CN112985268A - 一种在同轴光源照明条件下基于亚像素的pcb线宽检测方法 - Google Patents

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黄杰贤
宋富伟
廖庆霞
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徐铭
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Abstract

本发明公开了一种在同轴光源照明条件下基于亚像素的PCB线宽检测方法，其依次包含以下步骤：S1、采用平行光源对线路表面进行照射，由相机进行拍摄，然后将图像转换为灰度图像；S2、从灰度图像中获取线路其中一边缘的灰度梯度值；S3、从S2的灰度梯度值中获取同一Y轴坐标下的多个X轴坐标的坐标值以及相应X轴坐标值上的灰度梯度值；S4、将S3中获取的X轴坐标值与灰度梯度值进行最小二乘曲线拟合，得到拟合后曲线的灰度梯度值的最大值，与该最大值相对应的X轴坐标值X1即为线路其中一边缘的X轴坐标值；S5、重复S2‑S4的步骤得出线路另一边缘的X轴坐标值X2；S6、坐标值x1与坐标值X2差值的绝对值即为线路的线宽数值；可有效提高了测量精度。

Description

一种在同轴光源照明条件下基于亚像素的PCB线宽检测方法
技术领域
本发明属于PCB光学图像检测领域，具体涉及一种在同轴光源照明条件下基于亚像素的 PCB线宽检测方法。
背景技术
现有PCB线宽光学检测通常以环形光作为光源，利用PCB基材表面的散射光和金属表面的反射光对PCB线宽进行检测。但使用环形光源的条件较为苛刻，要求将PCB线路放置在光源下方的中心位置，否则会因线路光照不均、照射角度不对乘而影响测量精度。
另外，在现有PCB线宽图像处理中使用的边缘检测算子、Zernike矩等方法得到的测量精度基本维持在1个像素左右，检测精度仍有提高的余地。
发明内容
为了克服现有PCB光学线宽检测技术中光源的选择和图像处理算法等缺陷，本发明提供一种采用同轴光源的PCB线宽检测装置，利用灰度梯度和最小二乘拟合对线宽边缘进行精确定位，从而实现亚像素高精度PCB线宽检测。
本发明的技术方案是这样实现的：一种同轴光源照明条件下基于亚像素的PCB线宽检测方法，依次包含以下步骤：
S1、打开同轴光源，使同轴光源的平行光垂直照射在基材上的线路表面；由成像单元对照明后的基材上的线路进行拍摄，并将成像单元获取的图像转换为灰度图像；
S2、将S1出的灰度图像进行分析，获取基材上的线路其中一边缘的灰度梯度值；
S3、从S2的灰度梯度值中获取同一Y轴坐标下的多个X轴坐标的坐标值，并获取相应X 轴坐标值上的灰度梯度值；
S4、将S3中获取的多个X轴坐标值与灰度梯度值进行最小二乘曲线拟合，得到拟合后曲线的灰度梯度值的最大值坐标，与灰度梯度值的最大值坐标相对应的X轴坐标值X1即为基材上的线路其中一边缘的X轴坐标值；
S5、重复S2-S4的步骤得出基材上的线路另一边缘的X轴坐标值X2；
S6、坐标值x1与坐标值X2差值的绝对值即为基材上线路的线宽数值。
作为优选方案，在所述步骤S4获取的X轴坐标值与灰度值中，基材上的线路两边缘的Y 轴坐标值相同。
作为优选方案，所述步骤S3中获取的X轴坐标值与灰度值为四组，步骤S4通过二次多项式对四组X轴坐标值与灰度值的分布特征进行拟合。
作为优选方案，所述X轴坐标值与Y轴坐标值的单位为像素，在步骤S6中将坐标值x1 与坐标值X2之间的差值乘每个像素代表的距离尺寸值即可得出基材上线路的实际线宽数值。
作为优选方案，所述成像单元为相机。
本发明采用上述结构及步骤后的有益效果为：采用同轴光作为线宽检测的光源能够实现更均匀的照明条件，能有效避免因光照不均匀引起的测量误差。利用最小二乘曲线拟合对线路边缘进行亚像素精确定位，有效提高了测量精度。
附图说明
下面结合附图中的实施例对本发明作进一步的详细说明，但并不构成对本发明的任何限制。
图1为现有技术中同轴光源将平行光照射在基材上的线路的示意图；
图2为本发明实施例中线路的左右两边缘的灰度梯度值；
图3为本发明实施例中线路的左右两边缘的拟合后的曲线图。
图中：1-相机，2-同轴光源，3-基材，4-线路。
具体实施方式
下面结合附图对本发明实施例作进一步说明：
一种同轴光源照明条件下基于亚像素的PCB线宽检测方法，依次包含以下步骤：
S1、打开同轴光源2，使同轴光源2的平行光垂直照射在基材3上的线路4表面；由成像单元对照明后的基材3上的线路4进行拍摄，并将成像单元获取的图像转换为灰度图像；
S2、将S1出的灰度图像进行分析，获取基材3上的线路4其中一边缘的灰度梯度值；
S3、从S2的灰度梯度值中获取同一Y轴坐标下的多个X轴坐标的坐标值，并获取相应X 轴坐标值上的灰度梯度值；
S4、将S3中获取的多个X轴坐标值与灰度梯度值进行最小二乘曲线拟合，得到拟合后曲线的灰度梯度值的最大值坐标，与灰度梯度值的最大值坐标相对应的X轴坐标值X1即为基材 3上的线路4其中一边缘的X轴坐标值；
S5、重复S2-S4的步骤得出基材3上的线路4另一边缘的X轴坐标值X2；
S6、坐标值x1与坐标值X2差值的绝对值即为基材3上线路4的线宽数值。
所述X轴坐标为线路4宽度方向的坐标，也就是横坐标，所述Y轴坐标值为线路4长度方向的坐标值。
作为优选方案，在所述步骤S4获取的X轴坐标值与灰度值中，基材3上的线路4两边缘的Y轴坐标值相同，同一Y轴坐标值高度的X轴坐标值与灰度可使最终得出的数据更加准确。
作为优选方案，所述步骤S3中获取的X轴坐标值与灰度值为四组，步骤S4通过二次多项式对四组X轴坐标值与灰度值的分布特征进行拟合，多组数据可便于形成更准确的抛物线图，以提高最终的测量数据。
作为优选方案，所述X轴坐标值与Y轴坐标值的单位为像素，在步骤S6中将坐标值x1 与坐标值X2之间的差值乘每个像素代表的距离尺寸值即可得出基材3上线路4的实际线宽数值，该计算方式可使计算结果更加精准，每个像素值代表的数值可直接从相机1的生产商处获取。
作为优选方案，所述成像单元为相机1。
以下为该方法中的计算流程：
鉴于边缘区域的灰度梯度分布呈抛物线状，因此采用二次多项式对灰度数据的分布特征进行拟合，二次多项式如下：
y＝a1+a2x+a3x2
其中x为横坐标数据，y灰度梯度值，a0、a1、a2为未知系数。以图为例，未知系数求取方法如下：
Figure BDA0002943265000000031
设
Figure BDA0002943265000000032
则
XA＝Y A＝X-1Y
上式中，m表示一共有m组已知数据，xi为第i组数据的横坐标值，yi表示第i组数据中的灰度梯度值。假设图2(a)为基材3上的线路4的左边缘灰度梯度值数据，图中横坐标23，24，25，26位置上的灰度梯度值分别为22、98、95、19。一共有4组已知数据。因此 m＝4,x1＝23,x2＝24,x3＝25,x4＝26；y1＝22,y2＝98,y3＝95,y4＝19；
Figure BDA0002943265000000041
求得a1＝38；a2＝1861；a3＝22674，二次多项式为：y＝22674+1861x-38x2。
拟合的曲线如图3(a)所示。
图3(a)中，点线表示拟合的曲线；虚线为当拟合曲线为极大值时的纵轴线,纵轴线的横坐标为24.48。假设图2(b)为基材3上的线路4的右边缘灰度梯度值数据，将上述方法对图2(b)的数据进行拟合，拟合曲线如图3(b)所示，当曲线为极大值时,纵轴线的横坐标为63.54。左、右边缘的之差的绝对值为线宽测量值：39.06像素，每个像素代表的距离为25.5um，即25.5um/像素，测量值为996.03um。
即可得到基材3上的线路4的真实宽度。
以上所举实施例为本发明的较佳实施方式，仅用来方便说明本发明，并非对本发明作任何形式上的限制，任何所属技术领域中具有通常知识者，若在不脱离本发明所提技术特征的范围内，利用本发明所揭示技术内容所作出局部更动或修饰的等效实施例，并且未脱离本发明的技术特征内容，均仍属于本发明技术特征的范围内。

Claims (5)

1.一种同轴光源照明条件下基于亚像素的PCB线宽检测方法，其特征在于：依次包含以下步骤：
S1、打开同轴光源，使同轴光源的平行光垂直照射在基材上的线路表面；由成像单元对照明后的基材上的线路进行拍摄，并将成像单元获取的图像转换为灰度图像；
S2、将S1出的灰度图像进行分析，获取基材上的线路其中一边缘的灰度梯度值；
S3、从S2的灰度梯度值中获取同一Y轴坐标下的多个X轴坐标的坐标值，并获取相应X轴坐标值上的灰度梯度值；
S4、将S3中获取的多个X轴坐标值与灰度梯度值进行最小二乘曲线拟合，得到拟合后曲线的灰度梯度值的最大值坐标，与灰度梯度值的最大值坐标相对应的X轴坐标值X1即为基材上的线路其中一边缘的X轴坐标值；
S5、重复S2-S4的步骤得出基材上的线路另一边缘的X轴坐标值X2；
S6、坐标值x1与坐标值X2差值的绝对值即为基材上线路的线宽数值。
2.根据权利要求1所述的一种同轴光源照明条件下基于亚像素的PCB线宽检测方法，其特征在于：在所述步骤S4获取的X轴坐标值与灰度值中，基材上的线路两边缘的Y轴坐标值相同。
3.根据权利要求1所述的一种同轴光源照明条件下基于亚像素的PCB线宽检测方法，其特征在于：所述步骤S3中获取的X轴坐标值与灰度值为四组，步骤S4通过二次多项式对四组X轴坐标值与灰度值的分布特征进行拟合。
4.根据权利要求1所述的一种同轴光源照明条件下基于亚像素的PCB线宽检测方法，其特征在于：所述X轴坐标值与Y轴坐标值的单位为像素，在步骤S6中将坐标值x1与坐标值X2之间的差值乘每个像素代表的距离尺寸值即可得出基材上线路的实际线宽数值。
5.根据权利要求1所述的一种同轴光源照明条件下基于亚像素的PCB线宽检测方法，其特征在于：所述成像单元为相机。
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