專利名稱：線路板蝕刻邊緣檢測及蝕刻因子測量方法
技術領域：
本發明涉及線路板檢測方法，涉及用顯微攝像機獲取被測線路板直線 的圖像來檢測線路板蝕刻邊緣，蝕刻因子測量方法。
背景技術：
集成電路(IC)芯片的微型化，給印刷電路板(PCB)的制作提出了線寬密 集化、層數多層化的更高要求。PCB上密集的平行直線的線寬，若蝕刻得太 粗，則容易造成平行線短路；若蝕刻得太細，則容易造成信號的傳輸不正 常；若蝕刻得局部有突變(變粗或變細)，則容易產生高頻反射，形成電磁 干擾，影響電子系統的穩定。蝕刻因子是印刷電路板中直線的底部寬度減 去頂部寬度除以銅厚的一半，是判斷電路板制作質量重要依據之一。蝕刻因子的測量精度決定于被測直線的頂部和底部寬度，而直線線寬 的測量精度決定目標與背景的精確分割，即被測直線邊緣的精確定位。傳 統的圖像分割方法，對于灰度值相差較大的目標與背景分割效果很好，對 于灰度值相差較小的目標與背景分割效果不佳。目前，測量直線的頂部和 底部寬度，都直接采用傳統的圖像分割方法計算閾值，用于定位邊緣，邊 緣直線檢測是采用先獲取邊緣點，再擬合成直線的方法。由于銅線與基材 灰度值相差較大，所以直線的頂部寬度測量較準，而銅線蝕刻區域灰度值 與基材相差很小，用傳統的閾值計算方法，很難從灰度值上直接區分蝕刻 區域與基材背景，使蝕刻邊緣定位不準，造成直線底部線寬測量誤差較大。 目前分割閾值的計算限于全局計算，即用整幅圖像的信息計算分割閾值， 這在目標與背景灰度相差較小或目標灰度分布不均勻的情況下，很難找到 一個閾值將目標與背景分離開。發明內容本發明的目的在于提供一種線路板蝕刻邊緣檢測及蝕刻因子測量方 法，它是通過在蝕刻與背景的局部區域計算分割閾值，并將局部區域的灰 度值從0到255進行擴展，從而實現了被測直線蝕刻邊緣的準確檢測和蝕刻 因子的高精度測量。本發明解決其技術問題所采用的技術方案是在矩形框內，采用傳統 的最大類間方差法獲得被直線的頂部邊緣，進而得到頂部線寬和兩邊緣直 線方程，為準確得到兩頂部邊緣直線，采用了先最小二乘直線擬合，再去除奇異邊緣點，最后再擬合的方法；到此基礎上，利用兩頂部邊緣直線確 定兩個分別包含直線兩側面蝕刻部分的局部區域，對這兩個局部區域先進 行灰度擴展，范圍為0-255，再用最大類間方差法計算分割閾值，并采用線 掃描方法準確得到直線的蝕刻邊緣，進而根據被測直線的頂部、底部線寬 和銅厚計算得到直線的蝕刻因子。本發明的方法包括以下主要步驟1. 通過設置顯微放大攝像機獲取所測線路板圖像，并用矩形框獲取被 測直線的局部區域。2. 對獲取的線路板圖像進行預處理，包括圖像去噪、灰度變換和自動 分割閾值計算。3. 利用掃描法確實被測直線頂部的兩邊緣點集，采用最小二乘法并進 行多次擬合獲得被測直線的頂部兩邊緣直線方程，進而計算被測直線的頂 部線寬。4. 利用灰度擴展法確實被測量的兩蝕刻邊緣，根據蝕刻邊緣計算直線 的底部線寬。5. 最后，計算被測直線的蝕刻因子。本發明的優點是本發明利用最小二乘法并多次擬合得到被測直線的 兩頂部邊緣直線方程，去除了奇異頂部邊緣點；針對被測直線的蝕刻區域 與背景區域灰度值相差較小的問題，采用在局部區域對灰度進行擴展，有 效地分離了蝕刻區域與背景，準確檢測到被測直線的蝕刻邊緣，提高了蝕 刻因子的測量精度。
圖l為本發明的工作流程圖。
具體實施方式
本發明用于測量的輸入圖像數據來源于兩個方式 一為用顯微放大攝 像機，經圖像采集卡獲得的單幀圖像，二為.BMP和.JPEG兩種格式的圖像 文件。圖像格式可為8位灰度，24位和32位真彩圖像。視頻輸入可為PAL 或NTSC標準視頻信號。本發明采用如圖1所示的蝕刻邊緣檢測及蝕刻因子測量方法的流程圖， 進行蝕刻邊緣準確定位及蝕刻因子的精確測量，其具體實施步驟如下1、被測直線的局部區域獲取本發明采用人工介入的方法獲取包含被測直線的圖像區域，用鼠標事件拖動產生矩形框獲取被測直線的局部區域。2、 分割閾值計算在矩形框內，為使被測直線從PCB基材背景中分割出來，先采用亮度 方程對彩色圖像進行灰度變換，再采用最大類間方差算法計算分割閾值。分割閾值計算原理為設圖像灰度級范圍為H={0, 1，…，"，灰度為i的像素數為仏，則總像素為A^t",，灰度為i的像素出現概率為P,w,/iV。矩形框內只有被測直線,=0(即目標)C。和背景d兩類，按照模式識別理論，這兩類的類間方差計算公 式為其中，t為c。和d分割的閾值；A")禾n A")分別為c。和d兩類出現的概 率，計算公式分別為/^)=1>,和/^)=1>; //。w和A(o分別為c。和cr兩,=0 !=f+l類的灰度均值，計算公式分別為//。(0 = 1>,/^。(0和/^)=1>,//^)。分割的最佳閾值是類間方差計算公式中取最大值時的H直，記為艮3、 兩頂部邊緣點集獲取本發明采用垂直或水平掃描方法搜索被測直線的兩頂部邊緣點集，其主要步驟如下1)判斷是采用水平掃描還是采用垂直掃描方式。線路板成像的特點為 銅線成像較亮，灰度值偏大，基材成像較暗，灰度值偏小。根據這一成像 特點，本發明采用比較矩形框中兩水平直線和兩垂直直線平均亮度的方法， 決定邊緣點集的搜索方式。若兩水平直線的平均亮度大于兩垂直直線，則選擇水平掃描方式，反之，選擇垂直掃描方式；2)以矩形框的左上角為起 點，作一垂直直線，計算其與被測直線邊緣相交的兩個點。為了減少奇異 邊緣點，采用沿垂直直線從上往下搜索上邊緣點，而采用從下往上搜索下 邊緣點。在搜索過程中，若某一像素點的灰度值大于W (W為分割閾值)，則為邊緣點。3)在矩形框內，本發明以5個像素的間隔作一組垂直直線。從左往右 遍歷所有垂直直線，用第2步的方法計算，可以獲得被測直線的兩個邊緣 點集。4、 去除邊緣點集中的奇異點本發明去除奇異邊緣點的方法是，先采用最小二乘法對初始邊緣點集 進行直線擬合，再計算所有點到擬合直線的距離，按從大到小排序后，去 除距離最遠的三分之一點，即為奇異點。5、 兩頂部邊緣直線的最小二乘擬合對上述去除奇異點后的兩個頂部邊緣點集，采用最小二乘法擬合成兩 條頂部邊緣直線。最小二乘擬合方法如下假設上邊緣點集有vV個數據點，坐標分別為U，力)，其中i=0， 1，…W 采用最小二乘擬合方法可得上邊緣直線，其方程為_y = + 、其中A和A的計算公式分別為& = ^vf5-^和A = "o A,'=。。用同理的方法計算可以獲得下邊緣點集的最小二乘擬合直線，其方程為少二 A:2x + 62 o6、 頂部線寬計算在特定鏡頭放大倍數下，對標準光刻度尺進行測量確定物像之間的比 例關系，即單位像素所占長度(單位為iran)，計算公式為"丄其中，Z為標準光刻度尺中的已知長度，7V為Z在圖像中對應的像素個數。本發明通過實驗的方法得到上述比例關系h由于被測線寬的兩條邊緣直線不可能完全平行，因此不能用兩平行直 線之間距離公式計算線寬。本發明先計算去噪后的上邊緣點集到下邊緣直 線的平均距離，再計算去噪后的下邊緣點集到上邊緣直線的平均距離。上 述兩距離的平均即為被測直線頂部線寬對應的像素個數，將其乘以么即為 被測直線的頂部線寬。7、 包含蝕刻部分的兩局部區域獲取根據線路板蝕刻寬度不會超過直線頂部線寬四分之一的特點，本發明 分別以兩頂部邊緣直線在矩形框內的線段為長，以頂部線寬的三分之一為 寬，組成兩個矩形框，它們分別包含被測直線兩側的蝕刻部分。8、 局部區域內灰度值的線性擴展由于蝕刻灰度值與背景灰度值相差較小，若直接用最大類間方差法計 算分割閾值，很難將蝕刻部分從背景中分割出來。本發明分別在兩個包含 蝕刻部分的矩形框內，對灰度值先進行0到255線性擴展，再用最大類間 方差法計算分割閾值進行分割。線性擴展方法如下先計算矩形框內灰度的最大值和最小值，再按最小值轉換為0，最大值 轉換為255，其它灰度值進行線性轉換的規則，將矩形框內所有灰度值進行 擴展。9、 兩蝕刻邊緣直線搜索本發明采用線掃描方法進行蝕刻邊緣直線搜索，其主要步驟如下1) 在包含蝕刻部分的矩形區域內，以頂部邊緣直線為起始直線，作其 平行直線，垂直向矩形另一側移動。2) 以一個像素為移動單位，每移動一次，則計算平行直線在矩形內像 素點的平均灰度值。3) 對線段的平均灰度進行判斷，若平均灰度大于等于分割閾值，則該 移動直線為被直線的蝕刻邊緣，否則，返回步驟2繼續移動平行直線。10、 直線底部線寬測量被測直線的底部線寬為直線頂部線寬加上兩側蝕刻寬度。由于兩個蝕 刻邊緣直線分別平行于各自對應的頂部邊緣直線，所以可用兩平行直線間 的距離公式計算兩側的蝕刻寬度。11、蝕刻因子計算 蝕刻因子的計算公式為其中，呢和取分別為被直線的底部和頂部線寬，通過上面計算獲得，^ 為線路板中銅板厚度，為己知值。
權利要求
1. 線路板蝕刻邊緣檢測及蝕刻因子測量方法，其特征是方法步驟如下1)在攝像機特定的放大倍數下，獲取線路板被測直線的圖像，并用矩形框獲取被測直線的局部區域；2)對獲取的線路板圖像進行圖像去噪、圖像灰度變換和自動分割閾值計算等預處理；3)利用掃描法確實被測直線頂部的兩邊緣點集，采用最小二乘法擬合、去除奇異點、再擬合的方法獲得被測直線的頂部兩邊緣直線方程，進而計算被測直線的頂部線寬W1；4)利用灰度擴展法結合線掃描法確定被測量的兩蝕刻邊緣直線，根據蝕刻邊緣計算直線的底部線寬W2；5)最后，根據所述W1、W2和已知線路板銅板厚度Tcopper計算被測直線的蝕刻因子。
2、 根據權利要求1所述的線路板蝕刻邊緣檢測及蝕刻因子測量方法，其特征在 于所述掃描法確實直線頂部的兩邊緣點集，包括自動根據被測直線的位置判斷是采用水平掃描，還是垂直掃描。
3、 根據權利要求1所述的線路板蝕刻邊緣檢測及蝕刻因子測量方法， 其特征在于從矩形框的上下或左右分別向被直線進行掃描獲取頂部邊緣 點集。
4、 根據權利要求1所述的線路板蝕刻邊緣檢測及蝕刻因子測量方法， 其特征在于所述去除奇異邊緣點，包括先采用最小二乘法對初始邊緣點 集進行直線擬合，再計算所有點到擬合直線的距離，按從大到小排序后， 去除距離最遠的三分之一點，即為奇異點。
5、 根據權利要求1所述的線路板蝕刻邊緣檢測及蝕刻因子測量方法， 其特征在于所述蝕刻邊緣檢測，包括對蝕刻局部區域進行灰度擴展、計 算分割閾值和線掃描法。
6、 根據權利要求5所述的線路板蝕刻邊緣檢測及蝕刻因子測量方法， 其特征在于所述線掃描法是在包含蝕刻部分的矩形區域內，從頂部邊緣 向蝕刻邊緣方向移動頂部邊緣直線的平行直線，再判斷移動直線是否為蝕 刻邊緣，若是，則蝕刻邊緣已找到，否則，以一個像素單位繼續移動平行 直線。
全文摘要
一種線路板蝕刻邊緣檢測及蝕刻因子測量方法，包括步驟1)通過設置顯微放大攝像機獲取所測線路板圖像；2)對獲取的線路板圖像進行預處理；3)利用掃描法確定被測直線頂部的兩邊緣點集；4)利用灰度擴展法確實被測直線的兩蝕刻邊緣，根據蝕刻邊緣計算直線的底部線寬；5)最后，計算被測直線的蝕刻因子。本發明利用最小二乘法并多次擬合得到被測直線的兩頂部邊緣直線方程，準確檢測到被測直線的蝕刻邊緣，提高了蝕刻因子的測量精度。
文檔編號G01B11/02GK101266135SQ20081010684
公開日2008年9月17日 申請日期2008年5月8日 優先權日2008年5月8日
發明者熊邦國, 陳勝鵬 申請人:南昌航空大學