[发明专利]一种PCB封装文件自动生成方法

摘要

该发明公开了一种PCB封装文件自动生成方法，涉及计算机视觉中的图像识别和电子辅助设计领域，特别是涉及利用元器件封装工程图中焊盘分布的理解和识别来实现PCB封装文件自动生成技术。本发明利用元器件的封装工程图实现自动焊盘识别和理解，辅以人工核查交互式，可以快速准确的自动生成封装文件。该技术可以减少电路板物理设计人员实现标准和非标准元器件的PCB封装文件创建的工作量，利于电子辅助设计产业实现快速开发及更新换代。

主权项

1.一种PCB封装文件自动生成方法，该方法包括：步骤1：对电子元器件焊盘底视图依次进行灰度化、去噪、二值化和反色处理；步骤2：对封装视图中的关键目标检测与识别；其中关键目标包括长方形焊盘、圆形焊盘、椭圆形焊盘、斜线阴影区域、尺寸箭头标记、尺寸数字标记、1脚标记；根据各个元器件生产商的规范，有不同的焊盘形式，包括：圆形焊盘、长方形焊盘，阴影表示焊盘区域；步骤2.1：检测封闭轮廓，单个封闭轮廓作为一个对象被单独被分割出来；步骤2.2：识别出圆形焊盘；步骤2.2.1：圆形焊盘初定位首先求解图像中各个边缘像素点的梯度；圆形图像边缘点的梯度即是圆的法线，该法线通过圆心；求解出被最多直线穿过的点获得圆心的坐标；随后计算图像中圆心附近的白色像素到圆心的距离，多个相同距离的点构成给一个完整的圆；从{I₁，I₂，I₃，...}分别查找完整的圆，记检测到的含有圆形图像区域集合为{I_CC1，I_CC2，I_CC3，...}；步骤2.2.2：圆形焊盘验证采用一个标准圆形图像I_circle作为模板，分别对标准圆形和定位到的焊盘图外轮廓链码求解HU矩；首先定义p+q阶中心矩式中，f(x，y)为图像坐标(x，y)上的像素点的值，和为图像的重心，M和N为图像的长和高；定义归一化的中心矩利用归一化的中心矩构造7个HU矩M1～M7，7个HU矩计算如下：M1＝η₂₀+η₀₂M2＝(η₂₀‑η₀₂)²+4η₁₁²M3＝(η₃₀‑3η₁₂)²+(η₂₁‑η₀₃)²M4＝(η₃₀+η₁₂)²+(η₂₁+η₀₃)²M5＝(η₃₀‑3η₁₂)(η₃₀+η₁₂)[(η₃₀+η₁₂)²‑3(η₂₁‑η₀₃)²]+(3η₂₁‑η₀₃)(η₂₁+η₀₃)[3(η₃₀+η₁₂)²‑(η₂₁‑η₀₃)²]M6＝(η₂₀+η₀₂)[(η₃₀+η₁₂)²‑(η₂₁‑η₀₃)²]+4η₁₁(η₃₀+η₁₂)(η₂₁+η₀₃)M7＝(3η₂₁‑η₀₃)(η₃₀+η₁₂)[(η₃₀+η₁₂)²‑3(η₂₁‑η₀₃)²]+(3η₂₁‑η₀₃)(η₂₁+η₀₃)[3(η₃₀+η₁₂)²‑(η₂₁‑η₀₃)²]分别计算{I_CC1，I_CC2，I_CC3，...}集合中每个元素与标准圆I_circle的HU矩相似度；计算公式如下：式中和分别表示标准圆形封装图的HU矩和图像I_CC1，I_CC2，I_CC3，...的第i阶HU矩；计算值I_sim越小表示输入的图像越接近标准焊盘；取计算出I_sim值小于阈值δ₁的图像为圆形焊盘分割图像，记为圆形焊盘集合{P_C1，P_C2，P_C3，...}；步骤2.2.3：合并重复识别的圆形焊盘利用聚类方法合并同一位置重复识别的圆形焊盘得到{C₁，C₂，C₃，...}；步骤2.3：识别出方形焊盘；步骤2.3.1：检测出角点计算{I₁，I₂，I₃，...}{C₁，C₂，C₃，...}两个集合的差集，找到相应的拐点集合{T₁’，T₂’，...}；计算每个拐点集合中的拐点夹角；步骤2.3.2：对角点分组和对焊盘进行验证；步骤2.4识别出椭圆形焊盘；椭圆形焊盘由两个半圆和两条直线连接而成；通过识别半圆及半圆之间的连接线完成对椭圆焊盘的检测；步骤2.5检测出斜线阴影部分；首先利用霍夫直线检测获得图像中具有一定长度的直线段；之后分别计算所有直线相对于水平方向的夹角，并剔除夹角呈0°和90°的直线段，剩余直线段均为斜线；将剩余斜线段扩展为散点；步骤2.6检测出箭头并计算出箭头指向，并将属于同于标注内容的两个箭头进行配对；步骤2.7：识别出标注中的数字；步骤2.1中获取了分割后的图像I₁，I₂，I₃，...；将I₁，I₂，I₃，...送入训练完毕的神经网络中分类，共分为数字{0，1，...，9}、字母{a，b，c，...，A，B，C，...}、符号{.}、其他特殊字符；步骤2.8：识别出焊盘1脚；在前述识别分割出的图像I₁，I₂，I₃，...中检测特殊标记或者数字“1”，找到其最近的焊盘位置，标记为1脚焊盘；步骤3：封装关键信息理解；取全图最左下角焊盘中心为坐标原点；水平向右方向为x轴正方向，竖直向上方向为y轴正方向；针对如下内容完成对封装关键信息的理解；步骤3.1根据距离最近的原则，将识别的标注线、数字和箭头标注步骤2识别的每个焊盘目标的尺寸信息，包括：圆形焊盘{C₁，C₂，C₃，...}、长方形焊盘{R₁，R₂，R₃，...}、椭圆形{E₁，E₂，E₃，...}；其中圆形焊盘包含半径，方形焊盘包括长宽，椭圆形焊盘包括半径和长宽；步骤3.2：根据识别的标注线、数字和箭头标注各焊盘之间的距离信息，包括横向距离和纵向距离；相等的距离，只标记一个；具体步骤如下：配对箭头和箭头对应的标注指明了封装图中的实际距离，用D_r表示实际距离；根据已有实际距离推理未标注距离，假设D_r表示坐标(x₁，y₁)的像素点和坐标(x₂，y₂)的像素点之间的实际距离；而在这两个像素点之间平均分布着n个焊盘；则这n个焊盘，相邻两个焊盘之间的实际距离为步骤4：人机交互式的人工核查；此步骤将由PCB封装工程师对步骤2中关键目标中的焊盘检测和尺寸标记进行核实；如果发生焊盘错检，切换至错检模式，通过不同的鼠标点击和键盘按键等配合方式标记错检，引导更正错检；如果发生焊盘漏检，切换至漏检模式，通过不同的鼠标点击和键盘按键等配合方式标记漏检，引导更正漏检；PCB封装工程师进一步核查焊盘尺寸数值、尺寸单位、焊盘分布，一脚位置等关键因素；如果发生错误和遗漏，更正修改；步骤5：PCB封装描述文件生成；由步骤2检测和步骤3核实的关键目标，创建以焊盘为对象，尺寸、坐标、形状、一脚位置等焊盘描述属性的PCB封装描述文件；步骤6：PCB封装文件生成；根据生成的PCB封装描述文件，利用常用的EDA设计的二次开发程序，直接生成PCB封装文件。