吳文軒，陳方斯，劉建鋒，黃鑫鑫

（廈門理工學(xué)院 電氣工程與自動(dòng)化學(xué)院，福建 廈門 361024）

MATLAB是一種新型科學(xué)開(kāi)發(fā)計(jì)算軟件，特別運(yùn)用矩陣的形式處理數(shù)據(jù)[1]。MATLAB將高效率的數(shù)值計(jì)算和可視化結(jié)合在一起，擁有眾多的內(nèi)置函數(shù)，被廣泛用在科學(xué)算法計(jì)算、控制功能系統(tǒng)、數(shù)字圖像處理、圖像噪聲處理等領(lǐng)域的仿真、分析以及設(shè)計(jì)[2-3]。如今，電子元器件朝著片式化、小型化方向發(fā)展，因此判斷元器件是否合格顯得十分重要。對(duì)于一些肉眼難以判斷的檢測(cè)，利用 MATLAB 圖像處理技術(shù)，可以高效地完成對(duì)電子元器件的檢測(cè)。因此，利用 MATLAB 圖像處理技術(shù)檢測(cè)電子元器件缺陷是很有意義的[4-5]。

元件檢測(cè)流程如圖1。首先，利用圖像采集平臺(tái)采集圖像，然后將圖像導(dǎo)入系統(tǒng)并傳入工控機(jī)，在控制端進(jìn)行圖像濾波，并且利用圖像二值化方法提取圖像特征，再采用雙引腳算法對(duì)芯片引腳進(jìn)行缺陷判斷，若合格，則為合格正常芯片；若不合格，則為存在引腳缺陷的芯片。

1 圖像采集

圖1 元器件檢測(cè)流程圖

圖像采集裝置如下圖2所示，包括以下幾個(gè)部分：導(dǎo)軌，用于提供運(yùn)動(dòng)路徑；芯片框架，包括可供多種可供芯片放置的安裝位，用于講安裝位上的芯片沿導(dǎo)軌的運(yùn)動(dòng)路徑送到預(yù)設(shè)位置；運(yùn)動(dòng)像機(jī)，包括相機(jī)、支架、LED，用于對(duì)靜止于預(yù)設(shè)位置上的芯片框架進(jìn)行拍照，采集圖片，對(duì)拍攝到的芯片圖像予以輸出；圖像處理裝置，利用MATLAB圖像處理技術(shù)對(duì)所述芯片圖像進(jìn)行識(shí)別檢測(cè)。

圖2 圖像采集裝置

2 圖像前期處理

圖像前期處理主要方式有維納濾波、DCT變換、中值濾波。

維納濾波是一種基于最小均方誤差準(zhǔn)則、對(duì)平穩(wěn)過(guò)程的最優(yōu)估計(jì)器，適應(yīng)面較廣。但是要求得到半無(wú)限時(shí)間區(qū)間內(nèi)的全部觀察數(shù)據(jù)的條件很難滿足，同時(shí)它也不能用于噪聲為非平穩(wěn)的隨機(jī)過(guò)程的情況，對(duì)于向量情況應(yīng)用也不方便。

DCT變換在視頻圖像的相關(guān)性明顯下降，信號(hào)的能量主要集中在少數(shù)幾個(gè)變換系數(shù)上，采用量化和熵編碼可有效地壓縮其數(shù)據(jù)，有較強(qiáng)的抗干擾能力。但本身不能壓縮數(shù)據(jù)，也無(wú)法做頻譜分析。

在此測(cè)試中采用中值濾波[6]的方法。中值濾波是基于排序統(tǒng)計(jì)理論的一種能有效抑制噪聲的非線性信號(hào)處理技術(shù)，基本原理是把數(shù)字圖像或數(shù)字序列中一點(diǎn)的值用該點(diǎn)的一個(gè)鄰域中各點(diǎn)值的中值代替，讓周圍的像素值接近真實(shí)值，從而消除孤立的噪聲點(diǎn)，達(dá)到降噪的效果。

取一樣品利用圖像采集系統(tǒng)采集圖像，得到如圖3(a）所示，為拍攝原始圖像。經(jīng)過(guò)圖像中值濾波后得到清晰圖像，如圖3（b）所示，可以清楚看出降噪效果，得到圖像處理前后的比較。

圖3 濾波前后效果比較

3 圖像后期處理

此測(cè)試是基于NE556N芯片圖片進(jìn)行計(jì)算。該芯片封裝為DIP，是一種通用雙極定時(shí)器，引腳數(shù)目為14，允許的工作溫度在0～70℃。在圖4中，左側(cè)圖（a）芯片完整，為合格的芯片，右側(cè)圖（b）芯片引腳存在缺陷，為缺陷芯片。

圖4 NE556N 芯片

3.1 圖像二值化

對(duì)圖像的二值化采用的是OTSU算法。最大類間方差法是由日本學(xué)者大津于1979年提出的，是一種自適應(yīng)的閾值確定的方法，又叫大津法，簡(jiǎn)稱OTSU[7]。此方法按圖像的灰度特性，將圖像分成背景和目標(biāo)2部分。利用這種方法，可以很快將測(cè)試所需要的芯片引腳與背景分離，為后期的圖像處理作準(zhǔn)備。

以合格NE556N芯片為例，圖5為經(jīng)過(guò)二值化處理得到的圖像[8]。

3.2 雙引腳算法

圖5 二值化圖片

圖6 輪廓查找

先對(duì)圖片進(jìn)行濾波處理工作，然后將圖片進(jìn)行矩形輪廓查找[9]。選取NE556N為對(duì)象，二值化后采用輪廓查找的方法，得到圖6，即可找到每個(gè)矩形的端點(diǎn)坐標(biāo)，隨后利用端點(diǎn)坐標(biāo)計(jì)算出引腳長(zhǎng)度。

通過(guò)這種算法，對(duì)于引腳沒(méi)有明顯缺陷的芯片，能夠準(zhǔn)確的得出14根引腳長(zhǎng)度。在此測(cè)試中采用中值濾波的方法對(duì)其進(jìn)行處理，得到圖像并計(jì)入所得到的引腳最大值為245以及最小值為219，運(yùn)行時(shí)間為0.7280s，將數(shù)據(jù)整理繪制出表1。

表1 中值濾波方式下的雙引腳算法結(jié)果

該芯片引腳的標(biāo)準(zhǔn)值為230，誤差范圍為20。根據(jù)表格與標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行比較，對(duì)于引腳完好的芯片，雙引腳算法能夠辨別。但是在不同濾波方式下，程序運(yùn)行的時(shí)間也有不同。

該方法能夠計(jì)算引腳完好的芯片，為了探究對(duì)與引腳長(zhǎng)度有明顯缺陷的芯片是否擁有同樣的功能，取一個(gè)引腳長(zhǎng)度有明顯缺陷的芯片進(jìn)行處理，運(yùn)行結(jié)果圖7所示，圖（a）為二值化圖片，通過(guò)輪廓查找得到圖（b）。

圖7 引腳缺陷的芯片

通過(guò)圖7能夠看出，雙引腳算法對(duì)于引腳長(zhǎng)度有缺陷的芯片，仍然能準(zhǔn)確地找出矩形輪廓。同樣用輪廓查找對(duì)芯片引腳進(jìn)行測(cè)量，得到引腳最大值為245以及引腳最小值為83，運(yùn)行時(shí)間為0.6946s，整理后如表2所示。

表2 雙引腳算法對(duì)引腳缺陷芯片的測(cè)量

該種芯片引腳最大值符合誤差范圍為210～250，根據(jù)表中數(shù)據(jù)，判定該芯片存在缺陷。從而得出這樣一個(gè)結(jié)論：雙引腳算法對(duì)于引腳長(zhǎng)度有缺陷的芯片，同樣能測(cè)出引腳具體長(zhǎng)度。可以根據(jù)最大值與最小值和標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行比對(duì)，從而判定芯片是否合格。雙引腳算法能夠滿足這樣的一個(gè)功能，因此可以利用它來(lái)進(jìn)行電子元器件缺陷檢測(cè)。

4 實(shí)驗(yàn)檢測(cè)

為了探究這種算法對(duì)于不同種類的芯片是否都能達(dá)到檢測(cè)的功能，將選取74ACT245TTR芯片（TSSOP封裝）、AD9854ASVZ芯片（LQFP封裝）、AD954ID芯片(DIP封裝)三種芯片，使用雙引腳算法分別對(duì)這三種芯片進(jìn)行檢測(cè)。

4.1 74ACT245TTR 芯片

圖8 合格74ACT245TTR芯片

圖8為合格74ACT245TTR芯片圖像處理結(jié)果，左圖（a）為二值化圖片，右圖（b）為輪廓查找，通過(guò)輪廓查找得到每個(gè)矩形的端點(diǎn)坐標(biāo)，得到引腳最大值為310以及最小值為300。

圖9 缺陷74ACT245TTR芯片

圖9為缺陷74ACT245TTR芯片圖像處理結(jié)果，左圖（a）為二值化圖片，右圖（b）為輪廓查找，得到引腳最大值為309以及最小值為134。

合格74ACT245TTR 芯片引腳標(biāo)準(zhǔn)值為300，誤差范圍為20，若芯片引腳值在280～320范圍內(nèi)，則為合格芯片，反之，為缺陷芯片。整理數(shù)據(jù)得出比較結(jié)果，如表3所示。

表3 74ACT245TTR 芯片引腳長(zhǎng)度統(tǒng)計(jì)

4.2 AD954ID 芯片

圖10 合格AD954ID芯片

圖10為合格AD954ID芯片圖像處理結(jié)果，左圖（a）為二值化圖片，右圖（b）為輪廓查找，通過(guò)輪廓查找得到每個(gè)矩形的端點(diǎn)坐標(biāo)，得到引腳最大值為350以及最小值為338。

圖11為缺陷AD954ID芯片圖像處理結(jié)果，左圖（a）為二值化圖片，右圖（b）為輪廓查找，通過(guò)輪廓查找得到每個(gè)矩形的端點(diǎn)坐標(biāo)，求到引腳最大值為348以及最小值為194。

圖11 缺陷AD954ID芯片

合格AD954ID芯片引腳標(biāo)準(zhǔn)值為340，誤差范圍為20，若芯片引腳值在320～360范圍內(nèi)，則為合格芯片，反之，為缺陷芯片。整理數(shù)據(jù)得出比較結(jié)果，如表4所示。

表4 AD954ID 芯片引腳長(zhǎng)度統(tǒng)計(jì)

4.3 AD9854ASVZ 芯片

圖12 合格AD9854ASVZ芯片

圖12為合格AD9854ASVZ芯片圖像處理結(jié)果，左圖（a）為二值化圖片，右圖（b）為輪廓查找，通過(guò)輪廓查找得到每個(gè)矩形的端點(diǎn)坐標(biāo)，得到引腳最大值為54以及最小值為44。

圖13為缺陷74ACT245TTR芯片圖像處理結(jié)果，左圖（a）為二值化圖片，右圖（b）為輪廓查找，通過(guò)輪廓查找得到每個(gè)矩形的端點(diǎn)坐標(biāo)，得到引腳最大值為53以及最小值為22。

圖13 缺陷AD9854ASVZ芯片

合格74ACT245TTR 芯片引腳標(biāo)準(zhǔn)值為50，誤差范圍為10，若芯片引腳值在40～60范圍內(nèi)，則為合格芯片，反之，為缺陷芯片。整理數(shù)據(jù)得出比較結(jié)果，如表5所示。

表5 AD9854ASVZ 芯片引腳長(zhǎng)度統(tǒng)計(jì)

根據(jù)測(cè)試情況，可以得出結(jié)論：對(duì)于一些結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的芯片，雙引腳算法所采用的矩形輪廓查找都能取得非常好的測(cè)試結(jié)果。然而對(duì)于一些結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜的芯片，需要要根據(jù)實(shí)際情況對(duì)算法參數(shù)進(jìn)行一些調(diào)整，才能對(duì)芯片進(jìn)行檢測(cè)。雖然該種算法在一些地方仍有改進(jìn)的空間，但是雙引腳算法對(duì)于電子元器件檢測(cè)的效果還是令人滿意的。

5 總結(jié)

本文利用 MATLAB 軟件的圖像處理技術(shù)，設(shè)計(jì)了引腳算法對(duì)貼片機(jī)芯片進(jìn)行缺陷檢測(cè)，目的是為了利用科學(xué)的方法對(duì)電子元器件進(jìn)行缺陷檢測(cè)。在信息化的大時(shí)代，圖像處理技術(shù)發(fā)展十分迅猛。利用圖像處理技術(shù)的方法研究已經(jīng)成為了當(dāng)代社會(huì)發(fā)展的一大研究課題。希望我們所提出的算法能夠?qū)﹄娮釉骷毕輽z測(cè)的研究開(kāi)發(fā)提供一些思路和參考。

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