【摘 要】
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随着电子信息制造业的迅速发展,印刷电路板（PCB）作为电子产品的基础核心部件,传统检测技术已无法满足其日益严格的生产需要。以机器视觉技术为核心的自动光学检测（Automatic Optic Inspection,AOI）技术具有高速、自动、非接触等优势,其中利用结构光等三维成像方法的3D AOI技术能够快速准确地获取PCB的表面三维信息,逐渐成为PCB质量检测的新趋势。本文面向PCB质量检测的场景
【基金项目】
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国家自然科学基金项目（62073128）“面向三维 AOI的多视结构光鲁棒成像与重建”
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随着电子信息制造业的迅速发展,印刷电路板（PCB）作为电子产品的基础核心部件,传统检测技术已无法满足其日益严格的生产需要。以机器视觉技术为核心的自动光学检测（Automatic Optic Inspection,AOI）技术具有高速、自动、非接触等优势,其中利用结构光等三维成像方法的3D AOI技术能够快速准确地获取PCB的表面三维信息,逐渐成为PCB质量检测的新趋势。本文面向PCB质量检测的场景,针对典型结构光三维成像系统高度测量范围小、标定误差大等问题,搭建远心移轴结构光三维成像系统,采用远心镜头和Scheimpflug移轴投影仪加大了系统的公共景深范围,并根据成像模型的特点开发标定算法,之后基于光束平差进行系统全局参数优化,并提出了远心结构光系统的三维重构方法,能够快速地得到高精度的三维成像结果。本文研究内容如下:（1）针对远心镜头成像模型的特殊性,基于外参不变性思想提出了远心模型标定方法,重点解决远心模型中的参数歧义问题,并通过标定实验进行了分析对比,证明了本文提出方法的可行性。（2）针对系统采用的圆形标靶存在的偏心误差问题,提出了控制点迭代偏心误差校正方法,实验证明能够有效减小控制点重投影误差。本文采用二维旋转角参数的Scheimpflug小孔模型描述系统中移轴投影仪的成像过程,并提出了相应的标定方法,通过参数分离优化减小参数之间的耦合影响。（3）针对系统组件位姿参数相关性较差的问题,通过引入光束平差（Bundle Adjustment）进行系统标定及全局参数优化,测试表明能够有效减小系统标定和成像误差。然后提出了远心结构光系统的三维重构方法,通过虚拟相机平面确定光心位置,并在一定程度上解决了远心模型参数退化问题。（4）针对PCB在线检测的实时性要求,本文基于CUDA编程模型和GPU并行计算,设计系统软件成像算法框架,测试表明系统进行500万数据量的三维成像计算仅需0.2s,基本满足PCB在线检测的实时需求。本文设计的远心移轴结构光三维成像系统主要针对小视场、高精度要求的PCB质量检测场景。测试分析表明,本文系统能够在30mm*30mm的视场范围内达到8mm的高度测量范围,提出的标定算法和三维重构方法能够保证此范围内测量误差小于10um,同时实现相对较大的测量范围和较高的测量精度,满足PCB在线检测的要求。
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