一種大幅面光學(xué)測量系統(tǒng)的鋼網(wǎng)圖像配準(zhǔn)與檢測方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及圖像處理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種大幅面光學(xué)測量系統(tǒng)的鋼網(wǎng)圖像配準(zhǔn)與檢測方法。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，電子行業(yè)獲得了飛速的發(fā)展，PCB板電路集成度和復(fù)雜度也越來越高，貝占片元件在電路板上的比重也越來越大。表面貼裝技術(shù)已經(jīng)成為當(dāng)今電裝技術(shù)中最通用的技術(shù)，而焊膏印刷是表面貼裝技術(shù)的一道關(guān)鍵工序，其質(zhì)量直接影響PCB板組裝的質(zhì)量和效率。印刷鋼網(wǎng)的制作目前主要有3種工藝:化學(xué)蝕刻、激光切割和電鑄成形。隨著間距的減小，鋼網(wǎng)上開孔的尺寸也越來越小，同時(shí)對(duì)開孔的尺寸要求也越來越高，這使得目前主要靠人工視覺檢測手段來檢測鋼網(wǎng)的質(zhì)量越來越難以滿足要求。對(duì)于大尺寸的鋼網(wǎng)(如900mmX800mm)，開孔數(shù)量可達(dá)幾萬個(gè)，人工視覺檢測很難保證檢測的正確率，同時(shí)人工視覺檢測也很難給出精確的測量數(shù)據(jù)。目前大多數(shù)的生產(chǎn)廠家依舊采用游標(biāo)卡尺、千分尺和顯微鏡等工具對(duì)印刷鋼網(wǎng)進(jìn)行尺寸檢測，這將消耗大量的時(shí)間，實(shí)時(shí)性和正確性都難以保證。可以預(yù)見的是，基于數(shù)字圖像處理和計(jì)算機(jī)技術(shù)的機(jī)器視覺檢測代替人工檢測是鋼網(wǎng)檢測技術(shù)發(fā)展的必然趨勢。
[0003]對(duì)于尺寸較大的鋼網(wǎng)需要采用大幅面光學(xué)測量系統(tǒng)對(duì)其成像，該大幅面光學(xué)測量系統(tǒng)的核心技術(shù)是大視場多面陣CMOS拼接合成的全視場圖像的配準(zhǔn)與檢測。其拍攝的鋼網(wǎng)圖像的特點(diǎn)是視場大、像元數(shù)多、重復(fù)圖形信息多、紋理細(xì)節(jié)信息少等，這給圖像的配準(zhǔn)和檢測都帶來了相當(dāng)大的難度。此外，現(xiàn)有的圖像配準(zhǔn)與檢測方法的設(shè)計(jì)者通常是僅針對(duì)圖像本身進(jìn)行處理，沒有充分結(jié)合光學(xué)測量系統(tǒng)的先驗(yàn)設(shè)計(jì)參數(shù)等信息來進(jìn)行處理，這使得配準(zhǔn)和檢測精度有所將降低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了解決現(xiàn)有的圖像配準(zhǔn)與檢測方法存在的配準(zhǔn)與檢測精度低、難度大的的問題，本發(fā)明提出了一種大幅面光學(xué)測量系統(tǒng)的鋼網(wǎng)圖像配準(zhǔn)與檢測方法，有效的結(jié)合光學(xué)測量系統(tǒng)的先驗(yàn)信息進(jìn)行大視場圖像的配準(zhǔn)與檢測。
[0005]本發(fā)明為解決技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案如下:
[0006]本發(fā)明的一種大幅面光學(xué)測量系統(tǒng)的鋼網(wǎng)圖像配準(zhǔn)與檢測方法，包括以下步驟:
[0007]步驟一、根據(jù)光學(xué)測量系統(tǒng)的設(shè)計(jì)參數(shù)和鋼網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)文件，確定圖像配準(zhǔn)與檢測的先驗(yàn)信息:全視場鋼網(wǎng)圖像的矢量文件、拍攝圖像每像元對(duì)應(yīng)鋼網(wǎng)的像面距離、鋼網(wǎng)最大傾斜角度Θ、每片CMOS拍攝區(qū)域所對(duì)應(yīng)全視場的位置區(qū)域；
[0008]步驟二、將拍攝的當(dāng)前幀圖像進(jìn)行二值化處理得到圖像1，對(duì)圖像1保留前N組面積最大的連通區(qū)域得到圖像2 ;
[0009]步驟三、將圖像2采用canny算子提取邊緣，得到圖像3 ;
[0010]步驟四、對(duì)圖像3在土 Θ范圍內(nèi)以0.01°的精度進(jìn)行Hough變換，取得到的所有旋轉(zhuǎn)角度中權(quán)值最大的量作為鋼網(wǎng)圖像的旋轉(zhuǎn)角度α 1 ;
[0011]步驟五、對(duì)圖像2的每個(gè)閉合連通區(qū)域提取質(zhì)心，并在圖像2中以所有提取的質(zhì)心為頂點(diǎn)，排列組合所有三角形，并作滿足下列條件的篩選:組成三角形的三個(gè)角均要大于最小角度門限threshold_l，組成三角形的三條邊均要大于最小邊長門限threshold_2，記錄滿足這兩種門限的所有三角形信息；
[0012]步驟六、對(duì)圖像1的每個(gè)閉合連通區(qū)域提取質(zhì)心，并將圖像2提取的全部N個(gè)質(zhì)心位置映射到圖像1中；在圖像1中以這N個(gè)質(zhì)心為中心，半徑為R的范圍內(nèi)搜索其他質(zhì)心的數(shù)量，并記錄到步驟五中的每個(gè)三角形對(duì)應(yīng)的頂點(diǎn)信息中，即每個(gè)頂點(diǎn)鄰域質(zhì)心的個(gè)數(shù)；
[0013]步驟七、將步驟五的所有三角形信息按照三角形周長的大小順序進(jìn)行排序，對(duì)每個(gè)三角形的三個(gè)頂點(diǎn)在記錄數(shù)組中的順序按照以下的優(yōu)先級(jí)進(jìn)行排序:頂點(diǎn)所在角的大小、頂點(diǎn)對(duì)邊的長度、頂點(diǎn)對(duì)應(yīng)連通區(qū)域的面積、頂點(diǎn)對(duì)應(yīng)鄰域目標(biāo)的個(gè)數(shù)；按照這四個(gè)優(yōu)先級(jí)記錄后，最后記錄該頂點(diǎn)在圖像中的位置信息，由此得到拍攝星點(diǎn)信息表；
[0014]步驟八、對(duì)全視場鋼網(wǎng)圖像的矢量文件根據(jù)拍攝圖像每像元對(duì)應(yīng)鋼網(wǎng)的像面距離縮放輸出為與拍攝圖像不存在尺度縮放關(guān)系的標(biāo)準(zhǔn)圖像，并根據(jù)拍攝當(dāng)前幀圖像的CMOS拍攝區(qū)域所對(duì)應(yīng)全視場的位置區(qū)域給出對(duì)應(yīng)于當(dāng)前幀的標(biāo)準(zhǔn)圖像；
[0015]步驟九、對(duì)當(dāng)前幀的標(biāo)準(zhǔn)圖像重復(fù)步驟二、三、五、六、七的處理，得到標(biāo)準(zhǔn)星點(diǎn)信息表；
[0016]步驟十、設(shè)定搜索角閾值threShold_3、搜索鄰域目標(biāo)數(shù)量閾值threShold_4、搜索頂點(diǎn)連通區(qū)域面積閾值threShold_5和旋轉(zhuǎn)角比較閾值α ;在拍攝星點(diǎn)信息表中按照排好的順序依次選取候選的三角形，在標(biāo)準(zhǔn)星點(diǎn)信息表中搜索同時(shí)滿足threShold_3、threshold_4、threshold_5的三角形，若能找到該三角形，則利用兩個(gè)配對(duì)的三角形三個(gè)頂點(diǎn)的位置關(guān)系，計(jì)算兩幅圖像的旋轉(zhuǎn)角度α 2，并且滿足| α 1-α2 < α則搜索成功，否則搜索失?。?br>[0017]步驟十一、若步驟十搜索成功，則當(dāng)前幀圖像與標(biāo)準(zhǔn)圖像的旋轉(zhuǎn)角度為α 2，若步驟十搜索失敗，則當(dāng)前幀圖像與標(biāo)準(zhǔn)圖像的旋轉(zhuǎn)角度為α 1，將拍攝的當(dāng)前幀圖像按照計(jì)算的旋轉(zhuǎn)角度與標(biāo)準(zhǔn)圖像角度對(duì)齊；
[0018]步驟十二、計(jì)算經(jīng)過步驟十一處理后的兩幅圖像的平移量，并將拍攝圖像與標(biāo)準(zhǔn)圖像完全對(duì)齊；
[0019]步驟十三、對(duì)步驟十二處理后的拍攝圖像進(jìn)行形態(tài)學(xué)預(yù)處理；
[0020]步驟十四、對(duì)步驟十三處理后的拍攝圖像與標(biāo)準(zhǔn)圖像依次進(jìn)行異或運(yùn)算、腐蝕運(yùn)算和膨脹運(yùn)算，最終得到所有缺陷的位置和形狀。
[0021]進(jìn)一步的，步驟十二中，利用歸一化互相關(guān)方法計(jì)算經(jīng)過步驟十一處理后的兩幅圖像的平移量。
[0022]進(jìn)一步的，步驟十三中，所述形態(tài)學(xué)預(yù)處理包括:消除尖刺、填充孤立黑點(diǎn)、去除孤立殼點(diǎn)Ο
[0023]本發(fā)明的有益效果是:
[0024]1、本發(fā)明充分利用了大幅面光學(xué)測量系統(tǒng)的先驗(yàn)設(shè)計(jì)參數(shù)作為先驗(yàn)信息來指導(dǎo)圖像配準(zhǔn)的算法，這主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:第一，利用拍攝圖像每像元對(duì)應(yīng)鋼網(wǎng)的像面距離和全視場鋼網(wǎng)圖像的矢量文件就可以解決圖像配準(zhǔn)的尺度縮放問題，而這個(gè)問題的解決有利于后續(xù)配準(zhǔn)算法的精度；第二，鋼網(wǎng)的擺放方向與成像器件最大的夾角可以作為Hough變換計(jì)算角度的范圍，從而大大的降低Hough變換的計(jì)算量，由于鋼網(wǎng)中的矩形的邊緣大都是平行擺放的，故Hough變換計(jì)算的權(quán)重最大值就是整塊鋼網(wǎng)與傳送方向的夾角；第三，根據(jù)拍攝當(dāng)前幀圖像的CMOS拍攝區(qū)域所對(duì)應(yīng)全視場的位置區(qū)域給出對(duì)應(yīng)于當(dāng)前幀的標(biāo)準(zhǔn)圖像也大大降低了圖像配準(zhǔn)的難度，使得即使全視場中有大量的重復(fù)出現(xiàn)的圖形，鋼網(wǎng)圖像配準(zhǔn)的方法也能實(shí)現(xiàn)較好的配準(zhǔn)。
[0025]2、本發(fā)明創(chuàng)造性的將星圖識(shí)別方法引入鋼網(wǎng)圖像配準(zhǔn)方法中，將鋼網(wǎng)的每一個(gè)連通區(qū)域視為一顆星，面積視為星等，這樣可以把一個(gè)復(fù)雜的二值圖像配準(zhǔn)問題轉(zhuǎn)化為一個(gè)星表查找的問題。但由于鋼網(wǎng)圖形的位置具有整齊排列的特點(diǎn)，這與傳統(tǒng)的星圖問題大不一樣。故提取前N個(gè)最大的圖形的質(zhì)心構(gòu)建星圖，即減小了計(jì)算量，又增加了計(jì)算精度，并且進(jìn)一步的利用每個(gè)星點(diǎn)鄰域的信息，可以增加配準(zhǔn)正確率。
[0026]3、本發(fā)明將鋼網(wǎng)圖像配準(zhǔn)需要計(jì)算的縮放、旋轉(zhuǎn)和平移三個(gè)關(guān)鍵的參量采用不同的方法分開計(jì)算，將復(fù)雜的鋼網(wǎng)圖像配準(zhǔn)問題簡化。計(jì)算旋轉(zhuǎn)參數(shù)時(shí)利用Hough變換和星圖配準(zhǔn)兩種方法相互驗(yàn)證，保證了計(jì)算的準(zhǔn)確性，減小配準(zhǔn)失敗的概率，是一種非常有效和新穎的圖像配準(zhǔn)與檢測方法。
[0027]4、本發(fā)明充分利用了大幅面光學(xué)測量系統(tǒng)的設(shè)計(jì)參數(shù)作為圖像檢測的先驗(yàn)信息，降低了原本非常復(fù)雜的鋼網(wǎng)圖像的配準(zhǔn)與檢測的難度，首次將星圖識(shí)別的方法引入鋼網(wǎng)圖像配準(zhǔn)方法中，與利用Hough變換和先驗(yàn)擺放角的配準(zhǔn)方法相互驗(yàn)證，有效的保證了配準(zhǔn)的成功率。
【附圖說明】
[0028]圖1為大幅面光學(xué)測量系統(tǒng)13片CMOS排列的示意圖。
[0029]圖2為拍攝的當(dāng)前幀鋼網(wǎng)圖像經(jīng)過二值化處理之后的圖像1。
[0030]圖3為對(duì)圖像1保留前50組面積最大的連通區(qū)域之后的圖像2。
[0031]圖4為對(duì)圖像2采用canny算子提取邊緣之后的圖像3。
[0032]圖5為當(dāng)前幀位置的標(biāo)準(zhǔn)圖像。
[0033]圖6為對(duì)步驟十二處理后的拍攝圖像進(jìn)行形態(tài)學(xué)預(yù)處理之后的圖像。
[0034]圖7為得到所有缺陷的位置和形狀的圖像。
[0035]圖8為本發(fā)明的一種大幅面光學(xué)測量系統(tǒng)的鋼網(wǎng)圖像配準(zhǔn)與檢