CN112801948B - 印刷电路板的板线缺陷检测方法、系统和存储介质 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种印刷电路板的板线缺陷检测方法、系统和存储介质，所述方法包括：采集印刷电路板的拍摄图像；对拍摄图像进行阈值分割，获取所述印刷电路板的板线图像区域；对印刷电路板的板线图像区域进行灰度开运算和灰度闭运算，获取所述印刷电路板的板线开运算图像和印刷电路板的板线闭运算图像；将印刷电路板的板线闭运算图像的像素点灰度值与印刷电路板的板线开运算图像的像素点灰度值进行相减，获取灰度值差值；提取灰度值差值大于第一灰度值差值阈值的区域作为第一缺陷区域；提取灰度值差值小于第二灰度值差值阈值的区域作为第二缺陷区域。相较于现有的人工检测方式，本申请的检测方式精度更高。本申请可广泛应用于图像处理技术领域中。

Description

印刷电路板的板线缺陷检测方法、系统和存储介质

技术领域

本申请涉及图像处理技术领域，尤其涉及一种印刷电路板的板线缺陷检测方法、系统和存储介质。

背景技术

在制作印刷电路板的过程中，由于人为操作失误或是生产过程中划伤了印刷电路板的板线，会导致印刷电路板无法正常使用。因此需要对制造完成的印刷电路板进行质量检测，目前对于印刷电路板的质量检测，多数工厂使用人工肉眼观察的方法进行检测，人工检测印刷电路板不仅耗费人力，并且对于印刷电路板的某些较小的质量缺陷难以检测得到，并不能保证检测的可靠性，导致目前的印刷电路板的板线缺陷检测的检测精度较低。

发明内容

有鉴于此，本申请的目的是提供一种印刷电路板的板线缺陷检测方法、系统和存储介质，以提高印刷电路板缺陷检测的精度。

本申请所采用的第一技术方案是：

一种印刷电路板的板线缺陷检测方法，包括：

采集所述印刷电路板的拍摄图像；

对所述拍摄图像进行阈值分割，获取所述印刷电路板的板线图像区域；

对所述板线图像区域进行灰度开运算，获取所述印刷电路板的板线开运算图像；

对所述板线图像区域进行灰度闭运算，获取所述印刷电路板的板线闭运算图像；

将所述板线闭运算图像的像素点灰度值与所述板线开运算图像的像素点灰度值进行相减，获取灰度值差值；

提取所述灰度值差值大于第一灰度值差值阈值的区域作为第一缺陷区域；

提取所述灰度值差值小于第二灰度值差值阈值的区域作为第二缺陷区域。

进一步，所述对所述拍摄图像进行阈值分割，获取所述印刷电路板的板线图像区域这一步骤，具体包括：

对所述拍摄图像进行阈值分割，获取所述印刷电路板的待处理板线图像区域；

获取所述待处理板线图像区域的最小外接矩形区域图像；

对所述最小外接矩形区域图像进行膨胀，获取所述印刷电路板的板线图像区域。

进一步，所述灰度开运算和所述灰度闭运算的结构元素为八边形。

进一步，所述对所述拍摄图像进行阈值分割，获取所述印刷电路板的板线图像区域这一步骤，具体包括：

对所述拍摄图像进行阈值分割，获取所述印刷电路板的待处理板线图像区域；

对所述待处理板线图像区域进行区域开运算，获取所述印刷电路板的板线图像区域；

其中，所述区域开运算的结构元素为圆形。

进一步，所述采集所述印刷电路板的拍摄图像这一步骤，具体包括：

使用绿光灯对所述印刷电路板进行背光照明，采集所述印刷电路板的拍摄图像。

进一步，所述绿光灯呈环形排列。

进一步，所述印刷电路板的板线缺陷检测方法还包括：

确定所述板线凸出区域的面积大于面积阈值，标注所述板线凸出区域；

确定所述板线断开区域的面积大于面积阈值，标注所述板线断开区域。

本申请所采用的第二技术方案是：

一种印刷电路板的板线缺陷检测系统，包括：

采集模块，用于采集所述印刷电路板的拍摄图像；

分割模块，用于对所述拍摄图像进行阈值分割，获取所述印刷电路板的板线图像区域；

开运算模块，用于对所述板线图像区域进行灰度开运算，获取所述印刷电路板的板线开运算图像；

闭运算模块，用于对所述板线图像区域进行灰度闭运算，获取所述印刷电路板的板线闭运算图像；

差值模块，用于将所述板线闭运算图像的像素点灰度值与所述板线开运算图像的像素点灰度值进行相减，获取灰度值差值；

第一缺陷模块，用于提取所述灰度值差值大于第一灰度值差值阈值的区域作为第一缺陷区域；

第二缺陷模块，用于提取所述灰度值差值小于第二灰度值差值阈值的区域作为第二缺陷区域。

本申请所采用的第三技术方案是：

一种印刷电路板的板线缺陷检测系统，包括：

至少一个处理器；

至少一个存储器，用于存储至少一个程序；

当所述至少一个程序被所述至少一个处理器执行，使得所述至少一个处理器实现所述的印刷电路板的板线缺陷检测方法。

本申请所采用的第四技术方案是：

一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现所述的印刷电路板的板线缺陷检测方法。

本申请实施例采集印刷电路板的拍摄图像，并从拍摄图像中提取印刷电路板的板线图像区域，通过对印刷板的板线图像进行灰度开运算和灰度闭运算，获取得到印刷电路板的板线开运算图像和印刷电路板的板线闭运算图像并计算两个图像的灰度值差值，根据灰度值差值提取得到印刷电路板的缺陷区域。相较于现有的人工检测方式，本申请中的检测方式精度更高。

附图说明

图1为本申请实施例印刷电路板的板线缺陷检测方法的流程图。

具体实施方式

以下将结合实施例和附图对本申请的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整的描述，以充分地理解本申请的目的、方案和效果。

下面结合附图和具体实施例对本申请做进一步的详细说明。对于以下实施例中的步骤编号，其仅为了便于阐述说明而设置，对步骤之间的顺序不做任何限定，实施例中的各步骤的执行顺序均可根据本领域技术人员的理解来进行适应性调整。此外，对于以下实施例中所述的若干个，其表示为至少一个。

应当理解，尽管在本公开可能采用术语第一、第二、第三等来描述各种元件，但这些元件不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的元件彼此区分开。例如，在不脱离本公开范围的情况下，第一元件也可以被称为第二元件，类似地，第二元件也可以被称为第一元件。本文所提供的任何以及所有实例或示例性语言(“例如”、“如”等)的使用仅意图更好地说明本申请的实施例，并且除非另外要求，否则不会对本申请的范围施加限制。

印刷电路板即PCB，是电子工业的重要部件之一。几乎每种电子设备，小到电子手表、计算器，大到计算机、通信电子设备、军用武器系统，只要有集成电路等电子元件，为了使各个元件之间的电气互连，都要使用印刷电路板。印刷电路板由绝缘底板、连接导线和装配焊接电子元件的焊盘组成，具有导电线路和绝缘底板的双重作用。它可以代替复杂的布线，实现电路中各元件之间的电气连接，不仅简化了电子产品的装配、焊接工作，减少传统方式下的接线工作量，大大减轻工人的劳动强度；而且缩小了整机体积，降低产品成本，提高电子设备的质量和可靠性。印刷电路板具有良好的产品一致性，它可以采用标准化设计，有利于在生产过程中实现机械化和自动化。同时，整块经过装配调试的印刷电路板可以作为一个独立的备件，便于整机产品的互换与维修。目前，印刷电路板已经极其广泛地应用在电子产品的生产制造中。

印刷电路板在制造过程中，板线可能会出现断开或者凸出的情况，板线断开会导致印刷电路板中的部分线路不能连通，板线凸出会导致印刷电路板部分线路短路。因此对印刷电路板进行缺陷检测是必要的。

如图1所示，本申请实施例提供了一种印刷电路板的板线缺陷检测方法，包括：

S110、采集所述印刷电路板的拍摄图像；

S120、对所述拍摄图像进行阈值分割，获取所述印刷电路板的板线图像区域；

S130、对所述板线图像区域进行灰度开运算，获取所述印刷电路板的板线开运算图像；

S140、对所述板线图像区域进行灰度闭运算，获取所述印刷电路板的板线闭运算图像；

S150、将所述板线闭运算图像的像素点灰度值与所述板线开运算图像的像素点灰度值进行相减，获取灰度值差值；

S160、提取所述灰度值差值大于第一灰度值差值阈值的区域作为第一缺陷区域；

S170、提取所述灰度值差值小于第二灰度值差值阈值的区域作为第二缺陷区域。

在进行印刷电路板缺陷检测的过程中，首先需要采集印刷电路板的拍摄图像，可以通过工业相机采集印刷电路板的灰度图像，在拍摄的过程中，可以对印刷电路板采用绿光照明，由于印刷电路板的背景为绿色，通过绿光照明可以增加印刷电路板背景和印刷电路板的板线的对比度，从而更好地提取出印刷电路板的板线区域。在使用绿光进行照明的时候，可以采用背光照明的方式进行照明，相较于前光照明，使用背光照明不会发生逆光现象，从而提高了拍摄得到的印刷电路板的拍摄图像的精度。在使用绿光照明时，可以将绿光灯采用环形排列式的方法布置，将绿光灯环绕在待检测物中心并由外扩散。

在获取得到印刷电路板的拍摄图像后，可以通过阈值分割的方式提取印刷电路板的板线图像区域，在获取得到印刷电路板的板线图像区域之后，可以对印刷电路板的板线图像区域进行区域开运算，通过区域开运算可以消除印刷电路板的板线图像区域的噪点。进行区域开运算的结构元素可以选用圆形，由于噪点多为圆形，因此使用圆形作为结构元素去除噪点效果更佳。结构元素是区域运算和灰度运算算法中的掩膜，区域运算和灰度运算算法进行操作的时候就是掩膜在图像上滑动，每滑动一次进行一次计算。

由于印刷电路板的板线区域图像区域只包括印刷电路板的板线，而后续的灰度运算需要用到板线和板线背景一起进行图像处理，因此可以获取所述印刷电路板的板线图像区域的最小外接矩形，这个最小外接矩形所在区域包含了印刷电路板除去边界的部分。为了防止板线信息丢失，还可以对最小外接矩形所在区域进行图像膨胀。膨胀就是求局部最大值的操作，核与图形卷积，即计算核覆盖的区域的像素点的最大值，并把这个最大值赋值给参考点指定的像素。这样就会使图像中的高亮区域逐渐增长。通过图像膨胀可以防止板线信息丢失，也可以获取边界板线的一些背景信息，以便于进行后续的灰度开闭运算处理。

在获取得到印刷电路板的板线图像区域之后，对印刷电路板的板线图像区域进行灰度开运算，获取所述印刷电路板的板线开运算图像；由于板线部分的灰度值较低，背景部分的灰度值较高，而进行灰度开运算会使得图像整体变暗一些，也就是灰度值降低，即进行灰度开运算可以使得板线断开的部分连接上。对印刷电路板的板线图像区域进行灰度闭运算，获取所述印刷电路板的板线闭运算图像；由于闭运算的操作后图像整体变亮，灰度值变高，图像中一些较暗的细节就被消除掉，即板线凸出的部分会被消除掉。在进行灰度开运算和灰度闭运算的时候可以选用八边形作为结构元素，相较于使用矩形、圆形等结构元素，使用八边形作为结构元素进行板线部分的灰度开运算和灰度闭运算的效果更好。

在获取得到印刷电路板的板线开运算图像和印刷电路板的板线闭运算图像之后，可以将印刷电路板的板线开运算图像作为原始图像，将印刷电路板的板线闭运算图像作为对比图像，进行局部阈值分割提取得到板线的凸出区域和断开区域。

由于印刷电路板的板线开运算图像是将印刷电路板的板线图像断开的部分连接上，因此印刷电路板的板线开运算图像包括完整的板线和板线凸出部分；而印刷电路板的板线闭运算图像是将印刷电路板的板线凸出的部分消除掉，因此印刷电路板的板线闭运算图像包括断开的板线但不包括板线凸出部分。又由于印刷电路板的板线部分的灰度值较低，而背景部分的灰度值较高，因此将印刷电路板的板线闭运算图像的灰度值减去印刷电路板的板线开运算图像的灰度值，得到的灰度值差值大于阈值的区域是板线断开部分和板线凸出部分，即第一缺陷区域。第一缺陷区域的提取公式如下：

S₁＝{(i,j)∈R|h_i,j<g_i,j-g_dif}

其中，S₁为第一缺陷区域，g_i,j为闭运算图像的每个像素点的灰度值；h_i,j为开运算图像每个像素点的灰度值；g_dif为第一灰度值差值阈值。

但是在实际的图像处理过程中，可能会存在印刷电路板的板线闭运算图像中包括印刷电路板的板线开运算图像中不包括的部分板线有效图像的情况。在这种情况下，由于印刷电路板的板线部分的灰度值较低，而背景部分的灰度值较高，因此需要经将印刷电路板的板线开运算图像的灰度值减去印刷电路板的板线闭运算图像的灰度值，得到的灰度值差值大于阈值的区域是印刷电路板的板线缺陷区域，即第二缺陷区域。第二缺陷区域的提取公式如下：

S₂＝{(i,j)∈R|h_i,j>g_i,j+g_dif}

其中，S₂为第二缺陷区域。

在g_dif的选取过程中，可以选取范围在50到100之间，得到的最终效果都能满足需要，本实验中选择了75。

联立上述两式，可以得到如下公式：

S＝{(i,j)∈R|(g_i,j-g_dif>h_i,j)∪(h_i,j<g_i,j+g_dif)}

其中，S为印刷电路板缺陷部分的区域。

对于检测到的印刷电路板缺陷部分的区域，可以进行区域面积的计算，当确定区域面积大于面积阈值的时候，说明缺陷区域并非噪声信号且缺陷区域对线路板的完整性造成了影响，印刷电路板不合格，反之印刷电路板合格。

本申请实施例还提供了一种印刷电路板的板线缺陷检测系统，包括：

采集模块，用于采集所述印刷电路板的拍摄图像；

分割模块，用于对所述拍摄图像进行阈值分割，获取所述印刷电路板的板线图像区域；

开运算模块，用于对所述板线图像区域进行灰度开运算，获取所述印刷电路板的板线开运算图像；

闭运算模块，用于对所述板线图像区域进行灰度闭运算，获取所述印刷电路板的板线闭运算图像；

差值模块，用于将所述板线闭运算图像的像素点灰度值与所述板线开运算图像的像素点灰度值进行相减，获取灰度值差值；

第一缺陷模块，用于提取所述灰度值差值大于第一灰度值差值阈值的区域作为第一缺陷区域；

第二缺陷模块，用于提取所述灰度值差值小于第二灰度值差值阈值的区域作为第二缺陷区域。

上述方法实施例中的内容均适用于本系统实施例中，本系统实施例所具体实现的功能与上述方法实施例相同，并且达到的有益效果与上述方法实施例所达到的有益效果也相同。

本申请实施例还提供了一种印刷电路板的板线缺陷检测系统，包括：

至少一个处理器；

至少一个存储器，用于存储至少一个程序；

当所述至少一个程序被所述至少一个处理器执行，使得所述至少一个处理器实现上述的印刷电路板的板线缺陷检测方法。

此外，本申请实施例还提供了一种存储介质，其中存储有处理器可执行的指令，所述处理器可执行的指令在由处理器执行时用于执行上述方法实施例中任一个技术方案所述的一种交互信息处理方法步骤。对于所述存储介质，其可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非易失性固态存储器件。可见，上述方法实施例中的内容均适用于本存储介质实施例中，本存储介质实施例所具体实现的功能与上述方法实施例相同，并且达到的有益效果与上述方法实施例所达到的有益效果也相同。

应当认识到，本申请的实施例系统中所包含的层、模块、单元和/或平台等可以由计算机硬件、硬件和软件的组合、或者通过存储在非暂时性计算机可读存储器中的计算机指令来实现或实施。所述方法可以使用标准编程技术-包括配置有计算机程序的非暂时性计算机可读存储介质在计算机程序中实现，其中如此配置的存储介质使得计算机以特定和预定义的方式操作——根据在具体实施例中描述的方法和附图。每个程序可以以高级过程或面向对象的编程语言来实现以与计算机系统通信。然而，若需要，该程序可以以汇编或机器语言实现。在任何情况下，该语言可以是编译或解释的语言。此外，为此目的该程序能够在编程的专用集成电路上运行。

此外，本申请实施例系统中所包含的层、模块、单元和/或平台所对应执行的数据处理流程，其可按任何合适的顺序来执行，除非本文另外指示或以其他方式明显地与上下文矛盾。本申请实施例系统中所包含的层、模块、单元和/或平台所对应执行的数据处理流程可在配置有可执行指令的一个或多个计算机系统的控制下执行，并且可作为共同地在一个或多个处理器上执行的代码(例如，可执行指令、一个或多个计算机程序或一个或多个应用)、由硬件或其组合来实现。所述计算机程序包括可由一个或多个处理器执行的多个指令。

进一步，所述系统可以在可操作地连接至合适的任何类型的计算平台中实现，包括但不限于个人电脑、迷你计算机、主框架、工作站、网络或分布式计算环境、单独的或集成的计算机平台、或者与带电粒子工具或其它成像装置通信等等。本申请系统中所包含的层、模块、单元和/或平台所对应执行的数据处理流程可以以存储在非暂时性存储介质或设备上的机器可读代码来实现，无论是可移动的还是集成至计算平台，如硬盘、光学读取和/或写入存储介质、RAM、ROM等，使得其可由可编程计算机读取，当存储介质或设备由计算机读取时可用于配置和操作计算机以执行在此所描述的过程。此外，机器可读代码，或其部分可以通过有线或无线网络传输。当此类媒体包括结合微处理器或其他数据处理器实现上文所述步骤的指令或程序时，本文所述的发明包括这些和其他不同类型的非暂时性计算机可读存储介质。当根据本申请所述的方法和技术编程时，本申请还包括计算机本身。

以上所述，只是本申请的较佳实施例而已，本申请并不局限于上述实施方式，只要其以相同的手段达到本申请的技术效果，凡在本申请的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请保护的范围之内。在本申请的保护范围内其技术方案和/或实施方式可以有各种不同的修改和变化。

Claims (9)

1.一种印刷电路板的板线缺陷检测方法，其特征在于，包括：

采集所述印刷电路板的拍摄图像；

对所述拍摄图像进行阈值分割，获取所述印刷电路板的板线图像区域；

对所述板线图像区域进行灰度开运算，获取所述印刷电路板的板线开运算图像；

对所述板线图像区域进行灰度闭运算，获取所述印刷电路板的板线闭运算图像；

将所述板线闭运算图像的像素点灰度值与所述板线开运算图像的像素点灰度值进行相减，获取灰度值差值；

提取所述灰度值差值大于第一灰度值差值阈值的区域作为第一缺陷区域；

提取所述灰度值差值小于第二灰度值差值阈值的区域作为第二缺陷区域；

确定所述第一缺陷区域的面积大于面积阈值，标注所述第一缺陷区域；

确定所述第二缺陷区域的面积大于面积阈值，标注所述第二缺陷区域；

第一缺陷区域的提取公式如下：

其中，为第一缺陷区域，/>为闭运算图像的每个像素点的灰度值；/>为开运算图像每个像素点的灰度值；/>为第一灰度值差值阈值；

第二缺陷区域的提取公式如下：

其中，为第二缺陷区域。

2.根据权利要求1所述的印刷电路板的板线缺陷检测方法，其特征在于，所述对所述拍摄图像进行阈值分割，获取所述印刷电路板的板线图像区域这一步骤，具体包括：

对所述拍摄图像进行阈值分割，获取所述印刷电路板的待处理板线图像区域；

获取所述待处理板线图像区域的最小外接矩形区域图像；

对所述最小外接矩形区域图像进行膨胀，获取所述印刷电路板的板线图像区域。

3.根据权利要求1所述的印刷电路板的板线缺陷检测方法，其特征在于，所述灰度开运算和所述灰度闭运算的结构元素为八边形。

4.根据权利要求1所述的印刷电路板的板线缺陷检测方法，其特征在于，所述对所述拍摄图像进行阈值分割，获取所述印刷电路板的板线图像区域这一步骤，具体包括：

对所述拍摄图像进行阈值分割，获取所述印刷电路板的待处理板线图像区域；

对所述待处理板线图像区域进行区域开运算，获取所述印刷电路板的板线图像区域；

其中，所述区域开运算的结构元素为圆形。

5.根据权利要求1所述的印刷电路板的板线缺陷检测方法，其特征在于，所述采集所述印刷电路板的拍摄图像这一步骤，具体包括：

使用绿光灯对所述印刷电路板进行背光照明，采集所述印刷电路板的拍摄图像。

6.根据权利要求5所述的印刷电路板的板线缺陷检测方法，其特征在于，所述绿光灯呈环形排列。

7.一种印刷电路板的板线缺陷检测系统，其特征在于，包括：

采集模块，用于采集所述印刷电路板的拍摄图像；

分割模块，用于对所述拍摄图像进行阈值分割，获取所述印刷电路板的板线图像区域；

开运算模块，用于对所述板线图像区域进行灰度开运算，获取所述印刷电路板的板线开运算图像；

闭运算模块，用于对所述板线图像区域进行灰度闭运算，获取所述印刷电路板的板线闭运算图像；

差值模块，用于将所述板线闭运算图像的像素点灰度值与所述板线开运算图像的像素点灰度值进行相减，获取灰度值差值；

第一缺陷模块，用于提取所述灰度值差值大于第一灰度值差值阈值的区域作为第一缺陷区域；确定所述第一缺陷区域的面积大于面积阈值，标注所述第一缺陷区域；

第二缺陷模块，用于提取所述灰度值差值小于第二灰度值差值阈值的区域作为第二缺陷区域；确定所述第二缺陷区域的面积大于面积阈值，标注所述第二缺陷区域；

第一缺陷区域的提取公式如下：

其中，为第一缺陷区域，/>为闭运算图像的每个像素点的灰度值；/>为开运算图像每个像素点的灰度值；/>为第一灰度值差值阈值；

第二缺陷区域的提取公式如下：

其中，为第二缺陷区域。

8.一种印刷电路板的板线缺陷检测系统，其特征在于，包括：

至少一个处理器；

至少一个存储器，用于存储至少一个程序；

当所述至少一个程序被所述至少一个处理器执行，使得所述至少一个处理器实现如权利要求1-6任一项所述的印刷电路板的板线缺陷检测方法。

9.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1-6任一项所述的印刷电路板的板线缺陷检测方法。