CN108204982A - 多视角影像撷取装置及多视角影像检测设备 - Google Patents

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Abstract

一种多视角影像撷取装置，用以对待测物的表面进行影像检测。该多视角影像撷取装置包括一拾取装置、一影像扩增模组、一影像撷取装置、以及一检测装置。该拾取装置用以将该待测物移动至一检测位置。该影像扩增模组设置于该检测位置的周侧，用以反射该待测物不同视角影像。该影像撷取装置于该检测位置处，拍摄该待测物及该影像扩增模组上反射的影像，以获得该待测物多个视角影像。该检测装置接收该待测物多个视角影像，以检测该待测物的表面。

Description

多视角影像撷取装置及多视角影像检测设备
技术领域
本发明有关于一种多视角影像撷取装置及多视角影像检测设备，尤指一种于一次拍摄中可获得待测物多个视角影像的多视角影像撷取装置及多视角影像检测设备。
背景技术
自动光学检查(Automated Optical Inspection，AOI)，为运用机器视觉进行检测的技术，用以改良传统上以人力使用光学仪器进行检测的缺失，应用层面包括从高科技产业之研发、制造品管，以至国防、民生、医疗、环保、电力等领域。
图像处理的技术早期应用于书报业，在后期中逐渐被应用在其他的领域中。目前机器视觉广泛地应用于生产在线，主要用于将产品通过移载设备送进检测站，通过检测站的影像撷取装置对待测物进行取像、特征辨识后，在分类器中判定有瑕疵的项目。
在图像处理的技术中，曲面待测物的处理相当困难，主要原因在于因为曲面关系，检测装置于成像上会有待测物边缘信息遭到压缩问题，以单一或两个摄影机针对待侧物的两侧拍摄时，在边缘处被压缩的影像有难以进行影像检测的问题。实务上为解决上述问题，多半是利用多个摄像装置对应曲面待测物的多个方向的表面进行拍摄、或是通过转动机构转动待测物，进行多次取像检测，以获得待测物的多个视角的表面。然而增加摄影机的方式会大幅的增加设备建置的成本，而转动球体则会大幅地增加检测的时间，造成检测设备的效率低落。
发明内容
本发明的主要目的，在于解决过去技术中于侦测球体待测物表面影像时，因为设备建置成本过高及检测效率不足的问题。
为达到上述目的，本发明提供一种多视角影像撷取装置，用以对待测物的表面进行影像撷取，包括一拾取装置、一影像扩增模组、以及一影像撷取装置。该拾取装置用以将该待测物移动至一检测位置。该影像扩增模组设置于该检测位置的周侧，用以反射该待测物不同视角的影像。该影像撷取装置于该检测位置处，拍摄该待测物及该影像扩增模组上反射的影像，以获得该待测物多个视角的影像。
本发明的另一目的，在于提供一种多视角影像撷取装置，用以对待测物的表面进行影像检测。该多视角影像撷取装置包括一拾取装置、一影像扩增模组、一影像撷取装置、以及一检测装置。该拾取装置用以将该待测物移动至一检测位置。该影像扩增模组设置于该检测位置的周侧，用以反射该待测物不同视角影像。该影像撷取装置于该检测位置处，拍摄该待测物及该影像扩增模组上反射的影像，以获得该待测物多个视角影像。该检测装置接收该待测物多个视角影像，以检测该待测物之表面。
本发明的另一目的，在于提供一种多视角影像检测设备，用以对待测物的表面进行检测。该多视角影像检测设备包括一第一多视角影像撷取装置、一第二多视角影像撷取装置、以及一检测装置。该第一多视角影像撷取装置借由一第一拾取装置固定该待测物于一第一检测位置，并通过一第一影像扩增模组反射该待测物不同视角影像，以供一第一影像撷取装置影像撷取该待测物上半部影像。该第二多视角影像撷取装置借由一第二拾取装置固定该待测物于一第二检测位置，并通过一第二影像扩增模组反射该待测物不同视角影像，以供一第二影像撷取装置影像撷取该待测物下半部影像。该检测装置接收该待测物上半部影像与该待测物下半部影像，以检测该待测物的表面。
本发明可以在一次拍摄中获得待测物多个表面的影像，相较现有技术必须转动待测物进行多面检测，本发明可大幅的提升拍摄的效率。
本发明可以在一次拍摄程序中获得待测物多个表面的影像，相较现有技术必须通过多个摄影机对待测物的多个视角进行检测，本发明可大幅的降低设备建置的成本。
附图说明
图1，为本发明多视角影像检测设备的方块示意图。
图2，为待测物的区块分布示意图(一)。
图3，为待测物的区块分布示意图(二)。
图4，为本发明中第一多视角影像撷取装置第一实施例的侧面示意图。
图5，为本发明中第一多视角影像撷取装置中影像扩增模组第一实施例的正面示意图。
图6，为本发明中第二多视角影像撷取装置第一实施例的侧面示意图。
图7，为本发明中第二多视角影像撷取装置中影像扩增模组第一实施例的正面示意图。
图8，为本发明中第一多视角影像撷取装置第二实施例的侧面示意图。
图9，为本发明中第一多视角影像撷取装置中影像扩增模组第二实施例的正面示意图。
图10，为本发明中第二多视角影像撷取装置第二实施例的侧面示意图。
图11，为本发明中第二多视角影像撷取装置中影像扩增模组第二实施例的正面示意图。
图12，为本发明中第一多视角影像撷取装置第三实施例的侧面示意图。
图13，为本发明中第一多视角影像撷取装置中影像扩增模组第三实施例的正面示意图。
图14，为本发明中第二多视角影像撷取装置第三实施例的侧面示意图。
图15，为本发明中第二多视角影像撷取装置中影像扩增模组第三实施例的正面示意图。
附图标记说明：
100 多视角影像检测设备
SP 待测物
10 待测物入料装置
20 第一多视角影像撷取装置
21 第一拾取装置
22 第一影像扩增模组
23 第一影像撷取装置
30 第二多视角影像撷取装置
31 第二拾取装置
32 第二影像扩增模组
33 第二影像撷取装置
40 分类装置
50 检测装置
60 中央系统
Q1 曲面反射镜
Q2 曲面反射镜
W11 平面反射镜
W12 平面反射镜
W13 平面反射镜
W14 平面反射镜
H1 开口
W21 平面反射镜
W22 平面反射镜
W23 平面反射镜
W24 平面反射镜
H2 开口
E11 平面反射镜
E12 平面反射镜
H3 开口
E21 平面反射镜
E22 平面反射镜
H4 开口
角度α1、角度α2
区块 A-区块J
具体实施方式
有关本发明的详细说明及技术内容，现就配合图式说明如下。再者，本发明中的图式，为说明方便，其比例未必照实际比例绘制，该等图式及其比例并非用以限制本发明的范围，在此先行叙明。
请参阅图1，为本发明多视角影像检测设备的方块示意图，如图所示：
本实施例提供一种多视角影像检测设备100，用以对待测物SP的表面进行检测。该多视角影像检测设备100包括有一待测物入料装置10、一第一多视角影像撷取装置20、一第二多视角影像撷取装置30、一分类装置40、以及一检测装置50。
所述的待测物入料装置10用以输入该待测物SP(如图2、图3所示)借以预备进行检测。具体而言，该待测物入料装置10可以为输送带、入料轨道、移载装置、或其他类此用以输送待测物SP的装置，于本发明中不予以限制。
所述的第一多视角影像撷取装置20借由一第一拾取装置21固定该待测物SP于一第一检测位置，并通过一第一影像扩增模组22反射该待测物SP不同视角的影像，以供一第一影像撷取装置23影像撷取该待测物SP上半部影像。具体而言，该第一多视角影像撷取装置20借由该第一拾取装置21抓取该待测物入料装置10的待测物SP，并将该待测物SP移动至该第一检测位置，用以拍摄该待测物SP的影像。该第一影像扩增模组22设置于该第一检测位置的周侧，借以反射该待测物SP不同视角的影像以供设置于该待测物SP一侧的第一影像撷取装置23拍摄并同时获得该待测物SP的多个影像，借此增加检测的效率。
所述的第二多视角影像撷取装置30借由一第二拾取装置31固定该待测物SP于一第二检测位置，并通过一第二影像扩增模组32反射该待测物SP不同视角影像，以供一第二影像撷取装置33影像撷取该待测物SP下半部影像。具体而言，该第二多视角影像撷取装置30借由该第二拾取装置31抓取该第一多视角影像撷取装置20上的待测物SP，并将该待测物SP移动至该第二检测位置，用以拍摄该待测物SP下半部的影像。该第二影像扩增模组32设置于该第二检测位置的周侧，借以反射该待测物SP不同视角影像以供设置于该待测物SP一侧的第二影像撷取装置33拍摄并同时获得该待测物SP的多个影像，借此增加检测的效率。
于较佳实施例中，该第一拾取装置21及该第二拾取装置31为真空吸附装置，用以通过提供真空吸附力，以吸附待测物SP的曲状表面。
所述的分类装置40用以将正常的待测物SP及具有瑕疵的待测物SP进行分类，或是将待测物SP依据瑕疵的种类进行分类，借以将待测物SP进行分类收集。具体而言，所述的分类装置可以为输送带、移载装置、多轴载台、旋转载台或其他类此用以移载待测物SP并将待测物SP进行分类的装置，于本发明中不予以限制。
所述的检测装置50可以为图像处理器，用以接收该待测物SP上半部影像与该待测物SP下半部影像，经由影像中找到待测物SP的瑕疵，检测该待测物SP的表面。具体而言，该检测装置50例如可以通过二值化处理、去噪声处理、边缘强化处理、或影像强化处理等图像处理程序，用以找到影像中待测物SP的瑕疵区域，并将瑕疵区域回传至中央系统60以进行瑕疵分类、人眼视觉检测、或是NG料的修补。
上述的装置可通过有线或无线讯号与控制器进行沟通，通过控制器进行各装置间工作的协调。该控制器例如可以为中央处理器(Central Processing Unit，CPU)，或是其他可程序化之一般用途或特殊用途的微处理器(Microprocessor)、数字信号处理器(DigitalSignal Processor，DSP)、可程序化控制器、特殊应用集成电路(Application SpecificIntegrated Circuits，ASIC)、可程序化逻辑设备(Programmable Logic Device，PLD)或其他类似装置或这些装置的组合，并配合储存单元执行软件、固件或各部数据的储存。
以下是针对本发明中所述的影像扩增模组(第一影像扩增模组22、第二影像扩增模组32)进行详细的说明。为便于一次拍摄中获得待测物SP多个视角的影像，本发明中揭示一种影像扩增模组用以辅助第一影像撷取装置23及该第二影像撷取装置33获取待测物SP完整表面影像。所述的影像扩增模组具有一开口对应至一检测位置，令该影像扩增模组环设于该检测位置上该待测物SP的周侧，供拾取装置移动至该检测位置时用以反射该待测物SP不同视角的影像，以经由该影像撷取装置于一次拍摄中获得该待测物SP的多个表面的影像。所述的待测物SP于较佳实施例中为曲面待测物，只是于本发明中亦不排除将所述装置及设备用于对应规则、或不规则等其他不同形状及结构的待测物表面进行检测，在此先行叙明。
为便于对应不同实施例的收光角度及不同视角的对应位置进行说明，以下针对待测物SP的多个区域分别定义并进行说明，如及所述的待测物SP主要可以分为十个区块，分别为两对向侧区块A、区块B(分别对应至待测物SP的上半球及下半球)，以及环绕于该区块A、及区块B之间的区块C、区块D、区块E、区块F、区块G、区块H、区块I、及区块J。其中，区块C、区块G、区块E、及区块I紧邻于区块A，区块D、区块H、区块F、及区块J则紧邻于区块B。以六面视角观之，区块A为待测物SP的第一面、区块B为待测物SP的第二面、区块C及区块D为待测物SP的第三面、区块E及区块F为待测物SP的第四面、区块G及区块H为待测物SP的第五面、区块I及区块J为待测物SP的第六面。
以下针对本发明中所述的影像扩增模组举三种不同实施例进行说明，请先参阅图4至图7。本实施例揭示一种影像扩增模组，该影像扩增模组为一曲面反射镜，该曲面反射镜的中间位置具有一供该待测物SP设置的开口。由于曲面反射镜的收光角度广，可以接收该待测物SP穿过该开口后的大部分区域的影像。
于较佳实施例中，于进行检测时，该待测物SP的中心位置可移动至该曲面反射镜的焦点上，借此可获得较大的反射面积。以下配合图1至图3的多视角影像检测设备及球体区块分布图说明本实施例的检测程序：
如图4至图5所示，于第一多视角影像撷取装置20进行检测时，通过第一影像撷取装置23拍摄该待测物SP的影像，获得待测物SP区块A的影像(上半球)，由于待测物SP的中心位置对应至曲面反射镜Q1的焦点位置，待测物SP的周侧的四个面都将显示于该曲面反射镜Q1上，其中包含了区块C及区块D、区块E及区块F、区块G及区块H、区块I及区块J，意即可以在一次拍摄中获得待测物SP除了第一拾取装置21抓取面(区块B)以外其他区块的影像。
于第一多视角影像撷取装置20拍摄完成的待测物SP于流程中移载至第二多视角影像撷取装置30进行另一侧的拍摄。于进行另一侧拍摄时，如图6及图7所示，由于第二拾取装置31由另一侧抓取待测物SP，待测物SP区块B的影像(下半球)可以被第二影像撷取装置33拍摄取得。于第二多视角影像撷取装置30时同样亦可以通过曲面反射镜Q2对待测物SP进行拍摄，所获得的待测物SP的影像除了包含有区块B外，同样包含有区块C及区块D、区块E及区块F、区块G及区块H、区块I及区块J，通过两次拍摄可进一步于另一个角度确认待测物SP上相同区块是否有于前一次拍摄角度无法获得的瑕疵。于另一较佳实施例中，由于第一多视角影像撷取装置20时已获得待测物SP除了区块B以外的所有影像，于第二多视角影像撷取装置30时可以单独设置第二影像撷取装置33拍摄待测物SP的另一侧获得区块B的影像，而无需再另外设置影像扩增模组。
于另一较佳实施例中，所揭示的影像扩增模组(第一影像扩增模组22、第二影像扩增模组32)为多个设置于该待测物SP周侧的平面反射镜，该平面反射镜与该待测物SP及影像撷取装置间具有一角度，用以反射该待测物SP的多个不同视角的影像至该影像撷取装置。利用平面反射镜进行检测的优点在于平面反射镜并不具备曲率，因此所反射获得的影像相对比较不会有变形的情况，因此于待测物SP的每一位置的影像都能够达到合理检测精确度。
于其中一较佳实施例中，请参阅图8至图11。如图8、及图9所示，本实施例中，于第一多视角影像撷取装置20上，该平面反射镜W11、W12、W13、W14分别平均设置于一开口H1周侧的四个方向上，于第一拾取装置21将该待测物SP由该开口H1置入，通过该平面反射镜W11、W12、W13、W14反射该待测物SP四个视角的影像。如图8及图9所示，平面反射镜W11、W12、W13、W14设置于该待测物SP的四个方向，除了面对第一影像撷取装置23的区块A(上半球)以外，区块C由平面反射镜W11上所获得、区块G由平面反射镜W12上所获得、区块E由平面反射镜W13上所获得、区块I则由由平面反射镜W14上所获得。因此，待测物SP上半球的五个区块可以于一次拍摄中获得。
接续，于第一多视角影像撷取装置20拍摄完成的待测物SP移载至第二多视角影像撷取装置30进行下半球的拍摄。该平面反射镜W21、W22、W23、W24分别平均设置于一开口H2周侧的四个方向上。于进行下半球拍摄时，如图10及图11所示，由于第二拾取装置31由另一侧抓取待测物SP，因此待测物SP区块B的影像(下半球)可以被拍摄取得。于第二多视角影像撷取装置30时同样通过四个平面反射镜W21、W22、W23、W24获得该待测物SP的扩增影像，并针对该待测物SP及该扩增影像进行拍摄，所获得的待测物SP的影像除了面对第二影像撷取装置33的区块B以外，区块D由平面反射镜W21上所获得、区块F由平面反射镜W22上所获得、区块H由平面反射镜W23上所获得、区块J则由平面反射镜W24上所获得，通过第二次的拍摄可取得该待测物SP另一半球上尚未获得的影像。借此，于两次拍摄中获得该待测物SP全部的影像。
于设置四面平面反射镜W11-W14、平面反射镜W21-W24的实施例中，重点在于获得待测物SP前侧的影像，为使该影像撷取装置的视觉区域远近的中心落于被检测曲面的中间位置上，该待测物SP中心必须穿过该开口H1、H2位置适当距离，该平面反射镜与该影像撷取装置的拍摄方向之间的角度α1，其较佳应趋近于27度角，合理值可以为17度角至37度角之间，需视平面反射镜W11-W14、平面反射镜W21-W24与待测物SP之间的距离、以及该待测物SP穿过开口的距离而决定。
于另一较佳实施例中，请参阅图12至图15。于本实施例中，通过变更平面反射镜E1与该影像撷取装置拍摄方向之间的角度，变更该影像撷取装置对该待测物SP的取像角度。于图12及图13中，由于第一拾取装置21将整颗该待测物SP穿过该平面反射镜之间的开口H3至第一检测位置或第二检测位置，因此可以看到该待测物SP更后侧的影像，并于一次拍摄中获得待测物SP前半球及后半球的影像。由于影像撷取装置可以在单面平面反射镜中获得两个区块的影像，本实施例仅需在该第一检测位置四个方向中的两个方向设置平面反射镜，即可获得五个区块的影像，并于该第二检测位置四个方向中相对该第一检测位置平面反射镜所设位置的另外两个方向设置平面反射镜，以获得另外五个区块的影像。如图12及图13所示，除了区块A(上半球)以外，第一影像撷取装置23于一侧的平面反射镜E11获得区块C、区块D的全部影像，于另一侧的平面反射镜E12中可以获得区块E、区块F的全部影像，因此，待测物SP一侧的五个区块可以于一次拍摄中获得。
接续，于第一多视角影像撷取装置20拍摄完成的待测物SP移载至第二多视角影像撷取装置30进行另一侧的拍摄。于进行另一侧拍摄时，如图14及图15所示，由于第二拾取装置31由另一侧抓取待测物SP，因此待测物SP区块B的影像(下半球)可以被拍摄取得。于第二多视角影像撷取装置30时同样通过二个平面反射镜E21、E22获得该待测物SP的扩增影像，并针对该待测物SP及该扩增影像进行拍摄，除了区块B以外，第二影像撷取装置33于一侧的平面反射镜E21获得区块I、区块J的全部影像，于另一侧的平面反射镜E22中可以获得区块G、及区块H的全部影像，通过二次拍摄即可以获得该待测物SP全部的影像。
于设置二面平面反射镜E11、E12(或平面反射镜E21、E22)的实施例中，重点在于获得待测物SP中间位置的影像，为使该影像撷取装置的视觉区域远近的中心落于被检测曲面的中间位置上，该待测物SP中心必须整颗穿过该开口位置，且该平面反射镜E11、E12(或平面反射镜E21、E22)与该影像撷取装置的拍摄方向之间的角度α2较佳应趋近于45度角，合理值可以为35度角至55度角之间，需视平面反射镜E11、E12(或平面反射镜E21、E22)与待测物SP之间的距离、以及该待测物SP穿过开口H3、H4的距离而决定。
但是，于本实施例中即便由两个平面反射镜E11、E12(或平面反射镜E21、E22)就可以获得待测物SP的五个区块的影像，本发明亦不排除同时配置四个平面反射镜以便针对相同区域重复进行检测以增加准确率的实施例，在此先行叙明。
除上述两个平面反射镜或四个平面反射镜的实施例外，本发明亦不排除设置单个或多个平面反射镜、单个或多个曲面反射镜、或是在不脱离本发明主要精神下的其他均等实施例，在此先行叙明。
综上所述，本发明可以在一次拍摄中获得待测物多个表面的影像，相较现有技术必须转动球体进行多面检测，本发明可大幅的提升拍摄的效率。此外，本发明可以在一次拍摄中获得待测物多个表面的影像，相较现有技术必须通过多个摄影机对待测物的多个视角进行检测，本发明可大幅的降低设备建置的成本。
以上已将本发明做一详细说明，但以上所述，仅是本发明的一较佳实施例而已，当不能以此限定本发明实施的范围，即凡依本发明申请专利范围所作的均等变化与修饰，皆应仍属本发明的专利涵盖范围内。

Claims (16)

1.一种多视角影像撷取装置，用以对待测物的表面进行影像撷取，其特征在于，包括：
一拾取装置，用以将该待测物移动至一检测位置；
一影像扩增模组，设置于该检测位置的周侧，用以反射该待测物不同视角的影像；以及
一影像撷取装置，于该检测位置处，拍摄该待测物及该影像扩增模组上反射的影像，以获得该待测物多个视角的影像。
2.如权利要求1所述的多视角影像撷取装置，其特征在于，还包括：一检测装置，接收该待测物多个视角影像，以检测该待测物的表面。
3.如权利要求1所述的多视角影像撷取装置，其特征在于，该影像扩增模组包括一曲面反射镜，该曲面反射镜的中间位置具有一供该待测物穿过的开口。
4.如权利要求1所述的多视角影像撷取装置，其特征在于，该影像扩增模组包括多个设置于检测位置周侧的平面反射镜，其中该平面反射镜与该影像撷取装置拍摄方向之间具有一设置角度，用以反射该待测物的多个视角影像。
5.如权利要求4所述的多视角影像撷取装置，其特征在于，该平面反射镜平均设置于该检测位置周侧的四个方向上，用以一次反射该待测物四个视角的影像。
6.如权利要求5所述的多视角影像撷取装置，其特征在于，该平面反射镜与该影像撷取装置拍摄方向之间的角度介于17度至37度之间。
7.如权利要求4所述的多视角影像撷取装置，其特征在于，该平面反射镜设置于该检测位置的两侧，用以反射该待测物两侧视角的影像。
8.如权利要求7所述的多视角影像撷取装置，其特征在于，该平面反射镜与该影像撷取装置拍摄方向之间的角度介于35度至55度之间。
9.如权利要求1所述的多视角影像撷取装置，其特征在于，该拾取装置为真空吸附装置。
10.一种多视角影像检测设备，用以对待测物的表面进行检测，其特征在于，包括：
一第一多视角影像撷取装置，借由一第一拾取装置固定该待测物于一第一检测位置，并通过一第一影像扩增模组反射该待测物不同视角影像，以供一第一影像撷取装置影像撷取该待测物上半部影像；
一第二多视角影像撷取装置，借由一第二拾取装置固定该待测物于一第二检测位置，并通过一第二影像扩增模组反射该待测物不同视角影像，以供一第二影像撷取装置影像撷取该待测物下半部影像；以及
一检测装置，接收该待测物上半部影像与该待测物下半部影像，以检测该待测物的表面。
11.如权利要求10所述的多视角影像检测设备，其特征在于，该第一影像扩增模组及该第二影像扩增模组为一曲面反射镜，该曲面反射镜的中间位置具有一供该待测物设置的开口。
12.如权利要求10所述的多视角影像检测设备，其特征在于，该第一影像扩增模组及该第二影像扩增模组分别包括多个设置于该第一检测位置及该第二检测位置周侧的平面反射镜，该第一影像扩增模组的平面反射镜与该第一影像撷取装置拍摄方向间具有一角度，该第二影像扩增模组的平面反射镜与该第二影像撷取装置拍摄方向间具有一角度，用以反射该待测物的多个不同视角的影像。
13.如权利要求12所述的多视角影像检测设备，其特征在于，该平面反射镜平均设置于该第一检测位置及该第二检测位置周侧的四个方向上，用以反射该待测物四个视角的影像。
14.如权利要求13所述的多视角影像检测设备，其特征在于，该第一影像扩增模组的平面反射镜与该第一影像撷取装置拍摄方向之间的角度介于17度至37度之间；
该第二影像扩增模组的平面反射镜与该第二影像撷取装置拍摄方向之间的角度介于17度至37度之间。
15.如权利要求12所述的多视角影像检测设备，其特征在于，该第一影像扩增模组的平面反射镜设置于该第一检测位置四个方向中的两个方向，用以反射该待测物两侧视角的影像，该第二影像扩增模组的平面反射镜设置于该第二检测位置四个方向中的另外两个方向，用以反射该待测物另外两侧视角的影像。
16.如权利要求15所述的多视角影像检测设备，其特征在于，该第一影像扩增模组的平面反射镜与该第一影像撷取装置拍摄方向之间的角度介于35度至55度之间；
该第二影像扩增模组的平面反射镜与该第二影像撷取装置拍摄方向之间的角度介于35度至55度之间。
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