CN101191719A - 影像焦点合成系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种影像焦点合成方法。该方法包括步骤：读取一张影像作为第一影像；读取另一张影像作为第二影像；提取该第一影像需合并点的灰度值p及梯度值g；提取该第二影像中与第一影像对应的点的灰度值p0及梯度值g0；如果梯度值g不小于梯度值g0，则不改变第一影像该点的灰度值p及梯度值g；如果梯度值g小于梯度值g0，则更新第一影像该点的灰度值p为p0，梯度值g为g0；返回提取第一影像需合并点的灰度值p及梯度值g的步骤直到该第一影像需合并点都提取完为止。本发明能将具有断差的同一物体的不同焦点的影像合成以得到一张全焦点影像，使量测人员可以在该全焦点影像上精确采点，且还能把该不同焦点的影像保存下来进行离线合成及量测采点。本发明还提供一种影像焦点合成系统。

Description

影像焦点合成系统及方法

技术领域

本发明涉及一种影像焦点合成的系统及方法。

背景技术

在精密影像量测中，标准工业电荷耦合装置(Charge CoupledDevice，CCD)搭配特殊的镜头可以得到高分辨的影像也就是高清晰图像，且精度高，重复性好，且不会造成变形，对被量测工件影响小，所以在工厂及实验室得到广泛应用。其中，其中图像分辨率是用于衡量图像内数据量多少的一个参数，通常表示成ppi(每英寸像素)。包含的数据越多，图形文件的长度就越大，也能表现更丰富的细节。像素(Pixel)是由Picture和Element这两个字母所组成的，是用来计算影像的一种单位，影像具有连续性的浓淡阶调，若把影像放大数倍，会发现这些连续色调其实是由许多色彩相近的小方点所组成，这些小方点就是构成影像的最小单位“像素”。

但是，由于物镜本身特点，其景深很小，一般不足0.1毫米(MM)(小景深方便自动对焦)，较大景深的物镜也不会超过15毫米(MM)，无法满足有断差尺寸工件或物体的量测。

而在手动影像量测机台上要测量有断差尺寸的工件，显然图像只有局部清晰，在模糊地方取点误差较大，要使模糊的地方清晰采点，只有改变焦距。这样，原来清晰的地方就会模糊，得到另一张不同焦点的局部清晰的影像。虽然可以实现精确采点，但是操作过程不直观，不能很好的说明两个点的位置关系。

所谓断差尺寸的量测即是量测位于不同平面的物体。

发明内容

鉴于以上内容，本发明提供一种影像焦点合成系统，该系统包括一台电脑及一台手动影像量测机台，所述电脑获取该手动影像量测机台调焦过程中所截取的同一个有断差工件的多张影像，该电脑包括一个焦点合成程序，该焦点合成程序用于：读取该不同焦点的多张影像，以其中一张影像作为第一影像，以另一张影像作为第二影像，判断第一影像中像素点的梯度值是否小于第二影像中的相对应像素点的梯度值；如果第一影像中的像素点的梯度值小于所述第二影像中的对应点的梯度值，则更新第一影像中像素点的灰度值与梯度值为所述第二影像中对应点的灰度值与梯度值；如果第一影像中像素点的梯度值不小于所述第二影像中的对应点的梯度值，则不改变第一影像中像素点的灰度值及梯度值；继续读取另一张影像为第二影像并与该第一影像进行焦点合并，直到所有的影像都合并完为止。

本发明提供一种影像焦点合成方法，该方法将电脑获取的手动影像量测机台调焦过程所截取的同一个有断差工件的多张影像合成为一张全焦点影像，该方法包括步骤：读取一张影像作为第一影像；读取另一张影像作为第二影像；提取该第一影像中需合并点的灰度值p及梯度值g；提取该第二影像中与第一影像中需合并点对应的点的灰度值p0及梯度值g0；如果梯度值g不小于梯度值g0，则不改变第一影像中该需合并点的灰度值p及梯度值g；如果梯度值g小于梯度值g0，则更新第一影像中该需合并点的灰度值p为p0，梯度值g为g0；返回提取第一影像中需合并点灰度值p及梯度值g的步骤直到该第一影像中需合并点都提取完为止；重复上述读取另一张影像作为第二影像的步骤直到所有的影像都合并完为止。

本发明的焦点合成系统及方法能够将具有断差的同一物体的不同焦点的影像合成起来，得到一张全焦点影像，也即是任何地方都清晰的影像，使得量测人员可以在该全焦点影像上精确采点，解决了手动量测机台在量测有断差物体时只有局部清晰的缺陷；而且本发明可以把该量测到的不同焦点的影像保存下来进行离线合成及量测采点，实现了离线量测，减少量测机台的占用时间。

附图说明

图1为本发明影像焦点合成系统较佳实施例的硬体架构图。

图2为本发明影像焦点合成方法较佳实施例的流程图。

图3为图2中步骤S42进行焦点合并的较佳实施例的流程图。

图4为本发明影像焦点合成方法较佳实施例的过滤去毛边的示意图。

图5、图6、图7及图8为本发明中同一工件的部分位置清晰的不同焦点的影像。

图9为上述图5至图8合成的一张清晰的全焦点影像。

具体实施方式

参阅图1所示，为本发明影像焦点合成系统较佳实施例的硬体架构图。该影像焦点合成系统包括一电脑主机1及一放置待测工件5的机台6。其中，机台6的Z轴上还有用于采集连续影像的电荷耦合装置7(Charged Coupled Device，CCD)，该电荷耦合装置7装有工业光学镜头，该电荷耦合装置7通过该工业光学镜头将待测工件5的影像聚焦。所述电脑主机1装有影像撷取卡10及焦点合成程序11。其中电荷耦合装置7通过影像数据线与所述影像撷取卡10相连，该电荷耦合装置7通过该影像数据线将从机台6获取的影像传送到影像撷取卡10上；所述焦点合成程序11用于将所获取的待测工件5的不同焦点的影像进行焦点合成。该系统还可以包括一台显示装置(未示出)，该显示装置与电脑主机相连，用于提供互动介面，使得量测人员通过该显示装置观看焦点合成过程及结果，并可以通过该显示装置向电脑主机发出命令，以控制影像的获取或焦点的合成。

所述机台6上还有一个X轴手动摇杆2，一个Y轴手动摇杆4及一个Z轴手动摇杆3。其中X轴手动摇杆2控制机台6左右移动，Y轴手动摇杆4控制机台6前后移动，机台上的待测工件5随控制机台6的移动而随之移动；Z轴手动摇杆3控制机台6在Z轴方向上下移动，且机台6在Z轴方向上下移动的同时带动电荷耦合装置7和工业光学镜头进行移动以对待测工件5聚焦，得到待测工件5的影像。

在待测工件5有断差的情况下，摇动X轴手动摇杆2和Y轴手动摇杆3移动机台6使待测工件5处于光学镜头下，再通过摇动该Z轴手动摇杆3进行调焦，在调焦过程中得到待测工件5多张不同焦点的影像，由于待测工件5存在断差，导致每一张影像只有在同一水平面上的部分位置清晰，参照图5、图6、图7及图8所示。将该多张不同焦点的影像通过电脑主机1中的焦点合成程序11，得到一张全部清晰的全焦点影像如图9所示。其中，在调焦时截取工件5不同焦点影像的过程中，该工件5的水平位置是固定的；如果在此过程中，需要水平方向移动工件5，则需要记录下该工件5在移动前的X、Y座标，在重新继续对该工件进行调焦以截取不同焦点影像时需要将该工件恢复到原来的X、Y座标位置。

该种调焦过程所获取到的有断差物体的不同焦点影像的状况还包括，如利用一个有手动调焦功能的相机拍摄一个固定在某处的有断差的物体，或拍摄远处的景观等，其中该手动调焦功能的相机要用三角架或其他固定装置固定在一个位置，在该位置的同一个角度拍摄该有断差的物体或景观。其中在调焦过程中所截取到的多张影像也可作为本发明中焦点合成的对象。

在本发明中，上述在调焦过程中所截取的多张不同焦点的影像是以位图的格式进行存储的。每张影像可以单独存储在一个位图文件中。所述的位图文件通常都包括位图文件头及位图数据。其中位图文件头保存位图文件的识别信息，包括文件类型、文件大小。位图数据是图像数据字节阵列。图像的每一扫描行由表示图像像素的连续的字节组成，每一行的字节数取决于图像的颜色数目和用像素表示的图像宽度。扫描行是由底向上存储的，这就是说，阵列中的第一个字节表示位图左下角的像素灰度值，而最后一个字节表示位图右上角的像素灰度值，也即像素的灰度值是从下到上，从左到右保存的。

在本发明中，因为该所截取的多张影像是在同一台量测机台上量测的同一个工件的影像，只不过焦点不同，其所存储的格式都是位图文件，因此该多张影像的位图文件头是相同的，所不同的只是因为每张影像的焦点不同，所以每张影像的位图数据中所存储的每个像素的灰度值有所不同。如果将每张影像单独存储在一个位图文件中，不但占用存储空间，而且在进行焦点合并时会花费较多时间在读取上。因此，在本发明中，将该多张影像压缩存储在一个文件中，在该影像压缩文件中，包含一个文件头及该多张影像的位图数据，其中该多张影像共用该同一个位图文件头，减少了在磁盘上的存储空间且在进行焦点合并时也减少了影像的读取时间。

而且该所截取的影像是脱离量测机台在电脑主机1中完成焦点合并的，其亦实现了离线量测，减少了量测机台的占用时间。

参阅图2所示，为本发明影像焦点合成方法较佳实施例的流程图。

步骤S32，读取一个影像压缩文件，该影像压缩文件包括多张不同焦点影像，并获取其中的影像张数N。在该步骤中，所述的多张不同焦点影像是同一待测工件的影像，该多张影像是在精密影像测量一个有断差的工件的过程中，通过摇动Z轴手动摇杆3控制机台6、电荷耦合装置7和工业光学镜头在Z轴方向上下移动以对待测工件5聚焦的调焦过程中所截取的不同焦点的影像。该所载取的影像是以位图格式进行存储的。

步骤S34，判断该所获取的影像张数N是否小于1，如果N小于1，则结束该流程。

如果N不小于1，则于步骤S36从该影像压缩文件中读取一张影像的全部像素数据，该像素数据包括该影像中每个像素点的灰度值。将该所读取的影像作为第一影像bmp。

步骤S40，再从上述影像压缩文件中读取另一张影像的像素数据，该像素数据同样包括该影像中每个像素点的灰度值。将该所读取的另一张影像作为第二影像bmp0。

步骤S42，将该第二影像bmp0与第一影像bmp进行焦点合并，该焦点合并后的影像仍然作为第一影像bmp。

步骤S44，判断该所读取的第二影像是否是该影像压缩文件中最后一张影像，如果不是最后一张影像，则返回步骤S40。

如果该所读取的影像是该影像压缩文件中最后一张影像，则于步骤S46，对该合并后的第一影像bmp进行过滤去毛边，在该步骤中，所用的方法为平均法或者中值法去毛边。

步骤S48，最后返回合并后的第一影像bmp。

参阅图3所示，是图2中步骤S42进行焦点合并的较佳实施例的流程图。首先，步骤S420，提取第一影像bmp的第一像素点的灰度值p及根据其灰度值计算出来的该像素点的梯度值g。

步骤S422，再提取第二影像bmp0中的要合并点的灰度值p0及梯度值g0。其中在第二影像bmp0中要合并的点与第一影像bmp中所提取的点是一一对应的。提取像素点灰度值的顺序是以其在影像中的位图数据中的存储顺序进行提取的。

步骤S424，判断第一影像bmp中该点梯度值g是否小于要第二影像bmp0的要合并点梯度值g0。

步骤S426，如果第一影像bmp中该点梯度值g小于第二影像bmp0的要合并点梯度值g0，则设置第一影像bmp中该点灰度值为p0，该点梯度值为g0。

步骤S430，判断在第一影像bmp中该点是否是最后一点，如果是则结束流程。如果不是，则进入步骤S432。

在步骤S424中，如果第一影像bmp中该点梯度值g不小于第二影像bmp0的要合并点梯度值g0，则不进行焦点合并，而进入步骤S432。

在步骤S432中，提取第一影像bmp中的下一点的灰度值p及梯度值g，然后进入步骤S422。

参阅图4所示，是本发明影像焦点合成方法较佳实施例的过滤去毛边的示意图。如图所示，平均法和中值法去毛边主要是利用图像在较小区域灰度相关这个特性，用周围点的平均灰度值代替该点的灰度值(平均法)，或用周围点的中间灰度值代替该点的灰度值(中值法)。这两种方法可以去掉一些孤立的像素点，同时又很好的保持了图像原有的轮廓特性。

当处理的点在内部时，用周围8个点和自身共9个点来处理，图示为正在处理的点68。以下用平均法和中值法分别进行处理如下：

平均法：68new＝(57，58，59，67，68，69，77，78，79)/9；

中值法则对57，58，59，67，68，69，77，78，79这9个点的灰度值进行排序，取排序后的第4个灰度值(从0开始计数)作为新的值68new，当处理的点为边界时，只对在内部的点参与计算。

参阅图5、图6、图7、图8及图9所示，是对焦点合成截取的四张图片进行合成说明，该影像来自一个有5mm左右段差的接插件。其中，图5、图6、图7及图8是在使用机台6对该接插件进行调焦过程中截取到的四张图片，由于镜头原因，景深较小，导致都只有在同一水平面上的部分位置清晰，通过使用本发明的焦点合成处理，得到如图9所示的全部清晰的全焦点图像。

本发明不仅适用于精密量测工业的手动量测机台在量测有断差的同一工件时的调焦过程中所截取的不同焦点影像的合成，而且也适用于其他情况，如可以调焦的相机，固定相机的拍摄位置及所拍摄物体的位置，对该物体进行拍摄所得到不同焦点的图片。

Claims (12)

1.一种影像焦点合成系统，该系统包括一台电脑及一台手动影像量测机台，所述电脑获取该手动影像量测机台调焦过程中所截取的同一个有断差工件的多张影像，其特征在于，该电脑包括一个焦点合成程序，该焦点合成程序用于：读取该不同焦点的多张影像，以其中一张影像作为第一影像，以另一张影像作为第二影像，判断第一影像中像素点的梯度值是否小于第二影像中的相对应像素点的梯度值；如果第一影像中的像素点的梯度值小于所述第二影像中的对应点的梯度值，则更新第一影像中像素点的灰度值与梯度值为所述第二影像中对应点的灰度值与梯度值；如果第一影像中像素点的梯度值不小于所述第二影像中的对应点的梯度值，则不改变第一影像中像素点的灰度值及梯度值；继续读取下一张影像为第二影像并与该第一影像进行焦点合并，直到所有的影像都合并完为止。

2.如权利要求1所述的影像焦点合成系统，其特征在于，所述电脑安装有影像撷取卡；所述手动影像量测机台在调焦过程中所截取的该工件的多张不同焦点影像通过影像数据线被传送到该影像撷取卡。

3.如权利要求1所述的影像焦点合成系统，其特征在于，所述工件在调焦过程中的水平位置是固定的。

4.如权利要求1所述的影像焦点合成系统，其特征在于，所述每一张影像单独存储为位图格式的文件。

5.如权利要求1所述的影像焦点合成系统，其特征在于，该多张影像存储为一个位图格式的压缩文件，在该压缩文件中，每张影像共用一个位图文件头，且各自拥有一个存储像素点灰度值的位图数据。

6.如权利要求5所述的影像焦点合成系统，其特征在于，该焦点合成程序每次读取一张影像的全部位图数据，并根据位图数据中的灰度值计算出每个像素点的梯度值。

7.一种影像焦点合成方法，该方法将电脑获取的手动影像量测机台调焦过程中所截取的同一个有断差工件的多张影像合成为一张全焦点影像，其特征在于，该方法包括步骤：

读取一张影像作为第一影像；

读取另一张影像作为第二影像；

提取该第一影像中需合并点的灰度值p及梯度值g；

提取该第二影像中与第一影像中需合并点对应的点的灰度值p0及梯度值g0；

如果梯度值g不小于梯度值g0，则不改变第一影像中该需合并点的灰度值p及梯度值g；

如果梯度值g小于梯度值g0，则更新第一影像中该需合并点的灰度值p为p0，梯度值g为g0；

返回提取第一影像中需合并点灰度值p及梯度值g的步骤直到该第一影像中需合并点都提取完为止；

重复上述读取另一张影像作为第二影像的步骤直到所有的影像都合并完为止。

8.如权利要求7所述的影像焦点合成方法，其特征在于，该方法还包括步骤：对该合并之后的第一影像过滤去毛边。

9.如权利要求7所述的影像焦点合成方法，其特征在于，所述工件在调焦过程中的水平位置是固定的。

10.如权利要求7所述的影像焦点合成方法，其特征在于，该每张影像单独存储为位图格式的文件。

11.如权利要求7所述的影像焦点合成方法，其特征在于，该多张影像存储为一个位图格式的压缩文件，在该压缩文件中，每一张影像共用一个位图文件头，且各自拥有一个存储像素点灰度值的位图数据。

12.如权利要求11所述的影像焦点合成方法，其特征在于，所述读取一张影像是指一次读取一张影像的全部位图数据，并根据位图数据中的灰度值计算出每个像素点的梯度值。

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