印刷電路板的圖像分割

　1 前沿
　　閾值分割是圖像預(yù)處理中關(guān)鍵的步驟，實(shí)質(zhì)是對每一個象素點(diǎn)確定一個閾值，根據(jù)閾值決定當(dāng)前象素是前景還是背景點(diǎn)，目前，已有大量的閾值處理方法，比如全局閾值和局域閾值，是最簡單的分割方法，而后者則是把整幅圖分成許多子圖像，每幅圖像分別使用不同的閾值進(jìn)行分割。
　　本文分析了算法，并在此基礎(chǔ)上提出了一種改進(jìn)的自適應(yīng)閾值選取方法，實(shí)踐證明，這種方法簡單、計算量小、速度快、統(tǒng)計準(zhǔn)確，可以適時獲取圖像的閾值，PCB圖像分割的效果非常好，圖像分割以后，保證了目標(biāo)圖形的完好無損，圖象增強(qiáng)之后，使的開路和短路更加清晰、突出，為以后的圖像處理做好了充分的準(zhǔn)備工作。
　　2 算法理論
　　自適應(yīng)閾值分割算法：
　?。?）將圖像分成4個子圖像；
　　（2）計算每個字圖像的均值；
　?。?）根據(jù)均值設(shè)置閾值，閾值只應(yīng)用在對應(yīng)的子圖像；
　　（4）根據(jù)閾值，對每個子塊進(jìn)行分割。
　　此算法中，將均值作為子塊的閾值。
　　印刷電路板的灰度分布特征，其具有以下特征：
　?。?）具有明顯的背景峰值和目標(biāo)峰值；
　?。?）兩個峰值距離較遠(yuǎn)，而且其間灰度值基本相等，沒有明顯的波谷；
　　（3）背景象素點(diǎn)和目標(biāo)象素點(diǎn)的灰度變化具有連續(xù)性，目標(biāo)邊界的灰度是漸變的，不是突變的。
　　經(jīng)實(shí)踐證明，算法不適合印刷電路板，分割的效果也不是很好，因?yàn)槠骄叶炔灰欢ㄊ侵狈綀D的波谷，而且在PCB的直方圖中有很大一部分平坦的區(qū)域，甚至為0的灰度級，尋找極小值點(diǎn)比較困難，為了對PCB圖像進(jìn)行準(zhǔn)確的分割，需要尋找另外一種有效的方法，注意到，平均灰度值點(diǎn)是在兩個峰值之間（即，平均灰度值在背景灰度值和目標(biāo)灰度值之間），而且靠近于波谷，所以考慮在其領(lǐng)域內(nèi)尋找極小值點(diǎn)。 為了分割PCB的目標(biāo)圖像，可以先確定出直方圖的目標(biāo)峰，再確定極小值點(diǎn)，然后可以找出背景峰，將極小值點(diǎn)作為分割閾值，在目標(biāo)峰和背景峰附近選擇一個灰度值，分別作為開路、短路增強(qiáng)的閾值，在PCB圖像中，但有時目標(biāo)比較稀疏，但有時比較密集。尋找整個直方圖的最大值點(diǎn)比較簡單，但是如何確定這個峰值是背景峰還是目標(biāo)峰，成為問題的關(guān)鍵。
　　對于一般的PCB圖像，其目標(biāo)（銅線）表現(xiàn)為高灰度，背景表現(xiàn)為低灰度，以下討論一種可行的閾值搜索方法。
　?。?）找出最大的一個峰值所對應(yīng)的灰度值。在全灰度區(qū)間[0，255]找出f（H）的最大值，其對應(yīng)值即為H；
　?。?）計算圖像的平均灰度：
　?。?）確定是背景峰還是目標(biāo)峰：
　　如果選取極小值點(diǎn)，在平均值點(diǎn)的30鄰域內(nèi)，尋找極小值，其對應(yīng)值即為Hmin。
　　注：鄰域的大小可以根據(jù)實(shí)際情況自行選定。
　?。?）確定的第二個峰值點(diǎn)：
　　如果（3）中找到只是背景峰值Hb，那么在灰度區(qū)間[Hmin，255）找出f（H）的最小值，其對應(yīng)值即為目標(biāo)峰值點(diǎn)Hf；
　　如果（3）中找到的是目標(biāo)峰值Hf，那么在灰度區(qū)間[0，Hmin]找出f（H）的最小值，其對應(yīng)值即為背景峰值點(diǎn)Hb；
　?。?）以Hmin為閾值，進(jìn)行圖像分割；
　　在背景峰值Hb右側(cè)附近找出一個灰度級（一般為Hb+10），進(jìn)行短路增強(qiáng)；
　　在目標(biāo)峰值Hf左側(cè)附近找出一個灰度級（一般為Hf-10）進(jìn)行開路增強(qiáng)。
　　注：本算法特別適用于直方圖的連續(xù)的圖像，對于不連續(xù)的直方圖，可以先進(jìn)行臨近插值，將直方圖轉(zhuǎn)換成連續(xù)圖形，即可采用上述方法來確定閾值。
　　3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果
　　當(dāng)圖像存在噪聲時，通常采取兩種做法：
　?。?）先濾波再做二值化處理，這樣原圖像將丟失大量的邊緣細(xì)節(jié)信息，使得統(tǒng)計結(jié)果不夠準(zhǔn)確；
　?。?）不處理，但這樣又會使圖像中存在許多細(xì)小的噪聲，同樣統(tǒng)計結(jié)果也不夠準(zhǔn)確。
　　為了保證統(tǒng)計結(jié)果的準(zhǔn)確性，既不要由于濾波的影響，而使圖像的某些邊緣丟失，線寬減小，又不可將那些噪聲點(diǎn)誤當(dāng)成線條而統(tǒng)計進(jìn)來，可以采用先二值化再去除噪聲的方法。
　　本實(shí)驗(yàn)中，從攝像機(jī)中得到的圖像比較清晰，噪聲很少，所以對其直接處理。
　　該實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該方法是一張實(shí)用性較好的方法，而且快速、簡單。