CN108111777B - 一种暗角校正系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于图像处理技术领域，公开了一种暗角校正系统及方法，方法包括：根据多张图像获得暗角校正系数；获得测试图像并解析得到图像像素数据；根据暗角校正系数对图像像素数据进行暗角校正，获得暗角校正图像数据并封装输出。系统包括：第一PC端、相机、FPGA平台；相机用于拍摄获得测试图像；FPGA平台用于对测试图像进行解析获得图像像素数据；根据暗角校正系数对图像像素数据进行暗角校正，获得暗角校正图像数据，并封装输出；第一PC端用于根据多张图像获得暗角校正系数，对暗角校正图像数据进行显示和/或检测。本发明解决了现有技术在自动光学检测中将暗角误判为缺陷或为避免误判调整算法造成漏检缺陷的问题。
Description
技术领域
本发明涉及图形处理技术领域，尤其涉及一种暗角校正系统及方法。
背景技术
自动光学检测(AOI,Automated Optical Inspection)为工业自动化有效的检测方法，使用机器视觉做为检测标准技术，大量应用于LCD/TFT、晶体管与PCB工业制程上，在民生用途则可延伸至保全系统。以LCD/TFT为例,当自动检测时，机器通过摄像头扫描LCD/TFT，采集图像，经过图像处理，检查出LCD/TFT上的缺陷。
随着AOI检测性能和效率的要求越来越高,对采集图像的质量要求也越来越高。采集的图像中，由于镜头原因，会存在“暗角”的现象。即对着亮度均匀景物拍摄，画面四角都有变暗的现象。暗角对于任何镜头都不可避免。暗角的存在，对AOI有一定的影响，暗角可能会被误判为缺陷。而为了避免这种误判，往往需要调整检测算法参数，这样又容易导致对真实缺陷的漏检。
发明内容
本申请实施例通过提供一种暗角校正系统及方法，解决了现有技术在自动光学检测中将暗角误判为缺陷或为避免误判调整算法造成漏检缺陷的问题。
本申请实施例提供一种暗角校正方法，包括以下步骤：
获得N张均匀光照拍摄的图像，根据N张所述图像得到第N+1张图像，根据所述第N+1张图像获得暗角校正系数；
获得测试图像，对所述测试图像进行解析，获得图像像素数据；
根据所述暗角校正系数对所述图像像素数据进行暗角校正，获得暗角校正图像数据；
对所述暗角校正图像数据进行封装并输出。
优选的，所述根据N张所述图像得到第N+1张图像包括以下步骤：
获得N张所述图像的像素值；
对N张所述图像的像素值进行求平均处理，得到所述第N+1张图像。
优选的，所述根据所述第N+1张图像获得暗角校正系数包括以下步骤：
获得所述第N+1张图像的像素值；
取所述第N+1张图像中有效区域内每个像素点的像素值，计算得到像素平均值；
将所述第N+1张图像中每个像素点的像素值除以所述像素平均值，得到除系数矩阵；
将所述除系数矩阵中的每个元素取倒数，得到乘系数矩阵，所述暗角校正系数包括所述乘系数矩阵。
优选的，所述根据所述暗角校正系数对所述图像像素数据进行校正包括：
所述暗角校正系数为所述乘系数矩阵；
所述图像像素数据与所述乘系数矩阵进行乘法运算。
优选的，所述根据所述暗角校正系数对所述图像像素数据进行校正包括：
所述暗角校正系数为所述乘系数矩阵以及加系数矩阵；
所述图像像素数据先与所述乘系数矩阵进行乘法运算，然后与所述加系数矩阵进行加法运算。
本申请实施例提供一种暗角校正系统，包括：第一PC端、相机、FPGA平台；所述FPGA平台分别与所述第一PC端、所述相机连接；
所述相机用于拍摄获得测试图像；
所述FPGA平台用于对所述测试图像进行解析，获得图像像素数据；以及根据暗角校正系数对所述图像像素数据进行暗角校正，获得所述暗角校正图像数据，并对所述暗角校正图像数据进行封装并输出至所述第一PC端；
所述第一PC端用于获得暗角校正系数的步骤，以及对所述暗角校正图像数据进行显示和/或检测。
优选的，所述第一PC端包括：系数输入模块、图像显示检测模块；
所述系数输入模块用于根据多张图像获得所述暗角校正系数，并将所述暗角校正系数输入至所述FPGA平台；
所述图像显示检测模块用于接收所述暗角校正图像数据，并对所述暗角校正图像数据进行显示和/或检测。
优选的，所述FPGA平台包括：校正模块；
所述校正模块包括数据接口、有效数据提取模块、暗角校正系数读取模块、暗角校正计算模块、图像数据写DDR模块；
所述数据接口、所述有效数据提取模块、所述暗角校正计算模块、所述图像数据写DDR模块依次连接；所述暗角校正系数读取模块与所述暗角校正计算模块连接；
所述有效数据提取模块用于对所述测试图像进行解析，获得所述图像像素数据；
所述暗角校正系数读取模块用于读取所述暗角校正系数，并将所述暗角校正系数输入至所述暗角校正计算模块；
所述暗角校正计算模块用于根据所述暗角校正系数对所述图像像素数据进行暗角校正，获得所述暗角校正图像数据；
所述图像数据写DDR模块用于写入所述暗角校正图像数据。
优选的，所述FPGA平台还包括：存储模块、暗角校正系数写入模块、图形数据读DDR模块、GTP数据封包模块、光纤口；
所述存储模块分别与所述暗角校正系数写入模块、所述暗角校正系数读取模块、所述图像数据写DDR模块、所述图形数据读DDR模块连接；所述GTP数据封包模块分别与所述图形数据读DDR模块、所述光纤口连接；
所述暗角校正系数写入模块用于将所述暗角校正系数写入所述存储模块中予以储存；
所述图形数据读DDR模块用于读取所述暗角校正图像数据；
所述存储模块用于存储所述暗角校正系数、所述暗角校正图像数据；
所述GTP数据封包模块用于对所述暗角校正图像数据进行GTP格式封装；
所述光纤口用于连接所述FPGA平台和所述第一PC端。
优选的，所述相机为多个，所述FPGA平台包括多个所述校正模块，每个所述相机对应一个所述校正模块。
本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
在本申请实施例中，通过相机在均匀光照条件下拍摄得到N张图像，然后根据N张图像得到第N+1张图像，并根据第N+1张图像获得该相机的暗角校正系数。本发明针对自动光学检测中，相机和屏相对位置固定，光照条件基本不变的场景，暗角矫正效果良好。本发明基于PC端和FPGA平台获得相机的暗角校正系数，并根据获得的相机的暗角校正系数实现暗角校正功能。由于FPGA流水线机制，单个相机的一张图像在进行有效数据提取的同时，就可以进行暗角校正运算及运算结果存储操作。使用FPGA而非检测电脑来实现，可以有效减小电脑的CPU和内存的负荷；使用FPGA进行流水线处理，不占用取像和检测时间。
附图说明
为了更清楚地说明本实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一个实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种暗角校正系统的示意图。
具体实施方式
本申请实施例通过提供一种暗角校正系统及方法，解决了现有技术在自动光学检测中将暗角误判为缺陷或为避免误判调整算法造成漏检缺陷的问题。
本申请实施例的技术方案为解决上述技术问题，总体思路如下：
一种暗角校正方法，包括以下步骤：
获得N张均匀光照拍摄的图像，根据N张所述图像得到第N+1张图像，根据所述第N+1张图像获得暗角校正系数；
获得测试图像，对所述测试图像进行解析，获得图像像素数据；
根据所述暗角校正系数对所述图像像素数据进行暗角校正，获得暗角校正图像数据；
对所述暗角校正图像数据进行封装并输出。
一种暗角校正系统，包括：第一PC端、相机、FPGA平台；所述FPGA平台分别与所述第一PC端、所述相机连接；
所述相机用于拍摄获得测试图像；
所述FPGA平台用于对所述测试图像进行解析，获得图像像素数据；以及根据暗角校正系数对所述图像像素数据进行暗角校正，获得所述暗角校正图像数据，并对所述暗角校正图像数据进行封装并输出至所述第一PC端；
所述第一PC端用于根据多张图像获得暗角校正系数，以及对所述暗角校正图像数据进行显示和/或检测。
本发明通过相机在均匀光照条件下拍摄得到N张图像，然后根据N张图像得到第N+1张图像，并根据第N+1张图像获得该相机的暗角校正系数。本发明针对自动光学检测中，相机和屏相对位置固定，光照条件基本不变的场景，暗角矫正效果良好。本发明基于PC端和FPGA平台获得相机的暗角校正系数，并根据获得的相机的暗角校正系数实现暗角校正功能。由于FPGA流水线机制，单个相机的一张图像在进行有效数据提取的同时，就可以进行暗角校正运算及运算结果存储操作。使用FPGA而非检测电脑来实现，可以有效减小电脑的CPU和内存的负荷；使用FPGA进行流水线处理，不占用取像和检测时间。
为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。
本实施例提供了一种暗角校正系统，如图1所示，包括：第一PC端(PC1)、相机、FPGA平台；所述FPGA平台分别与所述第一PC端、所述相机连接。
所述相机用于拍摄获得测试图像。
所述第一PC端用于根据多张图像获得暗角校正系数的步骤，以及对所述暗角校正图像数据进行显示和/或检测。
所述第一PC端(PC1)包括：系数输入模块、图像显示检测模块；所述系数输入模块用于获得暗角校正系数，并输入至所述FPGA平台；所述图像显示检测模块用于接收暗角校正图像数据，并对所述暗角校正图像数据进行显示和/或检测。
所述FPGA平台用于对所述测试图像进行解析，获得图像像素数据；以及根据暗角校正系数对所述图像像素数据进行暗角校正，获得所述暗角校正图像数据，并对所述暗角校正图像数据进行封装并输出至所述第一PC端。
所述FPGA平台包括：校正模块、存储模块、暗角校正系数写入模块、图形数据读DDR模块、GTP数据封包模块、光纤口。
所述校正模块包括数据接口、有效数据提取模块、暗角校正计算模块、图像数据写DDR模块、暗角校正系数读取模块；所述数据接口、所述有效数据提取模块、所述暗角校正计算模块、所述图像数据写DDR模块依次连接；所述暗角校正系数读取模块与所述暗角校正计算模块连接。
所述数据接口包括：Camera Link接口、CLHS接口、网络接口等。因此，本发明的通用性强，对于Camera Link接口、CLHS接口、网络接口等各种接口、各种分辨率的相机，本发明均能收到较好的暗角校正效果。
所述存储模块分别与所述暗角校正系数写入模块、所述暗角校正系数读取模块、所述图像数据写DDR模块、所述图形数据读DDR模块连接；所述GTP数据封包模块分别与所述图形数据读DDR模块、所述光纤口连接。
所述数据接口用于连接所述FPGA平台和所述相机，获得所述测试图像数据；所述光纤口用于连接所述FPGA平台和所述第一PC端(PC1)；所述有效数据提取模块用于对所述测试图像数据进行解析，获得所述图像像素数据；所述暗角校正系数写入模块用于将所述暗角校正系数写入所述存储模块中予以储存；所述暗角校正系数读取模块用于从所述存储模块中读取所述暗角校正系数，并将所述暗角校正系数输入至所述暗角校正计算模块；所述暗角校正计算模块用于根据所述暗角校正系数对所述图像像素数据进行暗角校正，获得所述暗角校正图像数据；所述图像数据写DDR模块用于写入所述暗角校正图像数据；所述图形数据读DDR模块用于读取所述暗角校正图像数据；所述存储模块用于存储所述相机的暗角校正系数、所述暗角校正图像数据；所述GTP数据封包模块用于对所述暗角校正图像数据进行GTP格式封装。
所述存储模块包括AXI总线互联模块、DDR控制器、DDR物理内存；所述AXI总线互联模块、所述DDR控制器、所述DDR物理内存依次连接；所述AXI总线互联模块分别与所述暗角校正系数写入模块、所述暗角校正系数读取模块、所述图像数据写DDR模块、所述图形数据读DDR模块连接。
一种优选的情况，所述有效数据提取模块与所述图像数据写DDR模块连接；所述图像数据写DDR模块可写入所述图像像素数据；所述存储模块可存储所述图像像素数据；所述图形数据读DDR模块可读取所述图像像素数据；所述GTP数据封包模块可对所述图像像素数据进行GTP格式封装；所述图像显示检测模块可接收所述图像像素数据，并对所述图像像素数据进行显示和/或检测。
一种优选的情况，所述相机为多个，所述FPGA平台包括多个所述校正模块，每个所述相机对应一个所述校正模块。本发明可实现多相机并行处理。
一种优选的情况，所述暗角校正系统还包括：第二PC端，所述第二PC端(PC2)用于对所述暗角校正图像数据进行存储备份。
本发明通过第一PC端(PC1)进行检测和显示，第二PC端(PC2)进行存储，可以减轻第一PC端(PC1)将图像存储到本地硬盘时的CPU和内存占用，加快检测速度。而FPGA平台同时往第一PC端(PC1)和第二PC端(PC2)传输图像，与只往第一PC端(PC1)传输图像在速度上是一样的。同时第一PC端(PC1)和第二PC端(PC2)的硬件配置不同，第一PC端(PC1)以内存和CPU的高性能为配置目标，第二PC端(PC2)以硬盘存储空间大和读写速度快为配置目标。
本发明提供的一种暗角校正方法主要包括暗角校正系数计算，暗角校正系数输入和暗角校正功能执行流程。
暗角校正系数计算流程：相机直接拍摄光照均匀的物体后，其图像通过CamaraLink、CLHS或网口输入FPGA平台，经“有效数据提取模块”后获取图像像素数据，然后直接经“图像数据写DDR模块”写入DDR。图像像素数据从DDR中经“图像数据读DDR模块”读出，再经“GTP数据封包模块”后，通过光纤口输出到第一PC端。如此反复取N张图像。第一PC端对N张图像进行处理得到此相机的暗角校正系数(包括乘系数和加系数)。每个图像像素点对应一个乘系数/加系数，即乘系数/加系数的个数均等于相机分辨率(图像像素个数)。
其中，任意一个相机的暗角校正系数计算流程如下：
(1)获取N张拍摄均匀亮度物体的图像；
(2)将这N张图像求平均，得到第N+1张图像；
(3)取第N+1张图像中有效区域(中间m×n大小区域)内的像素，计算得到这些像素的平均值K；
(4)将第N+1张图像的每个像素值除以平均值K，得到除系数矩阵P(P的元素个数等于图像像素个数)；
(5)将除系数矩阵P中的每个元素取倒数，得到乘系数矩阵Q；
(6)为调节图像整体亮度，可以额外加入一个整体的加系数矩阵S(S的元素个数也等于图像像素个数)。
暗角校正系数输入流程：第一PC端将计算得到的各个相机的暗角校正系数，依次通过光纤口输入到FPGA平台，FPGA平台将系数存储在DDR的固定区域，与图像的存储区域分开，避免图像输入后覆盖了存储的校正系数。
暗角校正执行流程：相机拍摄AOI待检测的物体后，其图像数据输入FPGA平台，经“有效数据提取模块”后获取图像像素数据，输出给“暗角校正计算模块”。同时，“暗角校正系数读取模块”从DDR中读取该相机的暗角校正系数，并输出给“暗角校正计算模块”。“暗角校正计算模块”将图像像素数据与对应的暗角校正系数进行乘/加运算，得到暗角校正图像数据。暗角校正图像数据经“图像数据写DDR”模块写入DDR。暗角校正图像数据从DDR中经“图像数据读DDR模块”读出，再经“GTP数据封包模块”后，通过光纤口输出到第一PC端，进行缺陷检测和图像存储。
其中，任意一个相机的暗角校正系数使用流程如下:
(1)获取拍摄待检测物体的原图U；
(2)获取对应相机的暗角校正乘系数矩阵Q和加系数矩阵S；
(3)将原图U中的每个像素与Q中对应的每个乘系数做乘法运算后，再加上矩阵S中对应加系数，得到最终暗角校正处理结果图像V。
综上，本发明中第一PC端(PC1)通过光纤口将各个相机(相机1、相机2……相机N)的计算好的暗角矫正系数依次输入至FPGA平台。“暗角校正系数写入模块”将暗角校正系数通过AXI总线互联模块，在DDR控制器的调度下，写入DDR物理内存。
不同类型的相机数据分别通过Camera Link接口、CLHS接口或者网口输入FPGA平台。“有效数据提取模块”提取各相机输入的有效数据(图像像素数据)。在需要获取原始图像(或测试图像)的情况下，将有效数据(图像像素数据)直接经“图像数据写DDR模块”，通过AXI总线互联模块和DDR控制器写入DDR物理内存；在需要获取暗角校正处理结果图像(对应暗角校正图像数据)的情况，图像像素数据与“暗角校正系数读取模块”从DDR物理内存中读取的暗角矫正系数进行乘法运算(或者进行乘法运算和加法运算)，运算结果再经“图像数据写DDR模块”，通过AXI总线互联模块和DDR控制器写入DDR物理内存。
存储在DDR物理内存中的数据，首先经“图像数据读DDR模块”从DDR物理内存中取出，然后经“GTP数据封包模块”进行GTP格式数据封装后，由光纤口传输到第一PC端(PC1)进行图像显示/检测，传输到第二PC端(PC2)进行存储备份。
本发明针对自动光学检测中，相机和屏相对位置固定，光照条件基本不变的特殊场景，暗角矫正效果良好。由于FPGA流水线机制，单个相机的一张图像在进行有效数据提取的同时，就可以进行暗角校正的乘法、加法运算，及运算结果写入DDR的操作。又由于FPGA的并行处理机制，多个相机之间，有效数据提取、暗角校正计算、写DDR、读DDR和GTP数据封包是并行执行，不分先后的。所以暗角校正基本不占用额外的运算时间。
本发明实施例提供的一种暗角校正系统及方法至少包括如下技术效果：
在本申请实施例中，通过相机在均匀光照条件下拍摄得到N张图像，然后根据N张图像得到第N+1张图像，并根据第N+1张图像获得该相机的暗角校正系数。本发明针对自动光学检测中，相机和屏相对位置固定，光照条件基本不变的场景，暗角矫正效果良好。本发明基于PC端和FPGA平台获得相机的暗角校正系数，并根据获得的相机的暗角校正系数实现暗角校正功能。由于FPGA流水线机制，单个相机的一张图像在进行有效数据提取的同时，就可以进行暗角校正运算及运算结果存储操作。使用FPGA而非检测电脑来实现，可以有效减小电脑的CPU和内存的负荷；使用FPGA进行流水线处理，不占用取像和检测时间。
最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实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者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (8)
1.一种暗角校正方法，其特征在于，包括以下步骤：
通过相机获得N张均匀光照拍摄的图像，通过第一PC端根据N张所述图像得到第N+1张图像，通过所述第一PC端根据所述第N+1张图像获得暗角校正系数，并将所述暗角校正系数输入至FPGA平台；
通过所述相机获得测试图像，通过所述FPGA平台对所述测试图像进行解析，获得图像像素数据；
通过所述FPGA平台根据所述暗角校正系数对所述图像像素数据进行暗角校正，获得暗角校正图像数据；
通过所述FPGA平台对所述暗角校正图像数据进行封装并输出至所述第一PC端；
通过所述第一PC端对所述暗角校正图像数据进行显示和/或检测；
其中，所述根据所述第N+1张图像获得暗角校正系数包括以下步骤：
获得所述第N+1张图像的像素值；
取所述第N+1张图像中有效区域内每个像素点的像素值，计算得到像素平均值；
将所述第N+1张图像中每个像素点的像素值除以所述像素平均值，得到除系数矩阵；
将所述除系数矩阵中的每个元素取倒数，得到乘系数矩阵，所述暗角校正系数包括所述乘系数矩阵。
2.根据权利要求1所述的暗角校正方法，其特征在于，所述根据N张所述图像得到第N+1张图像包括以下步骤：
获得N张所述图像的像素值；
对N张所述图像的像素值进行求平均处理，得到所述第N+1张图像。
3.根据权利要求1所述的暗角校正方法，其特征在于，所述根据所述暗角校正系数对所述图像像素数据进行校正包括：
所述暗角校正系数为所述乘系数矩阵；
所述图像像素数据与所述乘系数矩阵进行乘法运算。
4.根据权利要求1所述的暗角校正方法，其特征在于，所述根据所述暗角校正系数对所述图像像素数据进行校正包括：
所述暗角校正系数为所述乘系数矩阵以及加系数矩阵；
所述图像像素数据先与所述乘系数矩阵进行乘法运算，然后与所述加系数矩阵进行加法运算。
5.一种暗角校正系统，其特征在于，包括：第一PC端、相机、FPGA平台；所述FPGA平台分别与所述第一PC端、所述相机连接；
所述相机用于拍摄获得测试图像；
所述FPGA平台用于对所述测试图像进行解析，获得图像像素数据；以及根据暗角校正系数对所述图像像素数据进行暗角校正，获得所述暗角校正图像数据，并对所述暗角校正图像数据进行封装并输出至所述第一PC端；
所述相机为多个，所述FPGA平台包括多个校正模块，每个所述相机对应一个所述校正模块；
所述第一PC端用于实现如权利要求1-2任一所述方法中获得暗角校正系数的步骤，以及对所述暗角校正图像数据进行显示和/或检测。
6.根据权利要求5所述的暗角校正系统，其特征在于，所述第一PC端包括：系数输入模块、图像显示检测模块；
所述系数输入模块用于获得所述暗角校正系数，并将所述暗角校正系数输入至所述FPGA平台；
所述图像显示检测模块用于接收所述暗角校正图像数据，并对所述暗角校正图像数据进行显示和/或检测。
7.根据权利要求5所述的暗角校正系统，其特征在于，所述校正模块包括数据接口、有效数据提取模块、暗角校正系数读取模块、暗角校正计算模块、图像数据写DDR模块；
所述数据接口、所述有效数据提取模块、所述暗角校正计算模块、所述图像数据写DDR模块依次连接；所述暗角校正系数读取模块与所述暗角校正计算模块连接；
所述有效数据提取模块用于对所述测试图像进行解析，获得所述图像像素数据；
所述暗角校正系数读取模块用于读取所述暗角校正系数，并将所述暗角校正系数输入至所述暗角校正计算模块；
所述暗角校正计算模块用于根据所述暗角校正系数对所述图像像素数据进行暗角校正，获得所述暗角校正图像数据；
所述图像数据写DDR模块用于写入所述暗角校正图像数据。
8.根据权利要求7所述的暗角校正系统，其特征在于，所述FPGA平台还包括：存储模块、暗角校正系数写入模块、图形数据读DDR模块、GTP数据封包模块、光纤口；
所述存储模块分别与所述暗角校正系数写入模块、所述暗角校正系数读取模块、所述图像数据写DDR模块、所述图形数据读DDR模块连接；所述GTP数据封包模块分别与所述图形数据读DDR模块、所述光纤口连接；
所述暗角校正系数写入模块用于将所述暗角校正系数写入所述存储模块中予以储存；
所述图形数据读DDR模块用于读取所述暗角校正图像数据；
所述存储模块用于存储所述暗角校正系数、所述暗角校正图像数据；
所述GTP数据封包模块用于对所述暗角校正图像数据进行GTP格式封装；
所述光纤口用于连接所述FPGA平台和所述第一PC端。
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