CN101122457A - 影像边界扫描***及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种影像边界扫描方法,利用一个影像边界扫描***扫描一个工件的影像边界,该***包括一个计算机及一个影像量测机台,该影像量测机台包括一个电荷耦合装置感应器、一个放置该工件的工作台及马达,该方法包括如下步骤:通过所述电荷耦合装置感应器截取所述工件的图像,其中该计算机设置有影像边界扫描的参数;对该图像进行图像处理,并从处理过的图像上选择一初始点;沿该初始点寻找一个距离该初始点最近的边界点,提取该边界点附近的边界轮廓,并利用递归法从所述边界轮廓上搜索其它边界点;根据所设置的影像边界扫描参数在所处理过的图像上精确寻找上述边界点作为扫描点进行边界扫描。
Description
技术领域
本发明涉及一种影像边界扫描***及方法。
技术背景
量测是生产过程中的重要环节,其与产品的质量息息相关。对于球栅数组封装(Ball Grid Array,BGA),三维曲面(3D)及透明件的量测,传统的做法是采用电荷耦合工件(Charge CoupledDevice,CCD)和接触式量测方式。采用带有CCD的影像量测机台亦可以对所述BGA、3D及工件进行扫描,并将CCD拍摄的图片转化成数字文件以利储存于电脑中。
在影像量测机台量测工件过程中,需CCD拍摄待扫描工件的影像,然后对该影像进行编程扫描。由于影像量测机台的CCD镜头自身的特性要求,其一次取得的工件影像范围有限,往往一帧可见的工件范围只有一个一元硬币大小,对于超过这个范围的不规则边界,若想要实现自动扫描,就必须对扫描路径进行编程。该编程为手动编程,其工作量大,而且偶然误差也比较大,重复性差。
发明内容
鉴于以上内容,有必要提供一种影像边界扫描***,可以根据跟踪扫描路径控制影像量测机台实现任意轮廓工件不间断的扫描。
鉴于以上内容,有必要提供一种影像边界扫描方法,可以根据跟踪扫描路径控制影像量测机台实现任意轮廓工件不间断的扫描。
一种影像边界扫描***,包括影像量测机台和计算机,该影像量测机台包括一个电荷耦合装置感应器、一个工作台及马达。所述计算机包括:参数设置单元,用于影像边界扫描的参数设置;影像卡,与所述电荷耦合装置感应器相连,其用于获取放置在工作台上的待扫描工件的影像;运动控制卡,与所述马达相连,用于控制该马达的移动,实现工作台的定位及所述工件与电荷耦合装置感应器的对焦;影像截取单元,用于当电荷耦合装置感应器拍摄所述工件时,截取该工件的图像;图像处理单元,用于对所截取的图像进行图像处理;边界提取单元,用于在上述处理过的图像上寻找所给定的初始点附近的边界点,并提取该边界点附近的边界轮廓,利用递归法搜索该边界轮廓上的其它边界点;图像边界扫描单元,用于根据所设置的参数在所处理过的图像上精确寻找上述所有边界点作为扫描点进行边界扫描;判断单元,用于判断上述扫描点是否在所截取图像的范围内,及判断所述扫描点是否组成闭合边界路径;及移动计算单元,用于当所述扫描点未在所截取图像范围之内或未组成闭合边界路径时,计算影像截取单元截取所述工件下一张图像时工作台需移动的距离和方向。
一种影像边界扫描方法,该方法包括步骤如下:所述计算机通过电荷耦合装置感应器截取所述工件的图像,其中该计算机设置有影像边界扫描的参数;对该图像进行图像处理,并从处理过的图像上选择一初始点;沿该初始点寻找一个距离该初始点最近的边界点,提取该边界点附近的边界轮廓,并利用递归法从所述边界轮廓上搜索其它边界点;根据所设置的影像边界扫描参数在所处理过的图像上精确寻找上述边界点作为扫描点进行边界扫描;判断所述扫描点是否在所截取图像范围内;若所述扫描点未在所截取图像范围内,则计算截取所述工件下一张图像时工作台需移动的距离和方向,并通过控制马达移动该工作台;若所述扫描点在所截取图像范围内,则判断所述扫描点是否组成了闭合边界路径;若所述扫描点未组成闭合边界路径,则返回移动工作台的步骤;及若所述扫描点组成了闭合边界路径,则结束扫描。
相较于现有技术,所述的影像边界扫描***及方法,可以根据跟踪扫描路径控制影像量测机台实现任意轮廓工件不间断的自动边界扫描,有效的提高了工作质量和效力。
附图说明
图1是本发明影像边界扫描***较佳实施例的硬件架构图。
图2是本发明影像边界扫描***较佳实施例的具体结构图。
图3是处理前后的工件图像。
图4是本发明影像边界扫描***的参数设置界面图。
图5是本发明工件的扫描示意图。
图6是本发明影像边界扫描方法较佳实施例的主流程图。
图7是图6中影像边界扫描步骤的具体作业流程图。
具体实施方式
如图1所示,是本发明影像边界扫描***较佳实施例的硬件架构图。该***包括一个影像量测机台1及一台计算机2,用于自动扫描至少一个工件3。所述影像量测机台1包括一个电荷耦合装置(Charge Coupled Device,CCD)感应器10、一个工作台12、一X轴马达14、一Y轴马达16及一Z轴马达18。所述计算机2包括一个影像卡20及一个运动控制卡21。
其中,CCD感应器10包括一个CCD和一个镜头,该CCD感应器10与所述影像卡20连接,用于获取放置在工作台12上的工件3的影像。CCD感应器10有一个固定的拍摄范围。当其固定拍摄范围小于所述工件3的大小时,运动控制卡21通过控制X轴马达14和Y轴马达16的移动,进而改变工作台12在X轴和Y轴方向(本实施例中的X轴和Y轴方向即水平方向)上的位置,使得CCD感应器10可以拍摄到工件3水平方向上的其他部位。Z轴马达18用于控制CCD感应器10在垂直方向上的移动,例如,Z轴马达18可以通过移动使得CCD感应器10的镜头与工件3对焦。
如图2所示,是本发明影像边界扫描***较佳实施例的具体结构图。所述计算机2还包括一个影像截取单元22、一个参数设置单元23、一个判断单元24、一个图像处理单元25、一个边界提取单元26、一个图像边界扫描单元27、一个移动计算单元28及一个存储单元29。
在影像卡20控制CCD感应器10拍摄工件3过程中,所述影像截取单元22用于截取工件3的图像,如图3(a)是所截取的源图像。参数设置单元23用于用户对该图像的边界扫描进行参数设置,该参数设置包括扫描线的长度设置、扫描线的宽度设置、二值化分界值设置及是否绘制扫描线等设置。判断单元24用于判断是否结束扫描、根据工件3的大小判断参数设置单元23的参数设置是否合理,例如,扫描线的长度和宽度不能为负值。判断单元24还用于参数设置不合理时,提示用户设置出错。
图像处理单元25用于计算所截取图像的平均灰度,并在该平均灰度下对图像进行锐利化及二值化处理。所述平均灰度的计算是指将图像中的所有像素点的灰度级之和除以像素的个数,具体而言,图像处理单元25统计出所述图像中每个像素点的灰度级和像素点的个数,将所有灰度级相加,然后除以总像素点的个数即得到图像的平均灰度。本领域的技术人员一般将白色的灰度值定义为255,黑色灰度值定义为0,而由黑到白之间的明暗度均匀地划分为256个等级,图像处理单元25以所计算出来的平均灰度值为黑白转换的分界值,将图像划分为黑、白两种颜色。所述分界值可以由用户指定,也可以由计算机2根据影像亮度自动计算。
图像锐利化是指对图像边缘进行处理,使图像的边缘、轮廓线以及图像的细节变的清晰,提高图像的清晰度,而图像二值化是指将一幅多个灰度级的图像转化为只有两个灰度级的图像,以便于特征的突出以及图形的识别。图3(b)是处理后的图像,其灰度值为0和255,因此,该图像只有黑、白两种颜色,相较于图3(a),该图像清晰,易识别。
所述边界提取单元26用于在上述处理过的图像上提取所给定的初始点附近的边界轮廓,具体而言,用户可以从上述处理后的图像上任意选择一个点作为初始点,若该初始点是边界点,则边界提取单元26提取该边界点附近的边界轮廓;若所给定的点不是边界点,如图3(b)中的点A,则边界提取单元26依据顺时针方向寻找距离点A最近的边界点,然后利用递归法继续搜索其它边界点。
图像边界扫描单元27用于根据所述扫描线的长度在所处理后的图像上精确寻找上述所有边界点作为扫描点进行边界扫描,该图像边界扫描单元27包括一个扫描线计算模块270和一个边界扫描模块272。
所述扫描线计算模块270用于计算所述边界轮廓上每个边界点的法线向量和切线向量,根据该法线向量及扫描线的长度分别计算出所述扫描线的开始点和结束点。
在本实施例中,图像在XY平面内,设Pi(xi,yi)(i=1~N)为所搜索到的边界点的集合,理想拟合直线的方程为y=ax+b,由最小二乘原理知,目标函数为:
根据极值原理,若使目标函数最小,必有 解上列方程组,得到最小二乘直线的参数:
该直线通过点(0,b,0),其单位向量(l,m,n)为
该单位向量(l,m,n)是边界点切线的单位向量,而其法线的单位向量(I,J,K)为
例如,两个边界点之间相差一个像素点,而每个像素点在图像中相对应一个像素尺寸,根据该像素尺寸及上述公式可以计算出扫描线的开始点和结束点的坐标值。
虽然边界提取单元26依照递归法搜索到了边界点,但其搜索可能存在一定的误差,因此,边界扫描模块272需要根据上述扫描线计算模块270计算出的开始点和结束点在处理后的图像上精确寻找每个边界点作为扫描点,并根据所找到的扫描点进行自动扫描。所述判断单元24还用于判断所述扫描点是否在所截取图像的范围之内、判断所述扫描点是否组成闭合边界路径。
当上述寻找到的扫描点不在影像截取单元22所截取图像的范围之内或所述扫描点未组成闭合边界路径时,边界扫描模块272会提示用户,那么,运动控制卡21需要通过控制X轴马达和Y轴马达运动改变CCD感应器10的拍摄位置,也就是移动工作台12。影像截取单元22截取移动后的工件3的图像。
移动计算单元28,用于计算影像截取单元22截取所述工件3下一张图像时工作台12需移动的距离和方向。本实施例中的工作台12移动的距离为CCD感应器10一次拍摄范围的一半。例如,假设每个像素点的直径为0.02毫米,当CCD感应器10的一次拍摄范围为640*480个像素点时,工作台12的移动距离为320*240个像素点,即工作台12在X轴上可以移动320*0.02毫米,在Y轴上的移动距离为240*0.02毫米。工作台12根据该边界点的切线向量及移动计算单元28所计算出的移动距离移动。
存储单元29,用于进一步将上述边界扫描所扫描点的坐标存于一指定路径文件。
如图4所示,是本发明影像边界扫描***的参数设置界面图。该参数设置包括扫描线的长度设置、扫描线的宽度设置、二值化分界值设置及是否绘制扫描线等设置。其中,用户可以根据工件3的大小设置扫描线的长度和宽度,扫描线的长度范围为0<L<80个像素(pixel),扫描线的宽度范围为0<W<100pixel,在本实施例中,如图3所示的工件3,其扫描线的长度可以取30pixel,而扫描线的宽度可以取20pixel。所述扫描线的长度用于边界扫描模块272精确寻找扫描点,而扫描线的宽度用于确定扫描线的密度。图像二值化分界值可以由用户指定,也可以由计算机2根据影像亮度自动计算,例如,用户选择自动计算,则计算机2取0至255的中间值127作为二值化分界值,并以该分界值将图像中的工件分为0和255两个灰度值,而一般白色的灰度值为255,黑色灰度值为0,即若图像中的工件的灰度级为0,则该工件为黑色,工件的背景颜色为白色。当用户选择绘制扫描线时,若给定的初始点的像素为白色,且选择“白到黑”设置,则扫描线的方向由白指向黑,如图5所示的扫描示意图;反之,选择“黑到白”设置,则扫描线的方向由黑指向白;若给定的初始点的像素为白色,且选择“任意”,则默认为由白指向黑。
如图5所示,是本发明工件3的扫描示意图。该示意图中的工件背景为白色,工件为黑色。若用户选择图3(b)中的点A为初始点,该点A的像素为白色,且在图4所示的界面图中选择“白到黑”设置,则扫描线的方向由白指向黑。
如图6所示,是本发明影像边界扫描方法较佳实施例的主流程图。首先,参数设置单元23对边界扫描进行参数设置,该参数设置包括扫描线的长度设置、扫描线的宽度设置、二值化分界值设置及是否绘制扫描线等设置,在本实施例中,扫描线的长度可以取30pixel,而扫描线的宽度可以取20pixel(步骤S1)。
判断单元24判断该参数设置是否合理,扫描线的长度范围为0<L<80pixel,扫描线的宽度范围为0<W<100pixel(步骤S2)。
若所述参数设置不合理,则判断单元24提示用户设置出错,并返回步骤S1重新设置边界扫描参数(步骤S3)。
若所述参数设置合理,则运动控制卡21通过控制Z轴马达18移动使得CCD感应器10的镜头与工件3对焦(步骤S4)。
在CCD感应器10拍摄工件3的影像时,影像截取单元22在CCD感应器10的一次拍摄范围内截取工件3的图像(步骤S5)。
图像处理单元25计算所截取图像的平均灰度,具体而言,图像处理单元25统计出所述图像中每个像素点的灰度级和像素点的个数,将所有灰度级相加,然后除以总像素点的个数即得到图像的平均灰度,图像处理单元25在该平均灰度下对图像进行锐利化及二值化处理,图像锐利化是指对图像作模糊处理,提高图像的清晰度,而图像二值化是指将一幅多个灰度级的图像转化为只有两个灰度级的图像,以便于数据的压缩、特征的突出以及图形的识别(步骤S6)。
用户在所处理后的图像上任意选择一点作为初始点,边界提取单元26依据顺时针方向寻找距离该初始点最近的边界点,然后利用递归法继续搜索其它边界点,扫描线计算模块270计算所述边界轮廓上每个边界点的法线向量和切线向量,根据该法线向量及扫描线的长度分别计算出所述扫描线的开始点和结束点,边界扫描模块272根据所计算出的开始点和结束点在处理后的图像上精确寻找每个边界点作为扫描点,并根据所找到的扫描点进行自动扫描(步骤S7)。
判断单元24判断上述扫描点是否在所截取图像的范围内(步骤S8)。
若上述扫描点不在所截取图像的范围内,则移动计算单元28计算影像截取单元22截取所述工件3下一张图像时工作台12需移动的距离和方向,工作台12根据所述边界点的切线向量及移动计算单元28所计算出的移动距离移动,然后返回步骤S4(步骤S9)。
若上述扫描点在所截取图像的范围内,则判断单元24判断所述扫描点是否组成了闭合边界路径(步骤S10)。
若所述扫描点未组成闭合边界路径,则返回步骤S9移动工作台12;若所述扫描点组成了闭合边界路径,则用户可以进一步利用存储单元29将所述扫描点的坐标存于一指定路径文件(步骤S12)。
在步骤S9中,本实施例中的工作台12移动的距离为CCD感应器10一次拍摄范围的一半,例如,假设每个像素点的直径为0.02毫米,当CCD感应器10的一次拍摄范围为640*480个像素点时,工作台12的移动距离为320*240个像素点,即工作台12在X轴上可以移动320*0.02毫米,在Y轴上的移动距离为240*0.02毫米。本发明较佳实施例所提供的工作台12移动的距离具有很大的弹性和扩充性,用户可以根据自定义的方法确定工作台12移动的距离。
如图7所示,是图6中步骤S7边界扫描的具体作业流程图。首先,用户在所处理后的图像上指定一点作为初始点(步骤S701)。判断该初始点是否是边界点(步骤S702)。
若该点是边界点,则边界提取单元26以该边界点为起点,向右搜索下一边界点(步骤S703)。
若该点不是边界点,则边界提取单元26以顺时针方向寻找一个距离该点最近的边界点,然后进入步骤S703(步骤S704)。
判断单元24判断边界提取单元26向右是否搜索到了边界点(步骤S705)。
若边界提取单元26向右搜索到了边界点,则返回步骤S703继续向右搜索边界点,否则边界提取单元26向下搜索边界点(步骤S706)。
判断单元24判断边界提取单元26向下是否搜索到了边界点(步骤S707)。
若边界提取单元26向下搜索到了边界点,则返回步骤S706继续向下搜索边界点,否则边界提取单元26向左搜索边界点(步骤S708)。
判断单元24判断边界提取单元26向左是否搜索到了边界点(步骤S709)。
若边界提取单元26向左搜索到了边界点,则返回步骤S708继续向左搜索边界点,否则边界提取单元26向上搜索边界点(步骤S710)。
判断单元24判断边界提取单元26向上是否搜索到了边界点(步骤S711)。
若边界提取单元26向上搜索到了边界点,则边界提取单元26继续向上搜索边界点,否则边界提取单元26提取所述边界点附近的边界轮廓,扫描线计算模块270计算所述边界轮廓上每个边界点的法线向量,根据该法线向量及扫描线的长度计算出每个扫描线的开始点和结束点(步骤S712)。
边界扫描模块272连接所述开始点和结束点,该连接与处理后的图像相交的点即为所精确寻找到的边界点,边界扫描模块272以精确寻找到的边界点作为扫描点进行自动边界扫描(步S713)。
Claims (12)
1.一种影像边界扫描***,包括影像量测机台和计算机,该影像量测机台包括一个电荷耦合装置感应器、一个工作台及马达,其特征在于,所述计算机包括:
参数设置单元,用于影像边界扫描的参数设置;
影像卡,与所述电荷耦合装置感应器相连,其用于获取放置在工作台上的待扫描工件的影像;
运动控制卡,与所述马达相连,用于控制该马达的移动,实现工作台的定位及所述工件与电荷耦合装置感应器的对焦;
影像截取单元,用于当电荷耦合装置感应器拍摄所述工件时,截取该工件的图像;
图像处理单元,用于对所截取的图像进行图像处理;
边界提取单元,用于在上述处理过的图像上寻找所给定的初始点附近的边界点,并提取该边界点附近的边界轮廓,利用递归法搜索该边界轮廓上的其它边界点;
图像边界扫描单元,用于根据所设置的参数在所处理过的图像上精确寻找上述所有边界点作为扫描点进行边界扫描;
判断单元,用于判断上述扫描点是否在所截取图像的范围内,及判断所述扫描点是否组成闭合边界路径;及
移动计算单元,用于当所述扫描点未在所截取图像范围之内或未组成闭合边界路径时,计算影像截取单元截取所述工件下一张图像时工作台需移动的距离和方向。
2.如权利要求1所述的影像边界扫描***,其特征在于,该***还包括存储单元,用于将上述所有扫描点的坐标存于一指定路径文件。
3.如权利要求1所述的影像边界扫描***,其特征在于,所述马达包括影像量测机台在空间坐标内的X轴马达、Y轴马达及Z轴马达,所述X轴马达和Y轴马达用于控制工作台的移动,所述Z轴马达用于控制电荷耦合装置感应器在垂直方向上的移动,以实现该电荷耦合装置感应器与工件的对焦。
4.如权利要求1所述的影像边界扫描***,其特征在于,所述影像边界扫描的参数包括扫描线的长度、扫描线的宽度、二值化分界值及是否绘制扫描线。
5.如权利要求4所述的影像边界扫描***,其特征在于,所述图像边界扫描单元包括:
扫描线计算模块,用于计算所述边界轮廓上每个边界点的法线向量和切线向量,根据该法线向量及所述扫描线的长度计算出扫描线的开始点和结束点,并根据该切线向量确定下一个边界点的位置及方向;及
边界扫描模块,用于根据上述确定的开始点和结束点在所处理过的图像上精确寻找边界点作为扫描点。
6.如权利要求4所述的影像边界扫描***,其特征在于,所述图像处理包括图像锐利化处理和图像二值化处理,该图像二值化处理是指根据所设置的二值化分界值将256灰度级的图像转换成只有0灰度值和255灰度值的图像。
7.一种影像边界扫描方法,用于利用一个影像边界扫描***扫描一个工件的影像边界,该***包括一个计算机及一个影像量测机台,该影像量测机台包括一个电荷耦合装置感应器、一个放置该工件的工作台及马达,其特征在于,该方法包括如下步骤:
该计算机通过所述电荷耦合装置感应器截取所述工件的图像,其中该计算机设置有影像边界扫描的参数;
对该图像进行图像处理,并从处理过的图像上选择一初始点;
沿该初始点寻找一个距离该初始点最近的边界点,提取该边界点附近的边界轮廓,并利用递归法从所述边界轮廓上搜索其它边界点;
根据所设置的影像边界扫描参数在所处理过的图像上精确寻找上述边界点作为扫描点进行边界扫描;
判断所述扫描点是否在所截取图像范围内;
若所述扫描点未在所截取图像范围内,则计算截取所述工件下一张图像时工作台需移动的距离和方向,并通过控制马达移动该工作台;
若所述扫描点在所截取图像范围内,则判断所述扫描点是否组成了闭合边界路径;
若所述扫描点未组成闭合边界路径,则返回移动工作台的步骤;及
若所述扫描点组成了闭合边界路径,则结束扫描。
8.如权利要求7所述的影像边界扫描方法,其特征在于,该方法还包括步骤:
将所有扫描点的坐标存于一指定路径文件。
9.如权利要求7所述的影像边界扫描方法,其特征在于,所述步骤利用递归法搜索边界点包括如下步骤:
判断所述边界点右边相临的点是否是未搜寻过的边界点;
若该点是未搜寻过的边界点,则以该边界点为起点向右搜索下一个边界点;
若向右搜索到了边界点,则以该边界点为起点继续向右搜索边界点,直到向右搜索不到边界点;
以向右搜索到的最后一个边界点为起点向下搜索边界点;
若向下搜索到了边界点,则继续向下搜索边界点,直到向下搜索不到边界点;
以向下搜索到的最后一个边界点为起点向左搜索边界点;
若向左搜索到了边界点,则继续向左搜索边界点,直到向左搜索不到边界点;
以向左搜索到的最后一个边界点为起点向上搜索边界点,直到向上搜索不到边界点。
10.如权利要求7所述的影像边界扫描方法,其特征在于,所述影像边界扫描的参数包括扫描线的长度、扫描线的宽度、二值化分界值及是否绘制扫描线。
11.如权利要求10所述的影像边界扫描方法,其特征在于,所述步骤精确寻找边界点作为扫描点进行边界扫描包括如下步骤:
计算所述边界点的法线向量和切线向量法线向量;
根据该法线向量及扫描线的长度计算扫描线的开始点和结束点,所述切线向量用于计算截取所述工件下一张图像时工作台需移动的距离和方向。
12.如权利要求10所述的影像边界扫描方法,其特征在于,所述图像处理包括图像锐利化处理和图像二值化处理,该图像二值化是指根据所设置的二值化分界值将256灰度级的图像转换成只有0灰度值和255灰度值的图像。
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