贴片晶振尺寸快速视觉检测方法

文/刘习文 刘超英

机器视觉，是将控制器与机器视觉传感器连接，达到系统智能化的一种手段。机器视觉一般应用于产品表面品质特征的检测、产品结构特征的检测和在线性尺寸测量，例如对长度、位置、宽度、厚度、中心等的测量。

贴片晶体振荡器（后文简称为晶振），广泛应用于各种电子产品（如手机等便携式设备）电路中作为基准时钟源，其品质的好坏直接影响到电路系统能否按照特定要求正常工作，晶振尺寸在一定程度上影响晶振的质量。目前，针对晶振尺寸检测，目前主要集中在冲压式晶振方面，而对于手机等微小型电子设备使用的贴片式晶振，其尺寸检测尤其是快速尺寸检测，国内外研究较少。高速高精度贴片晶振视觉检测技术的研究，将大大提高晶振制造的技术的发展。

1 晶振图像特点

图1为采用显微镜和高速摄像机获得的两幅比较典型的晶振表面图像，可以看出，晶振图像有比较明显的直线特征以及四边形特征，可以通过轮廓检测拟合得到四边形特征。这里，我们主要取得晶振外接矩形和内接矩形的尺寸。图1(a)所示贴片水平摆放，图1(b)所示贴片微微倾斜摆放，为了证明图像处理方法的有效性，选取图1(b)来予以说明。

2 对数变换图像增强

从图1中可以看出，晶振图像外边缘比较模糊，颜色和背景色比较接近。因此，需要先对图像进行对比度增强，增强低灰度部分信息。图像增强是指按特定的需要突出一副图像中的某些信息，同时，削弱或去除某些不需要的信息的处理方法。

对数变换可以将图像的低灰度值部分扩展，显示出低灰度部分更多的细节，将其高灰度值部分压缩，减少高灰度值部分的细节，从而达到强调图像低灰度部分的目的。变换方法：

其中，

式1中，取v=1，利用OOPENCV编写代码，首先对图像进行二值化，然后进行对数增强，如图2所示。图3为增强后的效果，可以看出，晶振边缘对比度明显增强。利用OPENCV进行对数增强主要源代码如下：

3 轮廓检测

3.1 外接矩形检测

接下来利用OTSU法选取阈值对图像进行二值化，可以看出二值化后目标区域几乎成为一个整体，只是中间存在少许小面积干扰区域。很容易就可求得目标区域轮廓，然后通过轮廓拟合得到目标区域外接矩形，并提取感兴趣区域(ROI,region of interest)。如图4所示。

主要源代码如下：

图1：晶振图像

图2：对数增强曲线

图3：对数增强后图像

3.2 内接矩形检测

提取ROI区域后，再次利用OTSU法选择最佳阈值将ROI区域二值化，结果如图4(a)所示，可以看出，分割后出现多个区域，求取区域的轮廓线，并对轮廓进行矩形拟合，可以看出面积次大的矩形即为内接矩形。

主要代码如下：

4 结论

本文研究了贴片晶振视觉检测方法，大量实验证明，本方法检测贴片晶振尺寸准确快速，稳定性好，在配置为CPU I7-6700 @3.4GHZ，内存为8G电脑上，耗时20ms,可以满足实时检测的需要。

图4：外接矩形检测

图5：内接矩形检测