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CN109859164A - 一种通过快速型卷积神经网络对pcba外观检验的方法 - Google Patents

一种通过快速型卷积神经网络对pcba外观检验的方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种通过快速型卷积神经网络对PCBA外观检验的方法,其减少了不匹配特征点的数量,提高了图像匹配速度,提高零件的识别速度,提高整个PCBA外观检验的效率。预先收集每个型号的PCBA所对应的标准模板,同时将标准模板上所对应的零件的清单信息及位置,同时对标准模板图像上的所有零件进行标注,生成对应型号的PCBA所有零件位置和种类信息的xml文件,同时在Pytorch框架下搭建MobileNet图像分类网络,通过Depthwise卷积和Pointwise卷积构建整个网络,将输入时的大像素图像通过卷积、池化、全连接和Softmax分类器分类,最终输出小像素图像作为对应零件的样本图像,从若干个标准模板图像中获取涵盖检测零件的所有样本图像,构成数据集,将数据集输入MobileNet图像分类网络中。

Description

一种通过快速型卷积神经网络对PCBA外观检验的方法
技术领域
本发明涉及PCBA外观检验的技术领域,具体为一种通过快速型卷积神经网络对PCBA外观检验的方法。
背景技术
现有的通过卷积神经网络对PCBA外观进行检验时,需要对所获取的原图整体进行特征点搜索,其不匹配的特征点数量多,进而使得模型中的冗余信息多,使得零件识别速度低,进而使得整个PCBA的外观检验效率低。
发明内容
针对上述问题,本发明提供了一种通过快速型卷积神经网络对PCBA外观检验的方法,其减少了不匹配特征点的数量,提高了图像匹配速度,使得模型中的冗余信息少,提高零件的识别速度,提高整个PCBA外观检验的效率。
一种通过快速型卷积神经网络对PCBA外观检验的方法,其特征在于:预先收集每个型号的PCBA所对应的标准模板,同时将标准模板上所对应的零件的清单信息及位置,同时对标准模板图像上的所有零件进行标注,生成对应型号的PCBA所有零件位置和种类信息的xml文件,同时在Pytorch框架下搭建MobileNet图像分类网络,通过Depthwise卷积和Pointwise卷积构建整个网络,将输入时的大像素图像通过卷积、池化、全连接和Softmax分类器分类,最终输出小像素图像作为对应零件的样本图像,从若干个标准模板图像中获取涵盖检测零件的所有样本图像,构成数据集,将数据集输入MobileNet图像分类网络中;将待检测的PCBA所获得的图像分割出PCBA的铭牌区域,通过字符识别获得PCBA对应的铭牌编号,对待检测PCBA图像和标准模板图像进行图像配准,在实时缺陷检测中调用步骤铭牌编号所对应的型号的xml文件,通过调用xml中的位置信息分割所得到的配准图像上的所有零件,之后将待检测PCBA图像上分割出的零件依次输入模型进行预测,得到PCBA上所有位置零件的种类,与对应型号的标准模板图像对应位置的零件种类进行对比,若对应位置的零件种类不一致,说明该位置零件焊接错误,输出焊接错误的位置和正确的焊接零件。
其进一步特征在于;
将待检测的PCBA所获得的图像分割出PCBA的铭牌区域之前预先将图像从RGB色彩空间转到HSV色彩空间,设置颜色阈值范围,对PCBA进行颜色分割,使之与背景图像分离;之后重新设置颜色阈值范围,分割PCBA的铭牌区域;
PCBA的铭牌区域被分割出来后,利用Canny检测铭牌区域边缘,采用hough算法检测边缘的直线,依据直线的斜率判断铭牌的走向,将斜向铭牌旋转相应的角度至水平方向;之后搜索铭牌图像所有的连通区域,再依据图像中所标记连通区域的形状和近邻位置特征筛选、合并连通区域来定位单个字符;
系统自带离线训练字符识别SVM分类器,输入图像的大小为64×64,输出为一个1×1×ClassNum的矩阵,矩阵的每个元素表示输入图像属于某一类别字符的概率,最大概率对应的类别即表示输入图像所属的类别;将铭牌图像中搜索得到的字符依次输入SVM分类器中,将识别结果组合成字符串,得到PCBA的铭牌编号;
在Pytorch框架下搭建MobileNet图像分类网络时,展示若干层MobileNet模型结构,通过Depthwise卷积和Pointwise卷积构建整个网络,将输入时的大像素的输入尺寸,通过卷积、池化、全连接和Softmax分类器分类,最终小像素输出尺寸,输出的每一维都是输入图像属于该类别的概率,其最大概率所属类别为预测类别;
将数据集输入MobileNet图像分类网络中,其初始化学习率为0.001,每30个epoch学习率下降10倍,用梯度下降算法作为优化算法,迭代5000次;
数据集中的数据分为若干类,将数据集分成训练集和验证集和测试集三个部分,分别占数据集的60%,30%和10%。
采用本发明后,针对PCBA外观的特殊性通过优化传统卷积神经网络算法在保证准确度的同时提高了PCBA视觉外观检测的速度,可以连续进行PCBA外观检测,在提供了一种高准确度的方案同时也保证了一定的速度,提高了PCBA外观检测的效率,降低了产品的生产成本及故障率;其减少了不匹配特征点的数量,提高了图像匹配速度,使得模型中的冗余信息少,提高零件的识别速度,提高整个PCBA外观检验的效率。
附图说明
图1为本发明的流程框架图。
具体实施方式
一种通过快速型卷积神经网络对PCBA外观检验的方法,见图1,预先收集每个型号的PCBA所对应的标准模板,同时将标准模板上所对应的零件的清单信息及位置,同时对标准模板图像上的所有零件进行标注,生成对应型号的PCBA所有零件位置和种类信息的xml文件,同时在Pytorch框架下搭建MobileNet图像分类网络,通过Depthwise卷积和Pointwise卷积构建整个网络,将输入时的大像素图像通过卷积、池化、全连接和Softmax分类器分类,最终输出小像素图像作为对应零件的样本图像,从若干个标准模板图像中获取涵盖检测零件的所有样本图像,构成数据集,将数据集输入MobileNet图像分类网络中.
将待检测的PCBA所获得的图像分割出PCBA的铭牌区域,通过字符识别获得PCBA对应的铭牌编号,对待检测PCBA图像和标准模板图像进行图像配准,在实时缺陷检测中调用步骤铭牌编号所对应的型号的xml文件,通过调用xml中的位置信息分割所得到的配准图像上的所有零件,之后将待检测PCBA图像上分割出的零件依次输入模型进行预测,得到PCBA上所有位置零件的种类,与对应型号的标准模板图像对应位置的零件种类进行对比,若对应位置的零件种类不一致,说明该位置零件焊接错误,输出焊接错误的位置和正确的焊接零件。
将待检测的PCBA所获得的图像分割出PCBA的铭牌区域之前预先将图像从RGB色彩空间转到HSV色彩空间,设置颜色阈值范围,对PCBA进行颜色分割,使之与背景图像分离;之后重新设置颜色阈值范围,分割PCBA的铭牌区域;
PCBA的铭牌区域被分割出来后,利用Canny检测铭牌区域边缘,采用hough算法检测边缘的直线,依据直线的斜率判断铭牌的走向,将斜向铭牌旋转相应的角度至水平方向;之后搜索铭牌图像所有的连通区域,再依据图像中所标记连通区域的形状和近邻位置特征筛选、合并连通区域来定位单个字符;
系统自带离线训练字符识别SVM分类器,输入图像的大小为64×64,输出为一个1×1×ClassNum的矩阵,矩阵的每个元素表示输入图像属于某一类别字符的概率,最大概率对应的类别即表示输入图像所属的类别;将铭牌图像中搜索得到的字符依次输入SVM分类器中,将识别结果组合成字符串,得到PCBA的铭牌编号;
在Pytorch框架下搭建MobileNet图像分类网络时,展示若干层MobileNet模型结构,通过Depthwise卷积和Pointwise卷积构建整个网络,将输入时的大像素的输入尺寸,通过卷积、池化、全连接和Softmax分类器分类,最终小像素输出尺寸,输出的每一维都是输入图像属于该类别的概率,其最大概率所属类别为预测类别;
将数据集输入MobileNet图像分类网络中,其初始化学习率为0.001,每30个epoch学习率下降10倍,用梯度下降算法作为优化算法,迭代5000次;
数据集中的数据分为若干类,将数据集分成训练集和验证集和测试集三个部分,分别占数据集的60%,30%和10%;
对实时拍摄的待检测的PCBA图像与模板图像进行图像配准,图像配准流程如下:
a分别对得到的剔除背景区域的PCBA图像和模板图像进行surf特征点检测;b通过相似度量找到匹配的特征点;c通过匹配的特征点对得到图像空间变换参数;d由坐标变换参数进行图像配准。
具体实施例中,MobileNet图像分类网络,在下表中,具体展示了28层的MobileNet模型结构,通过Depthwise卷积和Pointwise卷积构建整个网络。将输入时的224×224×3的输入尺寸,通过卷积、池化、全连接和Softmax分类器分类,最终输出尺寸为1×1×8,输出的每一维都是输入图像属于该类别的概率,其最大概率所属类别为预测类别。
数据集中的数据包括二极管、电容1、无零件、电阻、电容2、排阻、无零件2、三极管的8类。
其具体操作步骤如下:
步骤1,将图像从RGB色彩空间转到HSV色彩空间,设置颜色阈值范围,对PCBA进行颜色分割,使之与背景图像分离;
步骤2,重新设置颜色阈值范围,分割PCBA的铭牌区域,利用Canny检测铭牌区域边缘,采用hough算法检测边缘的直线,依据直线的斜率判断铭牌的走向,将斜向铭牌旋转相应的角度至水平方向;
步骤3,搜索步骤2中铭牌图像所有的连通区域,再依据图像中所标记连通区域的形状和近邻位置特征筛选、合并连通区域来定位单个字符;
步骤4,步骤3中搜索得到的字符依次输入SVM分类器中,将识别结果组合成字符串,得到PCBA的铭牌编号。
步骤5,对实时拍摄的PCBA图像与对应型号的没有焊接错误的标准模板图像进行图像配准,其配准流程如下:a分别对步骤1中得到的剔除背景区域的PCBA图像和模板图像进行surf特征点检测;b通过相似度量找到匹配的特征点;c通过匹配的特征点对得到图像空间变换参数;d由坐标变换参数进行图像配准;
步骤6,在实时缺陷检测系统中调用系统预先存储的xml文件,解析xml文件,利用零件位置信息分割步骤5得到的配准图像上的所有零件。
实时调用MobileNet图像分类网络训练好的模型,将步骤6中从PCBA图像上分割出的零件依次输入模型进行预测,得到PCBA上所有位置零件的种类,与对应型号的模板图像对应位置的零件种类进行对比,若对应位置的零件种类不一致,说明该位置零件焊接错误,输出焊接错误的位置和正确的焊接零件。
文中,Canny是John F.Canny于1986年开发出来的一个多级边缘检测算法;
hough算法是一种使用表决原理的参数估计技术。
以上对本发明的具体实施例进行了详细说明,但内容仅为本发明创造的较佳实施例,不能被认为用于限定本发明创造的实施范围。凡依本发明创造申请范围所作的均等变化与改进等,均应仍归属于本专利涵盖范围之内。

Claims (7)

1.一种通过快速型卷积神经网络对PCBA外观检验的方法,其特征在于:预先收集每个型号的PCBA所对应的标准模板,同时将标准模板上所对应的零件的清单信息及位置,同时对标准模板图像上的所有零件进行标注,生成对应型号的PCBA所有零件位置和种类信息的xml文件,同时在Pytorch框架下搭建MobileNet图像分类网络,通过Depthwise卷积和Pointwise卷积构建整个网络,将输入时的大像素图像通过卷积、池化、全连接和Softmax分类器分类,最终输出小像素图像作为对应零件的样本图像,从若干个标准模板图像中获取涵盖检测零件的所有样本图像,构成数据集,将数据集输入MobileNet图像分类网络中;将待检测的PCBA所获得的图像分割出PCBA的铭牌区域,通过字符识别获得PCBA对应的铭牌编号,对待检测PCBA图像和标准模板图像进行图像配准,在实时缺陷检测中调用步骤铭牌编号所对应的型号的xml文件,通过调用xml中的位置信息分割所得到的配准图像上的所有零件,之后将待检测PCBA图像上分割出的零件依次输入模型进行预测,得到PCBA上所有位置零件的种类,与对应型号的标准模板图像对应位置的零件种类进行对比,若对应位置的零件种类不一致,说明该位置零件焊接错误,输出焊接错误的位置和正确的焊接零件。
2.如权利要求1所述的一种通过快速型卷积神经网络对PCBA外观检验的方法,其特征在于:将待检测的PCBA所获得的图像分割出PCBA的铭牌区域之前预先将图像从RGB色彩空间转到HSV色彩空间,设置颜色阈值范围,对PCBA进行颜色分割,使之与背景图像分离;之后重新设置颜色阈值范围,分割PCBA的铭牌区域。
3.如权利要求2所述的一种通过快速型卷积神经网络对PCBA外观检验的方法,其特征在于:PCBA的铭牌区域被分割出来后,利用Canny检测铭牌区域边缘,采用hough算法检测边缘的直线,依据直线的斜率判断铭牌的走向,将斜向铭牌旋转相应的角度至水平方向;之后搜索铭牌图像所有的连通区域,再依据图像中所标记连通区域的形状和近邻位置特征筛选、合并连通区域来定位单个字符。
4.如权利要求3所述的一种通过快速型卷积神经网络对PCBA外观检验的方法,其特征在于:系统自带离线训练字符识别SVM分类器,输入图像的大小为64×64,输出为一个1×1×ClassNum的矩阵,矩阵的每个元素表示输入图像属于某一类别字符的概率,最大概率对应的类别即表示输入图像所属的类别;将铭牌图像中搜索得到的字符依次输入SVM分类器中,将识别结果组合成字符串,得到PCBA的铭牌编号。
5.如权利要求1所述的一种通过快速型卷积神经网络对PCBA外观检验的方法,其特征在于:在Pytorch框架下搭建MobileNet图像分类网络时,展示若干层MobileNet模型结构,通过Depthwise卷积和Pointwise卷积构建整个网络,将输入时的大像素的输入尺寸,通过卷积、池化、全连接和Softmax分类器分类,最终小像素输出尺寸,输出的每一维都是输入图像属于该类别的概率,其最大概率所属类别为预测类别。
6.如权利要求5所述的一种通过快速型卷积神经网络对PCBA外观检验的方法,其特征在于:将数据集输入MobileNet图像分类网络中,其初始化学习率为0.001,每30个epoch学习率下降10倍,用梯度下降算法作为优化算法,迭代5000次。
7.如权利要求6所述的一种通过快速型卷积神经网络对PCBA外观检验的方法,其特征在于:数据集中的数据分为若干类,将数据集分成训练集和验证集和测试集三个部分,分别占数据集的60%,30%和10%。
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