<!--關(guān)鍵EN(結(jié)束)←-->　　隨著自動(dòng)化工業(yè)生產(chǎn)的迅速發(fā)展，基于圖像的自動(dòng)檢測(cè)方法得到了較為深入的研究和廣泛應(yīng)用。圖像檢測(cè)涉及到圖像獲取、圖像處理、圖像理解以及模式識(shí)別等許多方面的內(nèi)容，而在這些領(lǐng)域的研究工作已經(jīng)取得了很多有價(jià)值的成果。目前國內(nèi)外對(duì)于PCB檢測(cè)定位系統(tǒng)以及其他外觀檢測(cè)的研究已經(jīng)開展了不少工作，比如日本松下電子公司生產(chǎn)的Image Check B410高速圖像檢測(cè)系統(tǒng)，但是造價(jià)高昂，在檢測(cè)精確度方面同實(shí)際需求還有不少距離。
　　本文根據(jù)自動(dòng)檢測(cè)的需要，結(jié)合當(dāng)前DSP技術(shù)和圖像處理技術(shù)的最新發(fā)展，研制出一種成本低的、滿足工業(yè)特定需要的檢測(cè)系統(tǒng)，能夠?qū)�PCB進(jìn)行定位，進(jìn)一步完成斷點(diǎn)檢測(cè)、切割、自動(dòng)裝配等功能。系統(tǒng)的攝像頭安裝在步進(jìn)電機(jī)上，由系統(tǒng)控制中心推動(dòng)；操作平臺(tái)上的PCB與控制中心確定相對(duì)坐標(biāo)系；系統(tǒng)中存貯 PCB的電子版圖，根據(jù)相對(duì)位置移動(dòng)電機(jī)，自動(dòng)搜尋目標(biāo)的大致位置，再通過圖像檢測(cè)方式精確定位。

1　基于ADSP－2181的硬件平臺(tái)

　　近年來DSP技術(shù)向更小、更快、更便宜的方向發(fā)展。與普通微機(jī)相比，基于DSP的處理系統(tǒng)更適于工業(yè)上的推廣。選擇DSP作為圖像檢測(cè)系統(tǒng)核心處理器，需要考慮外圍設(shè)備和相應(yīng)算法的配合。外圍設(shè)備必須保證提供質(zhì)量優(yōu)良的原始圖像，以利于進(jìn)行后期處理；而在DSP實(shí)現(xiàn)的算法需要壓縮運(yùn)算量和存儲(chǔ)空間，同時(shí)能夠滿足精確度和速度的需要。基于DSP的硬件平臺(tái)，包括圖像獲取子系統(tǒng)、圖像處理子系統(tǒng)和圖像理解子系統(tǒng)^［1］。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，圖像處理和圖像檢測(cè)的任務(wù)主要通過ADSP－2181來完成。

1．1　系統(tǒng)數(shù)據(jù)流模型

　　系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)主要包括7個(gè)部分：攝像頭、A／D轉(zhuǎn)換、D／A轉(zhuǎn)換、幀存儲(chǔ)器、ADSP－2181、控制器和總線接口等。根據(jù)硬件系統(tǒng)的功能，運(yùn)用數(shù)據(jù)流方法進(jìn)行分析，系統(tǒng)包含以下的數(shù)據(jù)交換：視頻芯片I2C總線控制數(shù)據(jù)流、圖像直通顯示數(shù)據(jù)流、圖像凍結(jié)數(shù)據(jù)流、DSP獲取圖像數(shù)據(jù)流、DSP處理數(shù)據(jù)流、處理結(jié)果疊加顯示數(shù)據(jù)流、系統(tǒng)控制數(shù)據(jù)流。系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的數(shù)據(jù)流模型如圖1所示。

1．2　系統(tǒng)控制原理

    系統(tǒng)控制原理如圖2所示。

　　系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的數(shù)據(jù)流模型和控制原理可認(rèn)為是對(duì)系統(tǒng)的高層次行為域描述，而子系統(tǒng)的劃分則是較低層次的行為域描述模型。系統(tǒng)分為6個(gè)子系統(tǒng)：
　　視頻前端子系統(tǒng)　將復(fù)合視頻同步信號(hào)轉(zhuǎn)換成16位4：2：2格式Y(jié)UV數(shù)字信號(hào)，并輸出系統(tǒng)的同步信號(hào)。
　　視頻后端子系統(tǒng)　將數(shù)字圖像和采樣鼠標(biāo)、加亮標(biāo)志疊加合成的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)，以視頻輸出。
　　幀存貯器子系統(tǒng)　TMS55160為核心，用于存貯原始圖像、DSP寫入加亮圖形，凍結(jié)時(shí)視頻信號(hào)實(shí)時(shí)顯示。
　　DSP子系統(tǒng)　ADSP－2181為核心，F(xiàn)LASH、SRAM、ISA接口和輔助的GAL為外圍設(shè)備，實(shí)現(xiàn)DSP的初始化、功能控制、圖像數(shù)據(jù)獲取和圖像識(shí)別與理解，同時(shí)設(shè)置I2C總線初始化視頻芯片。
　　系統(tǒng)控制子系統(tǒng)　Lattice的ispLSI1048E，高性能、高效率、延時(shí)固定、低耗、在線編程、設(shè)計(jì)快速、保密性好、成本低，功能是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的時(shí)序控制、數(shù)據(jù)傳輸和整體控制。
　　系統(tǒng)初始化子系統(tǒng)　包括ADSP－2181的初始化，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)運(yùn)行；SAA7111和ADV7176的I2C總線初始化，設(shè)置工作模式；TMS55160的初始化，以達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)工作狀態(tài)。

1．3　系統(tǒng)時(shí)鐘控制

　　系統(tǒng)使用了兩種時(shí)鐘，即SAA7111提供的視頻流同步信號(hào)和ADSP－2181的工作時(shí)鐘。由于顯示和數(shù)據(jù)處理是并行的，所以系統(tǒng)采用了“時(shí)間片” 的分配辦法，將視行周期分為不同的時(shí)間片（圖3），分別進(jìn)行不同的處理，以實(shí)現(xiàn)幀存貯器的正確讀寫。圖3中的數(shù)字是以像素點(diǎn)為單位的計(jì)數(shù)描述，每點(diǎn)的周期大約70 ns；96～608是視頻輸出時(shí)間，32～63是VRAM刷新時(shí)間，84～87是VRAM的全傳輸時(shí)間，232～235和360～363是VRAM的分離傳輸時(shí)間，這兩種傳輸保證VRAM從片內(nèi)的DRAM向SAM傳輸數(shù)據(jù)，以實(shí)現(xiàn)視頻實(shí)時(shí)顯示。從圖3中可以看出，在整個(gè)行周期內(nèi)，系統(tǒng)刷新等部分的開銷占據(jù)了32～384點(diǎn)周期，而其余時(shí)間共有556點(diǎn)周期，均屬于DSP可控制時(shí)間片，這就保證了系統(tǒng)能夠在行周期內(nèi)占據(jù)大部分的時(shí)間，完成相應(yīng)的幀存貯器存取數(shù)據(jù)的復(fù)雜操作。

1．4　系統(tǒng)工作流程

    系統(tǒng)工作流程如圖4所示。

2　檢測(cè)定位算法研究

    由于采用了16位定點(diǎn)DSP，圖像處理和檢測(cè)算法必須最大程度的適合DSP的內(nèi)部數(shù)據(jù)格式、指令特征和存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)，以達(dá)到最佳運(yùn)算性能�；�于ADSP－2181的硬件平臺(tái)，可實(shí)現(xiàn)多種檢測(cè)應(yīng)用。

2．1　圓形定位標(biāo)志檢測(cè)算法

　　對(duì)圓的檢測(cè)可以采用Hough變換，其特點(diǎn)是抗噪能力強(qiáng)，可以不受實(shí)際圖像中曲線段不連續(xù)性的影響^［2］。圓的方程可以表示為：（x－a）²＋（y－b）²＝r²，其中有三個(gè)參數(shù)a，b，r，所以需要在參數(shù)空間建立一個(gè)三維的累加數(shù)組A（a，b，r），根據(jù)具體圖像計(jì)算出的每一個(gè)三元組（a，b，r），對(duì)A累加：A（a，b，r）＝A（a，b，r）＋1。
　　如何計(jì)算三元組（a，b，r）是實(shí)現(xiàn)該算法的關(guān)鍵所在。Hough變換的實(shí)質(zhì)是把圖像空間中的檢測(cè)問題轉(zhuǎn)換到參數(shù)空間。如果固定r，則參數(shù)空間與圖像空間的對(duì)應(yīng)可以用圖5來說明。

　　第4步　若像素點(diǎn)（x，y）非目標(biāo)像素，則轉(zhuǎn)到第9步執(zhí)行；
    第5步　令α＝0；
    第6步　a＝x－r×cos（α），b＝y(tǒng)－r×sin（α）　  （2）　
　　第7步　若a∈（0，W－1），b∈（0，H－1），則A（a，b，r）＝A（a，b，r）＋1；
    第8步　α＝α＋1，轉(zhuǎn)到第6步，直到α＝360；
    第9步　x＝x＋1，轉(zhuǎn)到第4步，直到x＝W；
    第10步　y＝y(tǒng)＋1，轉(zhuǎn)到第3步，直到y(tǒng)＝H；
    第11步　r＝r＋1，轉(zhuǎn)到第2步，直到r＝r_max。
    第12步　對(duì)A（a，b，r）搜索，找到一個(gè)三元組（a₀，b₀，r₀），使得在所有的A（a，b，r）中A（a₀，b₀，r₀）最大。
　　經(jīng)過以上運(yùn)算得到的三元組（a₀，b₀，r₀）即認(rèn)為是指定區(qū)域內(nèi)存在的圓形目標(biāo)。該算法通過增大計(jì)算量而減小了存貯空間，達(dá)到壓縮存貯量的目的，以適應(yīng)DSP內(nèi)存有限的特點(diǎn)。由于用到了三角函數(shù)，按角度計(jì)算，共有360個(gè)，采用查表法可以降低計(jì)算復(fù)雜度，小數(shù)用1．15格式表示，可以實(shí)現(xiàn)整數(shù)與小數(shù)的乘法。需要說明確定半徑r取值范圍：從理論上講r 的取值應(yīng)該滿足。但從計(jì)算量和實(shí)際應(yīng)用的角度考慮，式（1）所確定的范圍是比較適宜的。
　　經(jīng)過如上優(yōu)化，該算法得以在DSP中實(shí)現(xiàn)。

2．2　實(shí)驗(yàn)結(jié)果

　　以上算法經(jīng)過實(shí)際運(yùn)用，得到了比較理想的結(jié)果。PCB圓形定位標(biāo)志的檢測(cè)結(jié)果見圖6（（d）圖中左邊部分的黑色弧形是為了顯示處理結(jié)果而添加的）�？梢钥吹剑�算法的抗噪聲能力相當(dāng)強(qiáng)。Hough變換檢測(cè)圓形是累計(jì)位于圓形邊緣的點(diǎn)，所以當(dāng)處理結(jié)果不是整圓，而有殘缺部分時(shí)，同樣可以得到正確的結(jié)果。

　　從大量檢測(cè)結(jié)果來看，系統(tǒng)的誤差最多是一個(gè)像素點(diǎn)，精確度非常之高；同時(shí)可以適應(yīng)各種復(fù)雜的情況，具有很強(qiáng)的魯棒性。

3　結(jié)束語

　　本文論述了基于ADSP－2181的圖像自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方案，并針對(duì)PCB檢測(cè)的難點(diǎn)，提出Hough變換法進(jìn)行PCB圓形定位標(biāo)志的檢測(cè)。該系統(tǒng)對(duì)于圖像處理技術(shù)的研究、工業(yè)自動(dòng)檢測(cè)的實(shí)踐都具有重要的價(jià)值，同時(shí)也是將圖像科學(xué)技術(shù)應(yīng)用于實(shí)踐的成功范例。

參考文獻(xiàn)