貼片晶振尺寸快速視覺檢測方法

文/劉習(xí)文 劉超英

機(jī)器視覺，是將控制器與機(jī)器視覺傳感器連接，達(dá)到系統(tǒng)智能化的一種手段。機(jī)器視覺一般應(yīng)用于產(chǎn)品表面品質(zhì)特征的檢測、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)特征的檢測和在線性尺寸測量，例如對長度、位置、寬度、厚度、中心等的測量。

貼片晶體振蕩器（后文簡稱為晶振），廣泛應(yīng)用于各種電子產(chǎn)品（如手機(jī)等便攜式設(shè)備）電路中作為基準(zhǔn)時鐘源，其品質(zhì)的好壞直接影響到電路系統(tǒng)能否按照特定要求正常工作，晶振尺寸在一定程度上影響晶振的質(zhì)量。目前，針對晶振尺寸檢測，目前主要集中在沖壓式晶振方面，而對于手機(jī)等微小型電子設(shè)備使用的貼片式晶振，其尺寸檢測尤其是快速尺寸檢測，國內(nèi)外研究較少。高速高精度貼片晶振視覺檢測技術(shù)的研究，將大大提高晶振制造的技術(shù)的發(fā)展。

1 晶振圖像特點

圖1為采用顯微鏡和高速攝像機(jī)獲得的兩幅比較典型的晶振表面圖像，可以看出，晶振圖像有比較明顯的直線特征以及四邊形特征，可以通過輪廓檢測擬合得到四邊形特征。這里，我們主要取得晶振外接矩形和內(nèi)接矩形的尺寸。圖1(a)所示貼片水平擺放，圖1(b)所示貼片微微傾斜擺放，為了證明圖像處理方法的有效性，選取圖1(b)來予以說明。

2 對數(shù)變換圖像增強(qiáng)

從圖1中可以看出，晶振圖像外邊緣比較模糊，顏色和背景色比較接近。因此，需要先對圖像進(jìn)行對比度增強(qiáng)，增強(qiáng)低灰度部分信息。圖像增強(qiáng)是指按特定的需要突出一副圖像中的某些信息，同時，削弱或去除某些不需要的信息的處理方法。

對數(shù)變換可以將圖像的低灰度值部分?jǐn)U展，顯示出低灰度部分更多的細(xì)節(jié)，將其高灰度值部分壓縮，減少高灰度值部分的細(xì)節(jié)，從而達(dá)到強(qiáng)調(diào)圖像低灰度部分的目的。變換方法：

其中，

式1中，取v=1，利用OOPENCV編寫代碼，首先對圖像進(jìn)行二值化，然后進(jìn)行對數(shù)增強(qiáng)，如圖2所示。圖3為增強(qiáng)后的效果，可以看出，晶振邊緣對比度明顯增強(qiáng)。利用OPENCV進(jìn)行對數(shù)增強(qiáng)主要源代碼如下：

3 輪廓檢測

3.1 外接矩形檢測

接下來利用OTSU法選取閾值對圖像進(jìn)行二值化，可以看出二值化后目標(biāo)區(qū)域幾乎成為一個整體，只是中間存在少許小面積干擾區(qū)域。很容易就可求得目標(biāo)區(qū)域輪廓，然后通過輪廓擬合得到目標(biāo)區(qū)域外接矩形，并提取感興趣區(qū)域(ROI,region of interest)。如圖4所示。

主要源代碼如下：

圖1：晶振圖像

圖2：對數(shù)增強(qiáng)曲線

圖3：對數(shù)增強(qiáng)后圖像

3.2 內(nèi)接矩形檢測

提取ROI區(qū)域后，再次利用OTSU法選擇最佳閾值將ROI區(qū)域二值化，結(jié)果如圖4(a)所示，可以看出，分割后出現(xiàn)多個區(qū)域，求取區(qū)域的輪廓線，并對輪廓進(jìn)行矩形擬合，可以看出面積次大的矩形即為內(nèi)接矩形。

主要代碼如下：

4 結(jié)論

本文研究了貼片晶振視覺檢測方法，大量實驗證明，本方法檢測貼片晶振尺寸準(zhǔn)確快速，穩(wěn)定性好，在配置為CPU I7-6700 @3.4GHZ，內(nèi)存為8G電腦上，耗時20ms,可以滿足實時檢測的需要。

圖4：外接矩形檢測

圖5：內(nèi)接矩形檢測