PCB自動光學檢測（AOI）是如何工作的？（視頻）PCB產品AOI檢測，需要將模版與實際圖像對齊，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和自動。基于人眼視覺特征對區(qū)域敏感度判斷的手動提取法存在很大的局限性，且當需要較多定位核時建模復雜，因此目前廣泛應用的是自動提取法。 PCB由于高精度成像和高標準檢測需求，決定了一個料號可能需要幾百甚至上千個定位核，所以需要實現自動選取定位核的功能；檢測時料號是未知的，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時性。

1 功能說明

自動定位核選取模塊主要功能如下：1)支持多個相互獨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)增加局部唯一性驗證，支持兩種不同的定位模式，NCC和Shape

2 算法設計

根據常見的定位算法的原理可知，選取定位核應選擇： 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)在一定范圍內滿足唯一性。

圖 4 彩色圖及對應的梯度圖PCB產品的模板圖像一般由Gerber或ODB++文件解碼生成，因此自動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，其所對應梯度信息如下圖所示：

圖5 PCB二值圖及對應的梯度圖可見，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設計概要

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，即采樣點數減少。對于一幅N*M的圖像來說，如果降采樣系數為k,則即是在原圖中每行每列每隔k個點取一個點組成一幅圖像。 采取降采樣的目的是為了降低處理時間。

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

單方向定位核實現流程：

將亞像素輪廓XLD轉為多邊形輪廓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應的N個離散點、N-1個角度，并計算當前離散點即拐點對應的夾角Angle。這些離散點就是各個疑似定位核的中心點；

離散點即拐點圖示

通過拐點夾角Angle計算各自的正交值Orthogonality，超過設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

實現流程：

按照正交分值從大到小排序；

依次驗證唯一性（在一定范圍內進行模板匹配，判斷找到的數目是否為1），找到要求的數目即返回；

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，或找到的數目不夠，則選取滿足條件的組合型定位核。實現流程：

對剩余的定位核進行排序（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），滿足以下條件之一即可：

1 定位核組中至少有一個全功能型定位核； 2 若均是單向定位核，則根據兩者的方向角度差計算正交分值，大于等于設定的正交值。

依次驗證唯一性（在一定范圍內進行模板匹配，判斷找到的數目是否為1），找到要求的數目即返回；

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），得到不同方向的定位核組； Step3：遍歷定位核組，兩兩計算對應的夾角，篩選出滿足正交分值的定位核組對（兩個）； Step4：按照每組對的正交分值進行排序； Step5：遍歷所有的組對，每組找到對應的所有的單向定位核，依次計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

實現流程：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。

3 模塊輸出

可將模塊封裝成獨立的dll，接口函數如下：

參數界面如下所示：

審核編輯：郭婷