CN101685000B - 影像边界扫描的计算机系统及方法 - Google Patents

Abstract

一种影像边界扫描方法，该方法包括如下步骤：设置扫描参数；当用户选定扫描整个待测工件的开始点Ps、结束点Pe和扫描方向后，标记变量isS＝true；将CCD镜头移动到当前扫描点Pc，并截取待测工件的影像，对所截取影像的边界进行二值化处理，获取连续边界点，如果所述连续边界点模糊，则进行影像对焦；当待测工件没有扫描完毕时，按照设置的扫描间隔计算出精确边界点；确定下一帧扫描的开始点和CCD镜头的位置，标记isS＝false。本发明还提供一种用于影像边界扫描的计算机系统。利用本发明可以在影像边界点模糊时进行影像对焦，提高了量测速度。

Description

影像边界扫描的计算机系统及方法

技术领域

本发明涉及一种影像量测系统及方法，尤其涉及一种影像边界扫描的计算机系统及方法

背景技术

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(BallGrid 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 Coupled Device，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拍摄的影像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，如果待测工件的范围大于CCD镜头一帧画面所能摄取的大小，则需要多次移动CCD镜头，使得CCD镜头可以拍摄到待测工件的其他部位

在2008年2月13日公开、申请号为200610062038.7的中国专利申请案，揭露了一种影像边界扫描系统及方法。该方法包括：设置边界扫描参数；当扫描开始时进行影像对焦；截取一帧图像并对该图像进行二值化处理；寻找扫描点并进行边界扫描；重复扫描直到当前扫描点与第一个扫描点组成闭合边界路径。但该方法每次扫描都需要进行影像对焦，且图像处理时是针对整个图像进行二值化处理，增加了计算量，降低了扫描速度。

发明内容

鉴于以上内容，有必要提供一种用于影像边界扫描的计算机系统，其在影像边界扫描时，先判断当前影像的边界点是否模糊，如果模糊则自动进行影像对焦，且影像处理时只对当前影像的边界进行二值化处理。

还有必要提供一种影像边界扫描方法，其在影像边界扫描时，先判断当前影像的边界点是否模糊，如果模糊则自动进行影像对焦，且影像处理时只对当前影像的边界进行二值化处理。

一种用于影像边界扫描的计算机系统，该计算机系统与影像量测机台相连，所述计算机系统包括：参数设置模块，用于设置扫描参数，所述扫描参数包括扫描线的长度和扫描间隔；影像对焦模块，用于当用户选定扫描整个待测工件的开始点Ps、结束点Pe和扫描方向后，标记变量isS＝true，且当前扫描点Pc＝Ps；所述影像对焦模块，还用于将影像量测机台的CCD镜头移动到当前扫描点Pc；影像处理模块，用于截取待测工件的影像，对所截取影像的边界进行二值化处理，获取连续边界点；所述影像对焦模块，还用于判断所述连续边界点是否模糊，如果模糊，则进行影像对焦；边界扫描模块，用于判断待测工件是否扫描完毕，如果是，则显示扫描成功；所述边界扫描模块，还用于当待测工件没有扫描完毕时，根据所述连续边界点，按照设置的扫描间隔计算出精确边界点，从所述精确边界点中选择最后一个边界点为下一帧扫描的开始点，并根据下一帧扫描的开始点确定CCD镜头下一帧扫描时的位置，标记isS＝false，Pc＝下一帧扫描的开始点，开始下一帧扫描。

一种影像边界扫描方法，应用于包括测试主机和影像量测机台的影像量测系统中，该方法包括如下步骤：(a)设置扫描参数，所述扫描参数包括扫描线的长度和扫描间隔；(b)当用户选定扫描整个待测工件的开始点Ps、结束点Pe和扫描方向后，标记变量isS＝true，且当前扫描点Pc＝Ps；(c)将影像量测机台的CCD镜头移动到当前扫描点Pc；(d)截取待测工件的影像，对所截取影像的边界进行二值化处理，获取连续边界点，如果所述连续边界点模糊，则进行影像对焦并重复此步骤；(e)判断待测工件是否扫描完毕，如果是，则显示扫描成功，如果不是，则进入步骤(f)；(f)根据所述连续边界点，按照设置的扫描间隔计算出精确边界点，从所述精确边界点中选择最后一个边界点为下一帧扫描的开始点，并根据该下一帧扫描的开始点确定CCD镜头下一帧扫描时的位置，标记isS＝false，Pc＝下一帧扫描的开始点，流程转到步骤(c)。

相较于现有技术，所述影像边界扫描的计算机系统及方法，在影像边界扫描时，先判断当前影像的边界点是否模糊，如果模糊则自动进行影像对焦，且影像处理时只对当前影像的边界进行二值化处理，从而减少了计算量，提高了扫描速度。

附图说明

图1是本发明影像边界扫描的计算机系统较佳实施例的系统架构图。

图2是影像量测机台的示意图。

图3是计算扫描线开始点和结束点的示意图。

图4是从扫描线开始点到结束点的梯度曲线图。

图5是梯度求取示意图。

图6是确定下一帧扫描的开始点和CCD镜头的位置的示意图。

图7是本发明影像边界扫描方法较佳实施例的流程图。

图8是图7中步骤判断待测工件是否扫描完毕的具体流程图。

具体实施方式

如图1所示，是本发明影像边界扫描的计算机系统较佳实施例的系统架构图。该计算机系统主要包括显示设备1、测试主机2和输入设备4。所述测试主机2与影像量测机台3相连，其中，该测试主机2包括存储体20和边界扫描程序21。所述存储体20可以是测试主机2中的硬盘等，存储有扫描参数22。所述扫描参数22可以由用户设定，也可以设置在程序中固定不变，包括扫描线的长度、扫描线的宽度及扫描间隔等。

所述影像量测机台3的组成如图2所示，该影像量测机台3在X轴、Y轴和Z轴方向均安装有马达(图2中未示出)，其主要组成部分包括机台顶盖31、CCD镜头32、机台工作面33和机台主体34，所述机台工作面33上放置有待测工件35。所述CCD镜头32用于摄取待测工件35的影像，并将摄取的影像传送到测试主机2。在CCD镜头32摄取影像过程中，由于其拍摄范围固定，当其拍摄范围小于待测工件35的大小时，所述边界扫描程序21通过控制X轴马达和Y轴马达的移动，进而改变机台工作面33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镜头32可以拍摄到待测工件35水平方向上的其他部位。Z轴马达用于控制CCD镜头32在垂直方向上的移动，例如，Z轴马达可以通过移动CCD镜头32使得该CCD镜头32与待测工件35对焦。

所述边界扫描程序21用于控制影像量测机台3中的CCD镜头32移动，对待测工件35的边界进行扫描。

所述测试主机2连接有显示设备1，用于显示CCD镜头32传送给测试主机2的影像。所述输入设备4可以是键盘和鼠标等，用于进行数据输入等。

所述边界扫描程序21包括参数设置模块210、影像对焦模块211、影像处理模块212和边界扫描模块213。本发明所称的模块是完成一特定功能的计算机程序段，比程序更适合于描述软件在计算机中的执行过程，因此在本发明以下对软件描述都以模块描述。

所述参数设置模块210用于设置扫描参数22，并保存在存储体20中。所述扫描参数22包括扫描线的长度、扫描线的宽度及扫描间隔等。其中，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。扫描线的长度用于确定扫描线的开始点和结束点，扫描线的宽度用于确定扫描线的密度。

由于当待测工件35的范围大于CCD镜头32一帧画面所能摄取的大小时，需要CCD镜头32多帧扫描，才能完成整个待测工件35的扫描，因此，当用户选定扫描整个待测工件35的开始点(标记为Ps)、结束点(标记为Pe)和扫描方向(顺时针或逆时针)后，所述影像对焦模块211将影像量测机台3的CCD镜头32移动到当前扫描点(标记为Pc，第一帧扫描时，Pc和Ps重合)。当第一帧扫描时，标记变量isS＝true，当不是第一帧扫描时，标记变量isS＝false。

所述影像处理模块212用于截取CCD镜头32传送过来的待测工件35的影像，计算所截取影像的平均灰度，并在该平均灰度下对所截取影像的边界进行二值化处理。所述平均灰度的计算是指将影像中的所有像素点的灰度级之和除以像素的个数。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，影像处理模块212以所计算出来的平均灰度值为黑白转换的分界值，将所述截取影像划分为黑、白两种颜色。所述分界值可以由用户指定，也可以由影像处理模块212根据影像亮度自动计算。

其中，影像二值化是指将一幅多个灰度级的影像转化为只有两个灰度级(0和255)的影像，以便于特征的突出以及影像的识别。影像边界的二值化处理是指二值化影像的边界。

所述影像处理模块212还用于在二值化处理后的影像边界上获取连续边界点，所述连续边界点是以像素为单位进行排列的。具体而言，如果当前扫描点Pc是边界点，则影像处理模块212获取该边界点附近的边界点，然后利用递归法继续搜索其它边界点；若Pc不是边界点，则影像处理模块212依据顺时针方向或逆时针方向寻找距离Pc最近的边界点，然后利用递归法继续搜索其它边界点。

所述影像对焦模块211还用于判断所述连续边界点是否模糊，如果模糊，则进行影像对焦。其中，判断所述连续边界点是否模糊包括：从所述连续边界点中取样一定数量的边界点，计算该取样边界点的平均梯度值，如果该取样边界点的平均梯度值小于设定的阀值，则判断所述连续边界点模糊，否则，判断所述连续边界点清晰。

所述边界扫描模块213用于判断所述待测工件35是否扫描完毕。具体而言，参阅图8所示，边界扫描模块213先判断Pe是否在所述连续边界点内，如果是，则判断待测工件35扫描完毕，否则，继续判断是否isS＝false且Ps在所述连续边界点内，如果是，则判断待测工件35扫描完毕，否则，进一步判断是否isS＝true且所述连续边界点首尾相连，如果是，则判断待测工件35扫描完毕，否则，判断待测工件35没有扫描完毕，开始下一帧扫描。如果所述待测工件35扫描完毕，则边界扫描模块213显示扫描成功，例如，弹出一个对话框，在显示设备1上显示扫描结束等。其中，判断所述连续边界点是否首尾相连的算法如表1所示：

表1

P1代表连续边界点的第一个点，如果连续边界点的最后一个点在1~8中任意一个位置，则判断所述连续边界点首尾相连。

所述边界扫描模块213还用于当所述待测工件35没有扫描完毕时，根据所述连续边界点，按照设置的扫描间隔计算出精确边界点。在计算精确边界点之前，需计算出扫描线的开始点和结束点。

具体而言，边界扫描模块213先按照设置的扫描间隔，从所述连续边界点中进行取样，计算取样边界点的切线向量和法线向量，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，然后，根据该开始点和结束点在二值化处理后的影像边界上寻找精确边界点。

如图3所示，是计算扫描线开始点和结束点的示意图。P点代表当前扫描点，P点的切线向量可由P点及其附近点通过最小二乘法拟合得到(第一种算法)，也可以通过求经过P点前第n个点与P点后第n个点之间的直线得到(第二种算法)，本实施例中采用第二种算法。如图3所示，P1点为P点前第3个点，P2点为P点后第3个点，连接P1点和P2点即为P点的切线向量T，P点的法线向量N垂直于T且经过P点，扫描线的开始点S和结束点E位于P点的法线向量N上。假设切线向量T的单位向量为{i，j}，则法线向量N的单位向量为{-j，i}，根据如下公式可以计算出扫描线开始点S和结束点E的坐标：

Sx＝Px-(-j)*L1，Sy＝Py-i*L1

Ex＝Px+(-j)*L2，Ey＝Py+i*L2

其中，Px代表当前扫描点P的X轴坐标，Py代表当前扫描点P的Y轴坐标，Sx代表扫描线开始点S的X轴坐标，Sy代表扫描线开始点S的Y轴坐标，Ex代表扫描线结束点E的X轴坐标，Ey代表扫描线结束点E的Y轴坐标。L1加L2的大小等于所述扫描线的长度，在本实施例中，L1＝L2。

所述边界扫描模块213在求出所述扫描线开始点S和结束点E的坐标后，求出从扫描线开始点S到结束点E的梯度曲线图，然后取该梯度曲线图的顶点即得到精确边界点。如图4所示，是从扫描线开始点到结束点的梯度曲线图，h点即所求出的精确边界点。其中，边界点的梯度求取方法如图5所示。

所述边界扫描模块213还用于从所述精确边界点中选择最后一个边界点作为下一帧扫描的开始点，并根据该下一帧扫描的开始点确定CCD镜头32下一帧扫描时的位置，然后，标记isS＝false，Pc＝下一帧扫描的开始点。其中，确定CCD镜头32下一帧扫描时位置的原则为：该CCD镜头32的影像区域中心位于下一帧扫描的开始点的切线上，且该下一帧扫描的开始点处于影像扫描区域内。所述影像扫描区域为所述影像区域的子区域。如图6所示，是确定下一帧扫描的开始点和CCD镜头32的位置的示意图。其中，I代表影像区域，S代表影像扫描区域，Pc1代表当前扫描点，Pm1代表当前CCD镜头32的位置，Pe1代表当前扫描中的最后一个精确边界点，即下一帧扫描的开始点(标记为Pc2)，Pm2代表下一帧扫描时的CCD镜头32的位置，Pe2代表下一帧扫描时的最后一个精确边界点。

在其它实施例中，为了更精确起见，所述边界扫描模块213还用于在扫描成功时，根据所述连续边界点，按照设置的扫描间隔计算出所扫描的每一个边界点的精确边界点。

如图7所示，是本发明影像边界扫描方法较佳实施例的流程图。步骤S40，通过所述参数设置模块210设置扫描参数22，并保存在存储体20中。所述扫描参数22包括扫描线的长度、扫描线的宽度及扫描间隔等。其中，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。扫描线的长度用于确定扫描线的开始点和结束点，扫描线的宽度用于确定扫描线的密度。

步骤S41，当用户选定扫描整个待测工件35的开始点(标记为Ps)、结束点(标记为Pe)和扫描方向后，所述影像对焦模块211标记变量isS＝true。所述扫描方向包括顺时针和逆时针。所述变量isS用于标记是否第一帧扫描，即如果是第一帧扫描，isS＝true，如果不是第一帧扫描，isS＝false。

步骤S42，所述影像对焦模块211将影像量测机台3的CCD镜头32移动到当前扫描点(标记为Pc，第一帧扫描时，Pc和Ps重合)。

步骤S43，所述影像处理模块212截取CCD镜头32传送过来的待测工件35的影像，计算所截取影像的平均灰度，并在该平均灰度下对所截取影像的边界进行二值化处理，然后，在二值化处理后的影像边界上获取连续边界点，所述连续边界点是以像素为单位进行排列的。

步骤S44，所述影像对焦模块211判断所述连续边界点是否模糊，如果模糊，执行步骤S45，否则，执行步骤S46。其中，判断所述连续边界点是否模糊包括：从所述连续边界点中取一定数量的边界点，计算该取样边界点的平均梯度值，如果该取样边界点的平均梯度值小于设定的阀值，则判断所述连续边界点模糊，否则，判断所述连续边界点清晰。

步骤S45，所述影像对焦模块211进行影像对焦，然后，执行步骤S43。

步骤S46，所述边界扫描模块213判断所述待测工件35是否扫描完毕，如果是，执行步骤S49，否则，执行步骤S47。

步骤S47，所述边界扫描模块213根据所述连续边界点，按照设置的扫描间隔计算出精确边界点。在计算精确边界点之前，需计算出扫描线的开始点和结束点。

具体而言，边界扫描模块213先按照设置的扫描间隔，从所述连续边界点中进行取样，计算取样边界点的切线向量和法线向量，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。其中，扫描线的开始点和结束点的计算如图3所示。然后，所述边界扫描模块213根据所述扫描线的开始点和结束点在二值化处理后的影像边界上寻找精确的边界点。即所述边界扫描模块213先求出从扫描线开始点到结束点的梯度曲线图，然后取该梯度曲线图的顶点即得精确的边界点。如图4所示，是从扫描线开始点到结束点的梯度曲线图，h点即所求出的精确边界点。其中，边界点的梯度求取方法如图5所示。

步骤S48，所述边界扫描模块213从所述精确边界点中选择最后一个边界点作为下一帧扫描的开始点，并根据该下一帧扫描的开始点确定CCD镜头32下一帧扫描时的位置，然后，标记isS＝false，Pc＝下一帧扫描的开始点，流程转到步骤S42。其中，确定CCD镜头32下一帧扫描时位置的原则为：该CCD镜头32的影像区域中心位于下一帧扫描的开始点的切线上，且该下一帧扫描的开始点处于影像扫描区域内。所述影像扫描区域为所述影像区域的子区域。其中，确定下一帧扫描的开始点和CCD镜头32的位置如图6所示。

步骤S49，边界扫描模块213显示扫描成功，例如，弹出一个对话框，在显示设备1上显示扫描结束等。

在其它实施例中，为了更精确起见，所述边界扫描模块213还可以根据所述连续边界点，按照设置的扫描间隔计算出所扫描的每一个边界点的精确边界点。

如图8所示，是图7中步骤S46判断待测工件是否扫描完毕的具体流程图。步骤S461，边界扫描模块213判断Pe是否在所述连续边界点内，如果是，执行步骤S465，否则，执行步骤S462。

步骤S462，边界扫描模块213判断是否isS＝false且Ps在所述连续边界点内，如果是，执行步骤S465，否则，执行步骤S463。

步骤S463，边界扫描模块213判断是否isS＝true且所述连续边界点首尾相连，如果是，执行步骤S465，否则，执行步骤S464。

步骤S464，边界扫描模块213判断待测工件35没有扫描完毕，开始下一帧扫描，流程转到步骤S47。

步骤S465，边界扫描模块213判断待测工件35扫描完毕，流程转到步骤S49。

最后应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种影像边界扫描方法，应用于包括测试主机和影像量测机台的影像量测系统中，其特征在于，该方法包括如下步骤：

(a)设置扫描参数，所述扫描参数包括扫描线的长度和扫描间隔；

(b)当用户选定扫描整个待测工件的开始点Ps、结束点Pe和扫描方向后，标记变量isS＝true，且当前扫描点Pc＝Ps；

(c)将影像量测机台的CCD镜头移动到当前扫描点Pc；

(d)截取待测工件的影像，对所截取影像的边界进行二值化处理，获取连续边界点，如果所述连续边界点模糊，则进行影像对焦并重复此步骤，其中，判断所述连续边界点是否模糊包括：从所述连续边界点中取样一定数量的边界点，计算该取样边界点的平均梯度值，如果该取样边界点的平均梯度值小于设定的阀值，则判断所述连续边界点模糊，否则，判断所述连续边界点清晰；

(e)判断待测工件是否扫描完毕，如果是，则显示扫描成功，如果不是，则进入步骤(f)；及

(f)根据所述连续边界点，按照设置的扫描间隔计算出精确边界点，从所述精确边界点中选择最后一个边界点为下一帧扫描的开始点，并根据该下一帧扫描的开始点确定CCD镜头下一帧扫描时的位置，标记isS＝false，Pc＝下一帧扫描的开始点，流程转到步骤(c)。

2.如权利要求1所述的影像边界扫描方法，其特征在于，所述步骤(e)中判断待测工件是否扫描完毕包括：

(e1)判断Pe是否在所述连续边界点内，如果是，执行步骤(e5)，否则，执行步骤(e2)；

(e2)判断是否isS＝false且Ps在所述连续边界点内，如果是，执行步骤(e5)，否则，执行步骤(e3)；

(e3)判断是否isS＝true且所述连续边界点首尾相连，如果是，执行步骤(e5)，否则，执行步骤(e4)；

(e4)判断待测工件没有扫描完毕，进入步骤(f)；

(e5)判断待测工件扫描完毕。

3.如权利要求1所述的影像边界扫描方法，其特征在于，所述步骤根据所述连续边界点，按照设置的扫描间隔计算出精确的边界点包括：

按照设置的扫描间隔，从所述连续边界点中进行取样，计算取样边界点的法线向量，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；及

求出从扫描线开始点到结束点的梯度曲线图，然后取该梯度曲线图的顶点即得到精确边界点。

4.如权利要求1所述的影像边界扫描方法，其特征在于，确定CCD镜头下一帧扫描时位置的原则为：该CCD镜头的影像区域中心位于下一帧扫描的开始点的切线上，且该下一帧扫描的开始点处于影像扫描区域内。

5.一种用于影像边界扫描的计算机系统，该计算机系统与影像量测机台相连，其特征在于，所述计算机系统包括：

参数设置模块，用于设置扫描参数，所述扫描参数包括扫描线的长度和扫描间隔；

影像对焦模块，用于当用户选定扫描整个待测工件的开始点Ps、结束点Pe和扫描方向后，标记变量isS＝true，且当前扫描点Pc＝Ps；

所述影像对焦模块，还用于将影像量测机台的CCD镜头移动到当前扫描点Pc；

影像处理模块，用于截取待测工件的影像，对所截取影像的边界进行二值化处理，获取连续边界点；

所述影像对焦模块，还用于判断所述连续边界点是否模糊，如果模糊，则进行影像对焦，其中，判断所述连续边界点是否模糊包括：从所述连续边界点中取样一定数量的边界点，计算该取样边界点的平均梯度值，如果该取样边界点的平均梯度值小于设定的阀值，则判断所述连续边界点模糊，否则，判断所述连续边界点清晰；

边界扫描模块，用于判断待测工件是否扫描完毕，如果是，则显示扫描成功；及

所述边界扫描模块，还用于当待测工件没有扫描完毕时，根据所述连续边界点，按照设置的扫描间隔计算出精确边界点，从所述精确边界点中选择最后一个边界点为下一帧扫描的开始点，并根据下一帧扫描的开始点确定CCD镜头下一帧扫描时的位置，标记isS＝false，Pc＝下一帧扫描的开始点，开始下一帧扫描。

6.如权利要求5所述的影像边界扫描的计算机系统，其特征在于，所述影像处理模块获取连续边界点包括：

如果当前扫描点Pc是边界点，则影像处理模块获取该边界点附近的边界点，然后利用递归法继续搜索其它边界点；及

如果当前扫描点Pc不是边界点，则影像处理模块依据顺时针方向或逆时针方向寻找距离当前扫描点Pc最近的边界点，然后利用递归法继续搜索其它边界点。

7.如权利要求5所述的影像边界扫描的计算机系统，其特征在于，所述边界扫描模块根据所述连续边界点，按照设置的扫描间隔计算出精确边界点包括：

按照设置的扫描间隔，从所述连续边界点中进行取样，计算取样边界点的法线向量，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；及

求出从扫描线开始点到结束点的梯度曲线图，然后取该梯度曲线图的顶点即得到精确边界点。

8.如权利要求5所述的影像边界扫描的计算机系统，其特征在于，所述边界扫描模块确定CCD镜头下一帧扫描时位置的原则为：该CCD镜头的影像区域中心位于下一帧扫描的开始点的切线上，且该下一帧扫描的开始点处于影像扫描区域内。

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