圖像識別技術在軍用電子元器件表面瑕疵檢測方法中的應用

陜西省電子技術研究所 李 靜 高景旭

軍用電子元器件是電子武器裝備的基礎組成單元，其質量與可靠性水平直接影響裝備技術、功能的實現，因此針對電子元器件的質量控制必須引起足夠重視。工作實踐發現，故障電子元器件在表面或多或少存在瑕疵表征，因此作為元器件檢測篩選的首要環節，電子元器件的表面檢測是發現故障元器件的重要步驟。本文基于圖像處理技術設計了一種自動識別電子元器件表面瑕疵的方法，實現快速、精準檢測。

1 圖像識別設計原理

圖像識別在本質上屬于一種圖像處理技術，主要是通過計算機科學的運用，對圖像執行相應的分析、處理以及辨識等工作，通過此種方式，提取出圖像中的有效信息，并剔除掉其中存在的冗余信息，得到高精準的識別結果。在圖像識別過程中，最重要的元素即為圖像特征，而圖像特征是由若干個基本像素點組成的，為此，可以將圖像識別理解為針對圖像像素點的識別。利用計算機識別圖像時，起初只能夠識別出圖像像素點中包含的基本信息，其識別過程近似于生物視覺，通過對圖像像素點的邏輯分類處理，得到初始的識別結果。由于初始的識別結果中包含大量的冗余信息，導致識別受到干擾，因此需要對待識別的圖像進行相應的預處理，通過顏色、亮度等信息的調整提高對圖像數據邏輯化處理能力。但在實際處理過程中，必須要本著能簡不繁的原則，避免由于大量復雜的計算導致圖像識別效率低。基于圖像識別的高精度優勢被應用到多個領域中，并均取得了可觀的應用效果。因此，有理由將圖像識別應用在軍用電子元器件表面瑕疵檢測中，通過設計一種基于圖像識別的軍用電子元器件表面瑕疵檢測方法，致力于從根本上提高軍用電子元器件表面瑕疵檢測精度。

2 基于圖像識別的軍用電子元器件表面瑕疵檢測方法

本文基于圖像識別設計的軍用電子元器件表面瑕疵檢測方法，核心在于通過減弱軍用電子元器件表面無瑕疵的區域信息，增強軍用電子元器件表面瑕疵的區域信息，以便基于圖像識別檢測出軍用電子元器件表面瑕疵細節信息。本文設計的方式共分為四步流程實現，分別為：圖像預處理、圖像增強、圖像識別以及得出檢測結果。

2.1 軍用電子元器件表面瑕疵圖像預處理

考慮到軍用電子元器件表面瑕疵圖像中必然會包含大量的冗余信息，因此，在對其檢測前，必須將軍用電子元器件表面瑕疵圖像執行預處理，其核心目的在于剔除軍用電子元器件表面瑕疵圖像冗余值，減弱軍用電子元器件表面瑕疵圖像中無瑕疵區域的紋理特征。本文采用下采樣的方式，實現軍用電子元器件表面瑕疵圖像預處理，其具體流程，如圖1所示。

結合圖1所示，能夠明確軍用電子元器件表面瑕疵圖像預處理下采樣原理。其中，均值下采樣的主要目的為減弱軍用電子元器件表面瑕疵圖像中的背景；雙線性插值的主要目的為消除軍用電子元器件表面瑕疵圖像中的下采樣噪聲；方差下采樣的主要目的為增強軍用電子元器件表面瑕疵圖像中的瑕疵。以軍用電子元器件表面瑕疵圖像為例，設M、N為軍用電子元器件表面瑕疵圖像預處理窗口值，通過圖像分割的方式，得到軍用電子元器件表面瑕疵圖像預處理最優值。

圖1 軍用電子元器件表面瑕疵圖像預處理下采樣流程

2.2 軍用電子元器件表面瑕疵圖像增強

在完成軍用電子元器件表面瑕疵圖像預處理的基礎上，為進一步提高檢測進度，需要增強軍用電子元器件表面瑕疵圖像，得到對比度清晰的軍用電子元器件表面瑕疵圖像。

空域處理可由式(1)表示：

公式(1)中，g(x,y)指的是空域增強處理后的軍用電子元器件表面瑕疵圖像；T指的是對f的一種操作；f(x,y)指的是原始軍用電子元器件表面瑕疵圖像。鄰域多選擇正方形，因此T操作選擇鄰域為1x1的情況最簡單，該操作也稱為點處理。此時，g的值只依賴f在(x,y)點的值，T操作稱為灰度傳遞函數。若用s和t分別代表f和g在(x,y)處的灰度值，則式(2)可寫成：

通過公式(2)，可得出對比度增強的灰度級變換函數，如圖2所示。

圖2表示灰度變換函數T(s)的圖像。通過變換后，原始軍用電子元器件表面瑕疵圖像中，灰度級低于m的點在變換后變暗，而灰度級高于m的點在變換后變亮。

圖2 對比度增強的灰度級變換函數示意圖

2.3 基于圖像識別軍用電子元器件表面瑕疵特征

由以上推論可基于圖像識別建立軍用電子元器件表面瑕疵圖像特征識別矩陣，利用圖像識別矩陣識別軍用電子元器件表面瑕疵特征；再通過將瑕疵特征映射到同一個特征表示空間；最后，得到維數一致的特征向量。

設軍用電子元器件表面瑕疵特征圖像識別矩陣為E，則其計算公式如公式(3)所示：

在公式(3)中，M指的是軍用電子元器件表面瑕疵圖像的長度；N指的是軍用電子元器件表面瑕疵圖像的寬度；x(i,j)指的是軍用電子元器件表面瑕疵圖像在共享空間的投影距離；i指的是軍用電子元器件表面瑕疵圖像在共享空間的橫坐標；j指的是軍用電子元器件表面瑕疵圖像在共享空間的縱坐標。利用公式(3)可得出軍用電子元器件表面瑕疵圖像特征識別投影，實現對軍用電子元器件表面瑕疵圖像的識別功能。

2.4 實現軍用電子元器件表面瑕疵檢測

以上述基于圖像識別到的軍用電子元器件表面瑕疵特征為依據，通過軍用電子元器件表面瑕疵分類的方式，定位軍用電子元器件表面瑕疵，進而實現軍用電子元器件表面瑕疵檢測。

設此過程的目標函數為U，則有公式(4)：

在公式(4)中，μ指的是類間方差。通過公式(4)，得到軍用電子元器件表面瑕疵定位結果，以此實現軍用電子元器件表面瑕疵檢測，完成方法設計。

3 實驗

3.1 前期準備

構建實驗，實驗對象為某軍用電子元器件，該軍用電子元器件表面存在瑕疵，其具體信息如表1所示。

表1 軍用電子元器件表面瑕疵信息

表1為軍用電子元器件表面瑕疵信息，本次實驗內容為軍用電子元器件表面瑕疵檢測。首先，使用基于圖像識別的方法，檢測軍用電子元器件表面瑕疵，通過matalb軟件記錄其檢測查全率，設置為實驗組；然后，使用傳統方法檢測軍用電子元器件表面瑕疵，同樣通過matalb軟件記錄其檢測查全率，設置為對照組。選取檢測查全率作為此次試驗的評價指標，檢測查全率越高證明該方法檢測精度越高。共進行5次測試，記錄實驗結果。

3.2 實驗結果與分析

具體實驗結果，如表2所示：

表2 檢測查全率對比表

通過表2實驗結果可以看出，本文設計的方法檢測查全率遠高于對照組，在軍用電子元器件表面瑕疵檢測中更具適用性，有必要大力推廣。

結論：本文設計的圖像檢測方法，以可視化圖像的方式自動抓取電子元器件的表面圖像信息，并實現自動校準、主動識別，具有快速、準確的特點。后續會在圖像處理的精細化程度、處理速度等方面深入研究，實現更為科學、高效的檢測。