一种表面贴装技术的钢网图像自动配准方法和系统技术方案

本发明专利技术公开了一种表面贴装技术的钢网图像自动配准方法，属于图像处理与光学测量领域。该发明专利技术方法利用图像外接矩形和配准点间的距离不受钢网任意摆放位置和角度的影响的特型，利用设计配准点和设计点阵图和钢网成品图像进行配准，配准时将钢网与设计图像进行仿射变换配准所需要计算的平移、旋转、缩放3个参量的计算转换成了传输特征矩阵的计算，配准后进行配准自动测试，配准失败后进行二次配准。同时本发明专利技术还实现了一种表面贴装技术的钢网图像自动配准系统。本发明专利技术技术方案不受配准产品的摆放位置和摆放角度的影响，具有配准精确、快速和简单高效的特点，同时有效的提高了配准成功率。

【技术实现步骤摘要】
一种表面贴装技术的钢网图像自动配准方法和系统
本专利技术属于图像处理与光学测量领域，更具体地，涉及一种表面贴装技术的钢网图像自动配准方法。
技术介绍
随着电子技术的飞速发展与进步，PCB电路的集成度和复杂度也在不断提高，贴片元件在电路板总体的元件总数中占到了50％到90％，表面贴装技术(SMT)是目前电子组装行业里最流行的一种技术和工艺。钢网是一种激光切割而成的SMT专用模具，主要功能是帮助锡膏的沉积，目的是将准确数量的锡膏转移到空PCB上的准确位置。目前随着加工工艺以及电子行业的发展越来越好，SMT钢网上开孔的尺寸也越来越小，数量也成几何的增加，多达上千甚至上万个孔尺寸从0.1微米到数厘米的分布。在此之前一般都是通过人工使用放大镜以及其它辅助工具逐个用肉眼进行观察检测钢网孔的好坏，人工视觉检测将消耗大量的时间同时难以保证检测的正确率。因此基于机器视觉的自动检测技术将是未来钢网检测的必然趋势。大幅面(600*600mm以上)钢网通过单面阵CCD与远心镜头配合电动机械平台进行蛇形扫描成像，图像经过精密拼接形成全幅面图像与矢量设计文件通过特征点进行配准，调用检测算法进行缺陷检测得到质检结果。钢网图像如何与设计文件进行自动并且精密的配准是缺陷检测前的关键。现有的图像配准方法常常需要人为的点选特征点，不具备自动性和高效性；即使有自动配准的方法，现有的自动配准算法只能适用于钢网摆放较小的倾斜和旋转。难以适用于钢网随意的摆放角度、钢网在加工过程中的拉伸变形对配准成功率的影响，以及不具备智能的检测配准效果和自动优化调整配以提高成功率等功能。
技术实现思路
为了解决现有技术以上技术缺陷及技术问题，本专利技术提供了一种表面贴装技术的钢网图像自动配准方法，其目的在于自动选取匹配特征点；并就钢网摆放角度的随意性提出了合理的适用方法；加入了内部自动测试匹配效果和二次配准。由此解决现有的钢网配准与缺陷检测方法效率低、适用性差以及不够智能化等技术问题。为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种表面贴装技术的钢网图像自动配准方法，该方法包括以下步骤：(1)由钢网设计文件得到钢网设计轮廓，求取设计轮廓最小外接矩形，得到矩形四个顶点的坐标和矩形的长；(2)提取设计轮廓中所有连通孔的面积和重心坐标，并根据重心坐标生成设计点阵图像；(3)依次由矩形的4个顶点和设计点阵图像求取4个设计配准点；(4)采集成品钢网高对比度图像，若成品钢网太大，则采集钢网多个局部图像进行拼接组成完整钢网图像，再使用迭代法进行双线性插值亚像素阈值分割处理图像；求取处理后图像区域最小外接矩形并计算矩形四个顶点的坐标和矩形的长；(5)提取处理后的钢网图像连通孔的面积和重心坐标，由所有重心坐标生成钢网点阵图像；(6)依次由矩形的4个顶点和钢网点阵图像求取4个第一配准点；(7)在钢网点阵图像中分别找到距4个第一配准点最近的4个重心点作为第二配准点；(8)选取3个设计配准点和对应位置的3个第一配准点进行仿射变换，得到特征仿射矩阵，设计轮廓通过仿射矩阵变换后覆盖在钢网图像上；(9)对通过仿射矩阵变换的设计轮廓进行自动配准测试，判断是否配准成功，若是则配准结束；否则将失败配准点更换为对应位置的第二配准点继续配准。进一步地，所述步骤(3)和步骤(6)中配准点求取过程分为以下子步骤：(11)以矩形的一个顶点为圆心，以Rd为半径画圆，其中，Rd＝kL，L为矩形的长，k为第一半径倍数；k的取值范围为5％＜k＜20％，优选k＝10％；(12)求圆和点阵图像的交集，判断交集内是否有重心点，有则获取交集内的重心坐标，并执行步骤(34)；否则执行步骤(33)；(13)k＝2k，更新半径Rd并重画圆，执行步骤(32)；(14)求矩形顶点和交集内所有重心坐标的距离，取距离最小的重心坐标作为配准点。进一步地，所述步骤(4)中迭代法进行双线性插值亚像素阈值分割处理图像具体分为以下子步骤：(41)选择钢网图像前景和背景之间的过渡部分的每个像素进行10×10的插值；(42)使用迭代法求得钢网图像的阈值，对插值后的钢网图像进行阈值分割。进一步地，所述步骤(9)中自动配准测试分为以下子步骤：(91)提取仿射矩阵变换后设计轮廓的连通孔面积和重心坐标，由所有重心坐标生成配准点阵图像；(92)以所选的3个第一配准点其中一个为圆心，以Rc为半径画圆，其中，Rc＝jl，j为第二半径倍数；j的取值范围为1％＜j＜10％，优选j＝3％；l为4个第一配准点中相距最远两个配准点之间的距离；求得圆和配准点阵图像交集内的重心点坐标，记为第一交集点集合；求得圆和钢网点阵图像交集内的重心点坐标，记为第二交集点集合；(93)依次对比第一交集点集合内坐标点和第二交集点集合内对应位置坐标点之间的距离，距离大于最大允许偏差的坐标点记为配准失败点，若配准失败点的个数大于配准阈值，则判断当前作为圆心的第一配准点配准失败，并记为失败配准点；否则判断当前作为圆心的第一配准点配准成功；其中，配准阈值取值范围为交集点集合内坐标点总数的30％到50％，优选交集点集合内坐标点总数的40％；最大允许偏差的取值范围为50um到150um，优选100um；(94)重复步骤(92)和(93)直到3个所选第一配准点都完成自动配准测试，若3个所选第一配准点都配准成功，则配准成功；否则配准失败。按照本专利技术的另一方面，提供了一种表面贴装技术的钢网图像自动配准系统，该系统包括以下部分：设计轮廓外接矩形提取模块，用于由钢网设计文件得到钢网设计轮廓，求取设计轮廓最小外接矩形，得到矩形四个顶点的坐标和矩形的长；设计点阵图像提取模块，用于提取设计轮廓中所有连通孔的面积和重心坐标，并根据重心坐标生成设计点阵图像；设计配准点提取模块，用于依次由矩形的4个顶点和设计点阵图像求取4个设计配准点；钢网图像外接矩形提取模块，用于采集成品钢网高对比度图像，若成品钢网太大，则采集钢网多个局部图像进行拼接组成完整钢网图像，再使用迭代法进行双线性插值亚像素阈值分割处理图像；求取处理后图像区域最小外接矩形并计算矩形四个顶点的坐标和矩形的长；钢网点阵图像提取模块，用于提取处理后的钢网图像连通孔的面积和重心坐标，由所有重心坐标生成钢网点阵图像；第一配准点提取模块，用于依次由矩形的4个顶点和钢网点阵图像求取4个第一配准点；第二配准点提取模块，用于在钢网点阵图像中分别找到距4个第一配准点最近的4个重心点作为第二配准点；配准模块，用于选取3个设计配准点和对应位置的3个第一配准点进行仿射变换，得到特征仿射矩阵，设计轮廓通过仿射矩阵变换后覆盖在钢网图像上；配准测试模块，用于对通过仿射矩阵变换的设计轮廓进行自动配准测试，判断是否配准成功，若是则配准结束；否则将失败配准点更换为对应位置的第二配准点继续配准。进一步地，所述设计配准点提取模块和第一配准点提取模块中配准点求取过程分为以下子模块：画圆子模块，用于以矩形的一个顶点为圆心，以Rd为半径画圆，其中，Rd＝kL，L为矩形的长，k为第一半径倍数；k的取值范围为5％＜k＜20％，优选k＝10％；求交集子模块，用于求圆和点阵图像的交集，判断交集内是否有重心点，有则获取交集内的重心坐标，并执行步骤(34)；否则执行步骤(33)；更新圆子模块，用于更新k＝2k，更新半径Rd本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种表面贴装技术的钢网图像自动配准方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：(1)由钢网设计文件得到钢网设计轮廓，求取设计轮廓最小外接矩形，得到矩形四个顶点的坐标和矩形的长；(2)提取设计轮廓中所有连通孔的面积和重心坐标，并根据重心坐标生成设计点阵图像；(3)依次由矩形的4个顶点和设计点阵图像求取4个设计配准点；(4)采集成品钢网高对比度图像，再使用迭代法进行双线性插值亚像素阈值分割处理图像；求取处理后图像区域最小外接矩形并计算矩形四个顶点的坐标和矩形的长；(5)提取处理后的钢网图像连通孔的面积和重心坐标，由所有重心坐标生成钢网点阵图像；(6)依次由矩形的4个顶点和钢网点阵图像求取4个第一配准点；(7)在钢网点阵图像中分别找到距4个第一配准点最近的4个重心点作为第二配准点；(8)选取3个设计配准点和对应位置的3个第一配准点进行仿射变换，得到特征仿射矩阵，设计轮廓通过仿射矩阵变换后覆盖在钢网图像上；(9)对通过仿射矩阵变换的设计轮廓进行自动配准测试，判断是否配准成功，若是则配准结束；否则将失败配准点更换为对应位置的第二配准点继续配准。

【技术特征摘要】
1.一种表面贴装技术的钢网图像自动配准方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：(1)由钢网设计文件得到钢网设计轮廓，求取设计轮廓最小外接矩形，得到矩形四个顶点的坐标和矩形的长；(2)提取设计轮廓中所有连通孔的面积和重心坐标，并根据重心坐标生成设计点阵图像；(3)依次由矩形的4个顶点和设计点阵图像求取4个设计配准点；(4)采集成品钢网高对比度图像，再使用迭代法进行双线性插值亚像素阈值分割处理图像；求取处理后图像区域最小外接矩形并计算矩形四个顶点的坐标和矩形的长；(5)提取处理后的钢网图像连通孔的面积和重心坐标，由所有重心坐标生成钢网点阵图像；(6)依次由矩形的4个顶点和钢网点阵图像求取4个第一配准点；(7)在钢网点阵图像中分别找到距4个第一配准点最近的4个重心点作为第二配准点；(8)选取3个设计配准点和对应位置的3个第一配准点进行仿射变换，得到特征仿射矩阵，设计轮廓通过仿射矩阵变换后覆盖在钢网图像上；(9)对通过仿射矩阵变换的设计轮廓进行自动配准测试，判断是否配准成功，若是则配准结束；否则将失败配准点更换为对应位置的第二配准点继续配准。2.根据权利要求1所述的一种表面贴装技术的钢网图像自动配准方法，其特征在于，所述步骤(3)和步骤(6)中配准点求取过程分为以下子步骤：(11)以矩形的一个顶点为圆心，以Rd为半径画圆，其中，Rd＝kL，L为矩形的长，k为第一半径倍数；(12)求圆和点阵图像的交集，判断交集内是否有重心点，有则获取交集内的重心坐标，并执行步骤(34)；否则执行步骤(33)；(13)k＝2k，更新半径Rd并重画圆，执行步骤(32)；(14)求矩形顶点和交集内所有重心坐标的距离，取距离最小的重心坐标作为配准点。3.根据权利要求1所述的一种表面贴装技术的钢网图像自动配准方法，其特征在于，所述步骤(4)中迭代法进行双线性插值亚像素阈值分割处理图像具体分为以下子步骤：(41)选择钢网图像前景和背景之间的过渡部分的每个像素进行10×10的插值；(42)使用迭代法求得钢网图像的阈值，对插值后的钢网图像进行阈值分割。4.根据权利要求1所述的一种表面贴装技术的钢网图像自动配准方法，其特征在于，所述步骤(9)中自动配准测试分为以下子步骤：(91)提取仿射矩阵变换后设计轮廓的连通孔面积和重心坐标，由所有重心坐标生成配准点阵图像；(92)以所选的3个第一配准点其中一个为圆心，以Rc为半径画圆，其中，Rc＝jl，j为第二半径倍数；l为4个第一配准点中相距最远两个配准点之间的距离；求得圆和配准点阵图像交集内的重心点坐标，记为第一交集点集合；求得圆和钢网点阵图像交集内的重心点坐标，记为第二交集点集合；(93)依次对比第一交集点集合内坐标点和第二交集点集合内对应位置坐标点之间的距离，距离大于最大允许偏差的坐标点记为配准失败点，若配准失败点的个数大于配准阈值，则判断当前作为圆心的第一配准点配准失败，并记为失败配准点；否则判断当前作为圆心的第一配准点配准成功；(94)重复步骤(92)和(93)直到3个所选第一配准点都完成自动配准测试，若3个所选第一配准点都配准成功，则配准成功；否则配准失败。5.一种表面贴装技术的钢网图像自动配准系统，其特征在于，该系统包括以下部分：设计轮廓外接矩形提取模块，用于由钢网设计文件得到钢网设计轮廓，求取设计轮廓最小外接矩形...

【专利技术属性】
技术研发人员：夏珉，杨克成，李微，章琦，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42