基于红外热成像的 PCB 故障检测
摘要:常见电路板故障的发生都会伴随着电子元件温度的变化,利用观测到的
电路板及电子元件的红外热像图温度变化可以检测电路板的故障以及确定大致的
故障位置。结合电路板元件工作温度变化的特点,结合多种算法研究综合,基于
MATLAB GUI 建立了一个利用红外热图像分析来检测电路板故障的系统。
关键词:红外热成像;PCB 板;故障检测;图像处理
0.引言
随着电子设备结构和功能的日趋复杂,电子设备的检测诊断技术和设备维护
变得越来越困难,针对电子设备的特点有很多电路板的故障检测和诊断方法。例
如传统的在线监测方法,以及专家诊断法错误!未找到引用源。。传统测试方法
需要接触电路板上的元件,对待测设备和部件会有一定的影响。
经研究表明,电路板封装元件和组件大多数故障都与温度有关,即我们可以
根据检测到的电路板上元件温度的变化异常判断元件故障,此为红外热成像检测
电路板故障的前提。近几年,红外热成像技术发展迅速,其精度已能满足观测普
通电路板的需求,再综合多种图像处理技术就能检测出电路板故障的大致区域。
1.红外成像原理
红外热成像运用光电技术检测物体热辐射的红外线特定波段信号,将该信号
转换成可供人类视觉分辨的图像和图形,并可以进一步计算出温度值。红外热成
像技术使人类超越了视觉障碍,由此人们可以看到物体表面的温度分布状况。
物体表面温度如果超过绝对零度即会辐射出电磁波,随着温度变化,电磁波
的辐射强度与波长分布特性也随之改变,波长介于 0.75μm 到 1000μm 间的电磁
波称为"红外线",而人类视觉可见的可见光介于 0.4μm 到 0.75μm。
照相机成像得到照片,电视摄像机成像得到电视图像,都是可见光成像。自
然界中,一切物体都可以辐射红外线,因此利用探测仪测定目标的本身和背景之
间的红外热差并可以得到不同的红外图像,热红外线形成的图像称为热图。
物体的热辐射能量的大小,直接和物体表面的温度相关。热辐射的这个特点
使人们可以利用它来对物体进行无接触温度测量和热状态分析,从而为工业生产,
节约能源,保护环境等等方面提供了一个重要的检测手段和诊断工具。
2.图像处理
2.1 图像预处理
在图像分析中,对输入图像进行特征抽取、分割和匹配前所进行的处理称为
预处理。图像预处理的主要目的是消除图像中无关的信息,恢复有用的真实信息,
增强有关信息的可检测性和最大限度地简化数据,从而改进特征抽取、图像分割、
匹配和识别的可靠性。预处理过程一般有数字化、几何变换、归一化、平滑、复
原和增强等步骤。
图 1 正常 PCB 板红外热图
图 2 故障 PCB 板红外热图
Canny 边缘检测算子是 John F.Canny 于 1986 年开发出来的一个多级边缘检测
算法。更为重要的是 Canny 创立了边缘检测计算理论解释这项技术如何工作。
Canny 的目标是找到一个最优的边缘检测算法,最优边缘检测的含义是:好
的检测算法能够尽可能多地标识出图像中的实际边缘。好的定位标识出的边缘要