PCB自動光學(xué)檢測（AOI）是如何工作的？（視頻）
PCB產(chǎn)品AOI檢測，需要將模版與實際圖像對齊，因此需要定位功能。定位功能就需要選取定位核，定位核的提取方法分為手動和自動。基于人眼視覺特征對區(qū)域敏感度判斷的手動提取法存在很大的局限性，且當(dāng)需要較多定位核時建模復(fù)雜，因此目前廣泛應(yīng)用的是自動提取法。
PCB由于高精度成像和高標(biāo)準(zhǔn)檢測需求，決定了一個料號可能需要幾百甚至上千個定位核，所以需要實現(xiàn)自動選取定位核的功能；檢測時料號是未知的，且切換比較頻繁，所以無法離線選取定位核，因此算法要求滿足實時性。
1 功能說明
自動定位核選取模塊主要功能如下：
1)支持多個相互獨立的全功能型定位核選取
圖1 全功能型定位核演示
2)支持組合定位核的選取
圖2 組合型定位核演示
3)支持單向(任意方向)定位核的選取
圖 3 單向定位核演示
4)增加局部唯一性驗證，支持兩種不同的定位模式，NCC和Shape
2 算法設(shè)計
根據(jù)常見的定位算法的原理可知，選取定位核應(yīng)選擇：
1)梯度信息豐富的地方，并且該梯度信息在水平和垂直方向都有分量；
2)在一定范圍內(nèi)滿足唯一性。
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圖 4 彩色圖及對應(yīng)的梯度圖
PCB產(chǎn)品的模板圖像一般由Gerber或ODB++文件解碼生成，因此自動選定位核的輸入圖像一般為二值圖，圖案由直線和弧形組成，其所對應(yīng)梯度信息如下圖所示：
? ? ??? ? ??
圖5 PCB二值圖及對應(yīng)的梯度圖
可見，適合選取定位核的位置如下圖所示：
圖6 可選為定位核的位置
2.1設(shè)計概要
在定位核的選取過程中，遵循的原則如下：
優(yōu)先選擇滿足條件的全功能型定位核；
若無全功能型定位核，則篩選出滿足條件的組合定位核；
若無組合定位核，則篩選出單向定位核。
2.2 算法流程? ??? ??? ? ? ? ? ??? ? ? ? ? ? ? ?

2.2.1 圖像降采樣
圖像降采樣，即采樣點數(shù)減少。對于一幅N*M的圖像來說，如果降采樣系數(shù)為k,則即是在原圖中每行每列每隔k個點取一個點組成一幅圖像。
采取降采樣的目的是為了降低處理時間。
2.2.2 提取亞像素輪廓XLD
降采樣后的圖像
亞像素輪廓圖
XLD代表亞像素精度的邊緣輪廓和多邊形，并不是沿著像素與像素交界的地方，而是經(jīng)過插值之后的位置。
2.2.3 獲得備選定位核
全功能型定位核?
單方向定位核?
實現(xiàn)流程：
將亞像素輪廓XLD轉(zhuǎn)為多邊形輪廓XLD（Ramer算法）；
?亞像素輪廓XLD?? ?
?
多邊形輪廓XLD? ??
遍歷多邊形輪廓XLD，依次獲取多邊形輪廓對應(yīng)的N個離散點、N-1個角度，并計算當(dāng)前離散點即拐點對應(yīng)的夾角Angle。這些離散點就是各個疑似定位核的中心點；
離散點即拐點圖示
通過拐點夾角Angle計算各自的正交值Orthogonality，超過設(shè)定的分值加入待選的全功能型定位核中，否則加入到單向定位核中，其中：
Orthogonality = abs(Angle-ORTHANGLE)/ ORTHANGLE。其中：ORTHANGLE = PI/2；
2.2.4 全功能型定位核選取
實現(xiàn)流程：
按照正交分值從大到小排序；
依次驗證唯一性（在一定范圍內(nèi)進行模板匹配，判斷找到的數(shù)目是否為1），找到要求的數(shù)目即返回；
2.2.5 組合型定位核選取
若沒有找到符合條件的全功能型定位核，或找到的數(shù)目不夠，則選取滿足條件的組合型定位核。
實現(xiàn)流程：
對剩余的定位核進行排序（全功能型定位核按照正交值從大到小排序，單向定位核按照水平、垂直、任意方向的類別依次排序）；
找到所有符合組合型定位核條件的定位核組（兩個），滿足以下條件之一即可：
1 定位核組中至少有一個全功能型定位核；
2 若均是單向定位核，則根據(jù)兩者的方向角度差計算正交分值，大于等于設(shè)定的正交值。
依次驗證唯一性（在一定范圍內(nèi)進行模板匹配，判斷找到的數(shù)目是否為1），找到要求的數(shù)目即返回；
單向定位核判斷是否滿足組合條件的流程如下：
Step1：單向定位核按照水平、垂直、任意方向的類別依次排序，類別相同則按照歸一化后的角度從小到大排序；
Step2：去除相鄰角度相同的定位核（僅保留一個），得到不同方向的定位核組；
Step3：遍歷定位核組，兩兩計算對應(yīng)的夾角，篩選出滿足正交分值的定位核組對（兩個）；
Step4：按照每組對的正交分值進行排序；
Step5：遍歷所有的組對，每組找到對應(yīng)的所有的單向定位核，依次計算定位核的距離是否滿足最小值，若滿足直接返回，否則找到為止。
2.2.6 單向定位核選取
實現(xiàn)流程：
單向定位核按照水平、垂直、任意方向的類別依次排序，返回第一個。
3 模塊輸出
可將模塊封裝成獨立的dll，接口函數(shù)如下：
類型
函數(shù)名
功能說明
參數(shù)設(shè)置
SetSampleStep
設(shè)置抽樣步長
SetOffset
設(shè)置搜索范圍
SetLocationRotate
設(shè)置旋轉(zhuǎn)相關(guān)參數(shù)（驗證定位核局部唯一性）
SetKernelNum
設(shè)置找到定位核的最大數(shù)目
SetLocationSize
設(shè)置定位核的尺寸
SetMinScore
設(shè)置找到定位核的最小分?jǐn)?shù)

運行
Execute
執(zhí)行定位核的搜索
結(jié)果
GetMainKer
獲得找到的定位核相關(guān)信息

參數(shù)界面如下所示：