CN104469112A - 大视场的成像方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明适用于视觉加工领域，本发明实施例提供了一种大视场的成像方法，通过XY振镜扫描分成若干个小视场区域的待检测产品，并将扫描信息反馈到图像采集系统的CCD相机上成像；通过XY振镜的小视场快速扫描，CCD相机可拍摄到N幅小图像，通过图像处理的方法将这N幅小图像拼接成一副完整的大图像。由于XY振镜扫描速度非常快，在同样相机的条件下，小视场成像，大大提高了系统的检测精度，且利用XY振镜扫描、只需要采用普通的相机和镜头即可成像，价格合理，能够满足目前对设备高精度、高效率、大视场成像的要求，本发明实施例还提供一种大视场的成像装置。

Description

大视场的成像方法及装置

技术领域

本发明涉及基于视觉的加工领域，尤其涉及一种基于XY振镜自扫描大视场的成像方法及装置。

背景技术

现有的具有视觉检测功能的激光设备加工中，对设备的质量要求越来越严格，特别是对设备的检测精度要求越来越高，而设备的检测精度跟相机本身的分辨率有关，分辨率越高，检测精度越高。目前最高分辨率的相机能达到千万像素，但却很难找到能与此高分辨率相配的镜头，并且越高分辨率的相机与镜头的价格越昂贵，成本非常高；另外，如果采用低成本的、较低分辨率的相机，视觉的检测精度越高，视场会变得越小，其检测效率会大幅度降低。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种大视场的成像方法及装置，以解决现有的产品在高精度检测中，检测效率低或成本高的问题。

本发明实施例是这样实现的，一种大视场的成像方法，所述方法通过XY振镜对含有若干个小视场区域的待检测产品进行扫描，并将扫描信息反馈到图像采集系统上，所述图像采集系统生成与若干个小视场区域对应的若干个小视场图像，然后将这若干个小视场图像拼接成一副完整的大图像。

进一步地，所述XY振镜的扫描光线来源于所述图像采集系统的光源。

进一步地，在生成大图像之后还包括图像校正步骤，所述图像校正步骤包括用于比对若干个小视场图像相互连接的位置关系的图像匹配步骤和用于对拼接后的产生的不连续接缝的修正的图像融合步骤。

进一步地，所述图像匹配步骤具体为：

在拍摄的任意邻近的两幅小视场图像中的一幅中找出阶数最高的特征点M；

在拍摄的另一幅小视场图像中找出所有阶数等于特征点M的阶数的特征点L；

特征点M和特征点L依次比对，找到相似度最优的位置作为匹配位置，完成两幅幅小视场图像的比对，形成唯一的对应关系；

依次对所有有邻近关系的小视场图像比对，最终找到所有邻近的小视场图像之间的对应关系。

进一步地，所述图像融合利用变化的加权函数法进行融合。

本发明实施例还提供一种大视场的成像装置，包括XY振镜、图像采集系统和用于控制所述XY振镜和所述图像采集系统运行的控制系统，所述图像采集系统包括相机、光源、图像生成模块和图像拼接模块，所述光源发出光束用于XY振镜扫描，所述图像生成模块接受扫描信息生成若干个小视场图像，所述图像拼接模块将若干个小视场图像拼接成一幅完整的大图像。

进一步地，所述相机为CCD相机。

进一步地，所述图像采集系统还包括图像校正模块，所述图像校正模块包括用于比对若干个小视场图像相互连接的位置关系的图像匹配模块和用于对拼接后的产生的不连续接缝的修正的图像融合模块。

进一步地，所述像装置还包括图像监控模块，用于实时对待检测产品的特征进行跟踪。

进一步地，所述图像监控模块包括图像预览模块、图像位置标记模块、图像尺寸测量模块和图像分析模块。

本发明实施例提供了一种大视场的成像方法和成像装置，通过XY振镜扫描分成若干个小视场区域的待检测产品，并将扫描信息反馈到图像采集系统的CCD相机上成像。通过XY振镜的小视场快速扫描，CCD相机可拍摄到N幅小图像，通过图像处理的方法将这N幅小图像拼接成一副完整的大图像。由于XY振镜扫描速度非常快，在同样相机的条件下，小视场成像，大大提高了系统的检测精度，且利用XY振镜扫描、只需要采用普通的相机和镜头即可成像，价格合理，能够满足目前对设备高精度、高效率、大视场成像的要求。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的大视场的成像方法流程图；

图2是本发明实施例提供的大视场的成像装置的示意图；

图3是本发明实施例提供的对手机扫描后得到的若干小视场图像的示意图；

图4是图3的若干小视场图像拼接后的大图像的效果图；

图5是对图4的大图像进行图像校正后的效果图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

在某些特殊的应用中，对物体的检测精度要求非常高，而现有的光学硬件相机最高的像素也只能达到千万级，且这种千万像素级的相机非常昂贵，对于小视场成像来讲选用普通百万像素的相机就能够满足客户的要求，但是如果客户要求大视场成像且分辨率在微米级的情况下现有的面阵相机是很难达到这么高的分辨率的。

如图1所示，本发明实施例提供一种大视场的成像方法，通过XY振镜扫描分成若干个小视场区域的待检测产品，并将扫描信息反馈到图像采集系统的CCD相机上成像。通过XY振镜的小视场快速扫描，CCD相机可拍摄到N幅小图像，通过图像处理的方法将这N幅小图像拼接成一副完整的大图像。由于XY振镜扫描速度非常快，在同样相机的条件下，小视场成像，大大提高了系统的检测精度，且利用XY振镜扫描、只需要采用普通的面阵相机和镜头即可成像，价格合理，能够满足目前对设备高精度、高效率、大视场成像的要求。通过此大图像可完成各种实际工作需求，如加工工况的图像预览、定位等等。

所述成像方法，可以包括以下步骤：

S110，将待检测产品分成N个小视场区域；

由于X、Y扫描振镜尺寸的限制，其扫描的有效范围(视场)一定，CCD相机每次只能拍摄一小部分的图像(扫描的区域的图像)，所以需要将待扫描的物体分为若干个扫描区域，多次扫描，每扫描一个区域后，将未扫描的部分移到XY振镜的扫描范围内，假设扫描完整物体需要拍摄N幅图像，则将待检测产品分为N个小视场区域。

本实施例中，N个小视场区域呈均匀分布，如图1中的网格。

S120，XY振镜对每个小视场区域扫描；

图像采集系统的光源发出光束传播到XY振镜上，再通过XY振镜对待检测产品按照划分好的N个小视场区域进行扫描。

所述光源可以根据待检测产品对光的反射率不同选择不同波段的光，本实施例中优选肉眼可见的红光。

本实施例中，扫描的路径可以根据实际区域按照最短时间路径扫描，或者连续扫描或者跳跃扫描。

所述光源的能量可根据成像的好坏进行大小调节，以保证图像采集系统能够清晰成像，保证在物体表面光照均匀且光源的亮度和光源到产品表面的高度。如：对于表面很粗糙的产品，可适当的降低光源与产品之间的距离；对于表面很光滑且反射率很高的产品，我们可适当的增加光源与产品之间的距离。

二维的XY振镜是通过X-Y轴电机带动反射镜片(振镜片)偏转来实现平面扫描的，如果Y振镜不转动，X振镜转动，X振镜每转动固定的角度CCD相机就会取到一幅图像，且这一系列的图像是沿着X轴方向依次拍摄的；如果X振镜不转动，Y振镜转动，Y振镜每转动固定的角度CCD相机就会取到一幅图像，且这一系列的图像是沿着Y轴方向依次拍摄的；当XY振镜都转动时，可以得到被检测物体其它部分的图像。这样通过XY振镜的共同扫描作用，CCD相机可拍摄到N幅小图像。

S130，生成N个小视场图像；

所述图像采集系统接收XY振镜对待检测产品的扫描信息，待检测产品上的每个小视场区域都将对应的生产一个小视场图像。

具体的，图像采集系统的光源发出光束传播到XY振镜上，然后通过XY振镜反射到待检测产品表面，光束最终在待检测产品的表面发生反射形成成像光束，所述成像光束经过XY振镜片后，被反射回图像采集系统，所述图像采集系统根据扫描到的成像信息形成的成像光束生成对应的N个小视场图像。

S140，对N个小视场图像进行拼接，生成大图像。

所述图像采集系统将N个小视场图像无缝拼接成大图像，其具体的图像处理方法在现有技术中已经存在多种，本实施例则不在赘述。

以上实施例并没有限定其步骤的具体操作顺序，在此基础上的延伸都应属于本发明实施例说要保护的内容，如步骤S120和步骤S130可以同步进行，也可以在XY振镜对所有的小视场区域都扫描完成后再生成N幅小图像。

进一步地，由于常规的图像处理方法生成的图像，存在一定畸变(如图4所示)，本实施例中，在生成大图像之后还包括图像校正步骤，所述图像校正步骤包括图像匹配和图像融合。

图像匹配是提取特征点对特征点进行一一对应，保证特征点位置的精确性与对应的准确性。所述特征点指的两幅或多幅图像的连接点、线、面等特征，特征类型有颜色特征、纹理特征、形状特征、空间位置特征。特征点匹配是指在找出图像的特征点后，寻找图像间特征点的对应关系，本实施例中采用最近邻方法，即查找每一个特征点在另外一幅图像中的最近邻。理想状态下两幅图像之间相同部分的特征点应该具有相同的特征描述向量，所以他们之间的距离应该最近。

所述图像匹配步骤具体为：

在模板图像T(此模板图像即为拍摄的第一幅小视场图像)中找出阶数最高的特征点，选取其中灰度值最大的点作为图像的匹配特征点M。选取最高阶特征点作为匹配特征点的意义在于：选取较有规律的点作为匹配特征点，可以排除个别杂波对匹配特征点选取的干扰；

在参考图像P(此模板图像即为拍摄的第二幅小视场图像)中找出所有阶数等于匹配特征点M的阶数的特征点L；

用模板图像T的匹配特征点M与参考图像P上找到的同阶特征点L依次比较，并计算两幅邻近的小视场图像的相似性度量，找出相似性度量最优的位置作为匹配位置，从而找到两幅图像中像素点的对应关系，然后将第二幅小视场图像与第三幅小视场图像的最高的同阶特征点进行比较，找到对应关系，依次操作到第N幅小视场图像，最终找到所有邻近的小视场图像的对应关系。

匹配完成后的小视场图像之间都有唯一的单应性矩阵，由这些单应性矩阵最终可以将所有的小视场图像联系起来；本实施例以第一张图像作为基准图像，其余的图像都在此基础上延伸，直到所有的图像都完成。

其他实施例中，可以根据需要选择任意一幅小视场图像作为基准图像，参考图像则是与所述基准图像邻近的小视场图像。

由于拍摄环境以及匹配误差的影响，拼接后图像的重叠部分难免会存在光照变化、色差变化等差异，由于这些影响的存在，即使是匹配很准确的两幅图像，拼接完成之后重叠处也有一道很明显的不连续接缝，例如图4。所述图像融合步骤则是利用变化的加权函数法进行融合，考虑到图像重叠区域的不规则性，加权平均权值函数随着位置的不同表达式也取不同的形式，这样能够照顾到图像的每一个细节，最后得到一副无畸变，无接缝的完整图像。

本发明实施例还提供一种大视场的成像装置，包括图像采集系统20、与所述图像采集系统光路传播方向上的XY振镜10以及控制所述图像采集系统和所述XY振镜运行的控制系统40。所述图像采集系统20包括相机(图未标)、光源(图未标)、图像生成模块(图未标)和图像拼接模块(图未标)，所述光源发出光束用于所述XY振镜10对待检测产品30的扫描，所述图像生成模块接受扫描信息生成若干个小视场图像，所述图像拼接模块将若干个小视场图像拼接成一幅完整的大图像。

所述控制系统40为电脑。

所述相机为CCD相机。

进一步地，所述图像采集系统还包括图像生成模块和图像拼接模块，XY振镜利用所述光源发出的光束对待检测的产品进行扫面，并在待检测产品上形成反射，生成扫描信息(成像光束)，所述成像光束再延扫描用光束返回图像采集系统，所述图像生成模块根据扫描信息生成小视场图像；所述图像拼接模块再对所述的小视场图像进行拼接，生成一幅完整的大图像，如图4所示的拼接后的大图像。本实施例以手机为待检测产品为例进行描述。

进一步地，所述图像采集系统还包括图像校正模块，用于对拼接的大图像进行修正。由于拍摄环境以及匹配误差的影响，拼接后图像的重叠部分难免会存在光照变化、色差变化等差异，由于这些影响的存在，即使是匹配很准确的两幅图像，拼接完成之后重叠处也有一道很明显的不连续接缝，例如图4所示。

具体的，所述图像校正模块包括用于比对若干个小视场图像相互连接的位置关系的图像匹配模块和用于对拼接后的产生的不连续接缝的修正的图像融合模块。

所述图像匹配模块利用最近邻方法对所有小视场图像进行比对，寻找一一的对应关系，即查找每一个特征点在另外一幅图像中的最近邻。理想状态下两幅图像之间相同部分的特征点应该具有相同的特征描述向量，所以他们之间的距离应该最近。

所述图像融合模块利用变化的加权函数法进行融合，考虑到图像重叠区域的不规则性，加权平均权值函数随着位置的不同表达式也取不同的形式，照顾到图像的每一个细节，最后得到一副无畸变，无接缝的完整图像，如图5所示的拼接后大图像的效果图。

所述像装置还包括图像监控模块，用于实时对待检测产品的特征进行跟踪。

所述图像监控模块包括图像预览模块、图像位置标记模块、图像尺寸测量模块和图像分析模块。

所述图像预览模块用于图像预览，通过扫描获取到物体的真实图像，在屏幕上真实显示图案和位置。

所述图像位置标记模块用于位置定位，在所述成像装置运行过程中，所述图像采集系统采集到待检测产品的图像后，进行位置坐标的确定。例如激光打标系统，运用此功能，无论标记产品的位置如何，经过位置标定后都可以找到正确的打标位置。

所述图像尺寸测量模块用于对待检测产品的尺寸的测量，利用扫描的图像对产品加工前和加工中或加工后的尺寸测量。

所述图像分析模块用于对瑕疵的检测，在产品加工完成后，所述图像系统系统采集加工后的图像，进行图像分析，检测加工的质量。

以上只是列举了几个常用的应用，在所述图像监控模块利用XY振镜扫描得到的真实图像，并对所述图像进行检测分析、实时跟踪等基础上，在实际应用中可以根据需要编写不同的图像处理软件，进行物体表面的检测或尺寸的测量等。

进一步地，所述图像采集系统20与所述XY振镜10之间还可以设置反射装置，如反射镜，用以对光路的方向进行改变，可以使得结构更加实用。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下做出若干等同替代或明显变型，而且性能或用途相同，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定的专利保护范围。

Claims (10)

1.一种大视场的成像方法，其特征在于，通过XY振镜对含有若干个小视场区域的待检测产品进行扫描，并将扫描信息反馈到图像采集系统上，所述图像采集系统生成与若干个小视场区域对应的若干个小视场图像，然后将这若干个小视场图像拼接成一副完整的大图像。

2.如权利要求1所述的成像方法，其特征在于，所述XY振镜的扫描光线来源于所述图像采集系统的光源。

3.如权利要求1所述的成像方法，其特征在于，在生成大图像之后还包括图像校正步骤，所述图像校正步骤包括用于比对若干个小视场图像相互连接的位置关系的图像匹配步骤和用于对拼接后的产生的不连续接缝的修正的图像融合步骤。

4.如权利要求3所述的成像方法，其特征在于，所述图像匹配步骤具体为：

在拍摄的任意邻近的两幅小视场图像中的一幅中找出阶数最高的特征点M；

在拍摄的另一幅小视场图像中找出所有阶数等于特征点M的阶数的特征点L；

特征点M和特征点L依次比对，找到相似度最优的位置作为匹配位置，完成两幅幅小视场图像的比对，形成唯一的对应关系；

依次对所有有邻近关系的小视场图像比对，最终找到所有邻近的小视场图像之间的对应关系。

5.如权利要求4所述的成像方法，其特征在于，所述图像融合利用变化的加权函数法进行融合。

6.一种大视场的成像装置，其特征在于，包括XY振镜、图像采集系统以及控制系统，所述图像采集系统包括相机、光源、图像生成模块和图像拼接模块，所述光源发出光束用于XY振镜扫描，所述图像生成模块接收扫描信息生成若干个小视场图像，所述图像拼接模块将若干个小视场图像拼接成一幅完整的大图像。

7.如权利要求6所述的成像装置，其特征在于，所述相机为CCD相机。

8.如权利要求7所述的成像装置，其特征在于，所述图像采集系统还包括图像校正模块，所述图像校正模块包括用于比对若干个小视场图像相互连接的位置关系的图像匹配模块和用于对拼接后的产生的不连续接缝的修正的图像融合模块。

9.如权利要求8所述的成像装置，其特征在于，所述像装置还包括图像监控模块，用于实时对待检测产品的特征进行跟踪。

10.如权利要求9所述的成像装置，其特征在于，所述图像监控模块包括

图像预览模块、图像位置标记模块、图像尺寸测量模块和图像分析模块。