一种基于图像分析的引线曲率测量算法研究
文章编号:1008-0570(2010)08-2-0185-02
图像处理
一种基于图像分析的引线曲率测量算法研究
Study on a wire curvature measuring algorithm based on image analysis
(中南大学)
周洪军韩雷
ZHOU Hong-jun HAN Lei
摘要:在引线成形中, 引线的曲率分布对引线成型有着重要影响。提出了一种依据图像分析技术的测量方法, 利用机器视觉获得的引线键合的视频图像, 对分解的序列图像进行自适应阈值分割、骨架提取、细化处理后, 获得引线各数据点坐标, 并对数据点进行高斯光顺, 进而用点到弦距离累积算法计算引线各点曲率分布。MATLAB 仿真结果表明, 该方法与现有曲率计算方法相比, 计算复杂度小, 具有较好鲁棒性; 为进一步研究引线成型提供了基础。关键词:引线成形; 图像处理; 点到弦距离累积; 曲率分布中图分类号:TP391.41;TN305.96文献标识码:A
Abstract:The wire curvature distribution has significant influence on wire looping formation. In this paper, a new method for mea -suring wire curvature distribution which is based on image analysis is introduced. The wire bonding video which is captured by ma -chine vision is used. The video is divided into sequence images, after adaptive threshold segmentation, skeleton extracting and thin -ning; finally the coordinates of wire data points are obtained. Then the data points were smoothed with a small width Gaussian ker -nel. The curvature distribution is calculated by means of point -to -chord distance accumulation algorithm. Through simulating with matlab, the method has lower computation complexity and better robustness than the existing method. It provided fundamental for fur -ther studying the wire bonding looping formation.
Key words:wire loop formation; image processing; chord-to-point distance accumulation; curvature distribution 封装互连是IC 后道制造中最关键和难度最大的环节, 极大地影响了IC 成本和可靠性。随着IC 封装向系统级集成和小型
轻薄化方向发展, 超声键合对引线成型的要求越来越高, 尤化、
其在多芯片叠层互连中, 低层线弧的高度必须降低避免不同层引线交叉短路, 高层线弧同样必须保持一定高度避免暴露在外面。在引线成型过程中, 引线的局部塑性弯曲变形对线弧的轮廓有着重要影响, 而且一般塑性变形大的点, 引线的曲率必定也较大, 所以引线曲率分布的准确测量对研究引线成型有重要意义。
在以往对引线成型的研究中, 很少对引线曲率分布进行测量, 文献用一种统计的方法—曲面响应法分析引线轮廓各参数在成型中的主要影响和相互关系; 文献用有限元的方法仿真了引线成型的过程; 文献等提出一种弹簧模型分析引线成型。本文旨在通过数字图像技术来测量各时刻引线各点的曲率分布, 揭示其塑性弯曲变形的特征规律, 为进一步研究引线成型结构动态特性提供基础。
1.1图像获取
利用机器视觉获得的引线键合的视频录像, 再将视频录像分解为序列图像。本文采用Kulicke &Soffa 公司自动键合机拍摄的视频, 其中劈刀直径约为1.6mm, 金线直径约为25.4μm, 视频分解的时间间隔为每帧视频分解一幅图片, 视频全部分解得到413幅图像, 按照分解得到的图像顺序, 将序列图像编号为1,2,3, …,413, 实际整个键合时间约为50~100ms,所以每帧图像时间间隔约为0.12~0.24ms,以下计算位移以像素为单位, 时间以帧为单位, 不考虑实际标定。其中引线成形过程大约从70幅到350幅, 约为280幅。每幅图像大小为320×240。如图1所示为分解得到的图像序列中编号为181、182的图像。
技
术创新
1图像处理
图2第181、182幅图像
1.2图像分割
由于超声键合过程中, 键合头和引线都在不断运动, 分解的数字图像中的引线部分处于复杂的图像背景之中, 与背景的对比度也在不断的变化, 从而对全部图像序列选择一个固定的阈值分割引线效果不是很好。采用一种改进的NiBlack 分割算法计算每幅图像的阈值进行引线分割。其基本思想是对每个像素计算邻域内像素点灰度值的均值和标准差, 然后用式(1)进行阈值分割。
其中,T(x,y)为像素点(x,y)的阈值,
(1)
分别为该
图1引线图像处理流程
周洪军:硕士研究生
基金项目:国家重点基础研究发展计划(973计划) 项目; 基金申请人:韩雷; 项目名称:超薄芯片叠层组合互连中多域能量传递与键合形成; 基金颁发部门:国家自然科学基金委
(2009CB724203);
PLC 技术应用200例》
邮局订阅号：/年-185-
图像处理
点r ? r 邻域内像素点灰度值的均值和标准差,k 为修正系数。
和计算如式(2)(3)。
(2)
1.3引线骨架提取
图像分割后进行形态学操作, 引线追踪和引线细化得到引线骨架。形态学开、闭操作对二值化分割后的空洞填补; 引线追踪去除二值图像中的劈刀, 只留下引线部分; 引线细化得到单像素点曲线。
1.4引线光滑
由于图像引线不规则, 细化后得到的离散曲线比较粗糙, 采用高斯光顺算法进行曲线光滑处理, 高斯算法如式(1)所示。
(3)
式中,p i 为某一时刻曲线上的第i 点; 表示模n 和, 即
表示(i+j)modn;G j 为高斯核;w 为滤波带宽; 为滤波的标准差。
对于的确定, 一般根据曲线的长度来选择, 因为如果用较大的光顺较短的曲线, 可能会丢失一些重要曲线特征; 反之如果用较小的光顺较长的曲线可能会留下大量噪声, 光顺效果不好。本文根据引线的长度在0-200之间, 通过反复实验, 对于引线数据点数n ≤100的, 选择, 选择=2。图3为光顺后引线轮廓。
《微计算机信息》(嵌入式与SOC)2010年第26卷第8-2期
线真实曲率, 之间存在常数c, 使得:
(5)
式中:k(Pi ) 表示P i 点真实曲率。式(5)表明了点到弦的距离累积曲率可以间接地表征离散曲线曲率的相对大小。
3实验计算
为了对比不同L 值对曲率结果的影响, 对图5(a)分别取L=10,20,30进行曲率测量, 结果如图5(b)、(c)、(d)所示。
(a)(b)L=10
技
术创新
(a)(b)图3引线光顺结果
(c)L=20(d)L=30
图5不同L 值的曲率分布图
从图6中可以看出, 不同的L 值对累计曲率的计算结果影响很小, 当L 增大时, 曲率的分布曲线逐渐平滑。由公式(5)可知, L 应取较小的值, 而计算表明对于离散曲线,L 过小则造成结果不稳定, 文中实验测试L=20可以得到较满意的结果。
2点到弦距离累积法
由n 个离散数据点组成,
其中。为了计算P i 点的曲率, 向前后各取L 个离散数据点, 并分析这一段曲线。可知曲线的两个端点为P i-L 和P i+L(设。计算), 连接两个端点, 取向量
到线段P i-L P i+L的距离D ij , 并且定义其正负符号,
当位于向量A 的左侧时, 定义距离为正, 反之为负。把线段P i-L P i+L看作弦, 则点到弦的距离D ij 如图4所示。
设曲线轮廓
4结论
分析引线成形的视频图像序列, 通过图像处理的方法, 得到序列图像中引线的离散曲线, 采用了一种点到弦的距离累积估计曲率的算法, 对各时刻引线曲率分布进行测量, 计算结果表明, 该方法能准确得到引线的曲率分布, 为进一步研究引线成形提供了基础。
本论文的创新点:针对引线成形过程时间短, 利用光学检测的非接触、高频响特性, 结合图像处理技术和点到弦距离累积曲率算法, 较传统曲率尺度空间算法, 计算量小, 鲁棒性好, 可以快速准确地测量得到引线曲率分布。参考文献
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现场总线技术应用200例》
图4点到弦距离累积示意图
P i-L 到P i+L离散曲线上每一点距离用D ij 来表示, 则有:
到向量A 的
(4)
对于曲线, 按公式(4)遍历曲线上所有的点, 即可得到曲线上每一点上点到弦的距离累积和S L (Pi ), 用来表征曲线上P i 点
由于累积曲率并不是曲的曲率, 定义为点到弦的距离累积曲率。
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电子设计
}
CTL_CODE是DDK 中定义的一个宏, 其定义为:CTL_CODE(DeviceType,Function,Method,Access)
这是在使用DeviceIoControl 函数时, 第二个参数WRITE_PORT需要满足的结构。
3.2应用程序
为了及时获取水的温度和控制整个多晶薄膜沉积时间, 程序中使用了一个定时器控件, 在一定的时间间隔内读取并口I/O数据, 时间间隔通常为几十毫秒到几百毫秒之间。多晶沉积装置采用200ms 时间间隔。
在计算机向端口输出命令之前要生成必要的数据, 数据要满足集成电路时序和高低电平的要求, 还要满足用户对升温曲线和搅拌器运行停止的要求。升温曲线是用户设计的由时间间隔和温度组成的一个二维表, 同样溶液内搅拌器的运行停止也是一个由时间间隔和数字(0表示停止,1表示运行) 组成的一个二位表。这些数据以文件的形式存在, 在程序初始化时将相关信息读入程序。
《微计算机信息》(嵌入式与SOC)2010年第26卷第8-2期
(上接第182页)
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作者简介:赵卫东:(1972-)男, 汉族, 讲师, 安徽工业大学电气信息学院, 主要研究方向为电力电子技术在电能质量控制中的应用。Biography:ZHAO Wei-dong(1972-),Male, the Han nationality, Master, Lecturer, School of Electrical and information Engineer -ing, Anhui University of Technology, Main research area is the application of power electronics in power quality control. (243000安徽马鞍山安徽工业大学电气信息学院) 赵卫东
葛芦生
4结论
技术创新
根据多晶PbS 薄膜沉积过程和计算机并口特性, 设计了多晶薄膜沉积装置, 实现了产品的自动化生产, 取代了原来的手工操作。在采用计算机控制后, 整个装置处于一个相对独立的环境之中, 同一种工艺方案的重复性强。工艺人员可以通过设置控温曲线以及搅拌器工作时间点和工作时间长度便可获得性能不同的多晶体材料, 通过工艺方案优选便可实现提高产品性能和
通过修改控制参数该多晶薄膜沉积装置还可用成品率的目的。
于PbSe 多晶薄膜的研制生产。
本文创新点:设计了多晶薄膜沉积装置, 在数据采集、多通道模数转换、数据传输以及控制决策等方面给出功能设计和分析。
项目经济效益(200万元) 参考文献
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作者简介:么忆权(1971-),男(汉族), 河北唐山人, 北京遥感设备研究所工程师, 硕士, 从事通信技术和测控系统研究。
Biography:YAO Yi -quan (1971-),male,Han nationality,HeBei Province, Engineer, Beijing Institute of Remote Sensing Equip -ment, Master, Research field:communication technology, mea -surement and control system.
(100854北京北京遥感设备研究所) 么忆权
(BeijingInstitute of Remote Sensing Equipment,Beijing 100854,China) YAO Yi-quan
通讯地址:(100854北京142信箱205分箱2号北京遥感设备研究所) 么忆权
(收稿日期:2009.09.28)(修稿日期:2009.12.28)
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通讯地址:(243000安徽省马鞍山市安徽工业大学电气信息学院) 赵卫东
(收稿日期:2009.10.15)(修稿日期:2010.01.15)
(上接第186页)
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作者简介:周洪军(1985-),男, 硕士研究生, 从事数字图像处理、微电子封装研究; 韩雷(1955-),男, 教授, 博士生导师, 从事数字图像处理、微电子封装、智能结构、实验力学。Biography:ZHOU Hong -jun (1985-),Male, Master, Zhe Jiang, research area:Engaged in digital image processing and micro -electronic packaging.
(410083中南大学机电工程学院) 周洪军韩雷
(Collegeof Mechanical and Electrical Engineering, Central South University, Changsha Hunan 4110083, China) ZHOU Hong-jun HAN Lei
通讯地址:(410083湖南省长沙市中南大学机电工程学院) 周洪军
(收稿日期:2009.10.15)(修稿日期:2010.01.15)
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