本發(fā)明屬于嵌入式視覺檢測技術領域，用于電子制造工業(yè)中微型芯片自動貼片系統(tǒng)內(nèi)的腳位方向在線實時自動檢測的一種微型芯片腳位方向嵌入式視覺自動檢測系統(tǒng)及其檢測方法。

背景技術：

二十世紀末，電子制造工業(yè)引入大規(guī)模集成電路和超大規(guī)模集成電路技術，同時電子芯片的封裝技術也在向微型化、超薄化、制式化的方向發(fā)展，落后的生產(chǎn)工藝更難適應電子制造產(chǎn)業(yè)的需求。為了適應發(fā)展的需要，電子工業(yè)開始大力發(fā)展表面貼裝技術，這種技術革命性的改變了在印刷電路板上固定電子芯片的方式，采用特殊的焊接工藝將電子芯片固定在電路板上，是當今電子裝備領域的主流技術。近年來，隨著國內(nèi)電子行業(yè)的發(fā)展，我國已經(jīng)成為世界第一電子大國。用戶對電子產(chǎn)品質量的要求越來越高，同時國內(nèi)人工成本不斷提高，促使越來越多的電子企業(yè)引入全自動表面貼裝生產(chǎn)線。

隨著貼片技術的發(fā)展和生產(chǎn)的高度自動化，相關產(chǎn)品的生產(chǎn)速度大幅提升，傳統(tǒng)的人工視覺檢測方法已經(jīng)無法滿足需求，而且隨著電子產(chǎn)品集成度的提高，芯片的尺寸越來越小，也給貼片檢測提出了很高的技術要求。

目前市面上關于貼片時的芯片腳位方向檢測產(chǎn)品較少，且大部分是結合工控機或PLC作為自動貼片系統(tǒng)的一體化產(chǎn)品，沒有可分解性和可移植性；而其他一些針對檢測環(huán)節(jié)的產(chǎn)品或方法都是基于PC平臺使用Halcon或Opencv等機器視覺軟件開發(fā)完成，體積大，功耗高，同樣不適合工業(yè)生產(chǎn)線模塊化的靈活發(fā)展趨勢。

鑒于以上問題，發(fā)明一款基于嵌入式平臺的微型芯片腳位方向在線實時自動檢測系統(tǒng)具有廣闊的市場前景。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是針對上述問題，基于電子制造工業(yè)自動化貼片生產(chǎn)線上的微型芯片腳位方向檢測環(huán)節(jié)，提出一種基于DSP的微型芯片腳位方向嵌入式視覺自動檢測系統(tǒng)及其檢測方法，用于實現(xiàn)對于微型芯片腳位方向的檢測。

本發(fā)明的技術方案是：一種微型芯片腳位方向嵌入式視覺自動檢測系統(tǒng)，包括：圖像采集模塊、DSP圖像處理模塊和顯示模塊；

所述圖像采集模塊，用于實時采集微型芯片圖像；

所述圖像采集模塊包括下部的芯片裝載工作臺及由金屬桿連接的上部的固定支架、半球形遮光罩、CCD模擬攝像機、LED藍光環(huán)形光源和電源；所述LED藍光環(huán)形光源置于半球形遮光罩內(nèi)，且對著CCD模擬攝像機的位置，為所述CCD模擬攝像機提供采集圖像所需的照明；所述CCD模擬攝像機與DSP圖像處理模塊通過AV接口線纜相連；所述DSP圖像處理模塊，用于微型芯片圖像的實時處理和分析；所述DSP圖像處理模塊與顯示模塊電連接，所述顯示模塊，用于實時顯示檢測結果。

上述方案中，所述DSP圖像處理模塊包括攝像機輸入端口、兩片用于存儲數(shù)據(jù)的SDRAM存儲器、用于存儲程序的FLASH存儲器、用于程序運算的DSP處理器和視頻解碼芯片，各器件之間由總線相連；

所述攝像機輸入端口與所述CCD模擬攝像機通過AV接口線纜相連，用于獲取所述CCD模擬攝像機所采集到的模擬信號圖像；

所述視頻解碼芯片分別與所述攝像機輸入端口和DSP處理器相連，用于接收所述攝像機輸入端口的模擬信號圖像并進行轉碼，轉碼后生成的數(shù)字圖像輸出DSP處理器，且DSP處理器對解碼芯片進行控制。

優(yōu)選的，所述SDRAM存儲器為16bit外接DDR2SDRAM存儲器。

優(yōu)選的，所述DSP處理器的型號為TMS320DM6437。

上述方案中，所述視頻解碼芯片為TVP5151片；

所述DSP圖像處理模塊從所述CCD模擬攝像機接收復合視頻信號，經(jīng)過TVP5151片上視頻轉碼芯片轉換成BT.656格式，接入TMS320DM6437的VPFE視頻輸入通道。

一種根據(jù)所述微型芯片腳位方向嵌入式視覺自動檢測系統(tǒng)的檢測方法，包括以下步驟：

S1、所述圖像采集模塊中將LED藍光環(huán)形光源置于半球形遮光罩內(nèi)，為所述CCD模擬攝像機提供采集圖像所需的照明，CCD模擬攝像機實時采集待檢測的微型芯片圖像，并通過攝像機輸入端口將模擬信號圖像傳輸至DSP圖像處理模塊；

S2、DSP圖像處理模塊所含圖像轉碼芯片將所述模擬圖像信號轉碼為數(shù)字圖像信號存儲在片上內(nèi)存中，之后由DSP處理器運行圖像處理算法，對微型芯片圖像進行處理，判別微型芯片腳位方向即微型芯片缺角方向；

S3、所述顯示模塊將腳位方向的檢測結果實時顯示于LCD屏上。

上述方案中，所述步驟2中DSP處理器運行圖像處理算法包括以下步驟：

S1)轉碼操作：當CCD模擬攝像機采集到待檢測的微型芯片圖像后進行轉碼操作，并將生成的YUV圖像轉化為單通道RGB圖像，提取YUV圖像中的Y分量即可完成；

S2)均值濾波：對轉碼操作后得到的灰度圖像進行均值濾波，以減弱圖像在采集或傳輸過程中產(chǎn)生的噪聲；

S3)閾值分割：采用求取灰度直方圖的方法，根據(jù)半球形遮光罩內(nèi)LED藍光環(huán)形光源照明下所采集到的微型芯片圖像的特點，對微型芯片圖像灰度直方圖進行分析，得到中間波峰像素的灰度分布范圍，將該灰度范圍內(nèi)的像素灰度值置為255，而將其他像素灰度值置為0，實現(xiàn)閾值分割，可得到芯片中間有顏色區(qū)域的輪廓；

S4)連通區(qū)域提?。涸诙祷?，采用提取連通區(qū)域方法，提取二值圖像中最大區(qū)域，而將其他區(qū)域再次置為黑色即像素灰度值為0，分割出圖像中唯一最大連通區(qū)域；

S5)形態(tài)學處理：對該最大連通域進行腐蝕和膨脹，消除缺口和毛刺，填補連通區(qū)域中間的孔洞，使最大連通區(qū)域的輪廓清晰明顯；

S6)芯片缺角方向的檢測：要完成微型芯片缺角方向的檢測需要在矩形區(qū)域找到芯片的缺角并根據(jù)其在圖中的分布位置來確定芯片缺角的方向。

上述方案中，所述步驟S6)具體包括以下步驟：

SⅠ、采用從四面逼近的方法，尋找灰度值為255的像素，檢測到的第一個像素即被判定為矩形一角，這樣即可得到矩形的三個正常直角，和一個缺角處的鈍角，之后求取點和點之間的距離并比較，求得最大距離的即為缺角相鄰的兩個直角，在計算另外兩個角到這兩點的距離，較短的即為缺角；

SⅡ、根據(jù)缺角的鈍角角點在圖像中的像素坐標來判斷缺角的方向：若角點位于圖像的左上部分，芯片缺角方向即為左上；若角點位于圖像的右上部分，芯片缺角方向即為右上，其他方向以此類推。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比的優(yōu)點在于：

1.采用DSP平臺進行圖像處理與分析具有功耗低，體積小特點，并且充分應用DSP的強大運算能力可以保證圖像處理的實時性，快速性。

2.圖像采集模塊利用獨立LED藍色環(huán)形光源，并結合半球形遮光罩，具有高封閉性，使光照環(huán)境穩(wěn)定，讓圖像處理過程具有較高的魯棒性，適應性強，可使系統(tǒng)在復雜環(huán)境光照下也能得以工作。

3.圖像處理算法采用先利用直方圖進行閾值分割，得到連通域后再從四個方向逼近，利用矩形幾何特征比較找到芯片缺角，對于芯片的擺放位置和擺放角度沒有過高的要求，系統(tǒng)運行容錯率高，實時性好。

附圖說明

圖1是本發(fā)明一實施方式的結構及流程圖；

圖2是本發(fā)明一實施方式的檢測結果示例圖。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施方式對本發(fā)明作進一步詳細說明，但本發(fā)明的保護范圍并不限于此。

本發(fā)明針對微型芯片自動化貼片生產(chǎn)線上的芯片腳位方向檢測環(huán)節(jié)，提出微型芯片腳位方向嵌入式視覺自動檢測系統(tǒng)及其檢測方法，用于實現(xiàn)對于微型芯片腳位方向的檢測。

圖1所示為本發(fā)明所述微型芯片腳位方向嵌入式視覺自動檢測系統(tǒng)的結構及流程圖，系統(tǒng)主要由三大模塊組成，即圖像采集模塊，用于實時采集微型芯片圖像；DSP圖像處理模塊，用于微型芯片圖像的實時處理和分析；顯示模塊，用于實時顯示檢測結果。

圖像采集模塊包括：芯片裝載工作臺及固定支架、半球形遮光罩、CCD模擬攝像機、LED藍光環(huán)形光源和電源。LED藍光環(huán)形光源置于半球形遮光罩內(nèi)，且對著CCD模擬攝像機的位置，為所述CCD模擬攝像機提供采集圖像所需的照明。所述CCD模擬攝像機與DSP圖像處理模塊通過通過AV接口線纜相連。所述DSP圖像處理模塊，用于微型芯片圖像的實時處理和分析；所述DSP圖像處理模塊與顯示模塊電連接，所述顯示模塊，用于實時顯示檢測結果。

所述DSP圖像處理模塊包括攝像機輸入端口、兩片用于存儲數(shù)據(jù)的16bit外接DDR2SDRAM存儲器、用于存儲程序的FLASH存儲器、用于程序運算的DSP處理器和視頻解碼芯片，各器件之間由總線相連；

所述攝像機輸入端口與所述CCD模擬攝像機通過AV接口線纜相連，用于獲取所述CCD模擬攝像機所采集到的模擬信號圖像；

所述視頻解碼芯片分別與所述攝像機輸入端口和DSP處理器相連，用于接收所述攝像機輸入端口的模擬信號圖像并進行轉碼，轉碼后生成的數(shù)字圖像輸出DSP處理器，且DSP處理器對解碼芯片進行控制。

所述DSP處理器的型號為TMS320DM6437，它是基于TI公司達芬奇技術，專為片上圖像處理功能而研發(fā)的芯片，利用片內(nèi)集成的多級高速緩存保證了數(shù)據(jù)處理的高效，并且設計了兩片16bit外接DDR2SDRAM存儲器實現(xiàn)32bit位寬256MB外部存儲器供圖像內(nèi)存申請。

所述視頻解碼芯片為TVP5151片；所述DSP圖像處理模塊從所述CCD模擬攝像機接收復合視頻信號，經(jīng)過TVP5151片上視頻轉碼芯片轉換成BT.656格式，接入TMS320DM6437的VPFE視頻輸入通道。

本發(fā)明還提供一種根據(jù)所述微型芯片腳位方向嵌入式視覺自動檢測系統(tǒng)的檢測方法，包括以下步驟：

S1、所述圖像采集模塊中將LED藍光環(huán)形光源置于半球形遮光罩內(nèi)，為所述CCD模擬攝像機提供采集圖像所需的照明，CCD模擬攝像機實時采集待檢測的微型芯片圖像，并通過攝像機輸入端口將模擬信號圖像傳輸至DSP圖像處理模塊；

S2、DSP圖像處理模塊所含TVP5151圖像轉碼芯片將所述模擬圖像信號轉碼為數(shù)字圖像信號存儲在片上內(nèi)存中，之后由DSP處理器運行圖像處理算法，對微型芯片圖像進行處理，判別微型芯片腳位方向即微型芯片缺角方向；

S3、所述顯示模塊將腳位方向的檢測結果實時顯示于LCD屏上。

所述圖像處理算法流程如圖1中所示，包括轉碼操作、均值濾波、閾值分割、連通區(qū)域提取、形態(tài)學處理、芯片缺角方向的檢測這些環(huán)節(jié)：

S1)轉碼操作。：當CCD模擬攝像機采集到待檢測的微型芯片圖像后進行轉碼操作，并將生成的YUV圖像轉化為單通道RGB圖像，提取YUV圖像中的Y分量即可完成。

S2)均值濾波。：對轉碼操作后得到的灰度圖像進行均值濾波，以減弱圖像在采集或傳輸過程中產(chǎn)生的噪聲。

S3)閾值分割，采用求取灰度直方圖的方法。：根據(jù)半球形遮光罩內(nèi)LED藍光環(huán)形光源照明下所采集到的微型芯片圖像的特點，其灰度直方圖往往有三個波峰，分別表示微型芯片周邊處的黑色，圖像背景處的白色，以及芯片中間的灰色。利用這一特點對微型芯片圖像灰度直方圖進行分析，從正反兩個方向多次循環(huán)運算比較，求得直方圖的兩個波谷，即可得到中間波峰像素的灰度分布范圍。將該灰度范圍內(nèi)的像素灰度值置為255，而將其他像素灰度值置為0，實現(xiàn)閾值分割，可得到芯片中間有顏色區(qū)域的輪廓。

S4)連通區(qū)域提取。：在二值化之后，因為微型芯片的引腳標識與中間區(qū)域呈現(xiàn)同樣的顏色，也會呈現(xiàn)為白色的前景區(qū)域，從而對芯片的定位形成干擾。為了確保只提取出芯片輪廓，消除引腳區(qū)域的干擾，采用提取連通區(qū)域方法，提取二值圖像中最大區(qū)域，而將其他區(qū)域再次置為黑色即像素灰度值為0，分割出圖像中唯一最大連通區(qū)域。

S5)形態(tài)學處理。：對該最大連通域進行腐蝕和膨脹，消除缺口和毛刺，填補連通區(qū)域中間的孔洞，使最大連通區(qū)域的輪廓清晰明顯。

S6)芯片缺角方向的檢測。：要完成微型芯片缺角方向的檢測需要在矩形區(qū)域找到芯片的缺角并根據(jù)其在圖中的分布位置來確定芯片缺角的方向，具體包括以下步驟：

SⅠ、為了避免圖像中的芯片位置歪斜而對檢測結果帶來影響，需要更為全面的檢測芯片的四個角來判斷哪個是缺角，因此本發(fā)明采用從四面逼近的方法，分別在左邊從上至下，在下邊從左至右，在右邊從下至上，在上邊從右至左進行掃，尋找灰度值為255的像素，檢測到的第一個像素即被判定為矩形一角，這樣即可得到矩形的三個正常直角，和一個缺角處的鈍角，之后求取點和點之間的距離并比較，求得最大距離的即為缺角相鄰的兩個直角，在計算另外兩個角到這兩點的距離，較短的即為缺角；

SⅡ、根據(jù)缺角的鈍角角點在圖像中的像素坐標來判斷缺角的方向：若角點位于圖像的左上部分，芯片缺角方向即為左上；若角點位于圖像的右上部分，芯片缺角方向即為右上，其他方向以此類推。

應當理解，雖然本說明書是按照各個實施例描述的，但并非每個實施例僅包含一個獨立的技術方案，說明書的這種敘述方式僅僅是為清楚起見，本領域技術人員應當將說明書作為一個整體，各實施例中的技術方案也可以經(jīng)適當組合，形成本領域技術人員可以理解的其他實施方式。

上文所列出的一系列的詳細說明僅僅是針對本發(fā)明的可行性實施例的具體說明，它們并非用以限制本發(fā)明的保護范圍，凡未脫離本發(fā)明技藝精神所作的等效實施例或變更均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。