基于模板匹配的melf元件定位與檢測方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種基于模板匹配的MELF元件定位與檢測方法。
【背景技術】
[0002] 機器視覺在表面貼裝技術（SMT)的應用已經越來越成熟，在貼裝過程中，元件的 精確定位和檢測對整條SMT生產線的效率有著重要是影響。
[0003] MELF是一種圓柱體的封裝形式，兩端有金屬帽電極，通常有晶圓電阻、貼式電感、 貼式二極管。目前已有的檢測方法，主要是針對片式元件，球形引腳元件和矩形引腳元件， 很少有針對圓柱體元件的研究。在特定的光照條件下，MELF元件的圖像幾何外形特征均表 現為比較規則的矩形區域，檢測算法的目標為從獲取的圖像中提取一個可以描述元件位 姿的矩形，但在實際應用中，由于受到光源控制器制作工藝的限制，采集到的圖像中元件邊 緣有較大的變化，且其圓柱形表面使得在接受正向光照時會出現元件表面灰度值分布不均 勻的情況，給后續圖像分割提取元件輪廓帶來很大的困難，除此，傳統的模板匹配法不適合 對帶旋轉角度的元件進行檢測，計算量大，執行速度慢，消耗時間長，難以滿足貼裝速度的 要求。
【發明內容】
[0004] 本發明的目的是為了解決傳統模板匹配算法對帶旋轉角度的元件進行檢測時存 在計算量大、執行速度慢，導致元件定位與檢測速度慢的問題，而提出一種基于模板匹配的 MELF元件定位與檢測方法。
[0005] -種基于模板匹配的MELF元件定位與檢測方法，所述MELF元件定位與檢測方法 通過以下步驟實現：
[0006] 步驟一、采用光學拍攝系統獲取MELF元件的原始MELF元件圖像；
[0007] 步驟二、選用固定閾值對步驟一獲得的原始MELF元件圖像進行閾值分割，得到二 值化預處理后的圖像，并計算二值化預處理后的圖像中非零像素點的個數；
[0008] 步驟三、判斷步驟二得到的非零像素點的個數是否達到原始MELF元件圖像像素 總數的相應倍數，若否，則結束MELF元件檢測過程，返回相應的錯誤碼；若是，繼續執行步 驟四；
[0009] 步驟四、根據輸入的MELF元件的長度和寬度信息建立旋轉角度為0°的模板圖 像，對旋轉角度為〇°的模板圖像以1度為步長進行旋轉，得到包括旋轉角度為〇°的模板 圖像在內的旋轉角度在[-30°，30° ]之間的所有模板圖像；
[0010] 步驟五、采用圖像高斯金字塔計算方法，將步驟一獲得的原始MELF元件圖像縮小 至四分之一作為縮小后的MELF元件圖像，將步驟四獲得的模板圖像縮小至四分之一作為 縮小后的模板圖像；其中，縮小后的模板圖像包括縮小后的旋轉角度為0°的模板圖像和 縮小后的旋轉角度在[-30°，30° ]之間的模板圖像；
[0011] 步驟六、分別對步驟五獲得的縮小后的MELF元件圖像以及步驟一獲得的原始 MELF元件圖像進行Canny邊緣檢測得到邊緣圖像，之后分別對獲得的邊緣圖像進行非操 作，之后分別計算非操作后的邊緣圖像中非零像素點到最近零像素點的距離，作為縮小后 的MELF元件圖像的距離變換圖像和原始MELF元件圖像的距離變換圖像；
[0012] 步驟七、用步驟四獲得的模板圖像搜索待匹配圖像，待匹配圖 像上被模板圖像覆蓋的區域作為子區域圖像，采用模板匹配計算公式：
對子區域圖像與模板圖像的相似性與差異性進 行模板匹配計算，獲取最佳匹配模板和最佳匹配模板在原始MELF元件圖像中的最佳匹配 位置；其中，T(m，η)表示模板圖像T在（m，η)處的灰度值；s(1'D(m，η)表示與子區域圖像 中對應的（ m，η)處的灰度值；
[0013] 步驟八、對步驟一獲取的原始MELF元件圖像采用Canny邊緣檢測得到帶干擾點的 MELF邊緣圖像，利用步驟七得到的最佳匹配模板和最佳匹配模板在原始MELF元件圖像中 的最佳匹配位置的匹配結果，根據圖像邊緣點的相關性從帶干擾點的MELF邊緣圖像中提 取出關鍵邊緣點，以確定原始MELF圖像中MELF元件的整體輪廓，完成MELF元件的定位過 程；
[0014] 步驟九、利用步驟八獲得的所有關鍵邊緣點形成最小外接矩形，用最小外接矩形 表示MELF元件在原始MELF元件圖像中的位置，最小外接矩形的中心坐標表示MELF元件的 中心坐標，最小外接矩形的旋轉角度表示MELF元件的旋轉角度；在最小外接矩形的中心坐 標和旋轉角度不變的情況下，將最小外接矩形的長度和寬度放大1. 1倍之后形成向外增加 偏置量后的矩形；再在最小外接矩形的中心坐標和旋轉角度的情況下，將最小外接矩形的 長度和寬度縮小〇. 9倍之后形成向內增加偏置量后的矩形；
[0015] 步驟十、根據步驟九獲得的向外增加偏置量后的矩形或向內增加偏置量后的矩形 內非零像素的個數，判斷檢測得到的MELF元件位置是否正確，若不正確，則結束MELF元件 的檢測過程，返回相應的錯誤碼，若正確，則執行步驟十一；
[0016] 步驟十一、根據最小外接矩形的尺寸判斷元件的長度和寬度是否在容差范圍內， 若是，則結束MELF元件的定位與檢測過程并輸出MELF元件的檢測結果、中心坐標和旋轉角 度，若否，則結束MELF元件的檢測過程，返回相應的錯誤碼。
[0017] 本發明的有益效果為：
[0018] 本發明方法解決了由于MELF元件的圓柱體形狀特性導致的在接受正向光照時采 集到的圖像表面灰度不均勻，不利于后續圖像分割實現元件定位的問題。通過Canny邊緣 檢測得到邊緣圖像，之后對邊緣圖像進行非操作，之后計算非操作后的邊緣圖像中非零像 素點到最近零像素點的距離，得到縮小后的MELF元件圖像的距離變換圖像和原始MELF元 件圖像的距離變換圖像，利用MELF元件的距離變換圖像并采用模板匹配方法，獲取最終精 確匹配的最佳匹配模板圖像和其在原始MELF圖像中的最佳匹配位置；在帶干擾點的MELF 邊緣圖像中利用圖像邊緣的相關性提取關鍵邊緣點，用包含所有關鍵邊緣點的最小外接矩 形表示MELF元件的整體輪廓進行模板匹配的技術方案，避免了元件邊緣變化影響檢測過 程，將檢測精度保持在97%左右；之后采用旋轉角度在[-30°，30° ]之間的模板圖像的 模板圖像，來檢測帶有旋轉角度的待匹配元件；利用高斯金字塔計算方法對原始MELF元件 圖像和旋轉角度在[-30°，30° ]之間的模板圖像的模板圖像進行圖像數據的壓縮，得到 縮小后的MELF元件圖像和縮小后的模板圖像圖像，能夠減少模板匹配計算過程中搜索位 置的個數和每次匹配的計算量，具有提高模板匹配計算效率的好處，與現有模板匹配計算 相比過程相比，將模板匹配計算量降低50%左右和將計算耗時減少60%左右；
[0019] 本發明方法的魯棒性好，當模板大小發生變化時，仍能進行匹配，并且對匹配成功 與否進行檢測，將MELF元件的定位與檢測的正確率提高至95-98%。
【附圖說明】
[0020] 圖1為本發明的流程圖；
[0021] 圖2為本發明涉及的光學拍攝系統獲取的MELF元件的原始MELF元件圖像；
[0022] 圖3為本發明涉及的對原始MELF元件圖像進行Canny邊緣檢測得到邊緣圖像；
[0023] 圖4為本發明涉及的原始MELF元件圖像的距離變換圖像；
[0024] 圖5為本發明涉及的旋轉角度為0°的模板圖像；
[0025] 圖6為本發明涉及的縮小后的MELF元件圖像的距離變換圖像；
[0026] 圖7為本發明涉及的縮小后的模板圖像；
[0027] 圖8為本發明涉及的初次粗略匹配結果示意圖，其中，初次粗略匹配的最佳匹配 位置作為矩形的左上頂點；
[0028] 圖9為本發明涉及的在縮小后的MELF元件圖像的距離變換圖像中截取的感興趣 區域ROI ;
[0029] 圖10為本發明涉及的第二次粗略匹配結果示意圖，其中，矩形的左上頂點集合為 最佳匹配位置候選集；
[0030] 圖11為本發明涉及的第二次粗略匹配的最佳匹配模板；
[0031] 圖12為本發明涉及的第二次粗略匹配的最佳匹配位置截取的感興趣區域ROI ;
[0032] 圖13為本發明涉及的原始MELF圖像中精確匹配的最佳匹配模板圖像；
[0033] 圖14為本發明涉及的原始MELF圖像精確匹配結果示意圖，其中，矩形的左上頂點 為原始MELF元件圖像中的最佳匹配位置；
[0034] 圖15為本發明涉及的MELF元件的定位圖像，矩形框為包含所有關鍵邊緣點的最 小外接矩形，代表元件在原始MELF圖像中的位置。
【具體實施方式】
【具體實施方式】 [0035] 一：
[0036] 本實施方式的一種基于模板匹配的MELF元件定位與檢測方法，如圖1所示，所述 MELF元件定位與檢測方法通過以下步驟實現：
[0037] 步驟一、采用光學拍攝系統獲取MELF元件的原