CN101771824A - 自动调节所需照明亮度的影像撷取方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自动调节所需照明亮度的影像撷取方法，包括系统架设步骤、参考影像撷取步骤、光源照射模型建立步骤、光源输出光强度得到步骤、光源亮度调节步骤，及预定亮度影像得到步骤，过程主要是先撷取各光源以任意输出光强度照射置于该工作台上的待测物影像作为参考影像，再建立影像中个别区域影像亮度与每一光源的输出光强度的矩阵与转换矩阵关系，即可计算出欲撷取具有预定影像亮度时的待测物影像时，所需的每一光源的光输出强度，然后再输出所述光输出强度值自动调节每一光源的输出光强度，即可得到具有预定影像亮度的待测物影像。

Description

自动调节所需照明亮度的影像撷取方法

技术领域

本发明涉及一种影像撷取方法，特别是涉及一种得到预定影像亮度与均匀度的影像撷取方法。

背景技术

进行待测物影像检测都必须取得特征明显的待测物影像，才能确保进行检测或量测是否正确；而取得特征明显的待测物影像，最重要的关键在于，如何对待测物施予均匀且具有预定光输出强度的照光，从而得到所需影像亮度的待测物影像。

以实际集成电路封装体(IC Package)的标签(marking)检测为例，是对待测的集成电路封装体撷取有标签部分的影像，再将其与预设的基础影像作比对，进而判断待测的集成电路封装体标签是否符合出货标准；而为了取得特征明显的标签部分影像，会自集成电路封装体的四周施于彼此相对称且输出强度均一的侧向照光，使集成电路封装体的标签清晰可见，不因某一方向的侧向照光过强，而导致阴影出现，或是出现渐层式的亮度分布的状况，接着，将撷取到的标签部分影像与基础影像作比对，判定待测集成电路封装体标签的外观是否符合品管检验标准。

目前，进行影像检测时采用的照光方式有同轴光源、背光源、侧向光源、环形光源，或组合(同轴与环型)光源等等，但无论何种照光方式，都是在进行影像检测前，由检测员自身目视，配合影像撷取装置，例如摄影机、电荷耦合摄像装置(CCD)得到影像品质，人工地调整光源输出光强度，以得到具有所需的影像亮度、照光均匀度的待测物影像。

这样的方式，缺点是欠缺实施基准，也就是说，不同的人有不同的视觉感受，所以调整后的光源输出光强度、照光至待测物上的亮度、均匀度等等也都会有所差异，进而导致检测结果或标准有所变化。

另外，由于人的视觉敏锐度会因为随着工作时间产生的疲劳而变化，所以在长时间、大量待测物的检测过程中，当光源、置放待测物的工作台等等因为长时间机台微幅震动的累积，而产生例如光源角度变化、工作台倾斜造成照光均匀度不均一的改变时，检测员并无法实时察知而进行调整，而影响到整批检测的结果。

影像检测是品管相当重要的环节，而影像检测的最重要关键则在于如何对待测物施予均匀且具有预定光输出强度的照光，从而得到所需影像亮度的待测物影像，所以，设计、建立一套可以稳定得到清晰的待测物影像的影像撷取方法，是业界、学界努力的方向。

发明内容

本发明的目的是在提供一种自动调节所需照明亮度的影像撷取方法，而可以依据所需的影像亮度，自动调节光源输出光强度与均匀度，以得到清晰的待测物影像。

本发明的自动调节所需照明亮度的影像撷取方法，包括一系统架设步骤、一参考影像撷取步骤、一光源照射模型建立步骤、一光源输出光强度得到步骤、一光源亮度调节步骤，及一预定亮度影像得到步骤。

该系统架设步骤将至少二可改变输出光强度的光源与一影像撷取器对应于一工作台设置，并将所述光源与一可分别调节所述光源的输出光强度的多通道光源控制器相电连接后，将该多通道光源控制器、该影像撷取器与一可进行影像运算的运算控制器电连接。

该参考影像撷取步骤令所述光源分别以任一输出光强度照射置于该工作台上的待测物，并以该影像撷取器撷取在所述光源照射下的待测物的影像。

该光源照射模型建立步骤于该运算控制器中定义该参考影像撷取步骤中取得的影像具有多数个区域，并建立撷取影像时所述光源的输出光强度对应该多数区域影像亮度的矩阵与转换矩阵关系。

该光源输出光强度得到步骤以该运算控制器对该光源照射模型建立步骤中建立的矩阵与转换矩阵关系进行矩阵运算，得到欲撷取一具有预定影像亮度的待测物影像时所对应的每一光源的光输出强度。

该光源亮度调节步骤将该运算控制器运算得到的光输出强度输出至该多通道光源控制器，令该多通道光源控制器依所述光输出强度值调节该每一光源输出光强度。

该预定亮度影像得到步骤在每一光源依该多通道光源控制器调节的光输出强度输出光后，以该影像撷取器撷取置于该工作台上的待测物影像，得到具有预定影像亮度的待测物影像本发明的有益效果在于：利用矩阵运算自各光源以任意输出光强度照射时得到的待测物影像，计算出欲撷取具有预定影像亮度时的待测物影像时，所需的各光源的光输出强度，然后再输出所述光输出强度值自动调节每一光源的输出光强度，即可得到具有预定影像亮度的待测物影像。

附图说明

图1是一流程图，说明本发明自动调节所需照明亮度的影像撷取方法的一第一较佳实施例；

图2是一示意图，说明本发明自动调节所需照明亮度的影像撷取方法的一系统架设步骤所架设的检测系统；

图3是一示意图，说明实施本发明自动调节所需照明亮度的影像撷取方法的第一较佳实施例时，光源与撷取影像切割区域的关系；及

图4是一示意图，说明实施本发明自动调节所需照明亮度的影像撷取方法的第二较佳实施例时，光源与撷取影像切割区域的关系。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明进行详细说明：

参阅图1，本发明自动调节所需照明亮度的影像撷取方法的一第一较佳实施例，包括一系统架设步骤11、一参考影像撷取步骤12、一光源照射模型建立步骤13、一光源输出光强度得到步骤14、一光源亮度调节步骤15，及一预定亮度影像得到步骤16，而可自动调节光源输出光强度，得到具有预定影像亮度的清晰待测物影像，进而供影像检测应用。

配合参阅图2、图3，首先是进行该系统架设步骤11，将二可改变输出光强度的光源21与一影像撷取器22对应于一工作台23设置，并将该二光源21与可分别调节所述光源21的输出光强度的多通道光源控制器24相电连接后，将该多通道光源控制器24、该影像撷取器22与可进行影像运算的运算控制器25电连接；在本例与图标中，该二光源21彼此对应该工作台23中心成对称分布，该影像撷取器22是电荷耦合摄像装置(CCD)，可敏锐地依照光强度撷取待测物的数字影像，以供后续应用，该运算控制器25是嵌入式控制单板或个人计算机，可根据该影像撷取器22所撷取的数字影像进行运算，并依运算结果输出讯号至该多通道光源控制器24，于本实施例中，该运算控制器25为个人计算机，该多通道光源控制器24根据该运算控制器25输出的讯号输出多数电源讯号给所述光源21，以分别控制所述光源21的光输出强度，于本实施例中，该多通道光源控制器24至少可分别控制二光源21的光输出强度，但不以此为限。

接着进行该参考影像撷取步骤12，令该二光源21分别以任一输出光强度L₁、L₂照射置于该工作台23上的待测物200，并以该影像撷取器22撷取在所述光源21照射下的待测物200的影像。

然后以该光源照射模型建立步骤13于该运算控制器25中定义该参考影像撷取步骤12中取得的影像具有两个区域，且二区域的影像亮度I₁、I₂，并建立撷取影像时所述光源21的输出光强度对应该多数区域的影像亮度I₁、I₂的矩阵与转换矩阵关系(I₁、I₂)＝M(L₁、L₂)，M是矩阵(I₁、I₂)与(L₁、L₂)的转换矩阵。

再进行该光源输出光强度得到步骤14，以该运算控制器25对该光源照射模型建立步骤13中建立的矩阵与转换矩阵关系进行矩阵运算(I₁、I₂)＝M(L₁、L₂)，与(L₁、L₂)＝(MTM)^-1MT(I₁、I₂)，得到欲撷取具有预定影像亮度时的待测物200影像时，所对应的每一光源21的光输出强度。

在此以具体数字为例，更细加说明本例的该参考影像撷取步骤12、该光源照射模型建立步骤13与该光源亮度调节步骤14的实际过程。

配合参阅图3，在本例中，光源数目是2，影像区域数目也是2，在该参考影像撷取步骤令该二光源21分别以相同输出光强度(假设为1)照射待测物200，撷取到的影像亮度I₁、I₂不同，分别假设为0.8、1.0。

由(I₁、I₂)＝M(L₁、L₂)

$\left[\begin{array}{c}{I}_1\\ I_2\end{array}\right.==\left[\begin{array}{cc}{M}_{11}& M_{12}\\ M_{21}& M_{22}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{L}_1\\ L_2\end{array}\right]$

可调控光源21分别成开(亦即L₁＝1或是L₂＝1)，或关(亦即L₁＝0或是L₂＝0)两种状态，代入化简后得到

I₁＝M₁₁×L₁→0.3＝M₁₁×1-(1)

I₂＝M₂₂×L₂→0.8＝M₂₂×1-(2)

I₂＝M₂₁×L₁→0.2＝M₂₁×1-(3)

I₁＝M₁₂×L₁→0.5＝M₁₂×1-(4)

解(1)(2)(3)(4)式，得到

$M=\left[\begin{array}{cc}0.3& 0.5\\ 0.2& 0.8\end{array}\right]$

计算出反矩阵

$M^{-1}=\left[\begin{array}{cc}5.7143& -3.5714\\ -1.4286& 2.1429\end{array}\right]---\left(5\right)$

因为理想上撷取的影像每一区块的影像亮度I₁、I₂都相等，才是亮度均一的待测物200影像，所以令I₁＝1、I₂＝1代入，当然，此时若要得到每一区块影像亮度不等、或是亮度更高的影像，只须代入不同亮度值进行后续计算即可。

即可解得

L₁＝2.1429

L₂＝0.7143

亦即，当该参考影像撷取步骤12中，该二光源21以相同输出光强度照射待测物200，所撷取的影像亮度并不相同时，经过该光源照射模型建立步骤13与该光源输出光强度得到步骤计算后，可以得到该两光源21分别以2.1429与0.7143的输出光强度照射置于该工作台23上的待测物200后，可以该影像撷取器22撷取到亮度均一的待测物200影像。

计算得到每一光源21应输出的光强度后，进行该光源亮度调节步骤15，将该运算控制器25运算得到的光输出强度输出至该多通道光源控制器24，令该多通道光源控制器24依所述光输出强度值调节该每一光源21输出光强度。

最后，进行该预定亮度影像得到步骤16，在每一光源21依该多通道光源控制器24调节的光输出强度稳定输出光后，以该影像撷取器22撷取置于该工作台23上的待测物200影像，即可得到具有预定影像亮度的待测物200影像。

另外要说明的是，在得到具有预定影像亮度的待测物200影像后，仍可以选择性的重复实施参考影像撷取步骤12、光源照射模型建立步骤13、光源输出光强度得到步骤14、光源亮度调节步骤15，及预定亮度影像得到步骤16，不断地依实际得到的影像调校光源输出光的强度，及/或得到预定亮度的待测物影像。

本发明自动调节所需照明亮度的影像撷取方法的一第二较佳实施例，是与上例相似，差异处在于光源21数目增加为四(对应于工作台23中心成对称的设置)以及分割撷取影像区域数目为六而已，故以下直接以具体数字就参考影像撷取步骤12、光源照射模型建立步骤13、与光源输出光强度得到步骤14作细部说明。

配合参阅图4，在本例中，光源21数目是4，影像区域数目设定为6，借此验证分割撷取影像区域数目并非一定要为方阵。

类似地，在该参考影像撷取步骤12假设该四光源21分别以相同输出光强度(假设为1)照射待测物200，撷取到影像的各区域I₁、I₂…I₅、I₆亮度不同，也就是L₁＝L₂＝L₃＝L₄＝1，I₁、I₂…I₅、I₆分别假设为1.6、1.8、2.1、2.5、2.5、2.7。

$\left[\begin{array}{c}{I}_1\\ I_2\\ I_3\\ I_4\\ I_5\\ I_6\end{array}\right]\left[\begin{array}{cccc}{M}_{11}& M_{12}& M_{13}& M_{14}\\ M_{21}& M_{22}& M_{23}& M_{24}\\ M_{31}& M_{32}& M_{33}& M_{34}\\ M_{41}& M_{42}& M_{43}& M_{44}\\ M_{51}& M_{52}& M_{53}& M_{54}\\ M_{61}& M_{62}& M_{63}& M_{64}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{L}_1\\ L_2\\ L_3\\ L_4\end{array}\right]$

调控光源21分别成开，或关两种状态

当L₁＝1、L₂＝0、L₃＝0、L₄＝0得到

M₁₁＝0.2、M₂₁＝0.2、M₃₁＝0.3、M₄₁＝0.4、M₅₁＝0.5、M₆₁＝0.5

当L₁＝0、L₂＝1、L₃＝0、L₄＝0得到

M₁₂＝0.3、M₂₂＝0.4、M₃₂＝0.4、M₄₂＝0.5、M₅₂＝0.5、M₆₂＝0.6

当L₁＝0、L₂＝0、L₃＝1、L₄＝0得到

M₁₃＝0.5、M₂₃＝0.5、M₃₃＝0.6、M₄₃＝0.7、M₅₃＝0.7、M₆₃＝0.7

当L1＝0、L₂＝0、L₃＝0、L₄＝1得到

M₁₄＝0.6、M₂₄＝0.7、M₃₄＝0.8、M₄₄＝0.9、M₅₄＝0.8、M₆₄＝0.9

即

$M=\left[\begin{array}{cccc}0.2& 0.3& 0.5& 0.6\\ 0.2& 0.4& 0.5& 0.7\\ 0.3& 0.4& 0.6& 0.8\\ 0.4& 0.5& 0.7& 0.9\\ 0.5& 0.5& 0.7& 0.8\\ 0.5& 0.6& 0.7& 0.9\end{array}\right]$

因M非方阵，计算其虚拟反矩阵，得到

$M^{-1}=$

$\left[\begin{array}{cccccc}-6.4362& -6.4362& 5.6383& 2.9787& 0.6915& 0.6915\\ 3.4309& 8.4309& -10.6915& -4.8936& 0.2926& 5.2926\\ 12.1277& 2.1277& -8.7234& -4.0426& 6.3830& -3.6170\\ -8.4309& -3.4309& 10.6915& 4.8936& -5.2926& -0.2926\end{array}\right]$

类似地，因为理想上撷取的影像每一区块的亮度都相等，才是亮度均一的待测物200影像，所以假定I₁＝I₂＝I₃＝I₄＝I₅＝I₆＝1代入(当然，此时若要得到每一区块亮度不等的影像，只须代入不同亮度值进行后续计算即可)

即可解得

L₁＝-2.8723、L₂＝1.8617、L₃＝4.2553、L₄＝-1.8617

亦即，当该参考影像撷取步骤12中，该四光源21以相同输出光强度照射待测物200，所撷取的影像亮度并不相同，但经过该光源照射模型建立步骤13与该光源输出光强度得到步骤14计算后，可以得到该四光源21的输出强度分别是L₁＝-2.8723、L₂＝1.8617、L₃＝4.2553、L₄＝-1.8617时，可以该影像撷取器22撷取到亮度均一的待测物200影像；此时，负号表示输出强度是往负方向(亦即调小)调整，而非将光输出强度调整成负值。

由上述两例说明可知，只要在运算控制器25可运算的状况下，光源21数目与影像分割数目都可以向上增加，而得到每一光源21的正确输出光强度，进而撷取到具有预定影像亮度的待测物200影像，不过要注意的是，若影像分割数目过多时，相邻区域的光会有互相干扰的状况，同时也不利于以运算控制器25运算处理，而快速的取得光强度资料；此外，每一影像分割后的区域亮度，也都可以设计自订，以得到最符合检测需要的清晰待测物200影像。

而要另外说明的是，本发明虽然是自动调节所需照明亮度的影像撷取方法，用彼此相关联的步骤，而可自动调节光源21输出光强度，最终得到具有预定影像亮度的清晰待测物200影像，以供影像检测应用；事实上，本发明也可以直接应用在一待观察区域需要有多数不同照光亮度，例如手术的照光中，依序进行系统架设步骤、参考影像撷取步骤、光源照射模型建立步骤、光源输出光强度得到步骤与光源亮度调节步骤后，即可得到待观察区域的每一区域均具有所需的亮度供手术的进行，且在手术进行中，也可以选择性的重复这些步骤，而实时地依手术进行需求改变照光强度，提高手术的安全性。

综上所述，本发明提供一种自动调节所需照明亮度的影像撷取方法，先撷取各光源以任意输出光强度照射置于该工作台上的待测物影像作为参考影像后，再建立影像中每一区域与每一光源的输出光强度的矩阵与转换矩阵关系，即可计算出欲撷取具有预定影像亮度时的待测物影像时所需的每一光源的光输出强度，进而自动调节光源的输出光强度、得到具有预定影像亮度的待测物影像。

由于本发明不以人的视觉感受作为光源输出强度标准，而完全以实际撷取的影像结果进行运算后自动调整到所需输出光的强度，所以检测结果或是检测标准不会因人而异，此外，本发明可以随时依以影像改变自动调整输出光的强度，所以撷取到的影像也不会因为工作台、光源等因为长时间进行大量待测物的检测而产生例如光源角度变化、工作台倾斜造成照光不均的改变，而影响到检测的结果，另外，本发明所需硬设备，仅是简单、便宜的运算控制器(即个人计算机)、多通道光源控制器与影像撷取器(CCD)等，而可以在不增加设备成本负担的状况下，提高检测影像的品质与效能，故确实能达成本发明的目的。

Claims (5)

1.一种自动调节所需照明亮度的影像撷取方法，其特征在于：该影像撷取方法包括一系统架设步骤，将至少二可改变输出光强度的光源与一影像撷取器对应

于一工作台设置，并将所述光源与一可分别调节所述光源的输出光强度的多通道光源控制器相电连接后，将该多通道光源控制器、该影像撷取器与一可进行影像运算的运算控制器电连接；

一参考影像撷取步骤，令所述光源分别以任一输出光强度照射置于该工作台上的待测物，并以该影像撷取器撷取在所述光源照射下的待测物的影像；

一光源照射模型建立步骤，于该运算控制器中定义该参考影像撷取步骤中取得的影像具有多数个区域，并建立撷取影像时所述光源的输出光强度对应该多数区域影像亮度的矩阵与转换矩阵关系；

一光源输出光强度得到步骤，以该运算控制器对该光源照射模型建立步骤中建立的矩阵与转换矩阵关系进行矩阵运算，得到欲撷取一具有预定影像亮度的待测物影像时所对应的每一光源的光输出强度；

一光源亮度调节步骤，将该运算控制器运算得到的光输出强度输出至该多通道光源控制器，令该多通道光源控制器依所述光输出强度值调节该每一光源输出光强度；及

一预定亮度影像得到步骤，以该影像撷取器撷取置于该工作台上的待测物影像，得到具有预定影像亮度的待测物影像。

2.如权利要求1所述的自动调节所需照明亮度的影像撷取方法，其特征在于：所述光源是对应于该工作台的一中心成对称设置。

3.如权利要求2所述的自动调节所需照明亮度的影像撷取方法，其特征在于：该影像撷取器是电荷耦合摄像装置。

4.如权利要求3所述的自动调节所需照明亮度的影像撷取方法，其特征在于：该系统架设步骤设置q个光源，每一光源表示成L_q，该光源照射模型建立步骤是于该运算控制器中定义取得的影像分割成m×n＝p个区域，每一区域的影像亮度表示成I_p，影像亮度I＝(I₁，I₂，…..，I_p)，光源L＝(L₁，L₂，…..，L_q)的关系为I＝ML，M是影像亮度与光源的转换矩阵，且分别点亮所述光源并纪录所述影像分割区域的影像亮度值，其中，m、n、p、q均是自然数。

5.如权利要求4所述的自动调节所需照明亮度的影像撷取方法，其特征在于：该光源输出强度得到步骤是于该运算控制器中将I＝ML进行L＝(MTM)^-1MTI矩阵运算，并由设定I得到L。

Images