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摘要：PCB喷墨打印技术作为一种新型喷印技术受到越来越多的关注，打印质量是至关重要的问题。原始喷墨打印方法在处理较小文字时存在文字打印不清、边缘模糊等严重问题，为解决PCB喷墨打印效果不佳的问题，文章采用了形态学中的腐蚀和膨胀算法，将原始喷印数据，通过特定的腐蚀和膨胀结构元预处理后再进行喷印。结果表明：此方法使得各种类型的文字喷印效果得到有效的提升，且通用性好。
关键词：印制电路板；喷墨打印；腐蚀；膨胀；结构元
中图分类号：TP18 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2016）04-0186-02
The Application of Image Corrosion in PCB Inkjet Printer
SUN Yun
（The Network Center，Chongqing University of Education， Chongqing 400067， China）
Abstract： PCB inkjet printing technology as a new type of jet printing technology has attracted more and more attention， the print quality is the most important question. The original ink jet printing method in dealing with smaller characters is not clear and has fuzzy edge and other serious problems. To solve the problem of PCB ink jet printing poor effect ，it takes the morphological erosion and dilation algorithm. The original printing data are processed through specific corrosion and expansion structure element pretreatment before printing. It turns out that this method has promote the text printing effect of various types and has good versatility.
Key words： printed circuit board； ink jet printing； corrosion； dilation ；structural element
1 概述
随着国家对节能环保政策的提倡，结合印制电路板（PCB：Printed Circuit Board）生产制造的要求，PCB喷墨打印技术满足了高效能、低能耗、低成本、低污染的可持续发展要求，是未来印刷行业的发展方向。PCB喷墨打印技术综合了传统的喷绘技术与PCB制造工艺，将PCB的字符、绿油、线路等采用加成法的喷印方式实现，在满足绿色、高效的生产要求的同时，又极大的降低了成本，得到业界的广泛认可，在国内迫切需要得到应用推广。但是由于部分图像喷印不够清晰的原因，一直阻碍着PCB喷墨打印技术的推广。
针对这一关键性问题，国内外的科研工作者采用了大量的方法进行研究，其中包括滤波分析法、小波去噪法以及包括部分硬件层次的处理方法等，但是都不能满足工业需求的处理结果。
数学形态学[1]作为一门严格的数学理论基础学科，在数据处理、图像分析、形态特性分析方面有较多的应用，并得到广泛的认可，其形成的理论和方法在诸多领域都有较多的应用。数学形态学方法采用核心的结构元[2]，对原始图像数据进行处理，结合结构元的特性和原始数据的特性，重新整合图像数据结构特征，以达到分析处理目的。数学形态学的基本运算包括：开启、闭合、腐蚀、膨胀，每种处理方法都有它各自的处理功能和适用的领域。本文基于数学形态学中膨胀和腐蚀的图像处理思想，提出一种提升PCB喷墨打印质量的图像处理方法。
2 灰度图像的腐蚀与膨胀
腐蚀和膨胀[31]是灰度图像的基本形态学运算，作为初等运算，它利用结构元对原始图像进行结构化处理。腐蚀运算主要用于去除部分原始数据，达到提高图像质量的目的。膨胀与腐蚀是对偶运算，可以用腐蚀运算和一些基本运算进行表示。
对图像域Z中的集合A和B，使用B对A进行腐蚀，表示为[AΘB]，定义为[AΘB={x：B x?A}]。
其中A可视为输入图像，B视为结构元， [AΘB]由结构元B以中心点为基准，在A中仍然全部被包含的点x组成的区域，得到一个收缩的区域作为腐蚀的结果。
在图像域Z中的集合A和B，使用B对A进行膨胀，可以表示为[A⊕B]，其定义为：[A⊕B=[AeΘ（-B）]e]，其中 [Ae]为[A]的补集[4]。
根据原始图像A处理目的的不同，选取结构元B进行处理，需要选取不同的结构元B进行处理，达到预期的目的。
3算法描述
在PCB生产过程中，为提高PCB的生产质量，达到客户的需求，大多数厂商对字符设计的规格要求非常严格。但是为了满足部分客户的个性需求，工厂会设计比原字符规格更小的文字，这时，按照原来的处理方法，利用PCB喷墨打印机的喷印，较小的文字会出现模糊效果，文字不清晰，不能正常的识别，无法达到个性客户的要求，提升喷墨打印机的生产质量迫在眉睫。如下图，文字较小且笔画较粗，部分字符已经模糊，导致喷印油墨过多，致使打印效果模糊，不能达到字符标识的目的。如图1。 同一幅图像采用不同的结构元进行处理，得到的效果也会不同。所以，选择恰当的结构元是腐蚀算法的核心。人们可以根据自己的需要，设定特定的结构元。但是最为常用的结构元有三角形、正方形、矩形、菱形、圆形[5]。如图2。
针对处理同一幅图像，不同的结构元处理的目的和效果都是存在相当差异的，所以需要选取最适应的结构元。避免对图像造成过度的腐蚀，对图像的细节造成缺失。在常用的结构元中，圆形结构元，可以用于去除噪声，但它需要处理像素个数，不适合本文需要处理的问题；正方形和矩形结构元由于本身结构的限制，较适合处理图形但不适合于处理文字，尤其是精度高密度大的文字，可能会腐蚀至消失，因此仍不解决本文的问题[6]。
根据处理后需要达到效果，需要考虑采用其他的处理结构元。根据待处理图像数据的特征，既要达到处理粗线条文字的目的，又不能过度的处理，并且不能丢失有效数据。综合以上分析，本文选取三角形作为腐蚀膨胀算法的处理结构元，如图3，左边是原灰度图像A，图中的黑点是作为灰度图像的有效数据，中间是结构元B，其中origin是结构元运算的中心点，即数据处理的当前位置，右边是腐蚀处理的结果[7]。
该处理方法，既能处理线条较粗的小文字，也能略过线条较细的小文字，达到不过度处理的目的，不会丢失有效数据。其中A[i][j]==B表示根据结构元B的尺寸，在A中以（i，j）为中心，取得与B相应的A[i][j]，如果A[i][j]==B时，表示条件成立[8]。
部分算法代码如下：
for（i=0；i for（j=0；j if（A[i][j] == B）
C[i][j] = 1；
else
C[i][j] = 0；
4 PCB喷墨打印实验结果
根据客户源文件光栅效果如图4，文字较小，但是笔画较粗，其中字符“M”的光栅效果明显呈模糊状，经过上述处理后，如图5，效果得到明显改观。
源文件光栅结果打印效果如图6，文字小且笔画粗，小字模糊不能识别，不能满足喷墨打印生产的要求，对设备的后续使用产生负面影响。
使用本文的腐蚀膨胀算法，处理后的光栅结果打印效果如图7，文字大小和文字线条匀称，并且字符“M”比较清晰，很容易识别。整体效果得到保证，可以达到客户的要求和工厂的生产标准。
5结论
通过上述实验可以看出，相对于原始的PCB喷墨打印方法而言，腐蚀膨胀算法使用图像处理的方法，处理结果和打印效果都有了明显的改善。选择适当的结构元是腐蚀膨胀算法的重点，如果结构元选择的不合适，则打印效果无法明显提升。本文的核心是采用腐蚀膨胀算法，将原本打印模糊的文字，通过图像处理后，有清晰的打印结果。从腐蚀算法的特性可以看出，该方法适应于较小文字的情况，在不影响其他内容的情况下，小文字的打印效果得到提升，可以满足工厂和客户的精细化生产要求。
参考文献：
[1] 闫海霞.基于数学形态学的图像边缘检测和增强算法的研究[D].长春：吉林大学，2009.
[2] 王世秀，罗晓军.一种去除高斯噪音的新方法[J].科学技术与工程，2014（24）：65-68.
[3] 赵高长，张磊，武风.波改进的中值滤波算法在图像去噪中的应用[J].应用光学，2011（3）：103-106.
[4] 王印签.PCB打印机矢量图形光栅化技术研究[J].重庆理工大学学报，2013（8）：45-47.
[5] 孙继平，吴冰，刘晓阳.基于膨胀腐蚀运算的神经网络图像预处理方法及其应用研究[J].计算机学报，2005（32）：132-135.
[6] 陈庄，孙云.PCB喷墨打印机的研发现状和发展趋势[J].重庆理工大学学报：自然科学版，2014（3）：81-86.
[7] 卢玉蛟，黄哲赟，李宝.数字喷墨打印技术在PCB字符工艺中的应用[J].印制电路信息，2011（11）：56-58.
[8] 王玥，王普天，魏杰.秦长喜喷墨技术在PCB制造中的应用[J].信息记录材料，2007（7）：32-35.
关键词：印制电路板；喷墨打印；腐蚀；膨胀；结构元
中图分类号：TP18 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2016）04-0186-02
The Application of Image Corrosion in PCB Inkjet Printer
SUN Yun
（The Network Center，Chongqing University of Education， Chongqing 400067， China）
Abstract： PCB inkjet printing technology as a new type of jet printing technology has attracted more and more attention， the print quality is the most important question. The original ink jet printing method in dealing with smaller characters is not clear and has fuzzy edge and other serious problems. To solve the problem of PCB ink jet printing poor effect ，it takes the morphological erosion and dilation algorithm. The original printing data are processed through specific corrosion and expansion structure element pretreatment before printing. It turns out that this method has promote the text printing effect of various types and has good versatility.
Key words： printed circuit board； ink jet printing； corrosion； dilation ；structural element
1 概述
随着国家对节能环保政策的提倡，结合印制电路板（PCB：Printed Circuit Board）生产制造的要求，PCB喷墨打印技术满足了高效能、低能耗、低成本、低污染的可持续发展要求，是未来印刷行业的发展方向。PCB喷墨打印技术综合了传统的喷绘技术与PCB制造工艺，将PCB的字符、绿油、线路等采用加成法的喷印方式实现，在满足绿色、高效的生产要求的同时，又极大的降低了成本，得到业界的广泛认可，在国内迫切需要得到应用推广。但是由于部分图像喷印不够清晰的原因，一直阻碍着PCB喷墨打印技术的推广。
针对这一关键性问题，国内外的科研工作者采用了大量的方法进行研究，其中包括滤波分析法、小波去噪法以及包括部分硬件层次的处理方法等，但是都不能满足工业需求的处理结果。
数学形态学[1]作为一门严格的数学理论基础学科，在数据处理、图像分析、形态特性分析方面有较多的应用，并得到广泛的认可，其形成的理论和方法在诸多领域都有较多的应用。数学形态学方法采用核心的结构元[2]，对原始图像数据进行处理，结合结构元的特性和原始数据的特性，重新整合图像数据结构特征，以达到分析处理目的。数学形态学的基本运算包括：开启、闭合、腐蚀、膨胀，每种处理方法都有它各自的处理功能和适用的领域。本文基于数学形态学中膨胀和腐蚀的图像处理思想，提出一种提升PCB喷墨打印质量的图像处理方法。
2 灰度图像的腐蚀与膨胀
腐蚀和膨胀[31]是灰度图像的基本形态学运算，作为初等运算，它利用结构元对原始图像进行结构化处理。腐蚀运算主要用于去除部分原始数据，达到提高图像质量的目的。膨胀与腐蚀是对偶运算，可以用腐蚀运算和一些基本运算进行表示。
对图像域Z中的集合A和B，使用B对A进行腐蚀，表示为[AΘB]，定义为[AΘB={x：B x?A}]。
其中A可视为输入图像，B视为结构元， [AΘB]由结构元B以中心点为基准，在A中仍然全部被包含的点x组成的区域，得到一个收缩的区域作为腐蚀的结果。
在图像域Z中的集合A和B，使用B对A进行膨胀，可以表示为[A⊕B]，其定义为：[A⊕B=[AeΘ（-B）]e]，其中 [Ae]为[A]的补集[4]。
根据原始图像A处理目的的不同，选取结构元B进行处理，需要选取不同的结构元B进行处理，达到预期的目的。
3算法描述
在PCB生产过程中，为提高PCB的生产质量，达到客户的需求，大多数厂商对字符设计的规格要求非常严格。但是为了满足部分客户的个性需求，工厂会设计比原字符规格更小的文字，这时，按照原来的处理方法，利用PCB喷墨打印机的喷印，较小的文字会出现模糊效果，文字不清晰，不能正常的识别，无法达到个性客户的要求，提升喷墨打印机的生产质量迫在眉睫。如下图，文字较小且笔画较粗，部分字符已经模糊，导致喷印油墨过多，致使打印效果模糊，不能达到字符标识的目的。如图1。 同一幅图像采用不同的结构元进行处理，得到的效果也会不同。所以，选择恰当的结构元是腐蚀算法的核心。人们可以根据自己的需要，设定特定的结构元。但是最为常用的结构元有三角形、正方形、矩形、菱形、圆形[5]。如图2。
针对处理同一幅图像，不同的结构元处理的目的和效果都是存在相当差异的，所以需要选取最适应的结构元。避免对图像造成过度的腐蚀，对图像的细节造成缺失。在常用的结构元中，圆形结构元，可以用于去除噪声，但它需要处理像素个数，不适合本文需要处理的问题；正方形和矩形结构元由于本身结构的限制，较适合处理图形但不适合于处理文字，尤其是精度高密度大的文字，可能会腐蚀至消失，因此仍不解决本文的问题[6]。
根据处理后需要达到效果，需要考虑采用其他的处理结构元。根据待处理图像数据的特征，既要达到处理粗线条文字的目的，又不能过度的处理，并且不能丢失有效数据。综合以上分析，本文选取三角形作为腐蚀膨胀算法的处理结构元，如图3，左边是原灰度图像A，图中的黑点是作为灰度图像的有效数据，中间是结构元B，其中origin是结构元运算的中心点，即数据处理的当前位置，右边是腐蚀处理的结果[7]。
该处理方法，既能处理线条较粗的小文字，也能略过线条较细的小文字，达到不过度处理的目的，不会丢失有效数据。其中A[i][j]==B表示根据结构元B的尺寸，在A中以（i，j）为中心，取得与B相应的A[i][j]，如果A[i][j]==B时，表示条件成立[8]。
部分算法代码如下：
for（i=0；i
C[i][j] = 1；
else
C[i][j] = 0；
4 PCB喷墨打印实验结果
根据客户源文件光栅效果如图4，文字较小，但是笔画较粗，其中字符“M”的光栅效果明显呈模糊状，经过上述处理后，如图5，效果得到明显改观。
源文件光栅结果打印效果如图6，文字小且笔画粗，小字模糊不能识别，不能满足喷墨打印生产的要求，对设备的后续使用产生负面影响。
使用本文的腐蚀膨胀算法，处理后的光栅结果打印效果如图7，文字大小和文字线条匀称，并且字符“M”比较清晰，很容易识别。整体效果得到保证，可以达到客户的要求和工厂的生产标准。
5结论
通过上述实验可以看出，相对于原始的PCB喷墨打印方法而言，腐蚀膨胀算法使用图像处理的方法，处理结果和打印效果都有了明显的改善。选择适当的结构元是腐蚀膨胀算法的重点，如果结构元选择的不合适，则打印效果无法明显提升。本文的核心是采用腐蚀膨胀算法，将原本打印模糊的文字，通过图像处理后，有清晰的打印结果。从腐蚀算法的特性可以看出，该方法适应于较小文字的情况，在不影响其他内容的情况下，小文字的打印效果得到提升，可以满足工厂和客户的精细化生产要求。
参考文献：
[1] 闫海霞.基于数学形态学的图像边缘检测和增强算法的研究[D].长春：吉林大学，2009.
[2] 王世秀，罗晓军.一种去除高斯噪音的新方法[J].科学技术与工程，2014（24）：65-68.
[3] 赵高长，张磊，武风.波改进的中值滤波算法在图像去噪中的应用[J].应用光学，2011（3）：103-106.
[4] 王印签.PCB打印机矢量图形光栅化技术研究[J].重庆理工大学学报，2013（8）：45-47.
[5] 孙继平，吴冰，刘晓阳.基于膨胀腐蚀运算的神经网络图像预处理方法及其应用研究[J].计算机学报，2005（32）：132-135.
[6] 陈庄，孙云.PCB喷墨打印机的研发现状和发展趋势[J].重庆理工大学学报：自然科学版，2014（3）：81-86.
[7] 卢玉蛟，黄哲赟，李宝.数字喷墨打印技术在PCB字符工艺中的应用[J].印制电路信息，2011（11）：56-58.
[8] 王玥，王普天，魏杰.秦长喜喷墨技术在PCB制造中的应用[J].信息记录材料，2007（7）：32-35.