基于数字图像处理的印刷电路板智能检测方法.docx

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1、基于数字图像处理的印刷电路板智能检测方法摘要印刷电路板检测作为现代电子产品生产过程关键的一环，在一开始无法形成高效的处理模式，传统的人工检测存在速度慢、效率低、人力成本高等缺点，使得印刷电路板无法适应大批量生产。印刷电路版的智能检测方法在现代电子器件的发展和电路的小型化、可视化中起着重要的作用。在这种环境下，如何通过低成本实现高效率、准确性和速度，对芯片电路板的检测具有重要意义。光学检测技术具有速度快、精度高、成本低等优点，正渐渐取代传统的人工检测技术。本设计实现了对相机采集到视频进行图片采集、平滑滤波、降噪、图像增强处理以及边缘提取，从而完成对焊盘的清晰处理，来解决传统印刷电路板精度低、速度

2、率慢的问题。本设计在数字图像处理的基础上，应用了MATLAB软件，完成对印刷电路板的焊盘进行智能检测且边缘清晰的设计，实现了提高印刷电路板生产效率和降低生产成本的目的。关键词：数字图像处理；MATLAB;印刷电路板；边缘检测；图像增强PrintedCircuitBoardIntelligenceBasedonDigitalImageProcessingEnergyDetectionMethodAbstractAsakeylinkintheproductionprocessofmdemelectronicproducts,PCBinspectioncannotfmanefficientproce

3、ssingmmdeatthebeginning.TraditionalmanualinspectionhasthedisadvantagesofslowSpeedJowefficiencyandhighlaborcost,whichmakesPCBunabletoadapttomassproduction.Intelligentdetectionofprintedcircuitplateplaysanimportantroleinthedevelopmentofmdernelectronicdevicesandtheminiaturizationandvisualizationofcircui

4、ts.Inthisenvironment,howtoachievehighefficiency,accuracyandspeedthroughlowcostisofgreatsignificancetothedetectionofchipcircuitboard.Opticaldetectiontechnologyhastheadvantagesofhighspeed,highprecisionandlowcost,andisgraduallyreplacingthetraditionalmanualdetectiontechnology.Thisdesignhascompletedtheim

5、ageacquisition,smoothfiltering,noisereduction,imageenhancementandedgeextractionofthevideocollectedbythecamera,soastorealizetheclearprocessingofthebuttpad,tosolvetheproblemoflowprecisionandslowspeedofthetraditionalprintedcircuitboard.Thisdesignisbasedondigitalimageprocessing,theapplicationofMAILABsof

6、tware,theCampletionoftheprintedcircuitboardsolderpadforintelligentdetectionandedgecleardesign,toimprovetheproductionefficiencyofprintedcircuitboardandreducetheproductioncost.Keywords:DigitalimagePrOCeSSing;MAILAB;Prinledcircuitboards;Edgedetection;Imageenhancement1前言1.1 课题研究的目的、意义11.2 国内外的发展概况及存在的问题

7、21.3 课题的主要研究内容22图像预处理32.1 图像的采集32.2 灰度图转化42.2.1 图像的二值化42.2.2 二值化处理和灰度图转化52.3 图像降噪62.3.1 图像降噪算法62.3.2 算法实现103.4增强处理123.4.1 直方图123.4.2 直方图均衡化123边缘检测163.1 边缘检测算法163.1.1 Canny算子163.1.2 LOG算子183.2 算法实现.193.2.1 Canny算子193.2.2 LOG算子.204结论22参考文献25谢辞26附录271前言基于数字图像处理的印刷电路板智能检测方法是一种基于数字图像处理对印刷电路板焊盘及其焊点进行识别的智能

8、检测方法。近几十年来，规模巨大的集成电路技术以及计算机技术发展迅猛、离散数学理论趋于完善，数字图像处理技术也得到了广泛的应用（1。数字图像处理（DigitalImageProCeSSing）是通过计算机对图像进行的一系列去噪、增强、复原、分割、提取特征等处理的技术。该技术产生和发展主要受三个因素影响：一是计算机的发展；二是数学的发展；三是应用需求的增长121。用来解决图像在采集过程中会受到传感器灵敏、噪音干扰等问题的影响，使图片无法呈现令人满意的视觉效果；且在图像研究和应用的过程中，需要把图像的目标部分进行分割划分成为有意义的、相互不干扰不重叠的部分，使一个区域内的像素呈现规律特征或需要进行局

9、部强化等问题，需要通过算法对图像进行处理。印制电路板（Printedcircuitboards,简称PCB板），是一用来连接电器元件，明确又高效整洁的实现现代元器件安装的一种方法。其主要功能是降低布线和安装元器件的错误率，从而提高生产的自动化水平和效率。本设计主要基于数字图像处理的有相关知识，来设计一种可以对相机获取的视频进行处理，实现焊盘的清晰识别，进而达到提高印刷电路板制作效率和制作精度，提高电子元器件的生产质量的智能检测方法。1.1课题研究的目的、意义本设计目的是为了实现把相机获取印刷电路板的视频进行处理，实现对焊盘的清晰识别的效果。日益发展的技术对电子产品的复杂性及其性能的要求日益提高

10、，印刷电路板是重要的元器件，所以PCB的智能检测是现代电子产品生产中的关键环节。传统印刷电路板的方式，存在高成本，低效率的问题。之前，印刷电路板传统的检测采用人工检测的方式，人力成本高、精度低、效率低等问题使得印刷电路板无法实现高数量和高质量的生产。而印刷电路板的光学检测技术就可以很好的解决这些问题。所以光学检测等类似的智能检测方法正在逐步代替人工方式。在数字图像处理的基础上,完成对印刷电路板的智能检测，可以很好的处理相机采集到的视频和图像，从而实现对焊盘的清晰处理，对实现电子器件的自动插装贴装以及电子元器件的发展有着重要的现实意义。本设计应达到处理相机获取的关于印刷电路板的视频，获取二维图像

11、进行处理平滑滤波、去噪、边缘处理、边缘提取，并且可以输出每一步的处理结果，最终处理后的图像可以进行印刷电路板焊盘的边缘提取，并且提取后的边缘尽可能清晰。1.2国内外的发展概况及存在的问题在二十世纪四十年代，印刷电路板及相关印刷电路板产品逐步实现商用，在五十年代，得到广泛的普及和应用。传统印刷电路板行业同半导体行业相比，技术难度低，但是劳动密集。至今为止，中国已经成为世界上有影响力的PCB生产国。在一百多年的发展过程中，印刷电路板生产和应用发生了翻天覆地的改变，主要体现在其功能、尺寸和生产方式上。最近几年，集成电路和印刷电路板得到了充分的发展和应用，个人电脑的发展是PCB技术取得重大进展的一个最

12、好的例子。在近一百多年的发展过程中，印刷电路板出现了很多生产方式，如：蜡纸腐蚀法、胶带打印法、激光打印发等。在实现印刷电路板进行焊盘识别、提高贴片质量等方面的现有技术趋于完善，已有全自动贴片机实现识别焊盘，可将元器件精准的放置在焊盘上，从而实现高速高精度的工作方式。计算机发展迅速，计算机获取信息的方式逐渐从文字转变为图像和视频，所以数字图像处理变得越来越重要，数字图像处理可以实现目标信息的增强和提取，大大减少处理的数据31。传统PCB检测存在高成本、低效率问题，提出一种基于数字图像处理的PCB板自动光学检测方法，针对PCB板生产过程中遇到的短路、断路、空洞、凸起、凹陷等缺陷，采用了求连通区域数

13、、计算欧拉数、求缺陷区域面积等方法，来检测上述缺陷问题，并给出算法的全过程，经实验结果分析，该方法能准确地检测出待检测电路板上存在的缺陷，达到了自动实时检测的目的141。或是通过MAILAB软件把数字图像处理知识，应用于具体的印刷电路板图像的处理，如平滑处理、边缘检测等，从而更好地实现PCB板错误检测151。1.3课题的主要研究内容本设计的研究内容主要分为四个部分：MATLAB软件无法直接处理一整个视频，则如何实现将通过相机拍摄的印刷版视频变成图片进行下一步处理。(2)在拍摄过程中，存在摄像头的电子干扰，拍摄环境光线的变化等因素都会导致噪音的产生，这种情况下会使照片的质量降低。转化为灰度图后怎

14、样将获取的图片进行滤波处理，对图像的噪声进行抑制，避免造成过多的噪声污染。且用什么算法把降噪方式同接下来的处理方法结合起来来达到更好的对焊盘的识别。(3)如何处理降噪后的图片，来提高边缘的可辨识度。若通过图片增强处理该应用哪种算法以达到更好的增强效果。(4)对上一步处理后的图像，如何进行边缘提取，进行目标识别、边缘提取，用哪种算法可以和上述算法配合来得到最优的结果。2图像预处理2.1图像的采集在本设计中，通过在MAlLAB中对对相机获取PCB板的视频进行处理。目的是为了将印刷电路板的视频转化为图片进行接下来的处理。视频(Video)是用电子信号的方式来捕捉、记录、处理、存储、传输和再现一系列静

15、止图像的各种技术。视频中肉眼可见的连续视觉效果其实是由一帧一帧的数字图像构成。相机拍摄的PCB视频，将获取的印刷电路板的视频取一帧进行二维的图像处理。将视频转化为可处理的图像采用抽帧的方式，主要应用到三种函数：VideoReaderget获取帧数和read读取帧。首先要在MAILAB中读取到视频文件对象，有别于图片读取，采用的函数为VideOReader,Obj=VideoReader(,2.mp4);在目标文件夹中读取名称为2.mp4的视频，可得到视频的总帧数，get为获取视频对象Obj的参数，numlrame=get(obj,NumberOfFrames,);为了达到每隔IoO帧取一帧的效

16、果，在开始可以设置100,此时1为初始值，numFrame也就是视频的总帧数为终止值，n为步长，每一次增加为n,直到达到视频总帧数为止。read为读取视频帧161o应用imshow函数显示出这一步frame抽帧的结果，详细代码如下：k=l:n:numFrameframe=read(obj,k);imshow(frame);2.2灰度图转化2.2.1图像的二值化在了解灰度图转化前，首先要了解什么是图像增强。在拍摄图像的过程中，会出现曝光不足，曝光过分导致的图像模糊不清，无法突出感兴趣的信息。造成这些问题的原因有很多，比如曝光采集时的干扰还有一些噪音，散斑，运动模糊造成图像不清晰。图像增强就是将图像进行修改，使图像达到最想要最清晰的程度，可以方便后续的人工识别和处理，图像增强是图像预