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面向IC封装设备的图像匹配研究

作　者: 尹程龙
导　师: 张海涛
学　校: 华中科技大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: IC封装机器视觉图像匹配 Zernike矩广义 Hough变换旋转图像匹配
分类号: TP391.41
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

随着信息技术的发展，IC(Integrated Circuit)技术在国防、航天航空、通信等各行各业及日常生活中得到了广泛应用。机器视觉技术作为IC封装设备的关键共性技术，伴随着IC封装产业的发展而逐渐走向成熟。由于研发比较早、技术比较成熟，国外的商用机器视觉软件包占据了绝大部分市场份额，如MIL、HALCON和Congex等。这些视觉软件包使用方便、性能稳定、效率较高，但是费用昂贵。因此，研发拥有自主知识产权的视觉软件包具有重大的意义。本文对视觉软件包中的图像匹配算法进行了研究，分别提出了基于Zernike矩的灰度匹配算法和基于广义 Hough变换的特征匹配算法，以满足IC封装设备中对定位技术高速度、高精度、适应旋转的应用要求。图像匹配算法可以分为两个大类，基于灰度的匹配算法和基于特征的匹配算法。基于灰度的匹配方法对噪声具有较好的鲁棒性，与特征匹配相比较，其能够适用模糊图像的匹配。基于特征的匹配方法对光照有较强的适应性，且能够对残缺、遮挡等情况进行匹配。基于灰度和基于特征的匹配算法各有其优缺点，在应用中应该结合实际情况选择合适的匹配方法。在基于灰度匹配算法中，提出了基于Zernike矩的快速匹配算法。首先根据三角函数的对称性，仅需要计算八分之一个圆内的Zernike矩基函数值，快速计算Zernike矩；然后通过求取图像多个矩的互相关性，确定匹配点的像素位置；进而通过最小二乘拟合，得到亚像素位置；最后利用Zernike矩的相位信息，估算旋转角度。同时，采用离线阶段建立RCS表，保存与快速计算Zernike矩的相关信息，在线阶段查找RCS表的方法进一步加速匹配算法。实验结果表明，该算法位置匹配精度可以达到0.5个像素内，角度匹配精度可以达到0.1°以上，快速算法匹配速度为非快速算法的2~3倍。在基于特征匹配算法中，提出了适应旋转的广义Hough变换匹配算法。该算法在广义Hough变换思想的基础上，利用梯度方向与旋转角度之间的关系，实现对存在旋转的图像进行投票匹配。并对投票模型进行了分析，提出了高斯投票模型。在理论分析的基础上，设计实现了该算法。首先在离线阶段建立Rtable；然后在在线阶段查找Rtable，对匹配位置和匹配角度进行投票，得到位置和角度；最后利用最小二乘拟合，得到亚像素位置和角度。通过测试结果可知，该算法能够实现对旋转图像进行匹配，位置匹配精度可以达到0.5个像素内，角度匹配精度可以达到0.5°以上，零角度匹配时间为16ms，全角度匹配时间为70ms。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-7
目录  7-9
1 绪论  9-15
  1.1 课题来源  9
  1.2 课题的研究背景及意义  9-10
  1.3 机器视觉  10-14
  1.4 本文内容和组织结构  14-15
2 面向 IC 封装设备的图像匹配  15-28
  2.1 面向 IC 封装设备的图像匹配问题  15-17
  2.2 图像匹配方法  17-27
  2.3 本章小结  27-28
3 基于 Zernike 矩的图像匹配  28-49
  3.1 Zernike 矩快速算法  28-40
  3.2 算法设计  40-43
  3.3 实验分析  43-48
  3.4 本章小结  48-49
4 基于广义 Hough 变换的图像匹配  49-67
  4.1 边缘提取  49-51
  4.2 适应旋转的广义 Hough 变换  51-56
  4.3 算法设计  56-59
  4.4 实验分析  59-66
  4.5 本章小结  66-67
5 总结与展望  67-68
  5.1 总结  67
  5.2 展望  67-68
致谢  68-69
参考文献  69-72
附录 1 攻读硕士学位期间发表的论文  72-73
附录 2 攻读硕士学位期间申请的专利  73

面向IC封装设备的图像匹配研究

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