基于機器視覺的電路板缺陷檢測系統分析

齊宏偉 廣州市埃恩斯丹工業裝備有限公司沈陽研發中心

機器視覺主要是借助計算機來對視覺圖像信息進行分析處理，并有效識別、感知的一種技術。實際上，在機器視覺系統中，光學傳感器屬于核心部件，其與普通家用單反相機相比，具有掃描頻率高、快門時間短、畸變小等特點，能夠對高速運動物體信息給予快速采集，進而獲得高質量圖像，進而提高了電路板缺陷檢測效果，下面將會對機器視覺的電路板缺陷檢測系統給予全面、系統的介紹。

一、機器視覺下電路板缺陷檢測系統概述

（一）電路板缺陷檢測系統結構

通常情況下，在機器視覺下電路板缺陷檢測系統中，傳感器能夠有效感知電路板內外部變化情況，并對這些變化給予有效理解，進而獲取其內在含義的一種能力。在電路板缺陷檢測系統中，主要是結合各種狀態、限制、條件來確定自主產生的目標，并通過對具體方案的科學、合理規劃來確保具體目標得以順利實現的一種能力被稱之為決策。同時，結合決策產生的結果，來確保相關工作和任務得以順利進行的過程即所謂行動。實際上，在電路板缺陷智能檢測系統中，決策、行動、感知屬于比較常見的三大要素，且各要素間具有相互銜接的聯系，從而構成了智能系統。

（二）基于機器視覺的電路板缺陷檢測原理

實際上，待測電路板進入檢測區域時，傳感器通過硬節點后將會觸發相機，進而完成圖像的采集工作，并借助千兆網將所采集的圖像傳輸至工控機，然后借助軟件平臺來對圖像進行處理進而獲取檢測區內電路板是否存在缺陷，并將該電路板的相關信息通過OPC通訊傳輸至分揀系統控制器，借助分揀執行機構來實現對電路板的分揀操作，進而有效提高電路板缺陷檢測效果。

二、圖像采集系統

在機器視覺下，圖像采集是電路板缺陷檢測系統中比較關鍵的一個環節。通常情況下，圖像采集效率的高低將會對后續圖像處理質量好壞產生決定性的影響，甚至還有可能對系統最終決策產生決定性影響，這樣就需要結合實際情況來做好圖像采集系統設計工作。實際上，圖像采集系統包含了兩大部分，即光源和成像，而光源部分涉及的內容有打光方式、光源顏色結構，成像部分涉及的內容有鏡頭、工業相機、數據傳輸方式等，此時就需要結合實際情況來對圖像采集系統進行科學、合理的設計，以此來提高其運行效果。

三、圖像預處理設計

受各方面因素的影響，視覺系統在處理前要按照相關要求完成對圖像采集的相關準備工作，以此來獲取快速、準確的結果，即所謂的圖像預處理。在電路板缺陷檢測系統中，圖像預處理算法主要包括圖像降噪算法、圖像分割算法和圖像對比度增強算法等，下面將會對其進行詳細分析。

（一）圖像降噪算法

基于機器視覺下，圖像采集系統所獲取的圖像不可避免的會受到工業相機成像、圖像數據傳輸以及現場復雜工作環境的影響，從而導致圖像質量降低。通過對影響形式的差別進行分析后，可以將噪聲分為乘性噪聲、沖激噪聲、量化噪聲以及加性噪聲；通過對噪聲的隨機性進行統計結果可以劃分為均勻分布噪聲、高斯噪聲、瑞麗噪聲和椒鹽噪聲等。不管是哪種分類方式，因為圖像干擾噪聲的存在都會對后續的圖像分析與處理結果產生不利影響。因此，在圖像分析前，可以借助濾波操作來有效去除圖像中的噪聲，以此來避免不相關干擾信息的影響，這樣不僅可以提高圖像質量，而且還可以確保后續圖像分析與處理的快速性、可靠性，進而提高電路板缺陷檢測效果。

（二）圖像分割算法

在圖像預處理過程中，圖像分割主要是按照一定的方式將原始圖像分割成相互間不存在重疊區域的圖像，其常用的參考依據是圖像的色彩、紋理、灰度等級、輪廓等特征。在相同區域內，大部分圖像都會或多或少具備相同的圖像特征，而且在不同區域所具備的圖像特征不同，好的圖像分割可以將感興趣與非感興趣區域有效剝離，而且不會對感興趣區域圖像質量產生影響。

（三）圖像對比度增強

通常情況下，圖像采集系統獲取的圖像極易受到光照因素的影響，從而導致圖像有效亮度區域無法滿足全部亮度值要求，進而降低圖像對比度，此時借助圖像對比度增強的方式來初步處理圖像，進而使圖像識別效果得到有效提升。

四、控制平臺的設計

在基于機器視覺下，電路板缺陷檢測系統中，要做好控制平臺的設計工作，該過程要遵循高速交互、人機友好的原則，以實現對整個缺陷檢測系統變量的有效檢測與控制。在整個系統中，作為資源核心中樞及中轉站，集中控制平臺具備比較強的運算能力。實際上，在控制平臺設計工作要注重以下幾個方面的內容：（1）通過對各復雜圖像算法運算的兼容性給予綜合考慮后，選擇了Matlab來進行圖像處理，其中Matlab主要是以矩陣為核心來進行數值分析，而電路板缺陷圖像數據本身是矩陣數據，這就使得通過對矩陣的操作來完成圖像的處理工作，從而提高了圖像處理效率；（2）Matlab自帶的GUI子程序不僅界面控件比較豐富，而且具有良好的繪圖功能，滿足對人機界面友好的要求；（3）集中控制平臺與缺陷檢測系統間采用了可靠、高速的通訊方式進行連接，而且在缺陷檢測系統中PLC能夠將不同品牌、不同型號的PLC數據進行同步集成，進而使控制平臺具有兼容性和可擴展性，大大提高了控制平臺的執行效率。

五、結束語

如今，隨著工業信息化的發展，對電路板缺陷檢測工作提出了較高要求，并采取有效措施來確保電路板檢測結果的準確性、快速性。基于機器視覺下優化和完善電路板缺陷檢測系統，既可以降低缺陷識別的時間，而且還可以有效提高缺陷識別精度。