PCB自動(dòng)光學(xué)檢測（AOI）是如何工作的？（視頻）PCB產(chǎn)品AOI檢測，需要將模版與實(shí)際圖像對(duì)齊，因此需要定位功能。定位功能就需要選取定位核，定位核的提取方法分為手動(dòng)和自動(dòng)。基于人眼視覺特征對(duì)區(qū)域敏感度判斷的手動(dòng)提取法存在很大的局限性，且當(dāng)需要較多定位核時(shí)建模復(fù)雜，因此目前廣泛應(yīng)用的是自動(dòng)提取法。 PCB由于高精度成像和高標(biāo)準(zhǔn)檢測需求，決定了一個(gè)料號(hào)可能需要幾百甚至上千個(gè)定位核，所以需要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)選取定位核的功能；檢測時(shí)料號(hào)是未知的，且切換比較頻繁，所以無法離線選取定位核，因此算法要求滿足實(shí)時(shí)性。

1 功能說明

自動(dòng)定位核選取模塊主要功能如下：1)支持多個(gè)相互獨(dú)立的全功能型定位核選取

圖1 全功能型定位核演示2)支持組合定位核的選取

圖2 組合型定位核演示3)支持單向(任意方向)定位核的選取

圖 3 單向定位核演示4)增加局部唯一性驗(yàn)證，支持兩種不同的定位模式，NCC和Shape

2 算法設(shè)計(jì)

根據(jù)常見的定位算法的原理可知，選取定位核應(yīng)選擇： 1)梯度信息豐富的地方，并且該梯度信息在水平和垂直方向都有分量； 2)在一定范圍內(nèi)滿足唯一性。

圖 4 彩色圖及對(duì)應(yīng)的梯度圖PCB產(chǎn)品的模板圖像一般由Gerber或ODB++文件解碼生成，因此自動(dòng)選定位核的輸入圖像一般為二值圖，圖案由直線和弧形組成，其所對(duì)應(yīng)梯度信息如下圖所示：

圖5 PCB二值圖及對(duì)應(yīng)的梯度圖可見，適合選取定位核的位置如下圖所示：

圖6 可選為定位核的位置

2.1設(shè)計(jì)概要

在定位核的選取過程中，遵循的原則如下：

優(yōu)先選擇滿足條件的全功能型定位核；

若無全功能型定位核，則篩選出滿足條件的組合定位核；

若無組合定位核，則篩選出單向定位核。

2.2 算法流程

2.2.1 圖像降采樣

圖像降采樣，即采樣點(diǎn)數(shù)減少。對(duì)于一幅N*M的圖像來說，如果降采樣系數(shù)為k,則即是在原圖中每行每列每隔k個(gè)點(diǎn)取一個(gè)點(diǎn)組成一幅圖像。 采取降采樣的目的是為了降低處理時(shí)間。

2.2.2 提取亞像素輪廓XLD

降采樣后的圖像

亞像素輪廓圖XLD代表亞像素精度的邊緣輪廓和多邊形，并不是沿著像素與像素交界的地方，而是經(jīng)過插值之后的位置。

2.2.3 獲得備選定位核

全功能型定位核

單方向定位核實(shí)現(xiàn)流程：

將亞像素輪廓XLD轉(zhuǎn)為多邊形輪廓XLD（Ramer算法）；

亞像素輪廓XLD

多邊形輪廓XLD

遍歷多邊形輪廓XLD，依次獲取多邊形輪廓對(duì)應(yīng)的N個(gè)離散點(diǎn)、N-1個(gè)角度，并計(jì)算當(dāng)前離散點(diǎn)即拐點(diǎn)對(duì)應(yīng)的夾角Angle。這些離散點(diǎn)就是各個(gè)疑似定位核的中心點(diǎn)；

離散點(diǎn)即拐點(diǎn)圖示

通過拐點(diǎn)夾角Angle計(jì)算各自的正交值Orthogonality，超過設(shè)定的分值加入待選的全功能型定位核中，否則加入到單向定位核中，其中：

Orthogonality = abs(Angle-ORTHANGLE)/ ORTHANGLE。其中：ORTHANGLE = PI/2；

2.2.4 全功能型定位核選取

實(shí)現(xiàn)流程：

按照正交分值從大到小排序；

依次驗(yàn)證唯一性（在一定范圍內(nèi)進(jìn)行模板匹配，判斷找到的數(shù)目是否為1），找到要求的數(shù)目即返回；

2.2.5 組合型定位核選取

若沒有找到符合條件的全功能型定位核，或找到的數(shù)目不夠，則選取滿足條件的組合型定位核。實(shí)現(xiàn)流程：

對(duì)剩余的定位核進(jìn)行排序（全功能型定位核按照正交值從大到小排序，單向定位核按照水平、垂直、任意方向的類別依次排序）；

找到所有符合組合型定位核條件的定位核組（兩個(gè)），滿足以下條件之一即可：

1 定位核組中至少有一個(gè)全功能型定位核； 2 若均是單向定位核，則根據(jù)兩者的方向角度差計(jì)算正交分值，大于等于設(shè)定的正交值。

依次驗(yàn)證唯一性（在一定范圍內(nèi)進(jìn)行模板匹配，判斷找到的數(shù)目是否為1），找到要求的數(shù)目即返回；

單向定位核判斷是否滿足組合條件的流程如下： Step1：單向定位核按照水平、垂直、任意方向的類別依次排序，類別相同則按照歸一化后的角度從小到大排序； Step2：去除相鄰角度相同的定位核（僅保留一個(gè)），得到不同方向的定位核組； Step3：遍歷定位核組，兩兩計(jì)算對(duì)應(yīng)的夾角，篩選出滿足正交分值的定位核組對(duì)（兩個(gè)）； Step4：按照每組對(duì)的正交分值進(jìn)行排序； Step5：遍歷所有的組對(duì)，每組找到對(duì)應(yīng)的所有的單向定位核，依次計(jì)算定位核的距離是否滿足最小值，若滿足直接返回，否則找到為止。

2.2.6 單向定位核選取

實(shí)現(xiàn)流程：單向定位核按照水平、垂直、任意方向的類別依次排序，返回第一個(gè)。

3 模塊輸出

可將模塊封裝成獨(dú)立的dll，接口函數(shù)如下：

參數(shù)界面如下所示：

審核編輯：郭婷