專利名稱：基于fpga的印刷電路板粗缺陷圖像檢測方法
基于FPGA的印刷電路板粗缺陷圖像檢測方法(一) 技術(shù)領(lǐng)域 本發(fā)明涉及一種印刷電路板的光學(xué)自動檢測方法。(二) 背景技術(shù)在自動光學(xué)檢測設(shè)備及其他機器視覺設(shè)備中需要快速檢測印刷電路板生產(chǎn)工藝中造成的 缺陷。目前，公知的檢測方法是基于圖像的加、減等簡單邏輯運算，對運算結(jié)果的分析比較 簡單，難以確定圖像之間的差異并確定其缺陷類型，檢測速度較慢，難以實現(xiàn)對采集圖像的 實時處理，影響檢測效率。(三) 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種基于FPGA的印刷電路板粗缺陷圖像檢測方法，要解決實時快速 檢測到印刷電路板大缺陷的技術(shù)問題。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案一種基于FPGA的印刷電路板粗缺陷圖像檢測方法，應(yīng)用光學(xué)取像、成像裝置和圖像數(shù)據(jù) 分析處理系統(tǒng)，圖像數(shù)據(jù)分析處理系統(tǒng)應(yīng)用現(xiàn)場可編程門陣列采集卡，其特征在于(1) 、將預(yù)處理過的模板圖像數(shù)據(jù)和掃描待檢印刷電路板圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行同比例的信息抽??；(2) 、對抽取后的兩圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，找出兩個圖像數(shù)據(jù)之間的差異，同步輸出模 板圖像數(shù)據(jù)和差異圖像數(shù)據(jù)，差異圖像數(shù)據(jù)包括丟失圖像數(shù)據(jù)和多余圖像數(shù)據(jù)；(3) 、對差異圖像數(shù)據(jù)和模板圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行二值形態(tài)操作的腐蝕；(4) 、對差異圖像數(shù)據(jù)和模板圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行網(wǎng)格劃分，將圖像數(shù)據(jù)上細(xì)微的特征去掉 ，保留較大的特征；(5) 、以網(wǎng)格為單位，統(tǒng)計每個網(wǎng)格中前景像素的個數(shù)，并比較差異圖像數(shù)據(jù)和模板 圖像數(shù)據(jù)中相應(yīng)網(wǎng)格內(nèi)經(jīng)過線性變換之后的前景像素數(shù)據(jù)，分別輸出大于模板圖像數(shù)據(jù)、等 于模板圖像數(shù)據(jù)和小于模板圖像數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)流；(6) 、輸出的結(jié)果確定需要的特征及其坐標(biāo)，小于模板圖像數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)流是可以忽視 的特征，還原大特征的原始坐標(biāo)，并送到報告收集器中；(7) 、作出印刷電路板大缺陷圖像檢測報告，確定檢測印刷電路板大缺陷特征和坐標(biāo)上述(1)中，先輸入經(jīng)過預(yù)處理的掃描圖像，再輸入經(jīng)過旋轉(zhuǎn)與掃描圖像保持一致角度的模板圖像，再分別將掃描數(shù)據(jù)和模板數(shù)據(jù)進(jìn)行4X4的抽樣操作。上述(2)中，的數(shù)據(jù)流經(jīng)過一個行延遲模塊，使得各數(shù)據(jù)流保持同步。上述(3)中，對輸出數(shù)據(jù)流的腐蝕采用內(nèi)核為5X5的二值形態(tài)操作；上述(4)中，網(wǎng)格劃分是對輸出數(shù)據(jù)流進(jìn)行Mesh網(wǎng)格操作，將他們劃分為10X10的網(wǎng)格并輸出。上述(5)中，上述圖像數(shù)據(jù)比較采用的計算公式如下 Compare Type0 Compare TypelSoDo+Oo〈Sd+Ch Sd+O^SoDo+Oo SoDo+OfSd+(h S^+OfSoDo+Oo SoDo+Oo〉Sd+Ch Sd+O^SoDo+Oo其中Dx是輸入的像素個數(shù)的值，Sx是縮放因子，Ox是偏移值。一種基于FPGA的印刷電路板粗缺陷圖像檢測系統(tǒng)，包括光學(xué)取像、成像裝置和圖像數(shù)據(jù) 分析處理系統(tǒng)，其特征在于圖像數(shù)據(jù)分析處理系統(tǒng)包括一個含有可配置邏輯塊、存儲器、 數(shù)字時鐘管理模塊、接口模塊和互聯(lián)布線的現(xiàn)場可編程門陣列采集卡，其中，存儲器中存有 模板圖像數(shù)據(jù)；可配置邏輯塊包括順次連接的數(shù)據(jù)同比例抽取處理器模塊、比較器模塊、 行延遲輸出模塊、圖象數(shù)據(jù)二值化模塊、網(wǎng)格劃分模塊、計算器模塊和特征處理器模塊。與現(xiàn)有技術(shù)相比本發(fā)明具有以下特點和有益效果本發(fā)明應(yīng)用現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA) ， FPGA是基于通過可編程互聯(lián)連接的可配置邏輯 塊(CLB)矩陣的可編程半導(dǎo)體采集卡。本發(fā)明使用FPGA對數(shù)據(jù)進(jìn)行快速并行處理，釋放有 效的軟件資源，為主機提供更廣闊的資源空間，從而大大提高工作效率。本發(fā)明提供的這種 圖像運算的Gross算法，通過使用網(wǎng)格技巧，對差異數(shù)據(jù)進(jìn)行有效的技術(shù)分析，實現(xiàn)了特征 類型的準(zhǔn)確判斷，減少了檢測過程中的誤判和漏判。

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)的說明。圖l是印刷電路板待測區(qū)域圖像抽取后的實施例示意圖。圖2是抽取后的圖像進(jìn)行網(wǎng)格劃分實施例的示意圖；圖3是本發(fā)明的FPGA設(shè)計流程圖。圖4是網(wǎng)格劃分實施例示意圖。圖5是比較模塊的FPGA設(shè)計圖。
具體實施方式
實施例本發(fā)明通過使用硬件描述語言VHDL實現(xiàn)算法描述，下載到FPGA可編程門陣列， 采用基于網(wǎng)格技術(shù)對圖像進(jìn)行快速有效的分析、處理，保證算法的快速有效和結(jié)果的準(zhǔn)確。圖6為本發(fā)明提供的基于FPGA的新型Gross算法的流程圖，該方法包括以下步驟步驟l:如圖1所示，在比較模塊中，輸入數(shù)據(jù)流及參數(shù)，輸入經(jīng)過預(yù)處理的掃描圖像數(shù) 據(jù)和與掃描圖像保持一致角度的模板圖像數(shù)據(jù)，等待處理。步驟2:如圖2所示，分別將掃描數(shù)據(jù)和模板數(shù)據(jù)進(jìn)行4X4的抽樣操作，因此算法主要檢 測大缺陷，對于細(xì)微特征可以忽略，所以對圖像進(jìn)行抽樣，減少數(shù)據(jù)量，提高效率。步驟3:將抽樣后的圖像數(shù)據(jù)與模板圖像數(shù)據(jù)做邏輯運算，進(jìn)行粗略比較，得到兩個圖 像數(shù)據(jù)的差異，同步輸出模板數(shù)據(jù)GC和差異圖像數(shù)據(jù)，差異數(shù)據(jù)包括缺失圖像數(shù)據(jù)GM和多余 圖像數(shù)據(jù)GA。步驟4:模板數(shù)據(jù)和差異圖像數(shù)據(jù)經(jīng)過行延遲保持同步。數(shù)據(jù)流經(jīng)過一個Row Delay行延 遲模塊，使得各數(shù)據(jù)流保持同步。步驟5:對模板數(shù)據(jù)和差異圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行二值形態(tài)操作的腐蝕。對三個輸出數(shù)據(jù)流進(jìn)行 腐蝕，采用內(nèi)核為5X5的二值形態(tài)操作，將圖像數(shù)據(jù)上細(xì)微的特征去掉，保留較大的特征。步驟6:對模板數(shù)據(jù)和差異圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行網(wǎng)格劃分。如圖4所示，應(yīng)用Mesh網(wǎng)格產(chǎn)生器， 對上述三個數(shù)據(jù)流進(jìn)行Mesh網(wǎng)格劃分操作，將他們劃分為10X IO的網(wǎng)格并輸出，網(wǎng)格的尺寸 可以根據(jù)實際需要進(jìn)行變化。圖3中，GM-缺失圖像數(shù)據(jù)，GC-模板數(shù)據(jù)，GA-多余圖像數(shù)據(jù)，行延遲在FPGA中，數(shù)據(jù) 流是一個流，只有一行數(shù)據(jù)，但是處理時需要5行一起處理，所以在處理之前需要進(jìn)行行延 遲，早到達(dá)的數(shù)據(jù)在此模塊中停留一段時間，當(dāng)5行全部到達(dá)時，進(jìn)行一次處理。步驟7:如圖5所示，以網(wǎng)格為單位，進(jìn)行比較Compare模塊的處理。對于待比較的兩個 圖像數(shù)據(jù)，分別統(tǒng)計每個網(wǎng)格中前景的像素個數(shù)Dx，根據(jù)輸入的參數(shù)ScaleO、 Scalel、 offsetO和offsetl， Dx進(jìn)行線性變換，比較相應(yīng)網(wǎng)格內(nèi)變換之后的數(shù)據(jù)，分別輸出比較結(jié)果 :大于、等于、小于的數(shù)據(jù)流。圖4的網(wǎng)格劃分技術(shù)假設(shè)網(wǎng)格尺寸為10像素X10像素，則 30像素X30像素的圖像做上述劃分，每個網(wǎng)格為10像素X10像素，將每個網(wǎng)格作為一個單元 進(jìn)行處理。Compare Type0 Compare TypelSoDo+Oo〈Sd+Ch Sd+O^SoDo+OoSoDo+OfSd+(h S^+OfSoDo+OoSoDo+Oo〉Sd+Ch Sd+O^SoDo+Oo其中Dx是輸入的像素個數(shù)的值，Sx是縮放因子，Ox是偏移值。步驟8:將數(shù)據(jù)流進(jìn)行比較，比較缺失特征和多余特征。分別輸出大于類型、等于類型 和小于類型的數(shù)據(jù)流。根據(jù)輸出流，大于和等于輸出流確定為大特征，小于輸出流是可以忽 視的特征。步驟9:還原大特征的原始坐標(biāo)，送到報告收集器中生成檢測報告。
權(quán)利要求
1. 一種基于FPGA的印刷電路板粗缺陷圖像檢測方法，應(yīng)用光學(xué)取像、成像裝置和圖像數(shù)據(jù)分析處理系統(tǒng)，圖像數(shù)據(jù)分析處理系統(tǒng)應(yīng)用現(xiàn)場可編程門陣列采集卡，其特征在于(1)、將預(yù)處理過的模板圖像數(shù)據(jù)和掃描待檢印刷電路板圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行同比例的信息抽?。?2)、對抽取后的兩圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，找出兩個圖像數(shù)據(jù)之間的差異，同步輸出模板圖像數(shù)據(jù)和差異圖像數(shù)據(jù)，差異圖像數(shù)據(jù)包括丟失圖像數(shù)據(jù)和多余圖像數(shù)據(jù)；(3)、對差異圖像數(shù)據(jù)和模板圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行二值形態(tài)操作的腐蝕；(4)、對差異圖像數(shù)據(jù)和模板圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行網(wǎng)格劃分，將圖像數(shù)據(jù)上細(xì)微的特征去掉，保留較大的特征；(5)、以網(wǎng)格為單位，統(tǒng)計每個網(wǎng)格中前景像素的個數(shù)，并比較差異圖像數(shù)據(jù)和模板圖像數(shù)據(jù)中相應(yīng)網(wǎng)格內(nèi)經(jīng)過線性變換之后的前景像素數(shù)據(jù)，分別輸出大于模板圖像數(shù)據(jù)、等于模板圖像數(shù)據(jù)和小于模板圖像數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)流；(6)、輸出的結(jié)果確定需要的特征及其坐標(biāo)，小于模板圖像數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)流是可以忽視的特征，還原大特征的原始坐標(biāo)，并送到報告收集器中；(7)、作出印刷電路板大缺陷圖像檢測報告，確定檢測印刷電路板大缺陷特征和坐標(biāo)
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于FPGA的印刷電路板粗缺陷圖像檢測方法 ，其特征在于上述(1)中，先輸入經(jīng)過預(yù)處理的掃描圖像，再輸入經(jīng)過旋轉(zhuǎn)與掃描圖像 保持一致角度的模板圖像，再分別將掃描數(shù)據(jù)和模板數(shù)據(jù)進(jìn)行4X4的抽樣操作。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于FPGA的印刷電路板粗缺陷圖像檢測方法 ，其特征在于上述(2)中，的數(shù)據(jù)流經(jīng)過一個行延遲模塊，使得各數(shù)據(jù)流保持同步。
4.根據(jù)權(quán)利要求l所述的基于FPGA的印刷電路板粗缺陷圖像檢測方法 ，其特征在于上述(3)中，對輸出數(shù)據(jù)流的腐蝕采用內(nèi)核為5X5的二值形態(tài)操作。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于FPGA的印刷電路板粗缺陷圖像檢測方法 ，其特征在于上述(4)中，網(wǎng)格劃分是對輸出數(shù)據(jù)流進(jìn)行Mesh網(wǎng)格操作，將他們劃分為 10X10的網(wǎng)格并輸出。
6.根據(jù)權(quán)利要求l所述的基于FPGA的印刷電路板粗缺陷圖像檢測方法 ，其特征在于上述(5)中，上述圖像數(shù)據(jù)比較采用的計算公式如下Compare Type0 Compare TypelS0D0+00〈SlDl+01 SlDl+01〈S0D0+00S0D0+00=S1D1+01 SlDl+01=S0D0+00S0D0+00>S1D1+01 SlDl+01>S0D0+00其中Dx是輸入的像素個數(shù)的值，Sx是縮放因子，0x是偏移值。
7. 一種基于FPGA的印刷電路板粗缺陷圖像檢測系統(tǒng)，包括光學(xué)取像 、成像裝置和圖像數(shù)據(jù)分析處理系統(tǒng)，其特征在于圖像數(shù)據(jù)分析處理系統(tǒng)包括一個含有可 配置邏輯塊、存儲器、數(shù)字時鐘管理模塊、接口模塊和互聯(lián)布線的現(xiàn)場可編程門陣列采集卡 ，其中，存儲器中存有模板圖像數(shù)據(jù)；可配置邏輯塊包括順次連接的數(shù)據(jù)同比例抽取處理 器模塊、比較器模塊、行延遲輸出模塊、圖象數(shù)據(jù)二值化模塊、網(wǎng)格劃分模塊、計算器模塊 和特征處理器模塊。
全文摘要
一種基于FPGA的印刷電路板粗缺陷圖像檢測方法，應(yīng)用現(xiàn)場可編程門陣列采集卡，先將預(yù)處理過的模板圖像數(shù)據(jù)和掃描待檢印刷電路板圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行同比例的信息抽?。粚Τ槿『蟮膬蓤D像數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，找出差異，對差異圖像數(shù)據(jù)和模板圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行二值形態(tài)操作的腐蝕，并進(jìn)行網(wǎng)格劃分，將圖像數(shù)據(jù)上細(xì)微的特征去掉，保留較大的特征；以網(wǎng)格為單位，統(tǒng)計每個網(wǎng)格中前景像素的個數(shù)，分別輸出大于模板圖像數(shù)據(jù)、等于模板圖像數(shù)據(jù)和小于模板圖像數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)流；輸出的結(jié)果確定需要的特征及其坐標(biāo)，還原大特征的原始坐標(biāo)，確定檢測印刷電路板大缺陷特征和坐標(biāo)?？梢詫崟r快速檢測到印刷電路板的大缺陷。
文檔編號G01N21/956GK101216438SQ20081030013
公開日2008年7月9日 申請日期2008年1月16日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月16日
發(fā)明者付純鶴, 姚立新, 云 張, 連軍莉, 邴守東, 魏祥英 申請人:中國電子科技集團公司第四十五研究所