CN102567981A - 影像拍摄偏差修正系统及方法 - Google Patents

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Abstract

一种影像拍摄偏差修正系统及方法，该系统安装并运行于计算机中，该计算机连接有影像摄取设备。所述的影像拍摄偏差修正系统包括影像获取模块、基准块选取模块、影像能量计算模块、特征块匹配模块以及影像修正模块。所述的影像拍摄偏差修正方法自动地从待测物件的拍摄影像中找出与实际影像中具备相同影像特征的最佳匹配位置，针对最佳匹配位置的特征像素进行自动修正，并将修正后的拍摄影像显示在计算机的显示器上或者保存在存储器中。实施本发明，能够自动地修正在拍摄待测物件影像过程中所造成的影像偏差，从而达到获取较高准确度的拍摄影像及节省成本之目的。

Description

影像拍摄偏差修正系统及方法
技术领域
本发明涉及一种影像处理系统及方法，特别是关于一种自动修正影像拍摄过程中造成影像偏差的系统及方法。
背景技术
目前，工业上广泛应用光学自动检测(Automatic Optic Inspection，AOI)设备对被测物件的拍摄影像进行光学自动检测时，均需要一个高精度X-Y平台来保证每次对被测物件进行影像拍摄具有相同的位置。在拍摄被测物件的影像过程中，如果地面发生震动，或者摄像镜头发生抖动，则造成拍摄出被测物件的影像与实际影像发生偏差。然而，在光学自动检测过程中，利用高精度定位的X-Y平台对被测物体的位置进行固定时常常会产生误差，其定位的精确度不高，并且成本较为高昂。
通常利用影像像素差的绝对值(Sum ofAbsolute Differences，SAD)、影像像素差的平方和(Sum of Squared Differences，SSD)以及影像相关性(Normalized Cross Correlation，NCC)等影像局部匹配方法对影像偏差进行修正。然而，在上述影像匹配方法，需要对影像的每一像素的相关性进行匹配步骤，其运算较为繁琐，效率较低。
发明内容
鉴于以上内容，有必要提供一种影像拍摄偏差修正系统及方法，能够在拍摄待测物件影像过程中所造成的影像偏差自动地进行修正，达到获取较高准确度的拍摄影像及节省成本之目的。
所述的影像拍摄偏差修正系统安装并运行于计算机中，该计算机连接有影像摄取设备。该系统包括：影像获取模块，用于通过影像摄取设备摄取待测物件的拍摄影像，并从计算机的存储器中获取待测物件的标准影像；基准块选取模块，用于从标准影像中选取基准像素块，并将基准像素块的中心作为基准像素点，以拍摄影像的左上角顶点为起始像素点，并将拍摄影像划分成多个与基准像素块相同像素大小的像素块；影像能量计算模块，用于计算所述基准像素块在RGB三通道上的IAED值，计算拍摄影像中每一像素块在RGB三通道上的IAED值，以及计算所述基准像素块与拍摄影像中每一像素块在R通道上IAED差值的绝对值、在G通道上IAED差值的绝对值与在B通道IAED上差值的绝对值之和序列，其中IAED表示影像平均能量密度；特征块匹配模块，用于在所述和序列中找出最小值所对应的像素块作为特征像素块，并将该特征像素块的中心作为特征像素点；影像修正模块，用于计算基准像素点与特征像素点在RGB三通道上的像素偏差值，根据每一通道的像素偏差值来修正拍摄影像中每一像素点的像素值，以及输出修正后的拍摄影像。
所述的影像拍摄偏差修正方法通过计算机对在拍摄待测物件的影像过程中所造成的影像偏差进行修正，该计算机连接有影像摄取设备。该方法包括步骤：通过影像摄取设备摄取待测物件的拍摄影像，并从计算机的存储器中获取待测物件的标准影像；从所述标准影像中选取基准像素块，并将基准像素块的中心作为基准像素点；以所述拍摄影像的左上角顶点为起始像素点，并将该拍摄影像划分成多个与基准像素块相同像素大小的像素块；分别计算所述基准像素块在RGB三通道上的IAED值；分别计算拍摄影像中每一像素块在RGB三通道上的IAED值；计算基准像素块与拍摄影像中每一像素块在R通道上IAED差值的绝对值、在G通道上IAED差值的绝对值与在B通道IAED上差值的绝对值之和序列；在所述和序列中找出最小值所对应的像素块作为特征像素块，并将该特征像素块的中心作为特征像素点；计算基准像素点与特征像素点在RGB三通道上的像素偏差值；根据每一通道的像素偏差值来修正拍摄影像中每一像素点的像素值，并输出修正后的拍摄影像。
相较于现有技术，本发明所述的差异影像自动识别系统及方法能够从待测物件的拍摄影像中找出与实际影像中具备相同影像特征的最佳匹配位置，并针对最佳匹配位置的特征像素进行自动修正，达到修正影像拍摄过程中所造成的影像偏差之目的，从而提高准确度及节省成本。
附图说明
图1是本发明影像拍摄偏差修正系统较佳实施例的架构图。
图2是本发明影像拍摄偏差修正方法较佳实施例的流程图。
图3是在X-Y坐标平台上待测物件的拍摄影像及标准影像的示意图。
主要元件符号说明
计算机                     1
影像拍摄偏差修正系统       11
影像获取模块               111
基准块选取模块             112
影像能量计算模块           113
特征块匹配模块             114
影像修正模块               115
存储器                     12
中央处理器                 13
显示器                     14
影像摄取设备           2
待测物件               3
具体实施方式
如图1所示，是本发明影像拍摄偏差修正系统11较佳实施例的架构图。在本实施例中，所述的影像拍摄偏差修正系统11安装并运行于计算机1中，能够在待测物件3的拍摄影像中找出与实际影像中具备相同影像特征的最佳匹配位置，并针对该最佳匹配位置的特征像素进行自动修正，从而达到修正影像拍摄过程中所造成的影像偏差之目的。
所述的计算机1连接有影像摄取设备2，该影像摄取设备2用于摄取待测物件3的拍摄影像。在本实施例中，当拍摄待测物件3(例如主板)的影像时，由于放置在X-Y平台坐标系上待测物件3的位置可能发生变化(例如地面震动或者影像摄取设备2的摄像镜头发生抖动)而导致拍摄影像与实际影像产生影像偏差，例如图3所示的拍摄影像a在X-Y平台坐标系中发生的偏移角度Δθ和位移Δd。
所述的计算机1包括存储器12、中央处理器13以及显示器14。存储器12存储有与拍摄影像作比较的标准影像，例如图3所示的标准影像b。中央处理器13用于执行影像拍摄偏差修正系统11在拍摄影像中找出与标准影像具有相同影像特征的最佳匹配位置，将拍摄影像所对应的最佳匹配位置的特征像素进行修正，并将修正后的拍摄影像显示在显示器14上或者保存在存储器12中。
所述的差异影像自动识别系统11包括影像获取模块111、基准块选取模块112、影像能量计算模块113、特征块匹配模块114以及影像修正模块115。本发明所称的模块是一种能够被中央处理器13所执行并且能够完成固定功能的一系列计算机程序段，其存储在所述的存储器12中。
所述的影像获取模块111用于通过影像摄取设备2摄取待测物件3的拍摄影像a，并从存储器12中获取待测物件3的标准影像b。该拍摄影像a是一种在X-Y平台上待测物件3的位置发生变化时所拍摄待测物件3的待测影像，该标准影像b是一种在X-Y平台上待测物件3的位置未发生变化时所拍摄待测物件3的样本影像。
所述的基准块选取模块112用于从标准影像b中选取影像特征富集区域，从该影像特征富集区域中选取像素值为N×N像素的基准像素块，以及将该基准像素块的中心作为基准像素点。所述的影像特征富集区域是一种在标准影像b中具有较多的边、圆、拐角几何特性集中区域。在本实施例中，基准块选取模块112从标准影像b中选取具有像素亮度波形低频部分集中的区域(focus area of low frequency for brightness waveform)作为影像特征富集区域，并按照N×N像素(例如32×32像素)将该影像特征富集区域划分为基准像素块，例如图3所示的标准影像b中的基准像素块b1、b2、b3。
所述的基准块选取模块112还用于以拍摄影像a的左上角顶点为起始像素点，并按照N×N像素将拍摄影像a划分成M个与基准像素块相同像素大小的像素块。在本实施例中，拍摄影像a的左上角顶点可表示为(0，0)，其作为起始像素点，基准块选取模块112从该起始像素点开始将拍摄影像a划分成M个与基准像素块具有相同像素大小的像素块a1，a2，...，ai，...，am，亦即，每个像素块具有32×32像素，例如图3所示的a1、a2、a3。
所述的影像能量计算模块113用于分别计算所述基准像素块在RGB三通道上的影像平均能量密度(Image Average Energy Density，IAED)值，其分别记为IAED_b_R、IAED_b_G及IAED_b_B，以及分别计算每一像素块在RGB三通道上的IAED值，其分别记为IAED_ai_R、IAED_ai_G及IAED_ai_B，其中i小于等于像素块个数M。所述的RGB三通道包括影像的R灰度通道、G灰度通道以及B灰度通道。在本实施例中，所述的IAED是指分辨率为N×N像素块中所有像素点的影像平均能量密度，用于衡量像素块的像素能量。在本实施例中，影像能量计算模块113计算基准像素块在R通道上的IAED值IAED_b_R＝R/N/N，在G通道上的IAED值IAED_b_G＝G/N/N，在B通道上的IAED值IAED_b_B＝B/N/N。其中，R代表基准像素块中所有像素的R值的总和，G代表基准像素块中所有像素的G值的总和，以及B代表基准像素块中所有像素的B值的总和。
所述的影像能量计算模块113还用于计算所述基准像素块与每一像素块在R通道上IAED差值的绝对值D_Ri、在G通道上IAED差值的绝对值D_Gi与在B通道IAED上差值的绝对值D_Bi之和序列{S1，S2，...，Si，...，Sm}。其中Si＝D_Ri+D_Gi+D_Bi，D_Ri＝|IAED_ai_R-IAED_b_R|，D_Gi＝|IAED_ai_G-IAED_b_G|，以及D_Bi＝|IAED_ai_B-IAED_b_B|。
所述的特征块匹配模块114用于在所述和序列中找出最小值所对应的像素块作为特征像素块，并将该特征像素块的中心作为特征像素点。在本实施例中，假如基准像素块(例如基准像素块b1)与第i个像素块(例如像素块a1)在RGB三通道上的IAED上差值的绝对值之和为最小，所述的特征块匹配模块114则将像素块a1作为基准像素块b1所对应的特征像素块。
所述的影像修正模块115用于计算基准像素点与特征像素点在RGB三通道上的像素偏差值，以及根据每一通道的像素偏差值来修正拍摄影像a中每一像素点的像素值。在本实施例中，影像修正模块115根据基准像素点与特征像素点所对应的像素值来计算两者的像素偏差，假如基准像素点的像素值为(85，221，255)及特征像素点的像素值为(80，205，230)，则R通道的像素偏差值D_R＝85-80＝5，G通道的像素偏差值D_G＝221-205＝16，以及B通道的像素偏差值D_B＝255-230＝25。影像修正模块115根据像素偏差值(5，16，25)来修正拍摄影像a中每一像素点的像素值。所述影像修正模块115还用于将修正后的拍摄影像a输出至显示器14上进行显示，或者将其存储在存储器12中。
如图2所示，是本发明影像拍摄偏差修正方法较佳实施例的流程图。在本实施例中，该方法能够在待测物件3的拍摄影像中找出与实际影像中具备相同影像特征的最佳匹配位置，并针对最佳匹配位置的特征像素进行自动修正，从而达到修正影像拍摄过程中所造成的影像偏差之目的。
步骤S21，影像获取模块111通过影像摄取设备2摄取待测物件3的拍摄影像a，并从存储器12中获取待测物件3的标准影像b。在本实施例中，所述的拍摄影像a是一种在X-Y平台上待测物件3的位置发生变化时所拍摄待测物件3的待测影像，所述的标准影像b是一种在X-Y平台上待测物件3的位置未发生变化时所拍摄待测物件3的样本影像。
步骤S22，基准块选取模块112从标准影像b中选取影像特征富集区域，并从该影像特征富集区域中选取像素值为N×N像素的基准像素块，以及将基准像素块的中心作为基准像素点。在本实施例中，基准块选取模块112从标准影像b中选取具有像素亮度波形低频部分集中的区域作为影像特征富集区域，并按照N×N像素(例如32×32像素)将该影像特征富集区域划分为基准像素块，例如图3所示的标准影像b中的基准像素块b1、b2、b3。
步骤S23，基准块选取模块112以拍摄影像a的左上角顶点为起始像素点，并按照N×N像素将拍摄影像a划分成M个与基准像素块相同像素大小的像素块。在本实施例中，拍摄影像a的左上角顶点可表示为(0，0)，其作为起始像素点，基准块选取模块112从该起始像素点开始将拍摄影像a划分成M个与基准像素块相同像素大小的像素块a1，a2，...，ai，...，am，亦即，每个像素块具有32×32像素，例如图3所示的a1、a2、a3。
步骤S24，影像能量计算模块113分别计算所述基准像素块在RGB三通道上的IAED值，其分别记为IAED_b_R、IAED_b_G及IAED_b_B。在本实施例中，影像能量计算模块113计算基准像素块在R通道上的IAED值IAED_b_R＝R/N/N，在G通道上的IAED值IAED_b_G＝G/N/N，以及在B通道上的IAED值IAED_b_B＝B/N/N。其中，R代表基准像素块中所有像素的R值的总和，G代表基准像素块中所有像素的G值的总和，以及B代表基准像素块中所有像素的B值的总和。
步骤S25，影像能量计算模块113分别计算每一像素块在RGB三通道上的IAED值，其分别记为IAED_ai_R、IAED_ai_G及IAED_ai_B，其中i小于等于像素块个数M。在本实施例中，影像能量计算模块113计算每一像素块在RGB三通道上的IAED值与计算基准像素块在RGB三通道上的IAED值的方法相同，只不过RGB的取值分别为每一像素块中所有像素的R值的总和、G值的总和以及B值的总和。
步骤S26，影像能量计算模块113计算所述基准像素块与每一像素块在R通道上IAED差值的绝对值D_Ri、在G通道上IAED差值的绝对值D_Gi与在G通道IAED上差值的绝对值D_Bi之和序列{S1，S2，...，Si，...，Sm}。其中Si＝D_Ri+D_Gi+D_Bi，D_Ri＝|IAED_ai_R-IAED_b_R|，D_Gi＝|IAED_ai_G-IAED_b_G|，以及D_Bi＝|IAED_ai_B-IAED_b_B|。
步骤S27，特征块匹配模块114在所述和序列中找出最小值所对应的像素块作为特征像素块，并将该特征像素块的中心作为特征像素点。在本实施例中，假如基准像素块(例如基准像素块b1)与第i个像素块(例如像素块a1)在RGB三通道上的IAED上差值的绝对值之和为最小，特征块匹配模块114则将像素块a1作为基准像素块b1所对应的特征像素块。
步骤S28，影像修正模块115计算基准像素点与特征像素点在RGB三通道上的像素偏差值。在本实施例中，假如基准像素点的像素值为(85，221，255)及特征像素点的像素值为(80，205，230)，则影像修正模块115计算R通道的像素偏差值D_R＝85-80＝5，G通道的像素偏差值D_G＝221-205＝16，以及B通道的像素偏差值D_B＝255-230＝25。
步骤S29，影像修正模块115根据每一通道的像素偏差值来修正拍摄影像a中每一像素点的像素值，并将修正后的拍摄影像a输出。在本实施例中，影像修正模块115根据上述计算的像素偏差值(5，16，25)来修正拍摄影像a中每一像素点的像素值，并将修正后的拍摄影像a输出至显示器14上进行显示，或者将其存储在存储器12中。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照以上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都不应脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种影像拍摄偏差修正系统，安装并运行于计算机中，该计算机连接有影像摄取设备，其特征在于，该系统包括：
影像获取模块，用于通过影像摄取设备摄取待测物件的拍摄影像，并从计算机的存储器中获取待测物件的标准影像；
基准块选取模块，用于从标准影像中选取基准像素块，并将基准像素块的中心作为基准像素点，以拍摄影像的左上角顶点为起始像素点，并将拍摄影像划分成多个与基准像素块相同像素大小的像素块；
影像能量计算模块，用于计算所述基准像素块在RGB三通道上的IAED值，计算拍摄影像中每一像素块在RGB三通道上的IAED值，以及计算所述基准像素块与拍摄影像中每一像素块在R通道上IAED差值的绝对值、在G通道上IAED差值的绝对值与在B通道IAED上差值的绝对值之和序列，其中IAED表示影像平均能量密度；
特征块匹配模块，用于在所述和序列中找出最小值所对应的像素块作为特征像素块，并将该特征像素块的中心作为特征像素点；以及
影像修正模块，用于计算基准像素点与特征像素点在RGB三通道上的像素偏差值，根据每一通道的像素偏差值来修正拍摄影像中每一像素点的像素值，以及输出修正后的拍摄影像。
2.如权利要求1所述的影像拍摄偏差修正系统，其特征在于，所述的基准块选取模块选取基准像素块包括步骤：
从标准影像中选取具有像素亮度波形低频部分集中的区域作为影像特征富集区域；以及
从影像特征富集区域中选取像素值为N×N像素的基准像素块。
3.如权利要求2所述的影像拍摄偏差修正系统，其特征在于，所述的影像特征富集区域是一种在标准影像中具有较多的边、圆、拐角几何特性集中的区域。
4.如权利要求2所述的影像拍摄偏差修正系统，其特征在于，所述的IAED是指分辨率为N×N像素块中所有像素点的影像平均能量密度，用于衡量像素块的像素能量值，所述像素块在R通道上的IAED值＝R/N/N，在G通道上的IAED值＝G/N/N，在B通道上的IAED值＝B/N/N，其中R代表所述像素块中所有像素的R值的总和，G代表所述像素块中所有像素的G值的总和，以及B代表所述像素块中所有像素的B值的总和。
5.如权利要求1所述的影像拍摄偏差修正系统，其特征在于，所述的拍摄影像是指在X-Y坐标系平台上待测物件的位置发生变化时所拍摄待测物件的待测影像，标准影像是指在X-Y坐标系平台上待测物件的位置未发生变化时所拍摄待测物件的样本影像。
6.一种影像拍摄偏差修正方法，通过计算机对在拍摄待测物件的影像过程中所造成的影像偏差进行修正，该计算机连接有影像摄取设备，其特征在于，该方法包括步骤：
通过影像摄取设备摄取待测物件的拍摄影像，并从计算机的存储器中获取待测物件的标准影像；
从所述标准影像中选取基准像素块，并将基准像素块的中心作为基准像素点；
以所述拍摄影像的左上角顶点为起始像素点，并将该拍摄影像划分成多个与基准像素块相同像素大小的像素块；
分别计算所述基准像素块在RGB三通道上的IAED值，其中IAED表示影像平均能量密度；
分别计算拍摄影像中每一像素块在RGB三通道上的IAED值；
计算基准像素块与拍摄影像中每一像素块在R通道上IAED差值的绝对值、在G通道上IAED差值的绝对值与在B通道IAED上差值的绝对值之和序列；
在所述和序列中找出最小值所对应的像素块作为特征像素块，并将该特征像素块的中心作为特征像素点；
计算基准像素点与特征像素点在RGB三通道上的像素偏差值；以及
根据每一通道的像素偏差值来修正拍摄影像中每一像素点的像素值，并输出修正后的拍摄影像。
7.如权利要求6所述的影像拍摄偏差修正方法，其特征在于，所述的从所述标准影像中选取基准像素块的步骤包括：
从标准影像中选取具有像素亮度波形低频部分集中的区域作为影像特征富集区域；以及
从影像特征富集区域中选取像素值为N×N像素的基准像素块。
8.如权利要求7所述的影像拍摄偏差修正方法，其特征在于，所述的影像特征富集区域是一种在标准影像中具有较多的边、圆、拐角几何特性集中的区域。
9.如权利要求7所述的影像拍摄偏差修正方法，其特征在于，所述的IAED是指分辨率为N×N像素块中所有像素点的影像平均能量密度，用于衡量像素块的像素能量值，所述像素块在R通道上的IAED值＝R/N/N，在G通道上的IAED值＝G/N/N，在B通道上的IAED值＝B/N/N，其中R代表所述像素块中所有像素的R值的总和，G代表所述像素块中所有像素的G值的总和，以及B代表所述像素块中所有像素的B值的总和。
10.如权利要求6所述的影像拍摄偏差修正方法，其特征在于，所述的拍摄影像是指在X-Y坐标系平台上待测物件的位置发生变化时所拍摄待测物件的待测影像，标准影像是指在X-Y坐标系平台上待测物件的位置未发生变化时所拍摄待测物件的样本影像。
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