CN101520401B - 粒子统计方法及装置 - Google Patents

Abstract

一种粒子统计方法，包括如下步骤：获取粒子图像；至少进行一次粒子图像的缩/放处理，以获得至少一幅缩/放后的粒子图像；分别计算缩/放前的所述粒子图像中粒子的总面积及所述至少一幅缩/放后的粒子图像中粒子的总面积，以获得至少两幅粒子图像中粒子的总面积；根据所述至少两幅粒子图像中粒子总面积以及对应的粒子图像缩/放量计算出粒子图像中粒子的数量，以判断被拍摄物质中粒子含量是否满足要求。通过上述粒子统计方法计算粒子数量时，无需识别图像中的独立的粒子，也不需要计算粒子的直径或者长宽等参数，仅利用以此图像的缩/放就能够得准确的粒子数量，使得统计速度大大提高。本发明还提供一种粒子统计装置。

Description

粒子统计方法及装置

技术领域

本发明涉及一种图像分析技术，特别是一种统计图像中粒子数量的粒子统计方法及装置。 

背景技术

在工业自动化光学检测领域，统计图像中粒子数量是很常见的应用，例如，与液晶产品制造有关的一种电路技术ACF  (Anisotropic ConductiveFilm，各向异性导电薄膜)就需要根据电路中导电粒子的数量来判断产品是否质量合格。 

一般而言，统计图像中目标数目的处理算法是比较耗时的，因为不知道粒子的半径或者长宽，而图像中粒子又通常会粘连在一起，计算机很难识别哪个才是单个粒子，也就很难得到粒子的半径或者长宽值，为此，目前的统计方法都需要经过复杂度较高的区域标记等处理过程，不仅处理时间长，而且容易受到噪声的干扰影响统计精度。 

发明内容

鉴于此，有必要提供一种快速且准确的粒子统计方法。 

还有必要提供一种快速且准确的粒子统计装置。 

一种粒子统计方法，包括如下步骤： 

获取粒子图像； 

至少进行一次粒子图像的缩/放处理，以获得至少一幅缩/放后的粒子图像； 

分别计算缩/放前的所述粒子图像中粒子的总面积及所述至少一幅缩/放后的粒子图像中粒子的总面积，以获得至少两幅粒子图像中粒子的总面积； 

根据所述至少两幅粒子图像中粒子总面积以及对应的粒子图像缩/放量计算出粒子图像中粒子的数量，以判断被拍摄物质中粒子含量是否满足要求。 

一种粒子统计装置，包括： 

图像获取单元，用于获取待统计的粒子图像； 

缩/放单元，用于对粒子图像进行缩/放处理以获得至少一幅缩/放后的粒子图像； 

面积计算单元，用于分别计算缩/放前的所述粒子图像中粒子的总面积及所述至少一幅缩/放后的粒子图像中粒子的总面积，以获得至少两幅粒子图像中粒子的总面积； 

粒子统计单元，用于根据所述面积计算单元算得的所述至少两幅粒子图像中粒子的总面积以及对应的粒子图像缩/放量计算出粒子图像中粒子的数量，以判断被拍摄物质中粒子含量是否满足要求。 

通过上述粒子统计方法及装置计算粒子数量时，无需识别图像中的独立的粒子，也不需要计算粒子的直径或者长宽等参数，仅利用以此图像的缩/放就能够得准确的粒子数量，使得统计速度大大提高。 

附图说明

图1为原始粒子图像示意图。 

图2为二值化后的粒子图像示意图。 

图3为缩放后的二值粒子图像示意图。 

图4为圆形粒子缩放示意图。 

图5为正方形粒子缩放示意图。 

图6为长方形粒子缩放示意图。 

图7为粒子统计结果数据图。 

图8为一较佳实施方式的粒子统计方法步骤流程图。 

图9为一较佳实施方式的粒子统计装置功能模块图。 

具体实施方式

以下实施方式提出一种快速的粒子数量统计方法和装置，基本原理是通过对二值化的粒子图像进行图像缩/放获得粒子面积总和的统计值，然后根据粒子形状特征以及对应的运算公式计算出粒子数量，以判断被拍摄物质中粒子含量是否满足要求。。此技术可以对圆形、矩形或其它任意形状较统一的粒子进行数量统计计算。下面以圆形粒子为例，详细推导粒子统计的具体方 法。 

请参阅图1，其为一张利用AOI(Automatic Optic Inspection，自动光学检测)设备获得的原始粒子图像示意图，图中颜色较深的黑点为需要统计的粒子。 

请参阅图2，其为将图1所示的原始粒子图像进行二值化处理得到的二值粒子图像，图中白点表示粒子，有些白点面积较大且形状不规则表示该处为多个粒子的粘连。 

以下以一个实例对粒子数量统计方法作详细说明，请参阅图3，其为将图2所示的二值粒子图像进行收缩处理后的收缩粒子图像，即从整个图像或每个粒子的上下左右边缘向中间压缩，使整个图像或每个粒子缩小。图3中的图像内容与图2一致，只是其中的白点(粒子)比图2中对应的白点要小。 

首先，通过计算机得到图2所示的二值粒子图像中粒子总面积S0，图3所示的收缩粒子图像中粒子总面积S1。 

假设图像中有M个粒子，粒子直径为D(如图2所示)，图3为收缩N个单位的收缩粒子图像，那么图3中粒子的直径为D-N(如图3所示)。设X＝D-N/2，则： 

[0032] S0＝M*(π/4)D²＝M*(π/4)(X+N/2)²

[0033] S1＝M*(π/4)(D-N)²＝M*(π/4)(X-N/2)²

[0034] 上述两个方程中只有两个未知数，那么就可以得出M的值，本实施方式的计算方法如下： 

S0-S1＝M*πXN/2.............................(1) 

$S0+S1=M*(\mathrm{\π}/2)[X^2+{\left(\frac{N}{2}\right)}^2]$

通常缩放单位N都远小于粒子直径为D，也就远小于X，则： 

S0+S1≈M*(π/2)X²...........................(2) 

由公式(1)和(2)可得： 

X＝N*(S0+S1)/(S0-S1) 

[0041] D＝X+N/2＝N*(S1+S2)/(S1-S2)+N/2 

[0042] 最后可得到粒子数量M为： 

$M=(4/\mathrm{\π})*(S0/D^2)=k*\frac{S0}{{[N*(S0+S1)/(S0-S1)+N/2]}^2}$

其中：k＝4/π，即为圆形粒子的形状系数，其他形状的粒子只需改变k值即可。因为S0，S1，N均为已知数，则可以很快地得出粒子数量M。为了计算方便，运算过程中，所述直径为D，收缩量N的单位都为像素。 

请参阅图4、5、6，其分别为圆形粒子，正方形粒子以及长方形粒子的收缩示意图。利用上述同样的计算原理可以得出：正方形粒子的形状系数k＝1，长方形粒子的形状系数k等于其长宽比，此时D为长方形宽度。 

请参阅图7，其为通过上述粒子统计方法所测得的实验数据，从数据可以看出，粒子数量统计误差值保持在3％以内，这种精度的统计计算已经足以应付工业应用中许多需要粗略估计粒子数量应用的需求，如对ACF技术中导电粒子数量的检测。 

因为上述计算方法中存在约等于，从而可能会增加一定误差，以下提供另一种计算方法： 

S0＝M*(π/4)D².............................(3) 

S1＝M*(π/4)(D-N)²

那么： 

[0051] S1/S0＝(D-N)²/D²

$\sqrt{S1/S0}=(D-N)/D$

$\frac{1}{D}=\frac{1-\sqrt{S1/S0}}{N}...\left(4\right)$

由公式(3)和(4)可得： 

[0055]  $M=(4/\mathrm{\π})*(S0/D^2)=\frac{4*S0*{(1/D)}^2}{\mathrm{\π}}=\frac{4*S0*{(1-\sqrt{S1/S0})}^2}{\mathrm{\π}{N}^2}=k*\frac{S0*{(1-\sqrt{S1/S0})}^2}{N^2}$

上述算法没有对任何数据进行省略，理论上统计结果更为准确。 

为了简化算法，以下再提供一种计算方法：即对原始二值粒子图像再进行一次放大处理，放大量也为N个单位，计算机算出放大粒子图像中粒子的总面积S2。 

S2＝M*(π/4)(D+N)²

那么： 

S2-S1＝M*(π/4)*4ND 

$\frac{S0}{S2-S1}=\frac{D}{4N}$

$D=\frac{4N*S0}{S2-S1}$

$M=(4/\mathrm{\π})*(S0/D^2)=\frac{4*S0*{(S2-S1)}^2}{16*\mathrm{\π}*N^2*{S0}^2}=k*\frac{S0*{(S2-S1)}^2}{16*N^2*{S0}^2}$

实际统计中，因为粒子形状并非完全的规则图像，所以还需要加入适当的实验修正值。 

请参阅图8，其为基于上述各种运算原理的粒子统计方法流程图，包括如下步骤： 

步骤S803，获取粒子图像。 

步骤S805，将粒子图像作二值化处理。 

步骤S807，至少进行一次粒子图像的缩/放处理。 

步骤S809，计算缩/放前后至少两幅粒子图像中粒子的总面积。 

步骤S811，根据所述至少两个粒子总面积以及对应的粒子图像缩/放量计算出粒子图像中粒子的数量，以判断被拍摄物质中粒子含量是否满足要求。因为粒子的数量等于其总面积除以单个粒子的面积，则可以列出两个面积(已知数)与粒子数量(未知数)和粒子半径或边长(未知数)的关系式，两个关系式两个未知数即可求得到两个未知数的值，即可以得到粒子的数量。多种求解运算方法如下： 

若，缩/放前粒子的总面积等于S0；缩/放后粒子的总面积等于S1；缩/放量为N(放大时N为正值，缩小时N为负值)，粒子的数量为M，则： 

$M=k*\frac{S0}{{[N*(S0+S1)/(S0-S1)+N/2]}^2}$

或 $M=k*\frac{S0*{(1-\sqrt{S1/S0})}^2}{N^2}$

其中k为形状系数，圆形粒子的形状系数k＝4/π；正方形粒子的形状系数k＝1；长方形粒子的形状系数k等于其长宽比。 

若，缩/放前粒子的总面积等于S0；放大后粒子的总面积等于S1；缩小后粒子的总面积等于S2；缩/放量均为N，粒子的数量为M，则： 

$M=k*\frac{S0*{(S2-S1)}^2}{16*N^2*{S0}^2}$

其中k为形状系数：圆形粒子的形状系数k＝4/π，正方形粒子的形状系数k＝1，长方形粒子的形状系数k等于其长宽比。 

步骤S813，输出粒子数量，如通过显示器显示数据或传输数据给其他设备。 

通过上述粒子统计方法计算粒子数量时，无需识别图像中的独立的粒子，也不需要计算粒子的直径或者长宽等参数，仅利用以此图像的缩/放就能够得准确的粒子数量，使得统计速度大大提高。 

请参阅图9，其为基于上述运算原理的粒子统计装置10的功能模块图，包括：图像获取单元102、图像处理单元104、缩/放单元106、面积计算单元108、粒子统计单元110以及输出单元112。 

图像获取单元102用于获取待统计的粒子图像，如通过AOI设备拍摄的导电粒子图像。 

图像处理单元104用于对粒子图像进行二值化处理，得到二值粒子图像。 

缩/放单元106用于对二值粒子图像进行收缩/放大处理。 

面积计算单元108用于计算缩/放前后粒子图像中粒子的总面积。 

粒子统计单元110用于根据所述面积计算单元算得的至少两个粒子总面积以及对应的粒子图像缩/放量计算出粒子图像中粒子的数量，以判断被拍摄物质中粒子含量是否满足要求。所述粒子的数量的计算是根据所述至少两个面积与粒子数量和粒子半径或边长的关系式求得。 

若，缩/放前粒子的总面积等于S0；缩/放后粒子的总面积等于S1；缩/放量为N(放大时N为正值，缩小时N为负值)，粒子的数量为M，则： 

$M=k*\frac{S0}{{[N*(S0+S1)/(S0-S1)+N/2]}^2}$

或 $M=k*\frac{S0*{(1-\sqrt{S1/S0})}^2}{N^2}$

其中k为形状系数，圆形粒子的形状系数k＝4/π；正方形粒子的形状系数k＝1；长方形粒子的形状系数k等于其长宽比。 

若，缩/放前粒子的总面积等于S0；放大后粒子的总面积等于S1；缩小后粒子的总面积等于S2；缩/放量均为N，粒子的数量为M，则： 

$M=k*\frac{S0*{(S2-S1)}^2}{16*N^2*{S0}^2}$

其中k为形状系数：圆形粒子的形状系数k＝4/π，正方形粒子的形状系数k＝1，长方形粒子的形状系数k等于其长宽比。 

输出单元112用于输出粒子数量。 

通过上述粒子统计装置计算粒子数量时，无需识别图像中的独立的粒子，也不需要计算粒子的直径或者长宽等参数，仅利用以此图像的缩/放就能够得准确的粒子数量，使得统计速度大大提高。 

本技术领域的普通技术人员应当认识到，以上的实施方式仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围之内，对以上实施例所作的适当改变和变化都落在本发明要求保护的范围之内。 

Claims (10)

1.一种粒子统计方法，包括如下步骤：

获取粒子图像；

至少进行一次粒子图像的缩/放处理，以获得至少一幅缩/放后的粒子图像；

分别计算缩/放前的所述粒子图像中粒子的总面积及所述至少一幅缩/放后的粒子图像中粒子的总面积，以获得至少两幅粒子图像中粒子的总面积；

根据所述至少两幅粒子图像中粒子总面积以及对应的粒子图像缩/放量计算出粒子图像中粒子的数量，以判断被拍摄物质中粒子含量是否满足要求。

2.如权利要求1所述的粒子统计方法，其特征在于：所述粒子的数量的计算是根据所述至少两幅粒子图像中粒子总面积与粒子数量和粒子半径，或根据所述至少两幅粒子图像中粒子总面积与粒子数量和边长的关系式求得。

3.如权利要求1所述的粒子统计方法，其特征在于：若，缩/放前粒子的总面积等于S0；缩/放后粒子的总面积等于S1；缩/放量为N，粒子的数量为M，则：

$M=k*\frac{S0}{[N*(S0+S1)/(S0-S1)+N/2{]}^2}$

或 $M=k*\frac{S0*{(1-\sqrt{S1/S0})}^2}{N^2}$

其中k为形状系数，圆形粒子的形状系数k＝4/π；正方形粒子的形状系数k＝1；长方形粒子的形状系数k等于其长宽比。

4.如权利要求1所述的粒子统计方法，其特征在于：若，缩/放前粒子的总面积等于S0；放大后粒子的总面积等于S1；缩小后粒子的总面积等于S2；缩/放量均为N，粒子的数量为M，则：

$M=k*\frac{S0*{(S2-S1)}^2}{16*N^2*{S0}^2}$

其中k为形状系数：圆形粒子的形状系数k＝4/π，正方形粒子的形状系数k＝1，长方形粒子的形状系数k等于其长宽比。

5.如权利要求1所述的粒子统计方法，其特征在于：所述粒子统计方法在“获取”步骤与“缩/放处理步骤”之间还包括“将粒子图像作二值化处理”的步骤。

6.一种粒子统计装置，包括：图像获取单元，用于获取待统计的粒子图像，其特征在于：所述粒子统计装置还包括：

缩/放单元，用于对粒子图像进行缩/放处理以获得至少一幅缩/放后的粒子图像；

面积计算单元，用于分别计算缩/放前的所述粒子图像中粒子的总面积及所述至少一幅缩/放后的粒子图像中粒子的总面积，以获得至少两幅粒子图像中粒子的总面积；

粒子统计单元，用于根据所述面积计算单元算得的所述至少两幅粒子图像中粒子的总面积以及对应的粒子图像缩/放量计算出粒子图像中粒子的数量。

7.如权利要求6所述的粒子统计装置，其特征在于：所述粒子的数量的计算是根据所述至少两幅粒子图像中粒子总面积与粒子数量和粒子半径，或根据所述至少两幅粒子图像中粒子总面积与粒子数量和边长的关系式求得。

8.如权利要求6所述的粒子统计装置，其特征在于：若，缩/放前粒子的总面积等于S0；缩/放后粒子的总面积等于S1；缩/放量为N，粒子的数量为M，则：

$M=k*\frac{S0}{[N*(S0+S1)/(S0-S1)+N/2{]}^2}$

或 $M=k*\frac{S0*{(1-\sqrt{S1/S0})}^2}{N^2}$

其中k为形状系数，圆形粒子的形状系数k＝4/π；正方形粒子的形状系数k＝1；长方形粒子的形状系数k等于其长宽比。

9.如权利要求6所述的粒子统计装置，其特征在于：若，缩/放前粒子的总面积等于S0；放大后粒子的总面积等于S1；缩小后粒子的总面积等于S2；缩/放量均为N，粒子的数量为M，则：

$M=k*\frac{S0*{(S0-S1)}^2}{16*N^2*{S0}^2}$

其中k为形状系数：圆形粒子的形状系数k＝4/π，正方形粒子的形状系数k＝1，长方形粒子的形状系数k等于其长宽比。

10.如权利要求6所述的粒子统计装置，其特征在于：所述粒子统计装置还包括图像处理单元，用于对粒子图像进行二值化处理以方便所述面积计算单元获得所述至少两幅粒子图像中粒子的总面积。

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