CN115170476A - 基于图像处理的印制线路板缺陷检测方法 - Google Patents

基于图像处理的印制线路板缺陷检测方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及图像处理领域，具体涉及一种基于图像处理的印制线路板缺陷检测方法，获取待检测印制线路板表面图像进行预处理，得到导通孔区域，利用滑窗统计每个导通孔中的像素点个数，初步筛选出面积合格的导通孔，以导通孔内任意一个像素点为中心，获取其各个方向的目标线段，根据目标线段上的像素点个数计算每个像素点的导通孔中心符合值，根据导通孔中心符合值选取每个导通孔的中心点，根据导通孔中心点对应所在直径上的像素点个数和垂直于该所在直径的线段的像素点个数得到每个导通孔的形状符合值，根据形状符合值判断待检测印制线路板是否存在缺陷，方法智能、精准、高效。

Description

基于图像处理的印制线路板缺陷检测方法
技术领域
本申请涉及图像处理领域，具体涉及一种基于图像处理的印制线路板缺陷检测方法。
背景技术
印制线路板即PCB(printed circuit board)，简称印制板，是电子工业的重要部件之一，几乎每种电子设备都要使用印制线路板，印制线路板上的导通孔(via)是用来连接及导通印制线路板的两层或多层之间的铜箔线路用的，将导线焊接在导通孔位置可将各部分电路进行连接从而实现电子设备的正常工作。若导通孔面积或者形状不符合标准，则可能导致导线松动，影响影响电子设备的性能。
因此对生产的印制线路板中的导通孔需要进行缺陷检测，确保没有缺陷，以防止使用了带有缺陷的印制线路板导致电子设备性能不过关最终返工浪费不必要的时间与精力，所以对印制线路板中的导通孔进行检测是必不可少的环节。
现阶段对于导通孔的检测方法主要是人工目视主观判定法、仪器线上检测法和功能测试法，人工目视法效率不仅低下且容错率低，容易将缺陷制品当成合格品。而后两种方法操做繁琐，工作量大还有可能会损伤印制线路板。因此本发明使用图像处理技术来检测印制线路板中的导通孔，根据导通孔是否合格判断印制线路板是否存在缺陷，方法智能、高效。
发明内容
本发明提供一种基于图像处理的印制线路板缺陷检测方法，解决印制线路板缺陷检测中效率低、精度低的问题，采用如下技术方案：
获取待检测印制线路板表面图像和与待检测印制线路板同批次标准印制线路板的表面图像，进行预处理，得到图像中的导通孔区域；
使用滑窗统计待检测印制线路板表面图像中每个导通孔中的像素点个数，并利用每个导通孔中像素点的个数与标准印制线路板表面图像中对应导通孔中的像素点个数对比，对每个导通孔是否存在缺陷进行判断；
若待检测印制线路板表面图像中的导通孔有存在缺陷的导通孔，则该待检测印制线路板为不合格；
若待检测印制线路板表面图像中的所有导通孔都不存在缺陷，则以每个导通孔内任意一个像素点为中心，向各个方向进行双向延伸至导通孔边缘像素点时停止，得到每个像素点在各个方向上的目标线段；
利用每个像素点所在各个方向上的目标线段上包含像素点的数量，筛选出每个像素点所在的直径线段；
根据每个像素点所在直径线段上的像素点个数获得每个像素点作为导通孔中心符合值；
将每个导通孔中每个像素点作为导通孔中心符合值所对应的像素点作为该导通孔的中心像素点，过该导通孔的中心像素点做与导通孔的中心像素点所在的直径线段的垂线，根据垂线与导通孔边缘交点之间的线段上的像素点个数和导通孔的中心像素点所在的直径线段的像素点个数，得到每个导通孔的形状符合值；
根据每个导通孔的形状符合值判断导通孔是否存在缺陷；
若待检测印制线路板表面图像所有的导通孔不存在缺陷，则该待检测印制线路板为合格，否则为不合格。
所述预处理方法为：
对图像进行灰度化，得到灰度图；
对灰度图进行边缘检测，得到导通孔区域和导通孔边缘区域，并转换为二值图，导通孔区域为黑色，导通孔边缘区域为白色；
对二值图使用形态学开运算检测，去除噪点。
所述对每个导通孔是否存在缺陷进行判断为：
计算导通孔面积和标准导通孔像素点个数的差值，若差值在误差范围内，则导通孔不存在缺陷，否则存在缺陷。
所述每个像素点所在的直径线段的获取方法为：
将每个像素点在各个方向上的目标线段中像素点数量最多的目标线段作为每个像素点的所在直径。
所述每个像素点的导通孔中心符合值的获取方法为：
以每个像素点为中心将其所在直径线段分为对称的两部分i、j；
则每个像素点的导通孔中心符合值计算方法为：
R＝li·lj
式中，R为像素点的导通孔中心符合值，li、lj为对称两部分上像素点个数。
所述每个导通孔的形状符合值的计算方法为：
Figure BDA0003684375010000031
式中，D为每个导通孔的形状符合值，n为该导通孔中心点所在直径线段的数量，lia、lib为经过导通孔中心点且垂直于该所在直径的线段上对称两部分的像素点数量，si为导通孔中心像素点对应的第i条所在直径上去除中心像素点之外的其余像素点个数。
所述根据每个导通孔的形状符合值判断导通孔是否存在缺陷的方法为：
若导通孔的形状符合值大于等于阈值，该导通孔不存在缺陷，否则，该导通孔存在缺陷。
本发明的有益效果是：获取待检测印制线路板表面图像进行预处理，得到表面图像中的导通孔区域及其边缘区域，并利用滑窗统计每个导通孔中的像素点个数，初步判断导通孔面积是否合格，若导通孔面积合格，则以导通孔内任意一个像素点为中心，向其各个方向进行延伸，直到遇到边缘区域像素点时停止延伸，得到目标线段，获取每个像素点所在的直径线段，根据每个像素点所在的直径线段上的像素点个数计算每个像素点的导通孔中心符合值，根据导通孔中心符合值选取每个导通孔的中心点，根据导通孔中心点对应所在直径上的像素点个数和垂直于该所在直径的线段的像素点个数得到每个导通孔的形状符合值，根据形状符合值判断待检测印制线路板是否存在缺陷，方法智能、精准、高效。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明的一种基于图像处理的印制线路板缺陷检测方法流程示意图；
图2是本发明的一种基于图像处理的印制线路板缺陷检测方法中的印制线路板图像示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的一种基于图像处理的印制线路板缺陷检测方法的实施例，如图1所示，包括：
步骤一：获取待检测印制线路板表面图像和与待检测印制线路板同批次标准印制线路板的表面图像，进行预处理，得到图像中的导通孔区域；
该步骤的目的是，采集待检测印制线路板图像并进行一系列预处理，作为后续分析的数据基础，并且获取与待检测印制线路板同一批次的标准印制线路板作为对比，标准印制线路板的预处理方法与待检测印制线路板的预处理方法一致。
本实施例采集的印制线路板图像如图2所示。
其中，预处理方法为：
(1)灰度化：
将采集到的图像进行灰度化处理，因为印制线路板背景与镀铜线路多为绿色，所以绿色是在本发明中不太需要关注的区域，将灰度化处理时绿色权重降低便于后续的二值化处理，因此在灰度化时令：Gray＝0.587B+0.114G+0.299R，由此将彩色图像转换为灰度图；
(2)边缘检测：
对灰度图进行边缘检测，边缘检测方法为Canny边缘检测，得到导通孔区域和导通孔边缘区域；
(3)转换为二值图：二值图中黑色部分则为印制线路板区域与导通孔区域，白色部分则为导通孔边缘区域与底部的铜片区域部分，即导通孔区域为黑色，导通孔边缘区域为白色；
因为，印制线路板图像由板上的导通孔与线路以及背景组成，背景区域因为没有功能作用所以不是很重要，本发明对导通孔进行检测，需要将导通孔与其他部分分离开来，将导通孔与其他部分分离开来将获得的印制线路板图像进行二值化处理。
(4)对二值图使用形态学开运算检测，开运算即先进行腐蚀运算，再进行膨胀运算，去除一些孤立的小点，将导通孔图像内部可能存在的一些噪点去除。
步骤二：使用滑窗统计待检测印制线路板表面图像中每个导通孔中的像素点个数，并利用每个导通孔中像素点的个数与标准印制线路板表面图像中对应导通孔中的像素点个数对比，对每个导通孔是否存在缺陷进行判断；
该步骤的目的是对步骤一中检测出的导通孔区域中的像素点进行遍历得到导通孔面积，并判断面积是否合格。
其中，判断每个导通孔是否存在缺陷的方法为：
将每个导通孔的像素点个数与标准印制线路板对应位置导通孔的像素点个数作差，得到差值，若差值在误差允许范围内，则该导通孔不存在缺陷，否则存在缺陷，不同的印制线路板的标准面积(像素点个数)和误差允许范围取值范围不同，这里根据实际情况进行确定，其中尺寸合格的导通孔为满足上述条件的导通孔，通过上述方法将尺寸不合格的导通孔与尺寸合格的导通孔区分开来。
步骤三：若待检测印制线路板表面图像中的导通孔有存在缺陷的导通孔，则该待检测印制线路板为不合格；若待检测印制线路板表面图像中的所有导通孔都不存在缺陷，则以每个导通孔内任意一个像素点为中心，向各个方向进行双向延伸至导通孔边缘像素点时停止，得到每个像素点在各个方向上的目标线段；利用每个像素点所在各个方向上的目标线段上包含像素点的数量，筛选出每个像素点所在的直径线段；
该步骤的目的是对步骤二初步筛选出面积合格的导通孔进一步检测形状。
其中，目标线段获取方法为：
任取符合上述尺寸标准的导通孔内部一个黑色像素点为中心像素点，以该像素点向各个方向进行双向延伸，直到遇到白色像素点(导通孔边缘像素点)时为止，得到各个方向上的目标线段。
其中，每个像素点所在的直径线段的获取方法为：
获取每个像素点在各个方向上的目标线段，将像素点数量最多的目标线段作为该像素点对应的所在直径。
根据本步骤可获取导通孔内每个像素点所在的直径线段：x1,x2,x3…xn。
步骤四：根据每个像素点所在直径线段上的像素点个数获得每个像素点作为导通孔中心符合值；
该步骤的目的是，根据导通孔内每个像素点所在的直径线段上的像素点个数计算每个像素点与导通孔中心的符合值。
其中，每个像素点与导通孔中心的符合值的获取方法为：
(1)以每个像素点为中心将其所在直径线段分为对称的两部分i、j；
(2)则每个像素点的导通孔中心符合值计算方法为：
R＝li·lj
式中，R为像素点的导通孔中心符合值，li、lj为对称两部分上像素点个数，R值越大就越为该导通孔的中心点，li、lj为对称的两部分i、j的像素点个数，对于长度一定的情况下，li、lj量数值越接近，其乘积数值越大。
步骤五：将每个导通孔中每个像素点作为导通孔中心符合值所对应的像素点作为该导通孔的中心像素点，过该导通孔的中心像素点做与导通孔的中心像素点所在的直径线段的垂线，根据垂线与导通孔边缘交点之间的线段上的像素点个数和导通孔的中心像素点所在的直径线段的像素点个数，得到每个导通孔的形状符合值；
该步骤的目的是，根据步骤四种计算个每个像素点的中心点符合度获取每个导通孔的形状符合值。
其中，每个导通孔的中心点获取方法为：
从获取导通孔内每个像素点的R的数值，选取R中的最大值Rmax对应的像素中心点即为导通孔的中心点，该中心点所在的线段为导通孔的直径。
其中，每个导通孔的形状符合值的计算方法为：
Figure BDA0003684375010000061
式中，D为每个导通孔的形状符合值，n为该导通孔中心点所在直径线段的数量，lia、lib为经过导通孔中心点且垂直于该所在直径的线段对称两部分(以导通孔中心点为中心，该线段被分为a,b对称的两部分)的像素点数量，si为导通孔中心像素点对应的第i条所在直径上去除中心像素点之外的其余像素点个数。
需要说明的是，导通孔一般为圆形或者正方形，其中在计算R的数值时会有不止一个最大值Rmax，即该中心像素点同时作为多条最长线段的中心像素点，对于存在的n条取得最大值Rmax的最长线段利用上述公式进行计算。
步骤六：根据每个导通孔的形状符合值判断导通孔是否存在缺陷；若待检测印制线路板表面图像所有的导通孔不存在缺陷，则该待检测印制线路板为合格，否则为不合格。
该步骤的目的是，判断导通孔形状是否存在缺陷，得到待检测印制线路板是否合格。
其中，根据每个导通孔的形状符合值判断导通孔是否存在缺陷的方法为：
若导通孔的形状符合值D，若D≥k，该待导通孔不存在缺陷，否则，该导通孔存在缺陷，k为阈值，本实施例中k＝0.95，进一步判断待检测印制线路板表面图像所有的导通孔是否存在缺陷，若都不存在缺陷则该待检测印制线路板合格，否则不合格。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种基于图像处理的印制线路板缺陷检测方法，其特征在于，包括：
获取待检测印制线路板表面图像和与待检测印制线路板同批次标准印制线路板的表面图像，进行预处理，得到图像中的导通孔区域；
使用滑窗统计待检测印制线路板表面图像中每个导通孔中的像素点个数，并利用每个导通孔中像素点的个数与标准印制线路板表面图像中对应导通孔中的像素点个数对比，对每个导通孔是否存在缺陷进行判断；
若待检测印制线路板表面图像中的导通孔有存在缺陷的导通孔，则该待检测印制线路板为不合格；
若待检测印制线路板表面图像中的所有导通孔都不存在缺陷，则以每个导通孔内任意一个像素点为中心，向各个方向进行双向延伸至导通孔边缘像素点时停止，得到每个像素点在各个方向上的目标线段；
利用每个像素点所在各个方向上的目标线段上包含像素点的数量，筛选出每个像素点所在的直径线段；
根据每个像素点所在直径线段上的像素点个数获得每个像素点作为导通孔中心符合值；
将每个导通孔中每个像素点作为导通孔中心符合值所对应的像素点作为该导通孔的中心像素点，过该导通孔的中心像素点做与导通孔的中心像素点所在的直径线段的垂线，根据垂线与导通孔边缘交点之间的线段上的像素点个数和导通孔的中心像素点所在的直径线段的像素点个数，得到每个导通孔的形状符合值；
根据每个导通孔的形状符合值判断导通孔是否存在缺陷；
若待检测印制线路板表面图像所有的导通孔不存在缺陷，则该待检测印制线路板为合格，否则为不合格。
2.根据权利要求1所述的一种基于图像处理的印制线路板缺陷检测方法，其特征在于，所述预处理方法为：
对图像进行灰度化，得到灰度图；
对灰度图进行边缘检测，得到导通孔区域和导通孔边缘区域，并转换为二值图，导通孔区域为黑色，导通孔边缘区域为白色；
对二值图使用形态学开运算检测，去除噪点。
3.根据权利要求1所述的一种基于图像处理的印制线路板缺陷检测方法，其特征在于，所述对每个导通孔是否存在缺陷进行判断为：
计算导通孔面积和标准导通孔像素点个数的差值，若差值在误差范围内，则导通孔不存在缺陷，否则存在缺陷。
4.根据权利要求1所述的一种基于图像处理的印制线路板缺陷检测方法，其特征在于，所述每个像素点所在的直径线段的获取方法为：
将每个像素点在各个方向上的目标线段中像素点数量最多的目标线段作为每个像素点的所在直径线段。
5.根据权利要求4所述的一种基于图像处理的印制线路板缺陷检测方法，其特征在于，所述每个像素点的导通孔中心符合值的获取方法为：
以每个像素点为中心将其所在直径线段分为对称的两部分i、j；
则每个像素点的导通孔中心符合值计算方法为：
R＝li·lj
式中，R为像素点的导通孔中心符合值，li、lj为对称两部分上像素点个数。
6.根据权利要求5所述的一种基于图像处理的印制线路板缺陷检测方法，其特征在于，所述每个导通孔的形状符合值的计算方法为：
Figure FDA0003684375000000021
式中，D为每个导通孔的形状符合值，n为该导通孔中心点所在直径线段的数量，lia、lib为经过导通孔中心点且垂直于该所在直径线段上对称两部分的像素点数量，si为导通孔中心像素点对应的第i条所在直径上去除中心像素点之外的其余像素点个数。
7.根据权利要求6所述的一种基于图像处理的印制线路板缺陷检测方法，其特征在于，所述根据每个导通孔的形状符合值判断导通孔是否存在缺陷的方法为：
若导通孔的形状符合值大于等于阈值，该导通孔不存在缺陷，否则，该导通孔存在缺陷。
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