CN1044057C - 测定图像重合不良的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

一种图像处理装置，它包含采集代表某个样本的几个空间分开的区域的数据的数据采集级。该装置也包含存贮对应于样本数据的参考数据的数据存贮装置。两组数据被编辑和分析以测定该样本是否偏离其标准位置。

Description

测定图像重合不良的方法和装置
本发明涉及应用自动图像重合技术的电子图像处理装置和确保图像正确重合的设备，且尤其涉及用其中几个区域来作比较的装置。
在美国专利NO.4,982,439中揭示有类似下面的已有技术。
许多图像处理步骤根据其图像内容需要两个或更多个图像相互对齐。有几种方法用于测定图像重合不良的量并且用所检测到的重合不良去重新对齐图像以作进一步的处理。最简单的重新对齐技术是位移一个或更多个图像的图像数据去与单一的参考图像对齐。通过重合不良的定量检测来检测所用的位移量。
目前应用的重合不良的定量检测方法包括：边缘识别，点识别，行和列和数的相关性，局部区域和其它区域的相关性。这些方法在许多情况下是有用的，但是由于准确度、计算的复杂性的限制而使其在某些图像情况的应用受到限制。
另一种定量检测图像重合不良的方法是通过将两个局部区域的差值绝对值相加，将测试图象局部区域与参考图象局部区域一个像素一个像素地进行比较。然后两局部区域之一沿X轴移位一个像素并再进行一次相加。这种操作重复多次并记录每个位置的相加结果。然后让X轴位移量回到原点而使该区域再沿Y轴位移一个像素。然后对于这个新的Y轴位置，重复X轴位移和相加。这种Y轴位移，和随后的X轴位移和相加重复许多次。然后检查所记录的求和的结果并注意最小值。该最小和数之结果对应于该局部区域内特性在最佳对准时的像素位移。
位移量由预期的最大重合不良量确定，并以标称位置为中心。选择局部区域的大小和位置以便包含使图像具有显著反差并在水平和垂直两方向中具有不重复的信息内容的图像特征。
这种重合不良检测方法在操作上类似于局部区域的非归一化相关性的操作，但需要简单得多的计算，因为不需做乘法。
本发明的目的在于提供检测测试图像相对于一参考图像的重合不良情况的方法和装置。
本发明的另一目的在于对检测几个不重合的过程提供一种便于采用的方法和装置。
局部区域的非归一化相关性和局部区域差值的绝对值之和的最小值的方法的局限性在于：对于实际世界的目标，可能不存在具有足够反差和在水平和垂直两方向中具有不重复的信息内容的局部区域。在本发明中，局部区域的比较是使用两个或更多个来自参考图像的局部区域和两个或更多个来自测试图象的局部区域。使局部区域选择得在两个局部区域中包含近似正交的信息内容。两局部区域的信息在空间联接，但在图像帧中可隔开很宽。为了将这一概念用于差值绝对值之和的方法，则参考图像中的局部区域之一和测试图像中的对应的局部区域的差值的绝对值之和是一个像素接一个像素进行的。然后再完成参考图像中的另一局部区域和测试图像中的对应的局部区域的差值绝对值之和。然后这两个和相互相加并记录结果。然后参考图像中的两个局部区域相对于测试图像沿X轴位移一个像素，且再一次完成两个和数和最后的总和。这种操作重复多次且记录每个位置上的和数的总和。然后X轴位移量返回到原点且局部区域沿Y轴位移一个像素。然后对于该新的Y轴位置重复X轴位移和计算和数的总和。这种Y轴位移、和其后的X轴位移和求和的操作重复多次。求和结果的最小总和对应于两局部区域中的特性在最佳对准时的像素位移。
应用两个来自参考图像的局部区域与两个来自测试图像的局部区域进行比较的概念可扩展到测定重合不良的局部区域法的非归一相关性上。在操作上，除了对于每个局部区域的每个X和Y轴位移位置完成乘积的求和数、将这些和数相加并记录外，与先前描述过的两局部区域差值绝对值的最小和数方法相同。当完成全部位移时检查所记录的结果，且最大值对应于两局部区域中的特性在最佳对准时的像素位移。
应用两个来自参考图像的局部区域与两个来自测试图像的局部区域进行比较、使用相关性、差值绝对值的最小和数、或其它比较方法的概念能扩展应用于来自参考图像的任意个局部区域与来自测试图像的相同数量的局部区域进行比较，以允许包含比较中的多重空间联接特性，于是确保可靠的图像重合不良测定。
图1表明按本发明构成的图像采集系统；
图2显示由图1系统扫描的一个目标；
图3表明一个参考区域的几个局部区域；
图4表明图1系统的图像处理器的构件。
这里揭示的图像采集系统特别适用于检查印刷图样装置。系统10可包含如一个携带页14的旋转鼓12，页资料要传给扫描器16。页14可用多个排列成矩形阵列的印刷图样印刷。
扫描器16对页14扫描以产生它的图像给图像采集装置18。页14的图像，或至少其部分图像以数字形式从装置18载入存贮器20。
装置10也包含另一用于存贮参考页图像的存贮器22。来自存贮器20和22的两图像提供给图像处理器24，它确定来自扫描器16的图像是否已沿一个方向或两个正交方向产生位移。
图2显示来自带有图像28的页14的一张印刷图样的纸币26。为了确定图像28是否已位移，则选择且由分析三个局部区域30、32、34如下。这三个局部区域可随意选择，但是最好选择得包含有沿两正交方向X或Y的之一延伸的明显特征。作为讨论，假定已通过例如胶印从单个版子产生图像28。通常，一个印刷图样用几个叠加在上面的图像印刷，每个图像用一种不同的印刷方法产生。在这些情况中，这里给出的步骤对每个图像是重复的以便可测定每个图像的正交位移。
每个局部图像区域30、32、34最好包含像素两维阵列。存贮器22可包含一完整的参考图像，或与局部区域30、32、34相对应的参考图像的局部区域。这些局部参考区域在图3中用三个像素阵30’、32’、34’表示。局部阵的每个像素可方便地用两维坐标表示。例如阵30’、32’、34’的左上角分别称作像素A11’、B11’和C11’。最初，假定实际图像28的局部区域与参考图像的局部区域严格一致。换言之，假定区域30’的中心像素(图3中打阴影线的区域)与区域30的中心像素相一致。
如图4更详细表明那样，图像处理器24包含：5个计数器40、42、44、46、48；一个加法器网络50；一存贮器52；一比较器54和一移位选择器56。应当理解：图4的图像处理器最好用数字计算机构成，而图中所示构件是为了解释目的而画的。
为了确定来自存贮器20的实际图像是否相对于存贮器22的参考图像发生正交位移，一反复处理过程完成如下。计数器40不断地将参考图像的局部区域30’、32’、34’之一指派给加法器网络50。起初，计数器42、44置零表示还未发生位移。计数器46和48用作指针向网络50表明一个阵中的哪个像素将被处理。在计数器40指派第一个局部区域30’之后，加法器网络50获得区域30的每个像素值，并且取阵30和阵30’的每个像素的差值的绝对值。于是加法网络50计算差值｜A11-A11’｜、｜A12-A12’｜等等。这些差值相加并存贮在存贮器52的结果阵列的第一位置中，而这个值也存贮在存贮器52的“最佳匹配”位置中。当阵列30和30’的所有像素的差已被计算并存贮时，则计数器40取一增量，对阵列32、32’重复整个处理过程，且来自每个像素的差与阵列30、30’的相同位置上算得的差相加。换言之，对于第二组阵列32、32’，加法网络50首先得到差B11-B11’，再将这一差与差A11-A11'相加。阵列32、32’的其它每个像素，按照计数器46、48的指示重复相同的处理。最后，相同的处理过程再对第三组阵列34、34’重复。一旦计算完成，则计数器42增加1以表明参考阵列30’、32’和34’必须沿X轴偏移一个像素。加法器网络50再一次执行上述处理过程，但是这次参考图像的像素产生偏移以便如差值A12-A11’得到计算和暂对地存贮直到完成所有三组阵列的计算。然后，比较器54将产生的值与无位移产生的值相比较。该值放入存贮器52中的结果阵列的第二位置中。如果该新的结果满足某些标准(即，它们等于或小于老的结果)，则存贮器52中最佳匹配位置中的老值用这新值置换。如果结果被置换，则由计数器42、44表明的沿X和Y方向的位移也存贮在存贮器52中。然后、阵列30’、32’、34’再一次位移且重复整个处理过程。三个阵列30’、32’、34’由起始位置向左和右位移一预定的次数。此后，阵列也向上和向下位移一预定次数。
当所有位移和计算完成时，存贮器52包含了结果阵列，该阵列显示因正交位移而来的值、和最佳匹配值和在X和Y方向中产生这一结果的位移量。这一信息加给位移选择器56产生一个相应的表明图像28正交偏离参考图像的沿X-和Y-方向的位移。存贮器52中相加的结果阵列可用作定量的量度，该量度可用于测定处理过程中的置信度的等级。
在上面描述的实施例中，取三个局部区域是用于说明目的。应当理解：高于一个以上的任意数目的这种区域都可应用，而且，对于图像和参考阵列的比较其它的评判标准也可应用，这些都在如所附权利要求书所限定的本发明实质范围内。

Claims (5)

1．一种图像处理装置，包含：
采集对应于一图像(28)的至少两个局部区域(30,32,34)的数据的图像采集装置(18,20)，所述局部区域表述为两维的像素阵列；
存贮参考图像的至少两个参考局部区域(30′,32′,34′)的存贮装置，所述参考局部区域对应于所述局部区域；
编辑来自所述局部区域和所述参考局部区域信息的编辑装置；
分析所编辑的信息以测定所述采集图像是否偏离所述参考图像的分析装置；和
沿X轴和Y轴位移所述局部区域的位移装置，
其特征在于，所述图像(28)的局部区域(30,32,34)空间隔开预定量相关联，且所述编辑装置包含加法装置(50)，用于按照一个像素接一个像素计算所述至少两局部区域的每一个与所述至少两参考区域相对应的每一个之间差的绝对值并将所述绝对值相加；和
存贮所述绝对值和所述绝对值相加的和的存贮装置(52)。
2．如权利要求1所述的装置，其特征在于，其中，所述分析装置进一步包含用于产生对应于所述采集图像相对于所述参考图像最佳匹配的X和Y位移值的位移选择器(56)。
3．一种测定样本线性偏离其标称位置的方法，包含步骤为：
(a)采集对应于一图像的至少两个局部区域的数据，所述局部区域表述为两维的像素阵列；
(b)存贮参考图像的至少两个参考局部区域，所述参考局部区域对应于所述局部区域；
(c)编辑所述局部区域和所述参考局部区域来的信息；
(d)分析所述编辑的信息以测定所述采集图像是否偏离所述参考图像；
(e)沿X轴位移所述局部区域一个像素；
(f)重复所述步骤(c)到(e)一个预定次数；
(g)沿Y轴位移所述局部区域一个像素；
(h)重复所述步骤(c)到(g)一个预定次数，
其特征在于，所述图像(28)的局部区域(30,32,34)空间隔开预定量相联，且所述信息通过下面步骤进行编辑：
(ⅰ)按照一个像素接一个像素计算所述至少两局部区域的每一个与所述至少两参考区域相对应的每一个之间差的绝对值；
(ⅱ)将所述绝对值存贮于存贮装置中；
(ⅲ)将所述绝对值相加；和
(ⅳ)将所述相加的和存贮于存贮装置中。
4．如权利要求3所述的方法，其特征在于，其中，所述相加的步骤包含步骤为：
(ⅰ)将所述至少两局部区域中第一区域的所述绝对值相加；
(ⅱ)将所述第一局部区域中每个像素的所述绝对值与所述至少两个局部区域的其它区域中相对应的每个像素的绝对值相加；
(ⅲ)对所述连续的相加求和。
5．如权利要求3或4所述的方法，其特征在于，其中，所述分析步骤包含步骤为：
(ⅰ)将所述计算的和与位移前测定的对应和作比较；
(ⅱ)如果所述计算的和等于或小于所述位移前测定的对应和就测定最佳匹配；
(ⅲ)如果所述最佳匹配被测定，就将X位移和Y位移值存入存贮装置中；
(ⅳ)将所述最佳匹配值存入最佳匹配存贮装置中；
(ⅴ)一旦完成所有预定的X和Y位移，就将对应于所述最佳匹配的X和Y位移值加给位移选择器，指示所述图像偏离参考图像的正交偏离量。
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