[发明专利]一种用于PCB板在线检测的结构光辅助双目测量方法

摘要

本发明涉及一种用于PCB板在线检测的结构光辅助双目测量方法。在图像分析的基础上应用摄影测量双目交会的方法通过由双面阵相机系统而不依靠其他三维拍摄设备对电路板表面结构进行高精度测量。完成PCB针对性区域投影、采图、双目摄像机立体标定，特征点、线、面的提取以及最小二乘匹配，最终建立双目交会方程得到一系列特征的位置，这些特征构成了电路板的表面结构。将重建出的这些结构与标准结构对比从而发现缺陷、检验成品的质量。本发明采用传统摄像测量的交会方法对电路板表面结构进行在线实时测量，设备简单，解算结果的精度较高，可以代替人眼检测。

主权项

一种用于PCB板在线检测的结构光辅助双目测量方法，在结构光辅助下，由两台摄像机构成双目摄像测量系统，其特征在于，在线标定摄像机，并由自适应投影结构光纹理来完善PCB板表面纹理稀疏的区域，结合立体视觉，得到待检测电路板表面的三维结构，并最终用于实时缺陷检测，步骤如下：(1)PCB图像分析以及自适应投影结构光已知当前批次型号PCB板理想图案，则事先设置投影结构光图案；事先未知，则对第一张板采图后，计算灰度方差，方差小的区域表示纹理少，确定其纹理不丰富区域位置，再根据图像分析结果对相应位置投影棋盘格图案的结构光；(2)PCB缺陷检测系统的双面阵相机在线标定用两个摄像机来模拟人眼的立体成像能力，立体标定是把各个测量数据统一到统一的坐标系中，也就是确定两个摄像机之间的旋转矩阵和平移向量，标定原理如下：对任意一个控制点P在左右影像上像点Pl、Pr，满足：P1=XCYCZC1l=R1Tl0T1XYZ1Pr=XCYCZC1r=RrTr0T1XYZ1]]>建立摄像机畸变模型，联立多个控制点的方程，利用反投影法进一步优化求精，标定后可以得到左右摄像机的外参数：旋转Rl、Rr和平移参数Tl、Tr；左右摄像机之间的关联可以通过Pl＝RT(Pr‑T)关联：R＝Rr(Rl)T T＝Tr‑RTl摄像机坐标系以左摄像机的投影中心为原点，其中R和T分别表示了右摄像机相对于左摄像机的旋转矩阵和平移向量，现场调整内参数，则需要先同时先左右摄像机各自标定获取各自内参数外参数，再按上面步骤完成立体标定；(3)PCB左右影像的密集匹配完成立体标定后，得到左右两个摄像机的姿态和位置，分析PCB的实时二维图像，选用直方图均衡和3*3均值滤波，密集匹配前，先根据PCB原始纹理和PCB基本固定不变位置关系进行稀疏匹配，再对纹理稀缺位置投影棋盘格纹理形式的结构光进行加密匹配；(4)PCB表面特征点的三维测量利用摄像机内参数、旋转矩阵R和平移向量T求解投影矩阵M，将匹配得到的左右像片同名特征点代入共线方程中即交会求解PCB上这些特征点的三维空间坐标，重建出的无数个PCB表面的特征点即恢复了对应区域的三维结构，将这样三维信息重建图用做PCB生产线路上缺陷检测的参考；所述PCB表面特征点的三维测量，具体为：从摄影测量的共线方程出发，利用共线方程所描述的摄像机成像的中心透视投影关系，实现待检测PCB表面特征点的三维测量，即所有需要检测的PCB表面特征点的成像光线都通过光心、物点、像点，即三点共线，基于双面阵相机的双目交会即计算出该特征点的空间坐标；设P在摄像机坐标系中的坐标为(Xc,Yc,Zc),则用旋转矩阵R和平移向量T描述(Xc,Yc,Zc)与点P在世界坐标系中(X,Y,Z)的关系：摄像机对待测点的成像用投影矩阵来表示，投影矩阵M为：M中摄像机的主点为(Cx,Cy)，等效焦距为(Fx,Fy)，旋转矩阵为R，平移向量为T，设待测点在图像坐标系中的坐标为(x,y)，图像坐标系中的像点与世界坐标系中的目标点的成像关系：摄像机中修正像差后的像点满足方程：x~i=m0X+m1Y+m2Z+m3m8X+m9Y+m10Z+m11y~i=m4X+m5Y+m6Z+m7m8X+m9Y+m10Z+m11]]>(x~imi8-mi0)X+(x~imi9-mi1)Y+(x~imi10-mi2)Z+(x~imi11-mi3)=0(y~imi8-mi4)X+(y~imi9-mi5)Y+(y~imi10-mi6)Z+(y~imi11-mi7)=0]]>每个像点列出2个方程，PCB上的特征点成像在2台摄像机，因此列四个方程解求空间坐标(X,Y,Z)这3个未知数，其中，m0、…mi11:m0＝Fxr0+Cxr6m1＝Fxr1+Cxr7m2＝Fxr2+Cxr8m3＝FxTX+CxTZm4＝Fxr3+Cxr6m5＝Fxr4+Cxr7m6＝Fxr5+Cxr8m7＝FxTY+CxTZm8＝r6m9＝r7m10＝r8m11＝TZ。