TW201928772A

TW201928772A - 二值化輪廓檢測系統及其方法

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Publication number: TW201928772A
Application number: TW106143820A
Authority: TW
Inventors: 楊志涵
Original assignee: 英業達股份有限公司
Priority date: 2017-12-13
Filing date: 2017-12-13
Publication date: 2019-07-16

Abstract

一種二值化輪廓檢測系統及其方法，透過定位模板的目標元件在檢測圖中的位置，再根據二值化閾值分別將模板及在檢測圖中定位的位置進行二值化，用以產生模板二值化圖像及檢測圖二值化圖像，並且進行互斥或計算以生成差異二值化圖像，以及偵測差異二值化圖像的白色面積作為差異面積，並且計算差異面積與模板面積的比例產生差異百分比，進而根據差異百分比輸出相應的訊息，用以提高元件檢測的效率及正確性之技術功效。

Description

二值化輪廓檢測系統及其方法

本發明涉及一種檢測系統及其方法，特別是應用在檢測印刷電路板的元件之二值化輪廓檢測系統及其方法。

近年來，隨著電子電路的普及與蓬勃發展，各種基於印刷電路板的電子設備便如雨後春筍般出現，因此，如何快速檢測印刷電路板上的元件是否被正確設置，便成為各家廠商為了提高生產力而亟欲解決的問題之一。

一般而言，檢測印刷電路板上的元件是否被正確設置是透過人眼來進行檢查及確認。然而，由於人在長期工作時容易因注意力不集中及分心，導致遺漏檢查、誤判等情況發生，使得印刷電路板上仍然存在設置錯誤的元件，以至於在進行通電測試時，連帶使得整體印刷電路板損毀及報廢，因此，此一方式具有元件檢測的效率及正確性不佳的問題。

有鑑於此，便有廠商提出自動光學檢查（Automated Optical Inspection, AOI）的技術，透過機器視覺做為檢測標準技術，用以改良傳統上以人力使用光學儀器進行檢測的缺點。然而，此一方式是直接比較顏色作為判斷條件，但是由於元件的外型及種類繁多，而且容易因為元件角度位置偏移而產生誤判，因此，仍然無法有效解決元件檢測的效率及正確性不佳的問題。

綜上所述，可知先前技術中長期以來一直存在元件檢測的效率及正確性不佳之問題，因此實有必要提出改進的技術手段，來解決此一問題。

本發明揭露一種二值化輪廓檢測系統及其方法。

首先，本發明揭露一種二值化輪廓檢測系統，此系統包含：定位模組、生成模組、計算模組及輸出模組。其中，定位模組用以定位模板中的目標元件在檢測圖中的位置；生成模組用以根據二值化閾值分別將模板及其相應位置的檢測圖進行二值化以產生相應的模板二值化圖像及檢測圖二值化圖像；計算模組用以根據模板二值化圖像及檢測圖二值化圖像進行互斥或（Exclusive OR, XOR）計算以生成差異二值化圖像，並且偵測此差異二值化圖像的白色面積作為差異面積，以及計算此差異面積與模板的面積之比例以產生差異百分比；輸出模組用以當差異百分比小於預設值時，輸出正確訊息，當差異百分比大於或等於預設值時，輸出錯誤訊息。

另外，本發明揭露一種二值化輪廓檢測方法，其步驟包括：定位模板中的目標元件在檢測圖中的位置；根據二值化閾值分別將模板及其相應位置的檢測圖進行二值化以產生相應的模板二值化圖像及檢測圖二值化圖像；根據模板二值化圖像及檢測圖二值化圖像進行互斥或計算以生成差異二值化圖像，並且偵測此差異二值化圖像的白色面積作為差異面積，以及計算此差異面積與模板的面積之比例以產生差異百分比；當差異百分比小於預設值時，輸出正確訊息，當差異百分比大於或等於預設值時，輸出錯誤訊息。

本發明所揭露之系統與方法如上，與先前技術的差異在於本發明是透過定位模板的目標元件在檢測圖中的位置，再根據二值化閾值分別將模板及在檢測圖中定位的位置進行二值化，用以產生模板二值化圖像及檢測圖二值化圖像，並且進行互斥或計算以生成差異二值化圖像，以及偵測差異二值化圖像的白色面積作為差異面積，並且計算差異面積與模板面積的比例產生差異百分比，進而根據差異百分比輸出相應的訊息。

透過上述的技術手段，本發明可以達成提高元件檢測的效率及正確性之技術功效。

以下將配合圖式及實施例來詳細說明本發明之實施方式，藉此對本發明如何應用技術手段來解決技術問題並達成技術功效的實現過程能充分理解並據以實施。

在說明本發明所揭露之二值化輪廓檢測系統及其方法之前，先對本發明所自行定義的名詞作說明，本發明所述的模板二值化圖像是指作為比對基準的目標元件之黑白圖像；檢測圖二值化圖像則是指在印刷電路板中的目標元件之黑白圖像；所述差異二值化圖像係以黑白圖像呈現差異輪廓，其中白色為差異部分，黑色為相同的部分。

以下配合圖式對本發明二值化輪廓檢測系統及其方法做進一步說明，請先參閱「第1圖」，「第1圖」為本發明二值化輪廓檢測系統之系統方塊圖，此系統包含：定位模組110、生成模組120、計算模組130及輸出模組140。其中，定位模組110用以定位模板（Template）中的目標元件在檢測圖中的位置。在實際實施上，檢測圖為待測單元（Unit Under Test, UUT）的圖像，例如：設置有目標元件的印刷電路板（Printed Circuit Board , PCB）之圖像，至於模板則是作為比較基準的目標元件之圖像。前述各圖像可透過攝像元件或掃描元件，例如：感光耦合元件（Charge Coupled Device, CCD）、互補式金屬氧化物半導體（Complementary Metal-Oxide-Semiconductor, CMOS）等等來產生。另外，定位方式可透過灰階相似度匹配進行比對及定位。

生成模組120用以根據二值化閾值分別將模板及其相應位置的檢測圖進行二值化以產生相應的模板二值化圖像及檢測圖二值化圖像。在實際實施上，在進行二值化之前，可先進行平滑處理以降低雜訊（Noise）、避免圖像失真。另外，所述二值化閾值可為預先設置或根據檢測圖以自適應閾值演算法計算生成，所述自適應閾值演算法至少包含大津演算法（OTSU）及最小誤差閾值演算法其中之一。

計算模組130用以根據模板二值化圖像及檢測圖二值化圖像進行互斥或計算以生成差異二值化圖像，並且偵測此差異二值化圖像的白色面積作為差異面積，以及計算此差異面積與模板的面積之比例以產生差異百分比。在實際實施上，互斥或計算是指相異為真（Ture）、相同為假（False）的計算，因此，當兩張二值化圖像進行互斥或計算後，即可凸顯兩張二值化圖像的相異部分（即：白色面積；差異面積），稍後將配合圖式對此部分進行示意及說明。另外，假設檢測圖二值化圖像為模板二值化圖像的兩倍大小，那麼當差異面積和模板面積的比例換算為百分比為200%時，相當於兩者沒有任何重合的部分。

輸出模組140用以當所述差異百分比小於預設值時，輸出正確訊息，當差異百分比大於等於預設值時，輸出錯誤訊息。舉例來說，預設值可預先設為「15%」，當差異百分比小於預設值時，輸出正確訊息如：「元件正確」，反之則輸出錯誤訊息，如：「元件錯誤」。在實際實施上，輸出正確訊息及錯誤訊息的方式可包含在顯示器上顯示文字、圖像、符號；使用揚聲器播放語音；甚至是使用不同顏色的發光二極體分別呈現不同訊息，如：輸出錯誤訊息以驅動紅色發光二極體來呈現，輸出正確訊息以驅動綠色發光二極體來呈現。另外，輸出模組140可在圖形使用者介面產生設定視窗，以提供使用者透過按壓功能鍵或輸入數值的方式設定預設值及二值化閾值。

特別要說明的是，該系統更可包含設定模組150用以在圖形使用者介面產生設定視窗，以便提供使用者透過按壓功能鍵或輸入數值的方式設定預設值及二值化閾值。在實際實施上，本發明的系統所包含各模組皆可利用各種方式來實現，包含軟體、硬體或其任意組合，例如，在某些實施方式中，各模組可利用軟體及硬體或其中之一來實現，除此之外，系統亦可部分地或完全地基於硬體來實現，例如，系統中的一個或多個模組可以透過積體電路晶片、系統單晶片（System on Chip, SoC）、複雜可程式邏輯裝置（Complex Programmable Logic Device, CPLD）、現場可程式邏輯閘陣列（Field Programmable Gate Array, FPGA）等等。

本發明可以是系統、方法及／或電腦程式。電腦程式可以包括電腦可讀儲存媒體，其上載有用於使處理器實現本發明的各個方面的電腦可讀程式指令，電腦可讀儲存媒體可以是可以保持和儲存由指令執行設備使用的指令的有形設備。電腦可讀儲存媒體可以是但不限於電儲存設備、磁儲存設備、光儲存設備、電磁儲存設備、半導體儲存設備或上述的任意合適的組合。電腦可讀儲存媒體的更具體的例子（非窮舉的列表）包括：硬碟、隨機存取記憶體、唯讀記憶體、快閃記憶體、光碟、軟碟以及上述的任意合適的組合。此處所使用的電腦可讀儲存媒體不被解釋爲瞬時信號本身，諸如無線電波或者其它自由傳播的電磁波、通過波導或其它傳輸媒介傳播的電磁波（例如，通過光纖電纜的光信號）、或者通過電線傳輸的電信號。另外，此處所描述的電腦可讀程式指令可以從電腦可讀儲存媒體下載到各個計算／處理設備，或者通過網路，例如：網際網路、區域網路、廣域網路及／或無線網路下載到外部電腦設備或外部儲存設備。網路可以包括銅傳輸電纜、光纖傳輸、無線傳輸、路由器、防火牆、交換器、集線器及／或閘道器。每一個計算／處理設備中的網路卡或者網路介面從網路接收電腦可讀程式指令，並轉發此電腦可讀程式指令，以供儲存在各個計算／處理設備中的電腦可讀儲存媒體中。執行本發明操作的電腦程式指令可以是組合語言指令、指令集架構指令、機器指令、機器相關指令、微指令、韌體指令、或者以一種或多種程式語言的任意組合編寫的原始碼或目的碼（Object Code），所述程式語言包括物件導向的程式語言，如：Common Lisp、Python、C++、Objective-C、Smalltalk、Delphi、Java、Swift、C#、Perl、Ruby 與 PHP等等，以及常規的程序式（Procedural）程式語言，如：C語言或類似的程式語言。計算機可讀程式指令可以完全地在電腦上執行、部分地在電腦上執行、作爲一個獨立的軟體執行、部分在客戶端電腦上部分在遠端電腦上執行、或者完全在遠端電腦或伺服器上執行。

接著，請參閱「第2圖」，「第2圖」為本發明二值化輪廓檢測方法之方法流程圖，其步驟包括：定位模板中的目標元件在檢測圖中的位置（步驟210）；根據二值化閾值分別將模板及其相應位置的檢測圖進行二值化以產生相應的模板二值化圖像及檢測圖二值化圖像（步驟220）；根據模板二值化圖像及檢測圖二值化圖像進行互斥或計算以生成差異二值化圖像，並且偵測此差異二值化圖像的白色面積作為差異面積，以及計算此差異面積與模板的面積之比例以產生差異百分比（步驟230）；當所述差異百分比小於預設值時，輸出正確訊息，當差異百分比大於等於預設值時，輸出錯誤訊息（步驟240）。透過上述步驟，即可透過定位模板的目標元件在檢測圖中的位置，再根據二值化閾值分別將模板及在檢測圖中定位的位置進行二值化，用以產生模板二值化圖像及檢測圖二值化圖像，並且進行互斥或計算以生成差異二值化圖像，以及偵測差異二值化圖像的白色面積作為差異面積，並且計算差異面積與模板面積的比例產生差異百分比，進而根據差異百分比輸出相應的訊息。

在步驟210之前，更可在圖形使用者介面產生設定視窗，以提供使用者透過按壓功能鍵或輸入數值的方式設定預設值及二值化閾值（步驟200）。藉由調整預設值能夠控制容錯率；藉由控制二值化閾值能夠控制產生的二值化圖像的清晰度及雜訊。

以下配合「第3圖」至「第5圖」以實施例的方式進行如下說明，請先參閱「第3圖」，「第3圖」為應用本發明進行二值化處理之示意圖。在實際實施上，由於透過攝像元件或掃描元件得到的圖像為彩色圖像，所以為了處理方便會先將圖像轉為灰階圖像310，以便透過灰階相似度匹配的方式來定位模板中的目標元件在檢測圖中的位置，預設的搜索範圍可設定為目標元件區域的長寬兩倍的區域。接著，在進行二值化處理時，將灰階圖像310小於臨界值的像素設定為「0」（即：黑色），大於或等於臨界值的像素則設定為「255」（即：白色），此處所指的臨界值一般稱為「閾值（Threshold）；二值化閾值」。如此一來，在設定完成後，將產生如「第3圖」所示意的二值化圖像320。藉由此二值化處理，生成模組120能夠分別產生模板的二值化圖像（即：模板二值化圖像），以及模板中的目標元件在檢測圖中的位置之二值化圖像（即：檢測圖二值化圖像）。

如「第4圖」所示意，「第4圖」為應用本發明生成差異二值化圖像之示意圖。假設生成模組120產生的二值化圖像分別為顯示視窗400中所示意的模板二值化圖像410、檢測圖二值化圖像420。計算模組130會將模板二值化圖像410及檢測圖二值化圖像420進行XOR計算，並且生成差異二值化圖像430，以及偵測差異二值化圖像430的白色面積作為差異面積431。接著，計算差異面積431與模板的面積之比例以產生差異百分比，例如：「18%」。此時，假設預設值為「15%」，由於差異百分比大於預設值，所以輸出模組140可在顯示區塊440中輸出錯誤訊息，例如：「元件錯誤」。

如「第5圖」所示意，「第5圖」為應用本發明設定預設值及二值化閾值之示意圖。在實際實施上，可在圖形使用者介面產生設定視窗500，以提供使用者透過按壓功能鍵或在輸入區塊510中輸入數值的方式設定預設值及二值化閾值，並且點選儲存元件520以進行儲存。特別要說明的是，除了以設定視窗500設定二值化閾值之外，亦可根據檢測圖以自適應閾值演算法計算生成二值化閾值，所述自適應閾值演算法可以使用如：大津演算法（OTSU）、最小誤差閾值演算法等等。

綜上所述，可知本發明與先前技術之間的差異在於透過定位模板的目標元件在檢測圖中的位置，再根據二值化閾值分別將模板及在檢測圖中定位的位置進行二值化，用以產生模板二值化圖像及檢測圖二值化圖像，並且進行互斥或計算以生成差異二值化圖像，以及偵測差異二值化圖像的白色面積作為差異面積，並且計算差異面積與模板面積的比例產生差異百分比，進而根據差異百分比輸出相應的訊息，藉由此一技術手段可以解決先前技術所存在的問題，進而達成提高元件檢測的效率及正確性之技術功效。

雖然本發明以前述之實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習相像技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之專利保護範圍須視本說明書所附之申請專利範圍所界定者為準。

110‧‧‧定位模組

120‧‧‧生成模組

130‧‧‧計算模組

140‧‧‧輸出模組

310‧‧‧灰階圖像

320‧‧‧二值化圖像

400‧‧‧顯示視窗

410‧‧‧模板二值化圖像

420‧‧‧檢測圖二值化圖像

430‧‧‧差異二值化圖像

431‧‧‧差異面積

440‧‧‧顯示區塊

500‧‧‧設定視窗

510‧‧‧輸入區塊

520‧‧‧儲存元件

步驟200‧‧‧在圖形使用者介面產生一設定視窗，以提供按壓功能鍵或輸入數值的方式設定預設值及二值化閾值

步驟210‧‧‧定位一模板中的一目標元件在一檢測圖中的位置

步驟220‧‧‧根據二值化閾值分別將該模板及其相應位置的該檢測圖進行二值化以產生相應的一模板二值化圖像及一檢測圖二值化圖像

步驟230‧‧‧根據該模板二值化圖像及該檢測圖二值化圖像進行互斥或（Exclusive OR, XOR）計算以生成一差異二值化圖像，並且偵測該差異二值化圖像的白色面積作為一差異面積，以及計算該差異面積與該模板的面積之比例以產生一差異百分比

步驟240‧‧‧當該差異百分比小於預設值，輸出一正確訊息，當差異百分比大於或等於該預設值，輸出一錯誤訊息

第1圖為本發明二值化輪廓檢測系統之系統方塊圖。第2圖為本發明二值化輪廓檢測方法之方法流程圖。第3圖為應用本發明進行二值化處理之示意圖。第4圖為應用本發明生成差異二值化圖像之示意圖。第5圖為應用本發明設定預設值及二值化閾值之示意圖。

Claims

一種二值化輪廓檢測系統，該系統包含：一定位模組，用以定位一模板中的一目標元件在一檢測圖中的位置；一生成模組，用以根據一二值化閾值分別將該模板及其相應位置的該檢測圖進行二值化以產生相應的一模板二值化圖像及一檢測圖二值化圖像；一計算模組，用以根據該模板二值化圖像及該檢測圖二值化圖像進行互斥或（Exclusive OR, XOR）計算以生成一差異二值化圖像，並且偵測該差異二值化圖像的白色面積作為一差異面積，以及計算該差異面積與該模板的面積之比例以產生一差異百分比；以及一輸出模組，用以當該差異百分比小於一預設值時，輸出一正確訊息，當差異百分比大於或等於該預設值時，輸出一錯誤訊息。
根據申請專利範圍第1項之二值化輪廓檢測系統，其中該二值化閾值為預先設置或根據該檢測圖以一自適應閾值演算法計算生成，該自適應閾值演算法至少包含大津演算法（OTSU）及最小誤差閾值演算法其中之一。
根據申請專利範圍第1項之二值化輪廓檢測系統，其中該定位模組定位該模板中的該目標元件在該檢測圖中的位置係以灰階相似度匹配進行比對及定位。
根據申請專利範圍第1項之二值化輪廓檢測系統，其中該系統更包含一設定模組，用以在圖形使用者介面產生一設定視窗，以提供按壓功能鍵或輸入數值的方式設定該預設值及該二值化閾值。
根據申請專利範圍第1項之二值化輪廓檢測系統，其中該正確訊息及該錯誤訊息包含文字、圖像、符號及語音，並且以顯示器或揚聲器進行顯示或播放。
一種二值化輪廓檢測方法，其步驟包括：定位一模板中的一目標元件在一檢測圖中的位置；根據一二值化閾值分別將該模板及其相應位置的該檢測圖進行二值化以產生相應的一模板二值化圖像及一檢測圖二值化圖像；根據該模板二值化圖像及該檢測圖二值化圖像進行互斥或（Exclusive OR, XOR）計算以生成一差異二值化圖像，並且偵測該差異二值化圖像的白色面積作為一差異面積，以及計算該差異面積與該模板的面積之比例以產生一差異百分比；以及當該差異百分比小於一預設值時，輸出一正確訊息，當差異百分比大於等於該預設值，輸出一錯誤訊息。
根據申請專利範圍第6項之二值化輪廓檢測方法，其中該二值化閾值為預先設置或根據該檢測圖以一自適應閾值演算法計算生成，該自適應閾值演算法至少包含大津演算法（OTSU）及最小誤差閾值演算法其中之一。
根據申請專利範圍第6項之二值化輪廓檢測方法，其中該定位該模板中的該目標元件在該檢測圖中的位置之步驟係以灰階相似度匹配進行比對及定位。
根據申請專利範圍第6項之二值化輪廓檢測方法，其中該方法更包含在圖形使用者介面產生一設定視窗，以提供按壓功能鍵或輸入數值的方式設定該預設值及該二值化閾值的步驟。
根據申請專利範圍第6項之二值化輪廓檢測方法，其中該正確訊息及該錯誤訊息包含文字、圖像、符號及語音，並且以顯示器或揚聲器進行顯示或播放。