l sYs sEcuRITY 系统安全 98 PCB缺陷检测系统的研究与实现 蔡茂蓉 (西南科技大学计算机学院四川绵阳621010) 摘要：本文介绍利用图像处理和模式识别技术，实现自动检测PcB缺损缺陷的方法。文中详 细介绍了数字图像处理技术在PCB板缺陷检测中的检测算法和PCB各种常见缺陷的识别方法。给 出了系统的工作流程和实现方法，实验证明本方法可行。 关键字：图像处理；PCB；图像分割；定位 中图分类号：TP317．4 文献标识码：A 1引言 2 PCB板缺陷的模式识别 印刷电路板(Printed Circuit Boards)是提供电 从GJB和lPC(美国电子电路互连和封装协会) 子零件安装的主要支撑物体，它将电子零组件连接 标准中，可以综合出PCB上存在的主要缺陷有短路、 在一起，使其发挥整体功能，是所有电子产品不可 短路、凸起、凹陷、空洞和划痕等，本文采用的识别 缺少的基本构成部分。由于印刷板生产技术涉及多 种工艺技术，任何一个工序出问题，都会对产品的 方式分别简述如下。 2．1短路和断路的识别 质量造成影响。随着通信、计算机等产业的飞速发 发生短路时，与标准图像相比，其图像中包含 展，对印刷电路板的质量提出了更高的要求。原来 的区域数会减少。同样，对于断路模式，其区域数会 的检测手段逐渐不适应当今PCB技术的发展趋势， 增加。所以，可以用计算图像区域面积的方法来判断 因此，有必要研究新型的PCB检测手段。本文研究 待测缺陷是短路还是断路。计算面积的具体方法，本 的方法是利用数字图像技术自动检测PCB裸板缺陷 文采用的是火烧法。首先需要将二值图像规格化，使 的软件部分。 对象的像素值为1，背景区的像素值为0。然后逐行 近年来出现了很多PCB图像检测算法，这些算法 扫描，当发现灰度值为1的点时，就在当前点点燃火 大致可分为三大类：有参考算法、无参考算法以及混 种，使火种在当前点的8连通域内蔓延，直到燃尽对 合型算法。有参考算法分为两大类，图像对比法和模 象所有点，同时计数器加1。当扫描完整幅图后，可 型对比法；无参考算法是一种不需要标准图像的检测 求得对象区域的面积(像素的个数)。 算法，它是基于一定的设计规则来进行检测的；混合 2．2划痕的识别 型方法是将有参考算法与无参考算法混合使用，从而 划痕类缺陷的最大特点是它的颜色与板上的正常 发挥它们各自的优点。比如，模板匹配法与数学形态 模式的颜色不同，而其它类缺陷则无此特点。本文采 学方法结合使用，或者连接表方法与数学形态学方法 用BMP格式图像文件和RGB色彩模式。所谓色彩模式 结合使用等。本文采用的是混合方法中的模板匹配法 就是数字图像中像素点采用的颜色描述方法。划痕的 与数学形态学方法结合的方法。 识别需要提取红或绿通道，这是因为在混合通道中， ˝ • ‰ ˚ 

sYs sEcuR．TY系统安全l 99 划痕部分的灰度级与标准板和导体的灰度级区别不 大。 通过灰度级差别，可以检测出划痕，但还需要进 一步判断。这是因为划痕属于较为轻微的缺陷，有时 并不会影响印刷板的使用性能。必须根据PCB标准上 的规定做出判断：是缺陷还是可忽略缺陷。具体采用 的是“与”运算，将标准图像和缺陷图像相“与”， 即对缺陷图像中的像素，若灰度级与标准图像中的对 应像素的灰度级相同，在新图中灰度级为O，若相异 则新图中对应点灰度级取1，可得缺陷图像。 2．3凸起的识别 凸起和凹陷、空洞的最大区别是会引起区域的面 积增加，因此仍然通过计算对象区域面积的方法来识 别凸起。当然，此时要排除短路的情况。 2．4凹陷和空洞的识别 凹陷和空洞的区分比较复杂，二者都会引起面 积的减小，因而不能用面积特征来判断。凹陷位于导 线的边缘，而空洞位于导线的内部，因而可以通过分 析缺陷部分的周围区域进行识别。若缺陷部分的周围 区域全为白域，则为空调；若既有白区又有黑区则为 凹陷。具体方法是，首先将规格化的二值图像的缺陷 区域的灰度值设为与背景和导体不同，如设为2。其 输入待测PCB l 垃路层j 险测 焊盘层检测 妇路 层检测 1机械胃；检测 I可忽略l|瑕疵ll… 外形矫正 I可忽略I 凸起ll凹陷ll短路|l断路I l凹陷¨空洞¨划痕f 图1 PCB图像检测流程图 路层分割和机械层分割。图像诊断检测分为线路层检 测、焊盘层检测、碳路层检测和机械层检测。通过缺 陷图像与标准板图像进行匹配，计算机面积差值的方 法，将匹配不上的地方分为可以忽略和有缺陷两种情 况。对可以忽略的地方，用背景色填充。对缺陷继续 划分，分为凸起、凹陷、短路和断路以及可以忽略。 对可以忽略的地方仍然采用背景色填充。如果是凹 陷，要进一步检测是凹陷、空洞还是划痕。下面这个 函数完成找出PCB缺陷位置。 void FindFlawPosition(HDIB hDIB，HDIB hTempDIB) 次对缺陷部分进行边缘跟踪，记录下缺陷部分的边缘 …… { 曲线。利用缺陷部分的边缘曲线，求缺陷部分的外包 线，若外包线全为1(即为白区)，则缺陷为空洞； 若有连续的一部分为1，一部分为0(黑区)，则说明 缺陷为凹陷。 3软件实现 本文采用Visual C++编写实现PCB裸板的缺陷自 动检测系统。系统功能模块划分如图所示，工作流程 如图1所示。 数学形态学的基本运算只能针对二值图像和灰度 图像。因此，该系统在进行图像预处理时，先通过大 律法计算出分割阈值，再对图像进行二值化处理，然 后通过中值滤波去除噪声。预处理后的图像经过数学 形态学膨胀和腐蚀后，用于图像分析。在图像分割模 ，，找到DIB图像像素起始位置 IDDlBBits=cIsDIB．FindDIBBits(IpDIB)；IpTempDIBBits=cl sDIB．FindDIBBits(IpTempDIB)； ∥DIB的宽度和高度 LONG IWidth=cIsDIB．DIBWidth(IPDIB)：LONG IHeight=cIsD旧．DIBHeight(IpDIB)： 脓取每行宇节数 LONG ILineBytes=WIDTHBYTES(IWidth。clsDIB． DIBBitCount(1pDIB))： LPBYTE pSrc，pTemp； if(clsDIB．DlB8jtCount(IpDIB)==24) I for(i=O：i

．．。。I sYs sEcuR．TY系统安全 if((+pS FC一。pTemP)==0＆＆(’(pS rc+1)一 。(pTemp+1))==O＆＆(。(pSrc+2)一’(pTemp+2))==0) ’(pSrc+1)=255；。(pSrc+2)=255；} {。pSrc=255； j-j+2：)}) if(clsDIB．DIBBitCount(IpDlB)==8) { for(i=0：i