CN114577814A - 一种基于锁相同步图像处理的互联线缺陷检测系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及红外热成像检测技术领域，提出一种基于锁相同步图像处理的互联线缺陷检测系统及方法，包括：控制器，用于向激励控制模块发送控制信号；激励电源模块，用于根据激励信号产生相应的激励电流，激励电源模块与待测对象的电源引脚或功能引脚电连接；图像采集模块，用于采集待测对象在电流激励的情况下产生周期性热波的热红外图像；处理模块，用于对采集的热红外图像进行分析处理得到待测对象的温度信号，以无缺陷区域的温度信号作为参考对温度信号进行锁相相关处理，生成热红外图像中各个像素点的幅值、相位和深度信息；成像模块，用于根据热红外图像中各个像素点的幅值、相位和深度信息进行三维特征成像并显示互联线缺陷的具体位置和尺寸。

Description

一种基于锁相同步图像处理的互联线缺陷检测系统及方法
技术领域
本发明涉及红外热成像检测技术领域，更具体地，涉及一种基于锁相同步图像处理的互联线缺陷检测系统及方法。
背景技术
随着集成电路(Integrated Circuit，IC)复杂度的不断提高，IC上的失效分析面临越来越严苛的挑战。失效分析的目的是寻找针对异常芯片(信号检测错误)进行失效点定位，这些失效点许多都与局部热耗散有关，如互联线缺陷、氧化物或结点破裂、高阻焊等。在对IC进行失效分析的若干技术中，无损检测技术是其中一个重要手段。
红外热像检测技术主要基于红外辐射原理，通过观察和记录被检对象表面的温度变化信息，并通过热波理论和信号处理方法对变化的温度进行分析，从而实现对被检测工件的表面及内部缺陷或结构进行分析。目前在对IC进行失效分析时，多采用主动式红外热像检测，也即采用人工主动的激励方式激励被检测物，使其产生变化的温度场。主动式红外热像检测的激励方式按照激励源的物理特性可以分为光学激励、热激励、振动激励、电磁激励等几大类。在采用电磁激励时，通过输入电流激励对待测IC进行幅值调制变化，配合红外成像仪进行图像采集，进一步对采集的红外图像进行图像分析实现缺陷检测。
然而基于电磁激励热成像技术测得的缺陷的检测深度与集肤深度和热扩散深度相关，如果待测对象是多层金属结构的IC，则不能很好的激励具有三维结构的IC缺陷发射热波，导致难以给出精确的缺陷空间位置。
发明内容
本发明为克服上述现有技术中对多层金属结构的IC进行缺陷检测时难以给出精确的缺陷空间位置的缺陷，提供一种基于锁相同步图像处理的互联线缺陷检测系统及方法。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：
一种基于锁相同步图像处理的互联线缺陷检测系统，包括控制器、激励控制模块、激励电源模块、图像采集模块、处理模块和成像模块，其中：
控制器用于向激励控制模块发送控制信号；激励电源模块用于根据激励控制模块输出的激励信号产生相应的激励电流，所述激励电源模块的输出端与放置在平台上的待测对象的电源引脚或功能引脚电连接；图像采集模块设置在平台的上方，用于采集待测对象在电流激励的情况下产生周期性热波的热红外图像；处理模块用于对图像采集模块采集的热红外图像进行分析处理得到待测对象的温度信号，根据各个像素点的温度信号的变化程度划分无缺陷区域图像，对温度信号进行锁相相关处理，生成热红外图像中各个像素点的幅值、相位和深度信息；成像模块用于根据热红外图像中各个像素点的幅值、相位和深度信息进行三维特征成像并显示，根据成像模块显示的三维图像得到待测对象中互联线缺陷的具体位置和尺寸。
在使用过程中，将待测的芯片或电路模块作为待测对象放置在平台上，调整好的位置和参数后，采用控制器控制激励控制模块和激励电源模块生成激励电流，对待测的芯片或电路模块的电源引脚或功能引脚进行电流激励，以对待测对象的相关互联线进行周期性加热并使之产生热波，待测对象内的互联线缺陷在周期性加热下会产生幅度或相位被改变的异常热波。进一步通过处理模块对图像采集模块采集的热红外图像进行分析及锁相相关计算，得到热红外图像中各个像素点的幅值、相位和深度信息，用于构建三维图像，根据三维图像的显示得到待测对象中互联线缺陷的具体位置和尺寸。
作为优选方案，所述激励控制模块包括：锁相信号产生单元，用于根据控制器输出的控制信号生成周期性的锁相信号；所述锁相信号包括正弦波信号或脉冲波信号；高频信号产生单元，用于根据控制器输出的控制信号生成连续的高频交流信号；和，幅度调制单元，用于根据锁相信号产生单元和高频信号产生单元分别输出的锁相信号和高频交流信号进行幅度调制，生成激励信号。
作为优选方案，所述处理模块包括：图像处理单元，用于对图像采集模块采集的热红外图像进行分析处理得到待测对象的温度信号；参考信号产生单元，用于以热红外图像中无缺陷区域的温度信号作为参考生成参考信号，或以频率为锁相频率的正弦波作为参考信号输出；锁相相关计算单元，用于根据待测对象的温度信号和参考信号进行锁相相关处理，提取热红外图像中各个像素点在特定频率的幅值和相位作为特征值进行输出，以及提取热红外图像中各个像素点的深度信息进行输出。
作为优选方案，所述图像采集模块包括双目热成像仪。
作为优选方案，所述图像采集模块采用固体浸没透镜(SIL，Solid ImmersionLens)。
进一步地，本发明还提出了一种基于锁相同步图像处理的互联线缺陷检测方法，包括以下步骤：
S1、生成带周期性锁相信号的激励信号；
S2、根据带周期性锁相信号的激励信号产生激励电流，对功能已知的待测对象的电路引脚或功能引脚进行电流激励，待测对象内的互联线在电流激励的作用下周期性加热并产生热波；
S3、采用图像采集模块从两个角度对待测对象进行热红外图像采集，得到包括周期性热波的温度信号的热红外图像；
S4、对所述热红外图像进行分析处理，得到各个像素点的温度信号，并根据各个像素点的温度信号的变化程度划分无缺陷区域图像；
S5、生成参考信号，并根据参考信号和热红外图像中各个像素点的温度信号进行锁相相关处理，得到热红外图像中各个像素点的特征值和深度信息；
S6、根据热红外图像中各个像素点的特征值和深度信息进行三维特征成像并显示，根据显示结果得到互联线缺陷的具体位置和尺寸。
作为优选方案，所述S1步骤中，生成带周期性锁相信号的激励信号的步骤包括：将连续的高频交流信号和周期性的锁相信号进行幅度调制，生成激励信号；所述锁相信号包括正弦波信号或脉冲波信号。
作为优选方案，当所述锁相信号和高频交流信号为正弦波信号时，将连续的高频交流信号和周期性的锁相信号进行幅度调制，生成的激励信号i的表达式如下所示：
i＝IA·sin(2πflock-int)·sin(2πfcarryt)
式中，IA表示激励信号i的最大幅值，flock-in表示锁相信号频率，fcarry表示高频交流信号频率，t为时间。
作为优选方案，所述特征值包括热红外图像中各个像素点在特定频率的幅值和相位。
作为优选方案，所述S5步骤中，根据参考信号和热红外图像中各个像素点的温度信号进行锁相相关处理的步骤包括：
S5.1、根据无缺陷区域图像中各个像素点的温度信号生成参考信号，或，设置频率为锁相频率的正弦波为参考信号；
S5.2、将参考信号作为同相参考信号，对所述参考信号进行希尔伯特变换得到正交参考信号；
S5.3、对温度信号和同相参考信号进行相乘及快速傅里叶变换后得到实部信号，对温度信号和正交参考信号进行相乘及快速傅里叶变换后得到虚部信号；
S5.4、对实部信号和虚部信号求幅值和相位，得到热红外图像中各个像素点的幅值和相位，并将特定频率的幅值和相位作为特征值进行输出；
S5.5、提取热红外图像中各个像素点的深度信息进行输出。
与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是：
本发明通过对待测对象的电源引脚或功能引脚进行带锁相信号的电流激励，激励电流经互联线后实现周期性加热并产生热波，再通过图像采集模块和处理模块进行热红外图像的采集和分析处理，根据各个像素点的幅值、相位和深度信息得到三维的热度分布图并进行成像处理，能够直观地得到互联线缺陷的具体位置和尺寸，有效克服红外热成像无损检测技术中检测复杂电路模块缺陷时丢失三维几何信息的不足；
本发明利用了锁相热成像以及双目视觉计算，具有高信噪比、高精度、检测被检对象互联线缺陷三维特征等优势，可应用于互联线缺陷检测等领域。
附图说明
图1为实施例1的基于锁相同步图像处理的互联线缺陷检测系统的架构图。
图2为实施例2的基于锁相同步图像处理的互联线缺陷检测系统的架构图。
图3为实施例3的基于锁相同步图像处理的互联线缺陷检测方法的流程图。
图4为实施例4的进行锁相相关处理的流程图。
具体实施方式
附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；
为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；
对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。
实施例1
本实施例提出一种基于锁相同步图像处理的互联线缺陷检测系统，如图1所示，为本实施例的基于锁相同步图像处理的互联线缺陷检测系统的架构图。
本实施例提出的基于锁相同步图像处理的互联线缺陷检测系统中，包括控制器1、激励控制模块2、激励电源模块3、图像采集模块4、处理模块5和成像模块6。
其中，控制器1的输出端分别与激励控制模块2和处理模块5的控制端连接，用于控制激励控制模块2和处理模块5开始工作，并实时获取和存储处理模块5分析处理得到的温度信号。
本实施例中的激励控制模块2用于根据控制器1输出的控制信号生成带周期性锁相信号的激励信号。
激励电源模块3用于根据激励控制模块2输出的激励信号产生相应的激励电流，所述激励电源模块3的输出端与放置在平台上的待测对象的电源引脚或功能引脚电连接。
图像采集模块4所述图像采集模块4设置在平台的上方，用于采集待测对象在电流激励的情况下产生周期性热波的热红外图像。
处理模块5用于对图像采集模块4采集的热红外图像进行分析处理得到待测对象的温度信号，根据各个像素点的温度信号的变化程度划分无缺陷区域图像，对温度信号进行锁相相关处理，生成热红外图像中各个像素点的幅值、相位和深度信息。
其中，根据各个像素点产生的热波时间图，能够得到待测对象各个区域在空间上的温度变化梯度，本实施例将无明显温度变化的地方划分为无缺陷区域。然后从无缺陷区域中的任一像素点或若干像素点的平均温度变化作为参考，进行锁相相关处理。
成像模块6用于根据热红外图像中各个像素点的幅值、相位和深度信息进行三维特征成像并显示，根据成像模块6显示的三维图像得到待测对象中互联线缺陷的具体位置和尺寸。
在具体实施过程中，首先将待测的芯片或电路模块作为待测对象放置在平台上，调整好图像采集模块4的位置和参数后，采用控制器1向激励控制模块2发送控制信号，激励控制模块2根据控制器1输出的控制信号生成带周期性锁相信号的激励信号，激励电源模块3根据激励控制模块2输出的激励信号产生相应的激励电流，并通过电连接线传输至待测对象的电源引脚或功能引脚进行电流激励，以对待测对象的相关互联线进行周期性加热并使之产生热波，待测对象内的互联线缺陷在周期性加热下会产生幅度或相位被改变的异常热波。
图像采集模块4对待测对象进行热红外图像采集，并将采集的热红外图像传输至处理模块5中进行分析处理。本实施例中的图像采集模块4采用双目热成像仪。
处理模块5对采集的热红外图像进行分析及锁相相关计算，提取热红外图像中各个像素点在特定频率的幅值和相位作为特征值进行输出，以及提取热红外图像中各个像素点的深度信息进行输出，用于构建三维图像。其中，在提取热红外图像中各个像素点的深度信息时，通过计算不同角度的热成像仪得到图像中各个像素点的时间可以推断距离，从而获取深度信息。
最后成像模块6根据热红外图像中各个像素点的幅值、相位和深度信息进行三维特征成像并显示，用户能够根据三维图像的显示得到待测对象中互联线缺陷的具体位置和尺寸。
本实施例中，通过对待测对象的电源引脚或功能引脚进行电流激励，激励电流经互联线后实现周期性加热并产生热波，通过图像采集模块4捕捉热波产生的温度信号，并进行锁相相关，基于热红外图像中各个像素点的幅值、相位和深度信息得到三维的热度分布图，从而实现互联线缺陷的检测和定位，得到互联线缺陷的具体位置和尺寸。
实施例2
本实施例在实施例1提出的基于锁相同步图像处理的互联线缺陷检测系统的基础上作出改进。
本实施例提出的的基于锁相同步图像处理的互联线缺陷检测系统中，包括控制器1、激励控制模块2、激励电源模块3、图像采集模块4、处理模块5和成像模块6。
其中，控制器1的输出端分别与激励控制模块2、处理模块5的控制端连接，激励控制模块2的输出端与激励电源模块3的输入端连接，激励电源模块3的输出端与待测对象的电源引脚或功能引脚连接。图像采集模块4设置在放置有待测对象的上方，图像采集模块4的输出端与处理模块5的输入端连接，处理模块5的输出端与成像模块6的输入端连接。
本实施例中，激励控制模块2包括锁相信号产生单元21、高频信号产生单元22和幅度调制单元23。
其中，锁相信号产生单元21用于根据控制器1输出的控制信号生成周期性的锁相信号，高频信号产生单元22用于根据控制器1输出的控制信号生成连续的高频交流信号，幅度调制单元23用于根据锁相信号产生单元21和高频信号产生单元22分别输出的锁相信号和高频交流信号进行幅度调制，生成激励信号。
本实施例中，锁相信号包括正弦波信号或脉冲波信号。当锁相信号为正弦波时，锁相频率为正弦波频率的二倍。
进一步地，本实施例中的处理模块5包括图像处理单元51、参考信号产生单元52、锁相相关计算单元53。
其中，图像处理单元51用于对图像采集模块4采集的热红外图像进行分析处理得到待测对象的温度信号；参考信号产生单元52用于以热红外图像中无缺陷区域的温度信号作为参考生成参考信号，或以频率为锁相频率的正弦波作为参考信号输出；锁相相关计算单元53用于根据待测对象的温度信号和参考信号进行锁相相关处理，提取热红外图像中各个像素点在特定频率的幅值和相位作为特征值进行输出，以及提取热红外图像中各个像素点的深度信息进行输出。
进一步地，本实施例中采用双目热成像仪作为图像采集模块4，且采用固体浸没透镜(SIL)，进一步提高分辨率极限。
根据Sparrow准则，光学分辨率限于：
Figure BDA0003571602250000071
式中，θ为光锥和物镜的半角，n为样品周围介质的折射率，乘积n*sin(θ)表示数值孔径NA。对于给定的物镜放大系数，图像的亮度(因此测量的信噪比)随着sin(θ)的平方而增加，因为到达探测器的光子数量随着物镜使用的立体角的增加而增加。即使对于高亮度显微镜物镜，由于技术原因，θ也很难大于30°～45°，因此sin(θ)最多在0.5到0.7之间。因此，在空气中(n＝1)，光学分辨率只能略好于用于成像的波长λ。
因此本实施例中的图像采集模块4选用在3-5μm范围内工作的中波热成像仪，能够获得较高的分辨率。
在一具体实施过程中，将功能已知的被检芯片或电路模块作为待测对象放置在适用于红外热成像的平台上，调整好双目热成像仪和待测对象的位置，设定好双目热成像仪的参数，使得双目热成像仪准确获得被测区域下待测对象的温度信号。
采用控制器1使锁相信号产生单元21、高频信号产生单元22、处理模块5开始工作，处理模块5控制双目热成像仪开始工作，并实时获取和存储双目热成像仪返回的热红外图像。
高频信号产生单元22输出连续的高频交流信号，并把高频交流信号传输到幅度调制单元23，同时锁相信号产生单元21输出周期性的锁相信号，并把锁相信号传输到幅度调制单元23；幅度调制单元23根据锁相信号产生单元21和高频信号产生单元22分别输出的锁相信号和高频交流信号进行幅度调制后生成激励信号。
其中激励信号是通过将锁相信号和高频交流信号相乘得到的，当锁相信号和高频交流信号都是正弦波形式表达时，激励信号的表达式如下：
i＝IA·sin(2πflock-int)·sin(2πfcarryt)
式中，IA表示激励信号i的最大幅值，flock-in表示锁相信号频率，fcarry表示高频交流信号频率，t为时间。flock-in和fcarry根据待测对象的性质进行不同的设定，flock-in通常在0.01Hz～几十Hz范围内，fcarry通常在几十kHz至几百kHz范围内。
激励电源模块3根据激励信号产生相应的激励电流，激励电流输入待测对象的电源引脚进行电流激励，待测对象内的电源相关的互联线在电流激励作用下周期性加热并产生热波，此时，待测对象内的电源相关的互联线缺陷在周期性加热下会产生幅度或相位被改变的异常热波。
采用双目热成像仪分别从两个角度对待测对象产生的周期性热波的温度信号图像进行采集，并把两路的图像传输给处理模块5中的图像处理单元51。
图像处理单元51对采集的热红外图像进行存储并分析处理得到待测对象的温度信号，然后传输至参考信号产生单元52中。同时，图像处理单元51通过计算不同角度的热成像仪得到图像中各个像素点的时间计算距离，得到各个像素点的深度信息。参考信号产生单元52以无缺陷区域的温度信号作为参考生成参考信号，或以频率为锁相频率的正弦波作为参考信号输出，并将参考信号与原温度信号传输给锁相相关计算单元53。锁相相关计算单元53根据待测对象的温度信号和参考信号进行锁相相关处理，提取热红外图像中各个像素点在特定频率如锁相频率的幅值和相位作为特征值进行输出，以及提取热红外图像中各个像素点的深度信息进行输出。
具体的，在锁相相关处理过程中，将参考信号作为同相参考信号，对参考信号进行希尔伯特变换得到正交参考信号，之后对温度信号和同相参考信号进行相乘和快速傅里叶变换后得到实部信号，对温度信号和正交参考信号进行相乘和快速傅里叶变换后得到虚部信号，那么对实部信号和虚部信号求幅值和相位后，得到幅值和相位信号，并把特定频率(如锁相频率)的幅值和相位作为特征值。
处理模块5将热红外图像中各个像素点的幅值、相位和深度信息传输至成像模块6，成像模块6根据热红外图像中各个像素点的幅值、相位和深度信息进行三维特征成像并显示。用户可根据三维特征成像结果获取待测对象内的电源引脚的互联线缺陷的具体位置与尺寸。
激励电源模块3随后对待测对象的功能引脚等不同单元模块引脚分别进行电流激励，重复上述步骤，以确定待测对象内的功能相关的互联线缺陷的具体位置与尺寸。
本实施例中，能够实现功能已知的被检芯片或电路模块中互联线缺陷的精确检测，同时能给出复杂互联线缺陷的几何特征信息，相较于闪光灯激励红外热像法、电磁激励锁相热成像法能更好的检测深度，同时结合红外热成像与双目视觉技术，能够有效克服红外热成像无损检测技术中检测复杂电路模块缺陷时丢失三维几何信息的不足。
实施例3
本实施例提出一种基于锁相同步图像处理的互联线缺陷检测方法，可选地应用于实施例1或2提出的基于锁相同步图像处理的互联线缺陷检测系统。
如图3所示，为本实施例的基于锁相同步图像处理的互联线缺陷检测方法的流程图。
本实施例提出的基于锁相同步图像处理的互联线缺陷检测方法中，包括以下步骤：
S1、生成带周期性锁相信号的激励信号。
S2、根据带周期性锁相信号的激励信号产生激励电流，对功能已知的待测对象的电路引脚或功能引脚进行电流激励，待测对象内的互联线在电流激励的作用下周期性加热并产生热波。
S3、采用图像采集模块4从两个角度对待测对象进行热红外图像采集，得到包括周期性热波的温度信号的热红外图像。
S4、对所述热红外图像进行分析处理，得到各个像素点的温度信号，并根据各个像素点的温度信号的变化程度划分无缺陷区域图像；。
S5、生成参考信号，并根据参考信号和热红外图像中各个像素点的温度信号进行锁相相关处理，得到热红外图像中各个像素点的特征值和深度信息。
S6、根据热红外图像中各个像素点的特征值和深度信息进行三维特征成像并显示，根据显示结果得到互联线缺陷的具体位置和尺寸。
本实施例中，锁相信号包括正弦波信号或脉冲波信号。
在具体实施过程中，首先将待测的芯片或电路模块作为待测对象放置在平台上，经S1、S2步骤生成的带周期性锁相信号的激励电流对功能已知的待测对象的电路引脚或功能引脚进行电流激励，待测对象内的电源相关的互联线在电流激励作用下周期性加热并产生热波，此时，待测对象内的电源相关的互联线缺陷在周期性加热下会产生幅度或相位被改变的异常热波。
由此，经S3～S6步骤对产生热波的待测对象进行热红外图像采集，并进一步分析处理得到各个像素点的温度信号，结合参考信号和温度信号进行锁相相关计算，得到热红外图像中各个像素点的特征值和深度信息，用于三维成像，便于直观地观察得到互联线缺陷的具体位置和尺寸。
本实施例中，利用了锁相热成像以及双目视觉计算，具有高信噪比、高精度、检测被检对象互联线缺陷三维特征等优势，可应用于互联线缺陷检测等领域。
实施例4
本实施例在实施例3提出的基于锁相同步图像处理的互联线缺陷检测方法的基础上作出改进。
本实施例提出的基于锁相同步图像处理的互联线缺陷检测方法中，包括以下步骤：
S1、生成带周期性锁相信号的激励信号。
本步骤中，将连续的高频交流信号和周期性的锁相信号进行幅度调制，生成激励信号。
本实施例中的锁相信号包括正弦波信号或脉冲波信号。
其中，当所述锁相信号和高频交流信号为正弦波信号时，将连续的高频交流信号和周期性的锁相信号进行幅度调制，生成的激励信号i的表达式如下所示：
i＝IA·sin(2πflock-int)·sin(2πfcarryt)
式中，IA表示激励信号i的最大幅值，flock-in表示锁相信号频率，fcarry表示高频交流信号频率，t为时间。
S2、根据带周期性锁相信号的激励信号产生激励电流，对功能已知的待测对象的电路引脚或功能引脚进行电流激励，待测对象内的互联线在电流激励的作用下周期性加热并产生热波。
S3、采用图像采集模块4从两个角度对待测对象进行热红外图像采集，得到包括周期性热波的温度信号的热红外图像。
在一实施例中，采用双目热成像仪作为图像采集模块4，并采用固体浸没透镜技术以提高图像采集模块4的分辨率极限。
S4、对所述热红外图像进行分析处理，得到各个像素点的温度信号，并对热红外图像进行图像分割，得到无缺陷区域图像和有缺陷区域图像。
S5、根据无缺陷区域图像中各个像素点的温度信号生成参考信号，并根据参考信号和热红外图像中各个像素点的温度信号进行锁相相关处理，得到热红外图像中各个像素点的特征值和深度信息。
进一步地，本实施例中根据参考信号和热红外图像中各个像素点的温度信号进行锁相相关处理的步骤包括：
S5.1、根据无缺陷区域图像中各个像素点的温度信号生成参考信号，或，设置频率为锁相频率的正弦波为参考信号。
S5.2、将参考信号作为同相参考信号，对所述参考信号进行希尔伯特变换得到正交参考信号。
S5.3、对温度信号和同相参考信号进行相乘及快速傅里叶变换后得到实部信号，对温度信号和正交参考信号进行相乘及快速傅里叶变换后得到虚部信号。
S5.4、对实部信号和虚部信号求幅值和相位，得到热红外图像中各个像素点的幅值和相位，并将特定频率的幅值和相位作为特征值进行输出。
S5.5、提取热红外图像中各个像素点的深度信息进行输出。
如图4所示，为本实施例中进行锁相相关处理的流程图。
本实施例中，特征值包括热红外图像中各个像素点在特定频率的幅值和相位，例如各个像素点在锁相频率下的幅值和相位。
S6、根据热红外图像中各个像素点的特征值和深度信息进行三维特征成像并显示，根据显示结果得到互联线缺陷的具体位置和尺寸。
在具体实施过程中，将待测的芯片或电路模块作为待测对象放置在平台上，经S1、S2步骤生成的带周期性锁相信号的激励电流对功能已知的待测对象的电路引脚或功能引脚进行电流激励，待测对象内的电源相关的互联线在电流激励作用下周期性加热并产生热波，此时，待测对象内的电源相关的互联线缺陷在周期性加热下会产生幅度或相位被改变的异常热波。由此经S3～S6步骤的图像采集及图像分析处理后，得到三维成像结果，能够直观地观察得到互联线缺陷的具体位置和尺寸。
相同或相似的标号对应相同或相似的部件；
附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于锁相同步图像处理的互联线缺陷检测系统，其特征在于，包括：
控制器(1)；
激励控制模块(2)，用于根据控制器(1)输出的控制信号生成带周期性锁相信号的激励信号；
激励电源模块(3)，用于根据激励控制模块(2)输出的激励信号产生相应的激励电流，所述激励电源模块(3)的输出端与放置在平台上的待测对象的电源引脚或功能引脚电连接；
图像采集模块(4)，所述图像采集模块(4)设置在平台的上方，用于采集待测对象在电流激励的情况下产生周期性热波的热红外图像；
处理模块(5)，用于对图像采集模块(4)采集的热红外图像进行分析处理得到待测对象的温度信号，根据各个像素点的温度信号的变化程度划分无缺陷区域图像，对温度信号进行锁相相关处理，生成热红外图像中各个像素点的幅值、相位和深度信息；
成像模块(6)，用于根据热红外图像中各个像素点的幅值、相位和深度信息进行三维特征成像并显示；根据成像模块(6)显示的三维图像得到待测对象中互联线缺陷的具体位置和尺寸。
2.根据权利要求1所述的基于锁相同步图像处理的互联线缺陷检测系统，其特征在于，所述激励控制模块(2)包括：
锁相信号产生单元(21)，用于根据控制器(1)输出的控制信号生成周期性的锁相信号；所述锁相信号包括正弦波信号或脉冲波信号；
高频信号产生单元(22)，用于根据控制器(1)输出的控制信号生成连续的高频交流信号；
和，幅度调制单元(23)，用于根据锁相信号产生单元(21)和高频信号产生单元(22)分别输出的锁相信号和高频交流信号进行幅度调制，生成激励信号。
3.根据权利要求1所述的基于锁相同步图像处理的互联线缺陷检测系统，其特征在于，所述处理模块(5)包括：
图像处理单元(51)，用于对图像采集模块(4)采集的热红外图像进行分析处理得到待测对象的温度信号；
参考信号产生单元(52)，用于以热红外图像中无缺陷区域的温度信号作为参考生成参考信号，或以频率为锁相频率的正弦波作为参考信号输出；
和，锁相相关计算单元(53)，用于根据待测对象的温度信号和参考信号进行锁相相关处理，提取热红外图像中各个像素点在特定频率的幅值和相位作为特征值进行输出，以及提取热红外图像中各个像素点的深度信息进行输出。
4.根据权利要求1所述的基于锁相同步图像处理的互联线缺陷检测系统，其特征在于，所述图像采集模块(4)包括双目热成像仪。
5.根据权利要求4所述的基于锁相同步图像处理的互联线缺陷检测系统，其特征在于，所述图像采集模块(4)采用固体浸没透镜。
6.一种基于锁相同步图像处理的互联线缺陷检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、生成带周期性锁相信号的激励信号；
S2、根据带周期性锁相信号的激励信号产生激励电流，对功能已知的待测对象的电路引脚或功能引脚进行电流激励，待测对象内的互联线在电流激励的作用下周期性加热并产生热波；
S3、采用图像采集模块从两个角度对待测对象进行热红外图像采集，得到包括周期性热波的温度信号的热红外图像；
S4、对所述热红外图像进行分析处理，得到各个像素点的温度信号，并根据各个像素点的温度信号的变化程度划分无缺陷区域图像；
S5、生成参考信号，并根据参考信号和热红外图像中各个像素点的温度信号进行锁相相关处理，得到热红外图像中各个像素点的特征值和深度信息；
S6、根据热红外图像中各个像素点的特征值和深度信息进行三维特征成像并显示，根据显示结果得到互联线缺陷的具体位置和尺寸。
7.根据权利要求6所述的基于锁相同步图像处理的互联线缺陷检测方法，其特征在于，所述S1步骤中，生成带周期性锁相信号的激励信号的步骤包括：将连续的高频交流信号和周期性的锁相信号进行幅度调制，生成激励信号；所述锁相信号包括正弦波信号或脉冲波信号。
8.根据权利要求7所述的基于锁相同步图像处理的互联线缺陷检测方法，其特征在于，当所述锁相信号和高频交流信号为正弦波信号时，将连续的高频交流信号和周期性的锁相信号进行幅度调制，生成的激励信号i的表达式如下所示：
i＝IA·sin(2πflock-int)·sin(2πfcarryt)
式中，IA表示激励信号i的最大幅值，flock-in表示锁相信号频率，fcarry表示高频交流信号频率，t为时间。
9.根据权利要求6所述的基于锁相同步图像处理的互联线缺陷检测方法，其特征在于，所述特征值包括热红外图像中各个像素点在特定频率的幅值和相位。
10.根据权利要求9所述的基于锁相同步图像处理的互联线缺陷检测方法，其特征在于，所述S5步骤中，根据参考信号和热红外图像中各个像素点的温度信号进行锁相相关处理的步骤包括：
S5.1、根据无缺陷区域图像中各个像素点的温度信号生成参考信号，或，设置频率为锁相频率的正弦波为参考信号；
S5.2、将参考信号作为同相参考信号，对所述参考信号进行希尔伯特变换得到正交参考信号；
S5.3、对温度信号和同相参考信号进行相乘及快速傅里叶变换后得到实部信号，对温度信号和正交参考信号进行相乘及快速傅里叶变换后得到虚部信号；
S5.4、对实部信号和虚部信号求幅值和相位，得到热红外图像中各个像素点的幅值和相位，并将特定频率的幅值和相位作为特征值进行输出；
S5.5、提取热红外图像中各个像素点的深度信息进行输出。
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WO2024045551A1 (zh) * 2022-09-01 2024-03-07 合肥锁相光学科技有限公司 一种锁相微光显微成像方法及装置
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