CC BY
34
Царев А.Г., Држевецкий А.Л.
СПОСОБ ПОСТРОЕНИЯ УСТРОЙСТВА СЕЛЕКЦИИ ДЕФЕКТОВ ИЗОБРАЖЕНИЙ ОБЪЕКТОВ
В некоторых задачах распознавания образов и обработки изображений необходимо проводить селекцию изображений по определенному критерию. В задачах контроля качества печатных плат и фотошаблонов необходимо осуществлять селекцию дефектных участков топологического рисунка плат и фотошаблонов.
Предлагается способ построения устройства селекции изображения, в основу которого положено сочетание методов нелинейной оптимальной пространственной фильтрации во временной области и метода построения структурно-кодового описания изображения объектов.
Выделение дефектных участков токоведущих проводников, обусловленных сужением токоведущих проводников менее заданной величины и выделение дефектных областей, не удовлетворяющих требованию допустимого расстояния между смежными проводниками, осуществляется параллельно, и их идентификация осуществляется по одному и тому же принципу, но с той лишь разницей, что выделение дефектных участков
токоведущих проводников осуществляется путем преобразования матрицы a^ j отсчетов позитивного изображения, а выделение дефектных областей, не удовлетворяющих требованию допустимого расстояния между смежными проводниками, реализуется путем преобразования матрицы отсчетов негативного изображения.
Принцип выделения дефектных участков, на примере преобразования матрицы отсчетов позитивного
изображения осуществляется следующим образом. За счет "m"-кратного изотропного сжатия элементов исходной матрицы в соответствии с рекуррентным соотношением
diy)= Ä,Qj d«i+)KXj+i)) = (i}
где 1=°й , С = aa j ) 4?) = d(u),
получаем отсчеты С (i,j) матрицы отфильтрованного и восстановленного изображения.
с*у, = и и
1=-\к=-\ (2)
где 1 = 0т , c(0j) = ddj) ’C(ij)= c(i^j).
В результате сравнения отсчетов a^ß исходного изображения и отсчетов Cß отфильтрованного и восстановленного
изображения получаем отсчеты матрицы b^ß разностного изображения
b(i,j> = a(i,j>
Размер дефекта, подлежащий идентификации, определяется коэффициентом " К " сжатия и расфокусировки.
Наличие отсчетов b разностного изображения в соответствии с (3) не свидетельствует в полной
мере о наличии дефекта, а только лишь указывает на его возможность.
Поэтому необходимо установить связь между отсчетами С^ ß отфильтрованного и восстановленного
изображения и отсчетами b^ß разностного изображения, используя свойства примыкания граничных элементов матриц С^^ и B .
Матрица примыкания определяется на основании соотношения
Dlu) =Dli-\)j) U-Cfo-uu-i» UA/o-i» UAü-ixj-i))’ (4)
D(iJ) = bu,j) П C«J) flc(i (j_D), (5)
DU,j) = b(i,(j-\))^C(i,j) ПсШМ)), (6)
DUJ) = b(ij) Hci/J) Пс„,_1и); (7)
DU,j) = b((i-\),j) nc(,j) r>(„--lU). ( 8 )
Для получения связности отсчетов матрицы примыкания между элементами соседних строк она корректируется ее в соответствии с (5). Тогда скорректированная матрица примыкания примет вид
= П Dlß (9)
Отсчеты матрицы D(i,j) в соответствии с (5) пространственно находятся в области граничных элементов матрицы С(i,j) отфильтрованного и восстановленного изображения и не принадлежат граничным отсчетам матрицы В(i,j) разностного изображения. В этой связи матрица М(i,j) дефектной области может быть получена путем объединения матрицы D(i,j) и матрицы B(i,j).
<10>
Отсчеты матрицы примыкания D(i,j), принадлежат отсчетам матрицы дефектной области M(i,j). В этой связи распознавание дефекта можно осуществить на основании взаимной связи структур матрицы дефектной области и структуры матрицы M(i,j) примыкания.
Возможны следующие связи структур M(i,j) и D(i,j).
1. Отсчеты матрицы M(i,j ) дефектной области не содержат отсчетов матрицы D(i,j) примыкания, что соответствует о наличии дефекта, размер которого менее заданной величины и не связан с изображением. Этот случай не имеет информативного значения.
2. Отсчеты матрицы M(i,j) дефектной области содержат отсчеты матрицы D(i,j) примыкания, но отсчеты матрицы D(i,j) примыкания образуют при этом лишь одну связную область, что соответствует наличию дефекта примыкающего к проводнику и образующего по отношению к изображению проводника выступ, а следовательно сечение проводника в этом месте увеличивается. Следовательно, такой дефект является ложным и также не имеет информативного значения.
3. Отсчеты матрицы М (1^ ) дефектной области содержат отсчеты матрицы Б(1^) примыкания, но отсчеты матрицы при этом образуют две или более не связных между собой областей, что соответствует дефекту, который порожден сужением дорожки печатной платы менее заданной величины. Следовательно, последняя ситуация является информативной как характеризующая искомый дефект и подлежит распознаванию.
Алгоритм распознавания строится следующим образом:
а) связным элементам матрицы М (1^ ) дефектной области присваиваются одинаковые номера в соответствии с рекуррентным соотношением
А((1+\Ш),!) 'В((1-1),Ш) •
Аил=Ы(цлАи)- (12)
<>(и) = В<и> ).Ч+\ »• (13 '>
В(Ш = М(Ц)Мт (14)
б) связным элементам матрицы Б(1^) примыкания также присваиваются одинаковые номера в соответствии с аналогичным рекуррентным соотношением
N(4,1) = РчГш+1Ш) Квд.1)Д)-Н(У)]-В(у)-
В соотношениях (11),(15)
(15)
Нш =1 (16)
если номера связных элементов на соседних строках, соответствующих одной области, будут отличны от нуля и не равны между собой, то есть будет выполняться условие
Ы(0-1),Ц) * 0, Щ,6-1),1) * 0, Щ,6-1),1) * Ы(0-1 ш (17)
в) в каждой дефектной области подсчитывается число областей примыкания.
В том случае, если число областей примыкания в данной дефектной области равно или более двух, то элементы матрицы М(1^)
дефектной области являются информативными и селектируются как дефект.
При подсчете числа областей примыкания в каждой дефектной области учитывается то, что изображение дефектной области само по себе достаточно сложное, а изображение области примыкания может входить в изображение дефектной области в произвольной пространственной ориентации.
Для однозначного формирования признака занесения очередной примыкающей дефектной области определяется область пересечения Н(1^) , определяемая на основании (16) для матрицы М (1^) дефектной об-
ласти и Н1 (1^) также на основании (16),но для матрицы Б(1^) примыкания.
Признак занесения очередной примыкающей дефектной области будет определен так
%$,]) = 0(1,м и Р(0-1 ),з) ^Т(и) ПН ((¡А),})], (18)
Т(и> = [ Т((’-1 и> ^ Н(1.з)] и 1,<и> = <19 >
Т<и) = Н(0-1 и> П = t{i:j) п X (20)
1 (21)
если Р^((1.\ил П^(¡,(¡+1),!)] = 0 (22)
а Б=1, если текущее число областей примыкания для подобласти, соответствующей отсчетам матрицы М (1^) на предыдущей строке, имеет значение больше нуля.
Индексы 1 и j при Е(1^) в соотношении (18) определяют координаты дефекта.
Другим способом решение задачи селекции дефектных участков, поперечное сечение которых менее
наперед заданной величины, и направления которых отличаются от горизонтального и вертикального, является следующий предлагаемый метод построения устройства для считывания и кодирования изображения .
Для удаления шума на бинарном изображении, состоящем из вертикальных и горизонтальных линий, толщина который менее наперед заданной величины, и удаления шумов искажающих его границы, сначала одновременно формируют две матрицы- матрицу вертикали и матрицу горизонтали, затем происходит взаимная коррекция этих матриц.
Матрица вертикали формируется путем сжатия матрицы элементов исходного изображения, в котором за-нуляются те элементы, которые не удовлетворяют условию многократного сжатия, затем восстанавливаются элементы путем изотропной расфокусировки только в вертикальном направлении. Аналогичным образом формируется матрица горизонтали, которая образуется из элементов матрицы исходного изображения, в которой зануляются те элементы, которые не удовлетворяют условию многократного сжатия, а затем происходит восстановление элементов матрицы путем изотропной расфокусировки только в горизонтальном направлении. После таких преобразований в матрице вертикали и горизонтали отсутствуют элементы линий произвольной ориентации и пятен, размер которых менее наперед заданной величины. Кроме того, помехи, искажающие границы (контур) изображения, при этом перераспределяются так, что помехи, искажающие границы горизонтали, содержатся в матрице элементов вертикали, а помехи, искажающие границы вертикали, содержатся в матрице элементов горизонтали. Удаление таких шумов, т.е. шумов, искажающих границы линий изображений, происходит за счет коррекции определенных элементов матрицы вертикали и матрицы горизонтали. Взаимная коррекция матрицы происходит следующим образом. Если для элементов матрицы вертикали, находящихся ниже или выше элементов матрицы горизонтали, которыми определяются соответственно нижняя или верхняя границы изображения, не удовлетворяется условие сжатия, то они обнуляются. Аналогично, если для элементов матрицы горизонтали, находящихся левее или правее элементов матрицы вертикали, которыми определяются соответственно левая и правая границы изображения, не удовлетворяется условие сжатия, то эти элементы матрицы горизонтали обнуляются. В результате получаем откорректированную матрицу горизонтали и матрицу вертикали в которых отсутствуют элементы линий произвольной ориентации и пятен с размером меньше заданного.
Далее из матриц горизонтали и вертикали выделяются фрагменты начала горизонтали, конца горизонтали, начала вертикали, конца вертикали, пересечения горизонтали и вертикали.
Для получения структурного описания изображения осуществляем маркировку горизонтали, вертикали, а также узлов изображения, которые образуются из фрагментов горизонтали и вертикали. При маркировке происходит присвоение условных номеров совокупности элементов изображений, принадлежащих либо горизонтали, либо вертикали, либо узлам по критерию связности. В результате выделяются и участки изображения, выступающие в роли дефектов, которые имеют связь между проводниками печатных плат (перемычка или залип), и размер этих участков менее наперед заданной величины, а их расположение произвольное.
Обработка изображения по данному алгоритму осуществляется за время считывания одного кадра. Пс окончании считывания кадра получается структурно-кодовое описание в виде маркировки начальных элементов, областей пересечения и связей между ними которое идентифицируется с помощью ПЭВМ.
ЛИТЕРАТУРА
1. Мучник И.Б. Автоматизированная обработка полутоновых изображений
(обзор состояния проблемы). Автоматика и телемеханика, №2 1981г.
2. Патент 1837335 РФ. О 06 К 9/00. Устройство для селекции изображений. А.Л. Држевецкий, А.Г. Царев и др. Выдан 19.08.1993г. БИ,1993,№32.
