TW200810518A - System and method for boundary scan of an image - Google Patents

Description

200810518 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 •本發明涉及一種影像邊界掃描系統及方法。 【先前技術】 量測係生産過程中的重要環節，其與産品的品質息息 相關。對於球栅陣列封裝（BallGrid Array，BGA)，三維 曲面（ 3D)及透明件的量測’傳統的做法是採用電荷柄合 =件^Charge Coupled Device，CCD)和接觸式量測方式。 採用f有CCD的影像量測機台亦可以對所述抓八、犯及 =進仃㈣’並將CCD轉的圖#轉化成數位文標以利 儲存於電腦中。 量測機台量測工件過程中，需ccd拍攝待掃描 後對該影像進行編程掃描。由於影像量測 範圍有限，往往1可=要求，其—次取得的工件影像 小，對於超過這個範圍二=件範圍只有—個—元硬瞥大 描’就必須對掃描路徑進=邊界’若想要實現自動掃 工作量大，而且_ =、、&。該編程爲手動編程，其 【發明内容】“、、誤差也比較大，重複性差。 鑒於以上内容，有 方法，可以《跟卿^提* —㈣彡像邊界#描系統及 輪廊工件不間斷的自動:界=制影像量測機 台實現任意 種衫像邊界掃推系 該影像量測機台包括包括影像量測機台和電腦， 電荷耦合裝置感應器、一個工 200810518 台及馬達。所述電腦包括：參數設置單元，用於影像邊界 掃描的參數設置；影像卡，與所述電荷箱合裝置感應器相 連，其用於獲取放置在工作台上的待掃描工件的影像，·運 動控制卡，與所述馬達相連，用於控制該馬達的移動，實 現工作台較位及所述卫件與電賴合裝置感應器的對 焦；影像截取單元，用於當電軸合裝置感應器拍攝所述 工件時，截取該工件的圖像；圖像處理單元，用於對所截 取的圖像進行圖像處理；邊界提取單元，用 述處 =圖像上尋找所給定的初始點附近的邊界點，並提取該 邊界點附近的邊界輪廉，利用遞迴 其他邊界點；圖像邊界掃描單元，u x逯界輪扁上的 在所處理過的圖像上精轉尋找上述所有Z所設置的參數 2行邊界掃描;判斷單元’用於判斷上述掃3 = 截取圖像的範圍内，及判斷所述 > 疋^描點疋否在所 路徑；及移動計算單元，用於當所、^疋否組成閉合邊界 像範圍之内或未組成閉合邊界:徑:帚插，在所截取圖 截取所述工件下一張圖像時工作台带计异影像截取單元 一種影像邊界掃描方法，該方法勺動的距離和方向。 件的圖像，其中 電腦透過電荷耦合裝置感應器截取所步驟如下：所述 理，並從處理過的圖傻上選樓—、、^圖像進行圖像處 心评—初始點•、儿 一個距離該初始點最近的邊界點，，化該初始點尋找 界輪廓，並利用遞迴法從所述、# 提取該邊界點附近的邊 點；根據所設置的影像邊界掃插夂 卩上搜索其他邊界 田'數在所處理過的圖像上 該電腦設置有影像邊界掃描的參數·^工 ^ - - ’子該圖像進行圖像處 7 200810518 精確尋找上述邊界點作爲掃描點進行邊瓦. 掃描點是否在所截取圖像範圍内；若所述掃所述 取圖像範圍内，則計算截取所述工件下一張圖像、所戴 需移動的距離和方向，並透過控制馬達移動該工作台 所述掃描點在所截取圖像範_，則判斷所^描=若 組成了閉合邊界路徑；若所述掃描點未組成閉：邊：： 控’則返回移衫作台的倾；及若所述掃描點組成j

合邊界路徑，則結束掃描。 ^ 相較於習知技術，所述之影像邊界掃描系統及方法， 可以根據跟蹤掃描路徑控制影像量測機台實現 件不間斷的自動掃描，有效的提高了工作品質‘力: 【實施方式】 如圖1所示，係本發明影像邊界掃描系統較佳實施例 之硬體架構圖。該系統包括一個影像量測機台1及一台電腦 2’用於自動掃描至少一個工件3。所述影像量測機台i包括 鲁一電荷輕合裝置（Charge Coupled Device，CCD)感應器 10、一工作台12、一X軸馬達14、一 Y轴馬達16及一 Z轴馬 達18。所述電腦2包括一影像卡2〇及一運動控制卡21L。 其中，CCD感應器10包括一CCD和一鏡頭，該CCD感 應器10與所述影像卡20連接，用於獲取放置在工作台12上 的工件3的影像。CCD感應器10有一個固定的拍攝範圍。當 其固定拍攝範圍小於所述工件3的大小時，運動控制卡21 透過控制X軸馬達14和Y轴馬達16的移動，進而改變工作台 12在X軸和γ軸方向（本實施例中的X軸和γ轴方向即水平 200810518 方向）上的位置，使得CCD感應器ι〇可以拍攝到工件3水平 方向上的其他部位。Z軸馬達18用於控制CCD感應器1〇在 垂直方向上的移動，例如，Z轴馬達18可以透過移動使得 tCD感應器1〇的鏡頭與工件3對焦。 如圖2所示，係本發明影像邊界掃描系統較佳實施例 之具體結構圖。所述電腦2還包括一影像截取單元22、一參 數設置單元23、一判斷單元24、——圖像處理單元25、一邊 界提取單元26、一圖像邊界掃描單元27、一移動計算單元 • 28及-儲存單元29。 在影像卡20控制CCD感應器1〇拍攝工件3過程中，所述 影像截取單元22用於截取工件3的圖像，如圖3 (a)是所截 取的源圖像。參數設置單元23用於用戶對該圖像的邊界掃 描進行參數設置，該參數設置包括掃描線的長度設置、-掃 描線的寬度設置、二值化分界值設置及是否繪製掃描線等 設置。判斷單元24用於判斷是否結束掃描、根據工件3的大 •小判斷參數設置單元23的參數設置是否合理，例如，掃描 線的長度和寬度不能爲負值。判斷單元24還用於參數設置 不合理時，提示用戶設置出錯。 圖像處理單元25用於計算所截取圖像的平均灰度， 並在該平均灰度下對圖像進行銳利化及二值化處理 。所述 平均灰度的計算是指將圖像中的所有圖元點的灰度級之和 除以圖7〇的個數，具體而言，圖像處理單元％統計出所述 圖像中每個圖元點的灰度級和圖元點的個數，將所有灰度 級相加，然後除以總圖元點的個數即得到圖像的平均灰 200810518 度。本領域的技術人員一般將白色的灰度值定義爲255， 黑色灰度值定義爲〇，而由黑到白之間的明暗度均勻地劃 分爲256個等級，圖像處理單元25以所計算出來的平均灰 沒值爲黑白轉換的分界值，將圖像劃分爲黑、白兩種顏色。 所述分界值可以由用戶指定，也可以由電腦2根據影像亮 度自動計算。 圖像銳利化是指對圖像邊緣進行處理，使圖像的邊 緣、輪廓線以及圖像的細節變的清晰，提高圖像的清晰度， # # 而圖像二值化是指將一幅多個灰度級的圖像轉化爲只有兩 個灰度級的圖像，以便於特徵的突出以及圖形的識別。圖 3 (b)是處理後的圖像，其灰度值爲〇和255，因此，該 圖像只有黑、白兩種顏色，相較於圖3 (a)’該圖像清晰， 易識別。 _ 、、邊界長1取單元26用於在上述處理過的圖像 取所、、二的初始點附近的邊界輪廓，具體而言，用戶 從上述處理後的圖 WJ:^ S ' 初始點是邊界點=擇一個點作爲初始點， 邊界輪摩；若纽^界提取單元26提取該邊界點附 A，則邊界提取單:定的點不是邊界點’如圖3⑴中 邊界點，然後利依據順時針方向尋找轉點A最 圖像邊界掃插^迴法繼續搜索其他邊界點。 所處理後的圖像上铲^7、用於根據所述掃插線的長 行邊界掃插述所有邊界點作爲掃描 模組270和一個邊界1掃推單元27包括一個掃描線 1你插模纟且272。 200810518 個邊用於計算所述邊界輪廓上每 線的長度分別計算出㈤Γ ，根據該法線向量及掃描 • , , ^ ^所述掃描線的開始點和結束點。 在本實施例中，圖像 禽所姑參幻α 口像在ΧΥ平面内，設蛛Μ) 〇 …的木δ，理想擬合直線的方程爲 一’由隶小二乘原理知，目標函數爲：

根據極值原理，若使 ， ~bf 從㈢知函數最小’必有显=0,置=〇，解 上列方程組，得到最小二乘直線的參數：⑽祕

該直線透過點（〇，,，〇)，其單位向量（W)爲

a m=*7=4 Vl + α2 n = Q 該單位向量（/，m，〇是邊界點切線的單位向量，而其 法線的單位向量（/，/|)爲 11 200810518 a ντ + α η 點在點之間相差一個圖元點— 八^像中相對應-個圖元尺寸’根據該圖元尺寸及上述 Α式可以计异出掃插線的開始點和結束點的座標值。 雖然邊界提取單元26依照遞迴法搜索 在:一因此，邊界掃=需: 處理後的=t fG計算出的開如和結束點在 所找到的掃描“行:動3邊掃插點，並根據 斷所述掃描動 述清單元24還用於判 描點，成圖像的範圍之内、判斷所述掃 圖像的範t 像餘單A 22所戴取 界掃描模組272合提干//點未組成閉合邊界路徑時，邊 馬達和需要透過 置，也就是移動工作4動改變CCD感應器10的拍攝位 工件3的圖像。 σ 影像截取單元22截取移動後的 工件3下―+^7°28 ’㈣計算影賴取單元22截取所述 例中的Y像時卫作台12需移動的距離和L本實施

的一半H*J12移動的距離爲CCD感應器1G—次拍攝範圍 例如’假設每個圖元點的直徑爲0.02毫米，當CCE 12 200810518 感應器ίο的一次拍攝範圍爲64〇M8〇個圖元點時，工作台i2 的移動距離爲320*240個圖元點，即工作台12在又輪上;以 移動32㈣.02毫米，在Y轴上的移動距離爲毫米。 =作台I2轉該邊界關赠肖量及移料算單元π所計 算出的移動距離移動。 儲存單元29 ’用於進-步將上述邊界掃描所掃描點的 座標存於一指定路徑文檔。 如圖4所示，係本發明影像邊界掃描系統之束數μ置 介面圖。該參數設置包括掃描線的長度設置、掃描線=寬 度設置、二值化分界值設置及是讀製掃騎等$置。其 中，用戶可以根據工件3的大小設置掃描線的長度和寬产: 掃描線的長度範圍爲0<L<80個目元（細 二 度範圍爲o<w<i〇〇pixd，在本實施例中，如圖3戶;、’一= 件3 ’其掃描線的長度可以取3〇_，而掃插線的=度可 =取2〇p1Xe卜所崎描線的長度歸邊界掃料 確尋找掃職，㈣赠的寬制於私奸二 1 圖像二值化分界值可以由用戶指 二L度。 象儿度自動k，例如，用戶選擇自動計算， 至255的巾間值127作爲二值化分界值，並以該= 像中的工件分爲0和255兩個灰度值，而界值將圖 爲255,黑色灰度值爲〇,即若圖像中的卫件的力^灰度值 則該工件爲黑色，工件的背景顏色爲白色。I =、及爲0 ’ 製掃描線時，若給定的初始點_元爲自色=戶選騎 到黑，，設置，則掃描線的方向 選擇白 口…如圖5所示的掃 13 200810518 描示意圖；反之’選擇“黑到白，，設置，則掃描線的方向 由黑指向白；若給定的初始點的圖元爲白色，且選擇“任 意”，則默認爲由白指向黑。 •如圖5所示，係本發明工件3之掃描示意圖。該示意圖 中的工件背景爲白色’工件爲黑色。若用戶選擇圖3⑴ 中的點A爲初始點’該點A的圖元爲白色，且在圖4所示的 介面圖中選擇“白到黑”設置’則掃描線的方向由白指向 黑。 曰 ❿ 如圖6所示，係本發明影像邊界掃描方法較佳實施例 之主流程圖。首先，參數設置單元23對邊界掃描進二失數 設置’該參數設置包括掃描線的長度設置、掃描線的寬度 設置、二值化分界值設置及是否繪製掃描線等設置，在本 實施例中，掃描線的長度可以取30pixel，而掃描線的寬度 可以取20pixel (步驟S1)。 、判斷單元24判斷該參數設置是否合理，掃描線的長度 _範圍爲0<L<8〇pixel，掃描線的寬度範圍爲〇<w<1〇〇pixel (步驟S2)。 若所述參數設置不合理，則列斷單元24提示用戶設置 出錯，並返回步驟si重新設置邊界掃描參數（步驟S3)。 若所述參數設置合理，則運動控制卡21透過控制2軸 馬達18移動使得CCD感應器1 〇的鏡頭與工件3對焦（步驟 S4 ) ° 在CCD感應器10拍攝工件3的影像時，影像截取單元a 在CCD感應器1〇的一次拍攝範圍内截取工件3的圖像（步驟 200810518 S5) ° 圖像處理單元25計算所截取圖像的平均灰度，具體而 言，圖像處理單元25統計出所述圖像中每個圖元點的灰度 級和圖元點的個數，將所有灰度級相加，然後除以總圖元 點的個數即得到圖像的平均灰度，圖像處理單元25在該平 均灰度下對圖像進行銳利化及二值化處理，圖像銳利化是 指對圖像作模糊處理，提高圖像的清晰度，而圖像二值化 是指將一幅多個灰度級的圖像轉化爲只有兩個灰度級的圖 像，以便於資料的壓縮、特徵的突出以及圖形的識別（步 驟S6 ) 〇 用戶在所處理後的圖像上任意選擇一點作爲初始 點’邊界提取單元26依據順時針方向尋找距離該初始點最 近的邊界點，然後利用遞迴法繼續搜索其他邊界點，掃描 ，。十异模組270計算所述邊界輪廓上每個邊界點的法線向

里和切線向量，根據該法線向量及掃描線的長度分別計算 述掃描線的開始點和結束點，邊界掃描模組272根據所 邊算出的開始點和結束點在處理後的圖像上精確尋找每個 界點作爲掃描點，並根據所找到的掃描點進行自動 (步驟S7)。 田 U斷單元24判斷上述掃描點是否在所截取 圍内（步驟S8)。 师一右上述掃描點不在所截取圖像的範圍内，則移動計 工7^28计算影像截取單元22截取所述工件3下一張圖像 ώ12需移動的距離和方向，工作台12根據所述邊界 15 200810518 向量及移動計算單元2δ所計算出的移動距離移動， 、後返回步驟S4 (步驟S9)。 ‘判斷描點在所截取圖像的範圍内，則满單元24 麟==點是否組成了閉合邊界路徨(步驟si〇)。 動工點未組成閉合邊界路獲，則返回步獅移 可以進二4右所述掃描點組成了閉合邊界路徑，則用戶 定路徑域::=)元29將所述掃描點的座標存於-指 在步驟S9中，本實施例中的工作a CCD感應器1G ° 2移動的距離爲 點的直徑爲如，假設每個圖元 640*480個圖元點時、工田/…器10的—次拍攝範圍爲 元點，即工作;2Χ 的移動距離爲320*24〇個圖 上的務㈣1 以移動32G*G.G2毫米，在Υ轴 。本發明較佳實施例所提: Ψ 以根_義=:有性和擴充性，用戶可 作台12移動的距離。 圖。ΪΓ1 示，係圖6中步驟S7邊界掃描之具體作業流程 ㈣崎增—㈣爲初始點 )該贿點是錢邊界點（㈣s 邊界點，則邊界提取單元26 點，向右搜索下—邊界點（步驟S7G3)。 1點為起 1若ΓΓ是邊界點’則邊界提取單元26以順時針方& :::離該點最近的邊界點，然後進c 16 200810518 判斷單元24判斷邊界提取單元26向右h否搜索到了 邊界點（步驟S705)。 ^ ’、 •若邊界提取單元26向右搜索到了邊界點，則返回步驟 S703繼續向右搜索邊界點，否則邊界 邊界點（步驟謂6)。 呤取單元汹下搜索 =單心麟邊界提取單元26心是否搜索到了 邊界點（步驟S707)。 右邊界提取單元26向下搜索到了德 cm 透界點，則返回步驟 ==續向下搜索邊界點，否則邊界提取單元二左搜= 邊界點（步驟S708)。 判斷單元24判斷邊界提取單元26向^㈣索到了 遠界點（步驟S709)。 若邊界提取單元26向左搜索到了邊界點，則返回步驟 〇8繼續向左搜索邊界點，否則邊界提取單元麻上搜索 邊界點（步驟S710)。 判斷單元24判斷邊界提取單元26向上是否搜索到了 邊界點（步驟S711)。 的一若邊界提取單元26向上搜索到了邊界點，則邊界提取 =元26M績向上搜索邊界點，否則邊界提取單元％提取所 述邊界點附近的邊界輪廓，掃描線計算模組27〇計算所述邊 、輪廓上每個邊界點的法線向量，根據該法線向量及掃描 線的長度計算出每個掃描線的開始點和結束點（步驟 S712)。 邊界掃描模組272連接所述開始點和結束點，該連接 17 200810518 與處理後的®像相㈣點㈣確尋找 界掃描!組272吻尋找到的邊界點作爲掃邊 動邊界掃描（步S713)。 、’、進仃自 本發Γ:=佳實施例揭露如上，然其並非用™ iL = 技藝者，在不脫離本發明之精神和 :二：：與濁飾，因此本發明之保護範圍當視 後附之申㉖專利範圍所界定者為準。 【圖式簡單說明】

圖1係本發明影像邊界掃插系統較佳實施例之硬體架 構圖。 圖2係本發明影像邊界掃插系統較佳實施例之具體結 構圖。 圖3係處理前後的工件圖像。 - 圖4係本發明影像邊界掃描系統之參數設置介面圖。 圖5係本發日社件之掃‘意®。 囡係本發月衫像邊界掃插方法較佳實施例之主流糕 圖7係圖6巾衫像邊界掃插步驟之具H作業流程圖。 【主要元件符號說明】 1 2 3 10 影像量測機台 電腦 工件 電射搞合裝置感應器 工作台 12 18 200810518 X軸馬達 14 Υ轴馬達 16 ζ轴馬達 18 影像卡 20 運動控制卡 21 影像截取單元 22 參數設置單元 23 判斷單元 24 圖像處理單元 25 邊界提取單元 26 圖像邊界掃描單元 27 移動計算單元 28 儲存單元 29 掃描線計算模組 270 邊界掃描模組 272 Ψ 19

Claims (1)

1. 200810518 十、申請專利範® 工·一種影像邊界掃描系統，包括影像量測機台和電 腦，該影像量測機台包括一電荷耦合裝置礅應器、一工作 ^及馬達，其中，所述電腦包括： 參數設置單元，用於影像邊界掃描的參數設置； 影像卡，與所述電荷耦合裝置感應器相連，其用於獲 取放置在工作台上的符掃描工件的影像； _ 運動控制卡，與所述馬達相連，用於检制該馬達的移 動，實現工作台的定位及所述工件與電荷輛合裝置感應器 的對焦； 衫像截取單元’用於當電荷耗合裝置感應器拍攝所述 工件時，截取該工件的圖像； 用於對所截取的圖像進行圖像處理； 用於在上述處理過的圖像上尋找所給 界點^ #福敌贫；息田〜 ^ .

   圖像處理單元， 邊界提取單元，用於名 定的初始點附近的邊界點， 扉’利用遞迴法掬壹該旙另 掃描； 判斷單元，

   20 200810518 2.如申請糊帛以所狀影料界雜系統，該 系統還包括儲存單元，膀將上述所有⑽點的座標存於 一指定路徑文檔。 中所述馬達包括影像量測機台在空間座標⑽X轴馬達、y 軸馬達及z軸馬達，所述x轴馬達和丫轴馬達用於控制工作 台的移動，所述z轴馬達用於控制電荷輕合裝置感應器在 垂直方向上的移動’以實現該電荷耦合裝置感應器與工件 •的對焦。 4·如申請專利範圍第1項所述之影像邊界掃描系統，其 中所述影像邊界掃描的參數包括掃描線的長度、掃描線的 寬度、二值化分界值及是否繪製掃描線。 5.如申請專利範圍第4項所述之影像邊界掃描系統；其 中所述圖像邊界掃描單元包括： 掃描線計算模組，用於計算所述邊界輪廓上每個邊界 _ 點的法線向里和切線向量，根據該法線向量及所述掃描線 \ 的長度计异出掃描線的開始點和結束點，並根據該切線向 量確定下一個邊界點的位置及方向；及 邊界掃描模組，用於根據上述確定的開始點和結束點 在所處理過的圖像上精確尋找邊界點作爲掃描點。 6·如申請專利範圍第4項所述之影像邊界掃描系統，其 中所述圖像處理包括圖像銳利化處理和圖像二值化處理， 該圖像二值化處理是指根據所設置的二值化分界值將256 灰度级的圖像轉換成只有〇灰度值和255灰度值的圖像。 21 200810518 掃描7二工界掃描方法’利用-影像邊界掃描系統 _ 〜像邊界，該系統包括一電腦及一影像量測 i象里蜊機台包括一電荷耦合裝置感應器、一放 “該工作台及馬達，其中，該方法包括如下步驟： Μa恥透過所述電荷耦合裝置感應器截取所述工件 的職置有影像邊界掃描的參數； 初始點^像進行圖像處理，並從處理過的®像上選擇- 沿該初始點，、 取該邊界點附近離該初始點最近的邊界點’提 廓上搜索其他邊界點:郅，並利用遞迴法從所述邊界輪 上精確尋找上描參數在所處理過的圖像 右所述掃插點失在所进说 口像耗圍内； Ψ 述工件下-張圖像時工作台需：：範圍内，則計算截取所 控制馬達移動該工作台； 的距離和方向，並透遇 右所述掃知在所截取圖像 點疋否組成了閉合邊界雜；_，關斷所述掃指 右所轉插點未組成閉合邊 > 口的步驟；及 |路徑，則返回移動工竹 右所述掃插點組成了閉合邊界 δ.如申請專利範圍第7項所述之；：]結束掃描。 方法還包括步驟： 知像邊界掃描方法，該 22 200810518 將所有掃描點的座標存於一指定路徑文檔。 9. 如申請專利範圍第7項所述之影像邊界掃描方法，其 &中所述步驟利用遞迴法搜索邊界點包括如下步驟： * 判斷所述邊界點右邊相臨的點是否是未搜尋過的邊 界點， 若該點是未搜尋過的邊界點，則以該邊界點爲起點向 右搜索下一個邊界點； 若向右搜索到了邊界點，則以該邊界點爲起點繼續向 ® 右搜索邊界點，直到向右搜索不到邊界點； 以向右搜索到的最後一個邊界點爲起點向下搜索邊 界點； 若向下搜索到了邊界點，則繼續向下搜索邊界點，直 到向下搜索不到邊界點； 一 以向下搜索到的最後一個邊界點爲起點向左搜索邊 界點； 龜 若向左搜索到了邊界點，則繼續向左搜索邊界點，直 1 到向左搜索不到邊界點； 以向左搜索到的最後一個邊界點爲起點向上搜索邊 界點，直到向上搜索不到邊界點。 10. 如申請專利範圍第7項所述之影像邊界掃描方法， 其中所述影像邊界掃描的參數包括掃描線的長度、掃描線 的寬度、二值化分界值及是否繪製掃描線。 11. 如申請專利範圍第10項所述之影像邊界掃描方 法，其中所述步驟精確尋找邊界點作爲掃描點進行邊界掃 200810518 描包括如下步驟： 計算所述邊界點的法線向量和切線向量法線向量； ^ 根據該法線向量及掃描線的長度計算掃描線的開始 '點和結束點，所述切線向量用於計算截取所述工件下一張 圖像時工作台需移動的距離和方向。 12·如申請專利範圍第10項所述之影像邊界掃描方 法，其中所述圖像處理包括圖像銳利化處理和圖像二值化 處理，該圖像二值化是指根據所設置的二值化分界值將256 • 灰度級的圖像轉換成只有0灰度值和255灰度值的圖像。 Ψ 24