一种电容器安装用辅助定位方法与流程

1.本发明涉及图像处理技术领域，具体涉及一种电容器安装用辅助定位方法。


背景技术：

2.在对电容器进行焊接安装时，通常是由人工进行焊接安装的，但人工焊接往往无法满足海量的订单需求，因此自动化焊接迫在眉睫。
3.传统焊接是通过圆拟合或者模板匹配的方法进行辅助定位焊接的。由于焊接点呈现圆孔形，圆拟合的方法通过计算所有像素点到边缘的距离来获得所求圆轮廓，但该方法每次只能获得一个目标圆，且极易受到外界干扰，导致监测到很多无关数据；模板匹配的方法是将标准的pcb图上的圆孔作为模板，遍历整个pcb图像，利用区域匹配度来判断是否为目标圆，但实际应用中模板匹配会检测出多个相似度较高的区域，难以得到准确的结果。


技术实现要素：

4.本发明提供一种电容器安装用辅助定位方法，以解决现有的问题。
5.本发明的一种电容器安装用辅助定位方法采用如下技术方案：本发明一个实施例提供了一种电容器安装用辅助定位方法，该方法包括以下步骤：采集pcb板表面图像，获取pcb板骨架图像；获取pcb板骨架图像中每个骨架像素点的优选程度；根据优选程度对pcb板骨架图像中所有骨架像素点进行链码编码，包括：s1：将优选程度最大的骨架像素点作为链码码头，对pcb板骨架图像中的骨架像素点进行链码编码，获得一条链码；s2：在未编码的骨架像素点中选择优选程度最大的骨架像素点作为新的链码码头，对pcb板骨架图像中未编码的骨架像素点进行链码编码，得到一条新的链码；s3：重复s2直到pcb板骨架图像中不存在未编码的骨架像素点时停止迭代；根据每条链码的编码结果获取每条链码的焊接隶属概率，将焊接隶属概率大于预设焊接阈值的链码作为目标链码；获取每条目标链码中除链码码头外每个像素点的参考概率，根据参考概率获取参考点；以目标链码的每个参考点为切点，过切点做目标链码的切线，过切点作为切线的垂直平分线；获取所有垂直平分线两两之间的交点，构成目标链码的交点集合；获取交点集合中所有交点的质心，作为焊接点；根据焊接点进行自动化焊接。
6.优选的，所述获取pcb板骨架图像中每个骨架像素点的优选程度，包括的具体步骤如下：以pcb板骨架图像中每个骨架像素点为滑窗中心点，构建预设大小的滑窗；利用每个滑窗中包含的骨架像素点的个数除以滑窗大小，将得到的结果作为每个滑窗的滑窗中心
点对应的骨架像素点的优选程度。
7.优选的，所述根据每条链码的编码结果获取每条链码的焊接隶属概率，包括的具体步骤如下：其中为当前链码的焊接隶属概率；为当前链码的链码码头后的数字编码位数；为当前链码的链码码头后的第j个数字编码的编码值；为当前链码的链码码头后的所有数字编码的编码均值；为超参数；exp()是以自然常数为底的对数函数。
8.优选的，所述获取每条目标链码中除链码码头外每个像素点的参考概率，根据参考概率获取参考点，包括的具体步骤如下：目标链码中第j个像素点的参考概率为：其中为当前目标链码中第j个像素点的参考概率；为当前目标链码的链码码头后的第j-1个数字编码的编码值；为当前目标链码的链码码头后的第j个数字编码的编码值；j》2；将参考概率为1的像素点作为目标链码的参考点。
9.本发明的技术方案的有益效果是：1．本发明通过获取每个骨架像素点的优选程度，根据优选程度获取链码码头，实现了将可能为骨架交点的像素点作为链码码头，骨架交点像素点可能连接多个不同的对象，如骨架交点像素点一侧可能为铜质线路对应的骨架像素点，一侧可能为焊接孔对应的骨架像素点。由于链码编码的不重复性，采用骨架交点像素点作为链码码头可实现铜质线路、焊接孔等不同的对象将编码成不同的链码，便于后续根据链码的特征对铜质线路、焊接孔进行区分，使得区分结果更加准确，进一步确保了最终焊接点定位的准确性；2．本发明根据链码的编码结果中数字编码的特征获取每条链码的焊接隶属概率，根据焊接隶属概率获取焊接孔对应的链码，通过焊接隶属概率使得对铜质线路、焊接孔的区分结果更加准确；3．本发明通过获取参考点，根据参考点获取目标链码的切线的垂直平分线，根据垂直平分线的交点的质心来获取焊接点，而不是直接根据目标链码中所有像素点的质心来获取焊接点，是考虑到了拍摄pcb板表面图像时，可能存在拍摄角度不正导致pcb板骨架图像中的焊接孔呈椭圆状的情况，根据垂直平分线的交点的质心获取的焊接点，结果更加准确；4．传统焊接是通过圆拟合或者模板匹配的方法进行辅助定位焊接的。圆拟合的方法通过计算所有像素点到边缘的距离来获得所求圆轮廓，每次只能获得一个目标圆，且极易受到外界干扰，效率较低且准确率较低；模板匹配的方法是将标准的pcb图上的圆孔作为模板，遍历整个pcb图像，利用区域匹配度来判断是否为目标圆，但实际应用中模板匹配会
检测出多个相似度较高的区域，难以得到准确的结果；本发明结合链码编码结果的特征来识别焊接孔，进行焊接点的定位，可同时定位所有的焊接点，相对于现有技术，本发明效率更高且结果更加准确。
附图说明
10.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
11.图1为本发明的一种电容器安装用辅助定位方法的步骤流程图；图2为本发明的一个pcb板二值图像；图3为本发明的一个pcb板骨架图像；图4为本发明的铜质线路骨架示意图；图5为本发明的焊接孔骨架示意图；图6为本发明的三像素关系示意图。
12.其中，图6中（1）为呈现线性关系的像素点示意图，图6中（2）为呈现非线性关系的像素点示意图。
具体实施方式
13.为了更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的一种电容器安装用辅助定位方法，其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如下。在下述说明中，不同的“一个实施例”或“另一个实施例”指的不一定是同一实施例。此外，一或多个实施例中的特定特征、结构或特点可由任何合适形式组合。
14.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。
15.下面结合附图具体的说明本发明所提供的一种电容器安装用辅助定位方法的具体方案。
16.请参阅图1，其示出了本发明一个实施例提供的一种电容器安装用辅助定位方法的步骤流程图，该方法包括以下步骤：s001．采集pcb板表面图像，对pcb板表面图像进行预处理，获取pcb板骨架图像。
17.通过相机采集电容器中待焊接的pcb板表面图像，采集待焊接的pcb板表面图像包含背景区域。
18.需要说明的是，本发明需要识别电容器中pcb板上的焊接圆孔，根据圆孔的位置控制焊接器械进行自适应焊接，因此，首先需要识别采集待焊接的pcb板表面图像中的pcb板，为了减少不必要的计算，首先采用dnn技术来识别待焊接的pcb板表面图像中的pcb板。
19.在本发明实施例中，采用dnn语义分割网格识别待焊接的pcb板表面图像中的pcb板，该dnn网络的相关内容如下：1．使用的数据集为待焊接的pcb板表面图像数据集，待焊接的pcb板的样式形态为
多种多样的。
20.2．需要分割的像素共分为两类，即训练集对应标签标注过程为：单通道的语义标签，对应位置像素属于背景类的标注为0，属于待焊接的pcb板的标注为1。
21.3．网络的任务是分类，所有使用的loss函数为交叉熵损失函数。
22.需要说明的是，常用的dnn语义分割网络有u-net、deeplabv3、segnet等，本发明实施例使用deeplabv3语义分割网络实现待焊接的pcb板表面图像的处理，在其他实施例中实施者可根据实际情况选择dnn语义分割网络。
23.将dnn语义分割网格输出待焊接的pcb板表面图像中的pcb板连通域，将dnn语义分割网络的输出结果作为遮罩，与原始的待焊接的pcb板表面图像相乘，得到仅包含pcb板不包含背景的图像，将该图像作为pcb板图像。
24.pcb板图像的前景与背景的对比度较大，其中背景部分通常为pcb板的底板，呈现墨绿色，而铜质线路与焊接孔为前景，通常为黄色。为了便于焊接孔的定位，对pcb板图像进行二值化处理获取pcb板二值图像，其中二值化处理为现有技术，本发明实施例不予以详细概述。pcb板二值图像参见图2，图2中pcb板二值图像中的白色像素点为铜质线路与焊接孔，黑色像素点位pcb板的底板。将pcb板二值图像中的白色像素点作为前景。
25.由于pcb板中的铜质线路与焊接孔均比较规整，为了方便后续计算，减小计算量，通过骨架提取算法提取将pcb板二值图像的前景中的骨架，得到pcb板骨架图像。其中骨架提取算法为现有技术，本发明实施例不予以详细概述。pcb板骨架图像参见图3。
26.需要说明的是，pcb板骨架图像中铜质线路与焊接孔与原始图像相同，不同的是pcb板骨架图像中骨架提取后的铜质线路与焊接孔由多像素变为单像素，骨架提取后的元器件变为单点或小线段，其中正方形的元器件变为一个单点，矩形的元器件变为小线段，不影响后续的焊接定位。将pcb板骨架图像中白色像素点作为骨架像素点，将白色像素点形成的连通域作为骨架。
27.s002．计算每个骨架像素点的优选程度，获取链码码头，进行链码编码。
28.需要说明的是，为便于后续焊接点定位，本发明实施例采用链码对pcb板骨架图像中的骨架进行编码，通过编码得到的链码的来识别焊接孔，进一步定位焊接点。而采用链码进行编码时，链码码头的选取不同，最终链码编码效果也是不同的，为了便于后续焊接孔与铜质线路等的区分，需要将焊接孔、铜质线路等编码成不同的链码，因此需要选择合适的链码码头来实现将焊接孔、铜质线路等编码成不同的链码。
29.在本发明实施例中，获取链码码头的方法如下：由于pcb板骨架图像中骨架为单像素连通域，因此建立大小为的滑窗，以pcb板骨架图像中任意一个骨架像素点作为滑窗中心点，根据滑窗计算每个骨架像素点的优选程度，用优选程度来表示每个骨架像素点作为链码码头的合适度。如第i个骨架像素点的优选程度为：其中为以第i个骨架像素点为滑窗中心点的滑窗中包含的骨架像素点的个数；为滑窗大小，本发明实施例中a=3，在其他实施例中，实施人员可根据需要设置a的值；
当以第i个骨架像素点为滑窗中心点的滑窗中骨架像素点越多，说明第i个骨架像素点越可能为骨架交点，此时第i个骨架像素点的优选程度越大。
30.选择优选程度最大的骨架像素点作为链码码头，链码码头为链码的起始点，根据链码码头对骨架进行链码编码。
31.以当前链码码头对骨架进行编码完成后，在剩余的骨架像素点中选择优选程度最大的点作为新的链码码头，根据新的链码码头对剩余的骨架像素点再次进行编码。重复该过程，直到所有骨架像素点均被编码后停止迭代，此时得到了多条链码。
32.至此，获取了链码码头，完成了链码编码。需要说明的是，通过获取每个骨架像素点的优选程度，根据优选程度获取链码码头，实现了将可能为骨架交点的像素点作为链码码头，骨架交点像素点可能连接多个不同的对象，如骨架交点像素点一侧可能为铜质线路对应的骨架像素点，一侧可能为焊接孔对应的骨架像素点。由于链码编码的不重复性，采用骨架交点像素点作为链码码头可实现铜质线路、焊接孔等不同的对象将编码成不同的链码，便于后续根据链码的特征对铜质线路、焊接孔进行区分，使得区分结果更加准确，进一步确保了最终焊接点定位的准确性。
33.s003．计算每条链码的焊接隶属概率，获取目标链码。
34.需要说明的是，通过骨架提取后，pcb板图像中的前景像素点在pcb板骨架图像中均变为单像素，同时在pcb板图像的前景中，铜质线路分布规整，而焊接孔呈现圆孔状，即使图像采集时拍摄角度不正，圆孔也会呈现为椭圆状。圆孔、椭圆上相邻的像素点的角度会呈现不同。通过链码编码后，铜质线路像素点的链码编码很规整，例如图4为铜质线路骨架示意图，对图4中的骨架进行链码编码的结果为{(1,3),0,0,0,0,0,0,0,0,0}。而焊接孔的链码编码变化率大，例如图5为焊接孔骨架示意图，对图5中的骨架进行链码编码的结果为{(2,8),1,1,2,1,1,1,0,0,0,0,7,0,7,6,7,6,6,6,6,6,5,5,5,4,4,5,3,4,3,4,3,2,3,2}。因此可根据链码的编码情况来获取焊接孔链码，作为目标链码。
35.在本发明实施例中，计算每条链码的焊接隶属概率：其中为当前链码的焊接隶属概率；为当前链码的链码码头后的数字编码位数，例如链码编码为{(3,0),0,0,0,0,0,0,0,0,0}，其中码头为(3,0)，码头后有9个0，则m为9；为当前链码的链码码头后的第j个数字编码的编码值；为当前链码的链码码头后的所有数字编码的编码均值；为超参数，在本发明实施例中的经验值为0.1，在其他实施例中，实施人员人员可根据需要设置的值；exp()是以自然常数为底的对数函数；焊接孔对应的链码编码结果中所有数字编码的差异较大，此时链码码头后的每个数字编码的编码值与所有数字编码的编码均值差异较大，使得最终得到焊接隶属概率较大；而铜质线路对应的链码编码结果中所有数字编码的差异较小，此时链码码头后的每个数字编码的编码值与所有数字编码的编码均值差异较小，使得最终得到焊接隶属概率较小。因此，当焊接隶属度越大时，当前编码越可能为焊接孔。
36.设置焊接阈值，当链码的焊接隶属概率大于预设焊接阈值t时，该链码为焊接孔，将该链码即为目标链码。在本发明实施例中，预设焊接阈值，在其他实施例中，实施人员可根据需要设置预设焊接阈值t的值。
37.s004．获取目标链码中参考点，根据参考点获取焊接点，根据焊接点进行自动焊接。
38.需要说明的是，当一个骨架像素点与其一侧相连的骨架像素点之间的方向，以及另一侧相连的骨架像素点之间的方向不一致时，该像素点可能为焊接孔上转折的骨架像素点，此像素点为参考点。链码编码中链码码头之后的每个数字编码，对应链码中两个骨架像素点之间的方向，因此可根据目标链码的链码码头之后的数字编码，获取参考点。
39.在本发明实施例中，获取每条目标链码中每个像素点的参考概率，如目标链码中第j个像素点的参考概率为：其中为当前目标链码中第j个像素点的参考概率；为当前目标链码的链码码头后的第j-1个数字编码的编码值；为当前目标链码的链码码头后的第j个数字编码的编码值；目标链码的链码码头后的第j-1个数字编码的编码值对应目标链码中第j个像素点与第j-1个像素点之间的方向，目标链码的链码码头后的第j个数字编码的编码值对应目标链码中第j个像素点与第j+1个像素点之间的方向。需要说明的是，由于目标链码第一个像素点（即链码码头）在目标链码中仅与第2个像素点相连，因此目标链码中第一个像素点不参与参考概率的计算，即本发明实施例中的j大于或等于2。
40.如图6所示，若以当前目标链码中第j个像素点为滑窗中心点，建立大小的滑窗，滑窗中包含的当前目标链码中的三个像素点可能呈现两种关系，如图6中(1)中，三个像素点呈现线性关系，此时第j个像素点的参考概率为0；如图6中(2)中三个像素点呈现非线性关系，此时第j个像素点的参考概率为1。
41.将参考概率为1的像素点作为当前目标链码的参考点。
42.对pcb骨架图像中每条目标链码包含的像素点以及参考点进行标记。以每个参考点为切点，做参考点所属目标链码的切线，过切点作为切线的垂直平分线。一条目标链码包含多个参考点，即对应多条垂直平分线。获取一条目标链码对应的多条垂直平分线两两之间的交点，构成该目标链码的交点集合。获取交点集合中所有交点的质心，将该质心作为一个焊接点。
43.同理，根据每条目标链码获取焊接点。需要说明的是，本发明实施例通过获取参考点，根据参考点获取目标链码的切线的垂直平分线，根据垂直平分线的交点的质心来获取焊接点，而不是直接根据目标链码中所有像素点的质心来获取焊接点，是考虑到了拍摄pcb板表面图像时，可能存在拍摄角度不正导致pcb板骨架图像中的焊接孔呈椭圆状的情况。根据垂直平分线的交点的质心获取的焊接点，结果更加准确。
44.将焊接点传输到自动焊接系统中，焊接系统通过对焊接点的定位，控制自动焊接器械对pcb板进行自动化焊接，如此完成电容器安装的辅助定位。
45.通过以上步骤，完成了电容器pcb板焊接点的定位。
46.本发明实施例通过获取每个骨架像素点的优选程度，根据优选程度获取链码码头，实现了将可能为骨架交点的像素点作为链码码头，实现了将铜质线路、焊接孔等不同的对象将编码成不同的链码，便于后续根据链码的特征对铜质线路、焊接孔进行区分，使得区分结果更加准确，进一步确保了最终焊接点定位的准确性；本发明实施例根据链码的编码结果中数字编码的特征获取每条链码的焊接隶属概率，根据焊接隶属概率获取焊接孔对应的链码，通过焊接隶属概率使得对铜质线路、焊接孔的区分结果更加准确；考虑到了拍摄pcb板表面图像时可能存在拍摄角度不正导致pcb板骨架图像中的焊接孔呈椭圆状的情况，本发明实施例根据参考点获取链码的切线的垂直平分线，根据垂直平分线的交点的质心获取的焊接点，结果更加准确；本发明实施例结合链码编码结果的特征来识别焊接孔，进行焊接点的定位，可同时定位所有的焊接点，相对于现有技术，本发明实施例效率更高且结果更加准确。
47.以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。