CN109525762A - 大幅面图像获取方法及设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种大幅面图像获取方法及设备，包括XY扫描振镜模块和图像采集模块，将工件平台划分为N个区域，图像采集模块通过XY振镜对工件平台的每个区域进行图像采集，最后将采集到的图像进行拼接得到大幅面图像。本发明的有益效果在于：具有采图速度快、采图重复定位精度高、标定过程精确、拼接图像幅面大，图像分辨率高、拼接精度高，接缝过度不明显以及操作简便，用户界面友好的特点。

Description

大幅面图像获取方法及设备

技术领域

本发明涉及基于视觉加工技术领域，尤其是指一种大幅面图像获取方法及设备。

背景技术

随着科技的进步，现代工业制造正朝着精密高效的方向发展，机器视觉以其检测精度高、速度快且能有效的避免人工检测带来的主观性和个体差异等优势，广泛应用于工业制造的精密测量、精密检测和精密定位等方面，并在工业制造应用领域中占有越来越重要的地位。近几年随着现代工业的快速发展，工业制造不但要求检测精度高，而且要求在线检测，检测的尺寸范围也越来越大。某些超大尺寸的零件无法用一张图片拍完，若采用扩大图像采集的视场角的方法来获取完整景象，过大视场角的图像边缘难以避免的会产生扭曲和畸变，而且也没有提高图像的分辨率。因此，在保证高精度的条件下，要实现大范围的检测，单从提高硬件性能的角度考虑，不仅客观条件受限，而且成本也较高，但若采用软件处理的方法来实现就能起到事半功倍的效果，其中图像拼接技术就是一种很好的软件处理方法。

现有的图像拼接技术在获取多张不同位置的图像时，主要采取移动相机采图位置或使用多目相机进行采图这两种方式。前者由于相机要从一个位置移动到另一个位置，不仅运动需要占用时间，降低了效率，而且为了实现相机位置的移动还需要额外增加硬件运动系统，如运动轴等，从而也增加了成本。后者采用多目相机更是直接成倍增加了视觉设备的硬件成本。

需要一种新的大幅面图像的获取方法及设备。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种增加较低硬件成本即可获取高精度大视野图像的高效率方法及设备，以满足对高精度大视野图像的需求，该方法可自定义调节用于拼接的单位图像大小、位置数量及拼接后图像的大小，操作灵活、简单，并可对获取的形变单位图像进行矫正后再拼接。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种大幅面图像获取方法，包括：

S1、将工件平台划分为N个区域；

S2、图像采集模块通过XY振镜对工件平台的每个区域进行图像采集；

S3、将采集到的图像进行拼接得到大幅面图像。

进一步的，在步骤S1之后还包括获取图像采集模块的内参数据的步骤：

S11、获取每个区域的标定板图像；

S12、通过每个区域的多张标定板图像获取图像采集模块在对应区域的内参数据；

S13、将图像采集模块的内参数据与XY振镜的偏转数据信息进行绑定。

进一步的，在步骤S1之后还包括确认每个区域对应在标定板上的坐标的步骤：

S21、获取每个区域的标定板图像，每幅标定板图像包括至少三个标记点；

S22、通过包含坐标信息的标定板图像获取对应标记点在标定板上的坐标信息。

进一步的，在步骤S2之后，还包括根据内参数据及映射关系对图像进行拼接的步骤。

本发明还涉及一种大幅面图像获取设备，包括XY扫描振镜模块和图像采集模块，所述图像采集模块包括相机和图像拼接单元，所述相机通过所述XY扫描振镜模块获取工件平台上的图像形成图像阵列，所述图像拼接单元对所述图像阵列处理获取大画幅图像。

进一步的，所述XY扫描振镜模块包括XY扫描振镜、振镜控制单元、F-theta透镜和同轴适配器，所述F-theta透镜设置于所述XY扫描振镜靠近工件平台的一侧，所述同轴适配器设置于所述XY扫描振镜靠近相机的一侧，所述振镜控制单元用于控制XY扫描振镜。

进一步的，所述图像采集模块还包括图像矫正单元，所述图像矫正单元用于根据预设的多项式畸变模型对图像进行切向和径向的畸变矫正。

进一步的，所述控制模块还包括图像区域选择单元，所述图像区域选择单元用于设置拼接的图像的尺寸大小及图像截取区域。

进一步的，所述相机为面阵相机。

本发明的有益效果在于：提供了一种基于XY振镜采图的大幅面图像拼接方法及设备，具有以下优点：

1、采图速度快，采用振镜偏摆的方式改变照射光源的成像路径，使得相机不需要移动即可快速拍摄不同位置的平面图像，振镜偏摆速度快，只需花很少的时间就可以拍摄几十张到几百张不同位置的平面图像；

2、采图重复定位精度高，振镜的偏摆角度可量化的精确控制，从而能精准的控制图像的拍摄位置，使得相同位置的拍摄定位重复性高；

3、标定过程精确，通过图像自动识别标定板的标注点从而确定对应标记点在标定板上的坐标信息，不需要将两个坐标系的中心对齐也可以实现两个坐标系的精确标定；

4、拼接图像幅面大，图像分辨率高：由于可快速的获取大量不同位置的平面图像且标定精确，拼接的幅面几乎可以等于X方向和Y方向振镜偏摆可扫描的最大幅面，且拼接的图像的分辨率也几乎可等于所有用于拼接的单张图像的分辨率之和；

5、拼接精度高，接缝过度不明显：用于拼接的每张图片都进行了畸变校正，采用坐标系标定的方法进行拼接，使得拼接位置更精准，图像变形小，拼接精度也更高；

6、操作简便，用户界面友好：与本系统使用相配套开发的软件，有操作步骤向导和提示，使用方便简洁。

附图说明

下面结合附图详述本发明的具体内容：

图1为本发明的大幅面图像获取方法的流程示意图；

图2为本发明的大幅面图像获取设备的结构示意图；

图3为本发明的一种标定板的示意图；

图4为本发明获取标定板的单位图像的示意图；

图5为本发明获取的一幅标定板的单位图像的示意图；

图6为本发明的获取的样品的多个单位图像的示意图；

图7为本发明将单位图像拼接为大幅面图像的示意图；

1-XY振镜模块；2-F-theta透镜；3-光源；4-工件平台；5-图像采集模块；6-同轴适配器；7-控制模块。

具体实施方式

为详细说明本发明的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图详予说明。

实施例1

请参阅图1，一种大幅面图像获取方法，包括：

S1、由于图像获取单元的视场较小，需要将工件平台划分为N个区域，针对每个区域单独拍摄单位图像，其中，采图区域可以为任意形状的一个区域，也可以为中间镂空的一个区域或者多连通域，采图区域可根据需求选择多连通域，比如离散的、中间镂空或任意形状的区域，可减少取图数量及减少采图时间；

S2、通过控制模块对XY振镜进行运动控制，使得XY振镜在X方向或Y方向每偏摆一次对应一个采图位置，从而实现图像采集模块对工件平台的每个区域进行单位图像的采集；

S3、图像采集模块将采集到的单位图像进行拼接，最终得到大幅面图像。

本实施例中，光源照射在被测物体上并反射，依次通过场镜、XY振镜、适配器后进入相机成像，相机将图像数据传送到计算机上，并将图像显示出来。

实施例2

在实施例1的基础上，后还包括获取图像采集模块的内参数据的步骤：

S11、对应设置N个区域的标定板，标定板的每个区域对应设有至少一个标记点组，每个标记点组包含至少3个标记点，每个标记点组占的面积与要拼接的幅面大小相当或大于拼接幅面，且每个区域的的标记点组组合起来应是一个覆盖完整幅面的大的世界坐标系；

S12、通过每个区域的多张标定板图像获取图像采集模块在对应区域的内参数据，必要时，通过对镜头畸变矫正，从而获取所述内参数据；

S13、将图像采集模块的内参数据与XY振镜的偏转数据信息进行绑定，从而在获取工件图像后，可根据图像采集模块的内参直接对工件图像进行畸变矫正。

本实施例中，图像采集模块根据对应坐标的内参通过多项式畸变模型对工件图像进行切向和径向的畸变矫正，使其符合拼接的基础条件，具体的，由于相机的成像是通过透镜将空间中的点投影到平面来实现的，由于透镜制造精度以及组装工艺的偏差会引入几何畸变，导致原始图像的失真，因此，还可对每次XY振镜偏转采集到的图像单独进行相机标定，获取相机的内参，在每次扫描工件进行拼图前，调用相机内参通过多项式畸变模型对图像进行切向和径向畸变校正，最后用校正后的图像拼接成一张低畸变无接缝的大幅图像。

实施例3

在实施例2的基础上，在步骤S1之后还包括确认每个区域对应在标定板上的坐标的步骤：

S21、获取每个区域的单位标定图像，每幅单位标定图像至少包括三个标记点，每个标记点均具备独立图形特征以便图像识别软件对其进行识别，该图形特征包括其对应标记点的在标定板坐标系上的坐标信息；

S22、通过包含坐标信息的标定板图像获取对应标记点在标定板上的坐标信息。

最后，通过获取的内参数据及映射关系对图像进行拼接。

本实施例中，确认单位图像坐标系，通过标定板建立的坐标系之间的映射关系，通过投影将图像通过插补的方式映射到世界坐标系中，形成一张建立在世界坐标系统基础上的大幅图像。

实施例4

请参阅图2，本发明还涉及一种大幅面图像获取设备，包括XY扫描振镜模块1和图像采集模块5，所述XY扫描振镜模块1包括XY扫描振镜、振镜控制单元、F-theta透镜2和同轴适配器6，所述F-theta透镜2设置于所述XY扫描振镜靠近工件平台4的一侧，所述同轴适配器6设置于所述XY扫描振镜靠近相机的一侧，所述振镜控制单元用于控制XY扫描振镜，所述图像采集模块5包括光源3、CCD相机、图像矫正单元和图像拼接单元，所述CCD相机通过所述XY扫描振镜模块1获取工件平台4上的图像形成图像阵列，所述图像拼接单元对所述图像阵列处理获取大画幅图像，所述图像矫正单元用于根据预设的多项式畸变模型对图像进行切向和径向的畸变矫正，所述CCD相机优选为面阵相机，面阵相机的优点在于可以获取二维图像信息，测量图像更为直观，应用面更广。

本实施例中，将扫描工件平台上的工件预划分为若干个待扫描区域，并在软件中设置扫描区域的个数，以及每个区域之间X振镜和Y振镜偏转的距离大小。

请参阅图3至图5，标定板包括若干标记点，标记点形成有标记点阵列，其中每个标记点都具备独一无二的圆形结构，每个标记点通过图像识别软件可识别每个标记点的图形特征，该图形特征包括其对应标记点的在标定板坐标系上的坐标信息，在扫描工件平台上放置定制定板，通过XY振镜零点位置扫描的图像调整标定板的位置，确保每张扫描图像上包含如图5所示的四个标记点。

在XY振镜零点位置扫描的图像上创建一个图像处理中用于查找每个标记点的图像模板，该模板可为标定板上某个标记点的外圆。

按照区域阵列扫描一遍工件平台上的整个标定板，从采集到的图像阵列中，分别检测并记录下每张图像上所有标记点的图像坐标及对应的在标定板上的世界坐标。

分别标定每张图像上的标记点图像坐标与对应的世界坐标的位置映射关系，保存该位置映射关系。

请参阅图6至图7，在扫描工件平台放置待测工件样品，按照已标定的区域阵列扫描一遍工件样品，获得一系列平面单位图像组。

根据已标定的图像坐标与世界坐标的位置映射关系，移动和旋转平面图像组中的对应图像，将所有已移动和旋转完成的小图像进行拼接，就可以得到如图7所示的一张无接缝的大图像。

若扫描的工件样品没有完全放置在整个扫描区域内，则拼接后的大幅面图像边缘呈锯齿状，为得到一幅边缘整齐的图像，可对拼接后的大图像进行自定义长宽的图像剪切。当扫描的工件样品完全放置在整个扫描区域内时，可不做该图像剪切操作。

实施例5

在实施例4的基础上，所述控制模块还包括图像区域选择单元，所述图像区域选择单元用于设置拼接的图像的尺寸大小及图像截取范围。

本实施例中，由于XY振镜通过偏转采集到的单位图像存在图像边缘相较于图像中心有一定程度的模糊的现象，为保证图片精度，也可以选择小靶面相机。

本发明的有益效果在于：提供了一种基于XY振镜采图的大幅面图像拼接方法及设备，具有以下优点：

1、采图速度快，采用振镜偏摆的方式改变照射光源的成像路径，使得相机不需要移动即可快速拍摄不同位置的平面图像，振镜偏摆速度快，只需花很少的时间就可以拍摄几十张到几百张不同位置的平面图像；

2、采图重复定位精度高，振镜的偏摆角度可量化的精确控制，从而能精准的控制图像的拍摄位置，使得相同位置的拍摄定位重复性高；

3、标定过程精确，通过图像自动识别标定板的标注点从而确定对应标记点在标定板上的坐标信息，不需要将两个坐标系的中心对齐也可以实现两个坐标系的精确标定；

4、拼接图像幅面大，图像分辨率高：由于可快速的获取大量不同位置的平面图像且标定精确，拼接的幅面几乎可以等于X方向和Y方向振镜偏摆可扫描的最大幅面，且拼接的图像的分辨率也几乎可等于所有用于拼接的单张图像的分辨率之和；

5、拼接精度高，接缝过度不明显：用于拼接的每张图片都进行了畸变校正，采用坐标系标定的方法进行拼接，使得拼接位置更精准，图像变形小，拼接精度也更高；

6、操作简便，用户界面友好：与本系统使用相配套开发的软件，有操作步骤向导和提示，使用方便简洁。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (9)

1.一种大幅面图像获取方法，包括：

S1、将工件平台划分为N个区域；

S2、图像采集模块通过XY振镜对工件平台的每个区域进行图像采集；

S3、将采集到的图像进行拼接得到大幅面图像。

2.如权利要求1所述的大幅面图像获取方法，其特征在于：在步骤S1之后还包括获取图像采集模块的内参数据的步骤：

S11、获取每个区域的标定板图像；

S12、通过每个区域的多张标定板图像获取图像采集模块在对应区域的内参数据；

S13、将图像采集模块的内参数据与XY振镜的偏转数据信息进行绑定。

3.如权利要求2所述的大幅面图像获取方法，其特征在于：在步骤S1之后还包括确认每个区域对应在标定板上的坐标的步骤：

S21、获取每个区域的标定板图像，每幅标定板图像包括至少三个标记点；

S22、通过包含坐标信息的标定板图像获取对应标记点在标定板上的坐标信息。

4.如权利要求3所述的大幅面图像获取方法，其特征在于：在步骤S2之后，还包括根据内参数据及映射关系对图像进行拼接的步骤。

5.一种大幅面图像获取设备，其特征在于：包括XY扫描振镜模块和图像采集模块，所述图像采集模块包括相机和图像拼接单元，所述相机通过所述XY扫描振镜模块获取工件平台上的图像形成图像阵列，所述图像拼接单元对所述图像阵列处理获取大画幅图像。

6.如权利要求5所述的大幅面图像获取设备，其特征在于：所述XY扫描振镜模块包括XY扫描振镜、振镜控制单元、F-theta透镜和同轴适配器，所述F-theta透镜设置于所述XY扫描振镜靠近工件平台的一侧，所述同轴适配器设置于所述XY扫描振镜靠近相机的一侧，所述振镜控制单元用于控制XY扫描振镜。

7.如权利要求6所述的大幅面图像获取设备，其特征在于：所述图像采集模块还包括图像矫正单元，所述图像矫正单元用于根据预设的多项式畸变模型对图像进行切向和径向的畸变矫正。

8.如权利要求7所述的大幅面图像获取设备，其特征在于：所述控制模块还包括图像区域选择单元，所述图像区域选择单元用于设置拼接的图像的尺寸大小及图像截取区域。

9.如权利要求8所述的大幅面图像获取设备，其特征在于：所述相机为面阵相机。