中心的坐标集中，选取芯片最外围焊球中心坐标集合和芯片最外围端点焊球中心坐标集合的具体过程为：
由于BGA型芯片焊球是按照矩阵排列的，所以依次选取最左侧一列焊球中心纵坐标最小的点(x2,y2)和纵坐标最大的点(x4,y4)，最右侧一列焊球中心纵坐标最小的点(x0,y0)和纵坐标最大的点(x6,y6)，最上侧一行焊球中心横坐标最小的点(x3,y3)和横坐标最大的点(x1,y1)，最下侧一行焊球中心横坐标最小的点(x5,y5)和横坐标最大的点(x7,y7)，在选取时需要排除空位块位置的点，然后比较(x0,y0)和(x1,y1)，(x2,y2)和(x3,y3)，(x4,y4)和(x5,y5)，(x6,y6)和(x7,y7)这四组点是否相同，如果相同则当作一个顶点，不同则当作两个顶点，因此一个芯片最外围焊球端点有4-8个。
3.根据权利要求1所述的一种基于点匹配的球形引脚元件的定位算法，其特征在于，步骤六中，获得步骤四中坐标集与步骤五中芯片最外围端点焊球中心坐标集的仿射变换匹配点集的具体过程为：
首先计算芯片最外围端点焊球中心坐标集中每个坐标点之间的距离，然后在芯片图像中的所有焊球中心位置的坐标集中搜索坐标点之间的距离最相近的一组点，作为仿射变换匹配点集
4.根据权利要求1所述的一种基于点匹配的球形引脚元件的定位算法，其特征在于，步骤六中，计算坐标集与仿射变换匹配点集之间仿射变换关系，得到芯片的旋转角度α'和芯片实体中心相对于芯片图像中心的偏移位置坐标(x',y')和步骤九中，计算步骤五中的坐标集与步骤八中坐标集之间仿射变换关系，得到芯片精确的旋转角度α*和芯片实体中心相对于芯片图像中心精确的偏移位置坐标(x*,y*)的具体过程为：
设芯片最外围端点焊球中心坐标集合或芯片最外围焊球中心坐标集合中点的坐标为仿射变换匹配点集或所有外围焊球精确的中心位置坐标集中点的坐标为n为点的个数，
根据坐标计算模板点集ST的点坐标均值为根据坐标计算目标点集SM的点目标均值为根据公式：
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计算芯片实体中心相对于芯片图像中心的偏移位置坐标(x',y')或芯片精确的旋转角度α*和芯片实体中心相对于芯片图像中心精确的偏移位置坐标(x*,y*)为：
或
或
5.根据权利要求1所述的一种基于点匹配的球形引脚元件的定位算法，其特征在于，步骤七中，对步骤五中的坐标集进行仿射变换得到外围焊球中心位置旋转后的坐标集的具体过程为：
设芯片最外围焊球中心坐标集合中点的坐标为芯片图像的外围焊球中心位置坐标集合中点的坐标为则芯片图像的外围焊球中心位置坐标集合坐标为：
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