CN115937273A - 图像对位方法、系统、记录媒体、以及计算机程序产品 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种图像对位方法、系统、记录媒体、以及计算机程序产品，图像对位方法包括：提供一待测物图像与一标准图像；依据预先设定的分割规则，于待测物图像上分割至少一指定区域；依据至少一指定区域的坐标位置，于标准图像映像坐标位置设定一搜寻范围，并于搜寻范围内找寻一最高相似度区域；以及计算最高相似度区域相对于至少一指定区域的一相对位移向量，并依据相对位移向量校正待测物图像的坐标位置，以生成一待测物校正图像。

Description

图像对位方法、系统、记录媒体、以及计算机程序产品

技术领域

本发明系有关于一种图像对位方法、系统、记录媒体、以及计算机程序产品，尤指一种提升运算效率的图像对位方法、系统、记录媒体、以及计算机程序产品。

背景技术

由于在不同时刻用同一仪器或在同一时刻用不同仪器摄取同一待测物的图像，经常会有位置差异，导致两组图像难以建立相互关联性。为了消除图像间的位置差别，使两张或以上的图像尽量重迭起来，这样的技术称为图像对位(Image Registration)。

图像对位是图像处理领域中的技术问题，目的在于比较或融合针对同一对象在不同条件下所取得的图像，例如图像会来自不同的捕获设备，取自不同的时间，不同的拍摄视角等等，有时也需要用到针对不同待测物的图像对位问题。具体地说，对于一组图像数据集中的两幅图像，通过寻找一种空间变换把一幅图像映像到另一幅图像，使得两图像映像于空间中同一位置的点一一对应起来，从而达到信息融合的目的。

图像对位技术在计算器视觉、医学图像处理以及材料力学等领域都具有广泛的应用。根据具体应用的不同，有的着重于通过变换结果融合两幅图像，有的着重于研究变换本身以获得目标的一些力学属性。

在自动光学检测领域中，经常利用母片或标准片作为黄金图像(Golden Image)评估待测物的瑕疵，然而在图像没有对位的情况下，不管是利用传统算法、或机器学习、深度学习系统，都势必会造成过检率或漏检率的增加，同时造成演算上的负担，因此势必要提供一种有效率的算法预先将待测物图像与母片或标准片预先进行对位，以提升图像检测的效果。

发明内容

本发明的主要目的，在于提供一种图像对位方法，包括：提供一待测物图像与一标准图像；依据预先设定的分割规则，于待测物图像上分割至少一指定区域；依据至少一指定区域的坐标位置，于标准图像映像坐标位置设定一搜寻范围，并于搜寻范围内找寻一最高相似度区域；以及计算最高相似度区域相对于至少一指定区域的一相对位移向量，并依据相对位移向量校正待测物图像的坐标位置，以生成一待测物校正图像。

本发明的另一目的，在于提供一种图像对位方法，包括：提供一待测物图像与一标准图像；依据预先设定的分割规则，于标准图像上分割至少一指定区域；依据至少一指定区域的坐标位置，于待测物图像映像坐标位置设定一搜寻范围，并于搜寻范围内找寻一最高相似度区域；以及计算最高相似度区域相对于至少一指定区域的一相对位移向量，并依据相对位移向量校正待测物图像的坐标位置，以生成一待测物校正图像。

本发明的更一目的，在于提供一种图像对位系统，包括一图像捕获装置、一图像储存装置以及一图像处理装置。图像捕获装置用以拍摄一待测物以获得一待测物图像。图像储存装置用以储存一标准图像。图像处理装置连接至图像捕获装置以及图像储存装置以获得待测物图像及标准图像，图像处理装置依据预先设定的分割规则，于待测物图像上分割至少一指定区域，并依据至少一指定区域的坐标位置，于标准图像映像坐标位置设定一搜寻范围，并于搜寻范围内找寻一最高相似度区域，再计算最高相似度区域相对于至少一指定区域的一相对位移向量，最后依据相对位移向量校正待测物图像的坐标位置，以生成一待测物校正图像。

本发明的更一目的，在于提供一种图像对位系统，包括一图像捕获装置、一图像储存装置以及一图像处理装置。图像捕装置用以拍摄一待测物以获得一待测物图像。图像储存装置用以储存一标准图像。图像处理装置连接至图像捕获装置以及图像储存装置以获得待测物图像及标准图像，图像处理装置依据预先设定的分割规则，于标准图像上分割至少一指定区域，并依据至少一指定区域的坐标位置，于待测物图像映像坐标位置设定一搜寻范围，并于搜寻范围内找寻一最高相似度区域，再计算最高相似度区域相对于至少一指定区域的一相对位移向量，最后依据相对位移向量校正待测物图像的坐标位置，以生成一待测物校正图像。

本发明的更一目的，在于提供一种内储程序的计算机可读取记录媒体，当计算机加载程序并执行后，可完成如上所述的方法。

本发明的更一目的，在于提供一种内储程序的计算机程序产品，当计算机加载计算机程序并执行后，可完成如上所述的方法。

是以，本发明可以有效地降低图像检测时的过检或漏检问题，同时可以提升检测的效能。此外，本发明的图像对位方法可以降低运算效能的消耗，增加图像处理的效率

附图说明

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步描述，其中：

图1为本发明图像对位系统的方块示意图。

图2为本发明中图像对位的校正示意图(一)。

图3为本发明中图像对位的校正示意图(二)。

图4为本发明中图像对位的校正示意图(三)。

图5为本发明中图像对位方法的流程示意图(一)。

图6为本发明中图像对位方法的流程示意图(二)。

图7为本发明中图像对位方法另一实施例的流程示意图。

附图标记说明：

100 图像对位系统

10 图像捕获装置

20 图像储存装置

30 图像处理装置

31 处理器

32 储存单元

A1 待测物图像

B1 标准图像

R1 指定区域

R2 搜寻范围

步骤S01～S04

步骤S31～S32

步骤S311～S312

步骤S11～S14

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的组件或具有相同或类似功能的组件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

请先参阅图1，为本发明图像对位系统的方块示意图。本发明的图像对位系统100包括一图像捕获装置10、一图像储存装置20、以及一连接至图像捕获装置10及图像储存装置20的图像处理装置30。

所述的图像捕获装置10用以拍摄待测物以获得待测物图像。于一实施例中，图像捕获装置10例如可以是但不限定于面扫描摄像机(Area Scan Camera)或线扫描摄像机(Line Scan Camera)，于本发明中不予以限制。所述的待测物可以是任意的对象，例如面板、电路板、或任意工件，于本发明中不予以限制。

所述的图像储存装置20用以储存标准图像。于一实施例中，图像储存装置20例如可以是但不限定于通过有线网络或无线网络连接的记忆设备(例如网络硬盘设备NAS、区网或外网服务器等)、或是直接配置于图像处理装置30上的存储组件(例如硬盘、固态硬盘、随机存取内存、闪存等或其他类此的瞬时或非瞬时的存储装置)。所述的「标准图像」，例如可以是待测物的母片、良品的图像、或黄金图像(Golden Image)，于本发明中不予以限制。

所述的图像处理装置30连接至图像捕获装置10以及图像储存装置20以获得待测物图像及标准图像，并基于标准图像校正待测物图像的位置，以生成待测物校正图像。于一实施例中，图像处理装置30主要包含有一处理器31、以及一连接于处理器31的储存单元32。处理器31可以用以加载储存单元32，以执行储存单元32内所储存的程序。于另一实施例中，处理器31以及储存单元32可共同构成一计算机或处理器，例如是个人计算机、工作站、主计算机或其他形式的计算机或处理器，在此并不限制其种类。于一实施例中，处理器31可耦接于储存单元32。处理器31例如是中央处理器(Central Processing Unit,CPU)，或是其他可程序化的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)、可程序化逻辑装置(Programmable Logic Device,PLD)或其他类似装置或这些装置的组合。

关于待测物校正图像的生成方式，以下配合附图说明，请一并参阅图2、图3、图4、图5及图6，为本发明中图像对位的校正示意图(一)、(二)、(三)、以及图像对位方法的流程示意图(一)、以及流程示意图(二)。

所述的图像处理装置30于处理器31加载储存单元32内的程序后，依据下列的方式对待测物图像进行对位校正，以生成待测物校正图像。

首先，提供一待测物图像与一标准图像(步骤S01)；于一实施例中，图像处理装置30通过图像捕获装置10获得待测物图像A1，而图像处理装置30通过图像储存装置20取得标准图像B1。图像处理装置30获得待测物图像A1后，可以先对待测物图像A1进行图像前处理程序，例如图像灰阶化程序(Gray Scale)、图像锐化处理、图像去噪声处理、图像增强处理、图像分割处理、或其他类此的前处理程序，于本发明中不予以限制。于另一实施例中，图像前处理程序也可以经由图像捕获装置10内构的图像处理芯片所执行，并于完成图像处理后将完成图像处理的待测物图像A1传送至图像处理装置30，于本发明中不予以限制。

于一实施例中，「标准图像B1」例如可以是待测物的母片、良品的图像、或黄金图像(Golden Image)，于本发明中不予以限制。图像储存装置20可以储存多组图像，此外，除了所述的标准图像B1外，图像储存装置20也可以储存其他的图像，例如完成对位的待测物校正图像、图像前处理过后的影像、完成检测后标记或注记瑕疵的待测物图像等，于本发明中不予以限制。

接续，依据预先设定的分割规则，于待测物图像上分割至少一指定区域(步骤S02)；如图2所示，图像处理装置30依据预先设定的分割规则，于待测物图像A1上分割至少一指定区域R1，由于单一像素通常不足以作为图像对位时具备可靠度的指标，于本发明中，至少一指定区域R1包括至少二个或二个以上的像素；于一实施例中，至少一指定区域R1可以是图像处理装置30在存取标准图像B1时，由图像中搜寻出高对比度度、或包括显着特征的区域。于其他实施例中，也可以是图像处理装置30任意随机选取的区域，于本发明中不予以限制。于本实施例中，至少一指定区域R1所揭示的是包括5x5像素的图块，于本发明中不予以限制至少一指定区域R1的大小。于至少一指定区域R1分割完成后，图像处理装置30将记录至少一指定区域R1的坐标及范围，于本实施例中，记录至少一指定区域R1左上角的位置作为基准坐标并记录涵盖范围(例如向下5个像素、像右5个像素的数组范围)以储存至少一指定区域R1于待测物图像A1中的位置，于本实施例中，则为以像素坐标(3,3)、像素坐标(3,8)、像素坐标(8,3)、像素坐标(8,8)为四个端点所包括的范围；于另一实施例中，也可以将待测物图像A1在记录至少一指定区域R1涵盖范围与基准坐标相对向量的情况下，可以指定待测物图像A1上的任一位置记录为基准坐标，于本发明中不予以限制；又于另一实施例中，也可以直接记录至少一指定区域R1涵盖范围的所有像素坐标，所述算法的变化非属本发明所欲限制的范围。

接续，依据至少一指定区域的坐标位置，于标准图像映像坐标位置设定一搜寻范围，并于搜寻范围内找寻一最高相似度区域(步骤S03)。于一实施例中，搜寻范围可以以标准图像B1的对应坐标位置为起点向外围进行搜寻，于本发明中不予以限制。

如图2所示，图像处理装置30于确认至少一指定区域R1的位置时，依据至少一指定区域R1的位置(例如基准坐标及涵盖范围、至少一指定区域R1所有像素坐标等)，于标准图像B1中找到相应坐标的位置，并于至少一指定区域R1对应坐标位置的周围设定搜寻范围R2；所述的周围具体而言，指至少一指定区域R1坐标位置于标准图像B1相对应坐标位置于上、下、左、右四个方向上依据预先设定而扩张的范围；例如于本实施例中，所述的周围预设定以1像素为基准扩张，所述的搜寻范围R2则对应至标准图像B1上像素坐标(2,2)、像素坐标(2,9)、像素坐标(9,2)、像素坐标(9,9)为四个端点所包括的范围；搜寻范围R2扩张的像素距离可以是1、2、3、…10甚或以上的数值，依据实务需求而设定，随着扩张范围增加虽然更能够提升偏移幅度可容许值，但同时也会增加运算量，所述扩张像素距离的数值于本发明中不予以限制。

于一实施例中，最高相似度区域可经由以下的方法搜寻，请参阅图6，所述的方法包括：依据至少一指定区域的尺寸设定目标图像并于搜寻范围内移动(步骤S31)；于一实施例中，例如所述的目标图像可以经由遍历(Traversal)的方式依据预设的步距(例如1、2、3或以上，于本发明为1)于搜寻范围R2内移动，以获得多个所述的选取图像。于步骤S31中，于每一次移动的位置上，将目标图像所选取的选取图像与待测物图像的至少一指定区域的指定图像的灰阶值相减(步骤S311)，经相减过后，将获得一相减图像，并将完成灰阶值相减后的相减图像的所有像素进行灰阶差值平均以获得算术平均数(步骤S312)。最后，依据目标图像以及标准图像的大小，将获得多个算术平均数，将各算术平均数的数值进行比较，取得平均最小值，将平均最小值的区域设定为最高相似度区域(步骤S32)。

以上步骤S31～S32的方法举一具体实施例说明，若指定区域R1的像素数组为：

以所述像素数组为目标图像，若搜寻范围R2的像素数组为：

以步距为1(单位为1像素)以目标图像遍历搜寻范围R2的像素数组，并个别与搜寻范围R2内对应位置上的像素数组进行相减，将获得3x3＝9组的相减影像，由于相减图像主要是评估相似度，个别像素相减后取绝对值以获得像素灰阶差，所获得的九组相减图像如下：

将个别相减图像的所有像素灰阶差相加后计算算术平均数将获得9组灰阶差值平均：

由算术平均数的结果中，最小平均数为1.00，最高相似度区域的数组为：

承上步骤S02～步骤S03，于本实施例中虽仅分割单一指定区域R1用以找寻最高相似度区域，于实务中，可以将图像分割成二或二个以上的指定区域，依据个别的指定区域的坐标在标准图像B1中找寻最高相似度区域，指定区域的分割数量及搜寻次数非属本发明所欲限制的范围。

最终，计算最高相似度区域相对于指定区域的一相对位移向量，并依据相对位移向量校正待测物图像的坐标位置，以生成一待测物校正图像(步骤S04)；以左上角为基准坐标的实施例中，由于指定区域R1左上角的坐标为(3,3)，所述数组对应于标准图像B1中左上角坐标为(3,3)，图像处理装置30将最高相似度区域于标准图像B1上指定像素的坐标(左上角坐标(3,3))与指定区域R1于待测物图像A1上对应位置像素的坐标(左上角坐标(3,3))相减，获取相对位移向量为(0,0)，则待测物图像A1位置已正确对准，直接将待测物图像A1作为待测物校正图像输出；于其他实施例中，例如若最小平均值的数组对应于标准图像B1中左上角坐标为(3,4)，坐标(3,4)减去坐标(3,3)为向量(0,1)，将标准图像B1移动向量(0,1)的幅距以输出待测物校正图像，依此类推。

依据前面的演算方法，将可获得待测物图像A1相对于标准图像B1的相对位移向量，并依据相对位移向量修正待测物图像A1以生成待测物校正图像。

除上述的方法外，由于本发明主要用于计算待测物图像相对于标准图像的相对位移向量，于另一实施例中，也可以将标准图像及待测物图像相互关系间的算法进行调换(例如以标准图像为基准，计算待测物图像的偏移向量)，同样能计算出相对位移向量。具体方法，请参阅图7，为本发明中图像对位方法另一实施例的流程示意图。

所述的图像处理装置30于处理器31加载储存单元32内的程序后，依据下列的方式对待测物图像进行对位校正，以生成待测物校正图像。由于部分细部的算法与前一实施例大致相同，相同部分即不再与以赘述。

首先，提供一待测物图像与一标准图像(步骤S11)。

接续，依据预先设定的分割规则，于标准图像上分割至少一指定区域(步骤S12)；于一实施例中，指定区域可以是工程师、或计算机在存取标准图像时，预先设定具高度比度、或包括显着特征的区域。于其他实施例中，也可以是任意随机选取的区域，于本发明中不予以限制。

接续，依据至少一指定区域的坐标位置，于待测物图像映像坐标位置设定一搜寻范围，并于搜寻范围内找寻一最高相似度区域(步骤S13)。

最终，计算最高相似度区域相对于至少一指定区域的一相对位移向量，并依据相对位移向量校正待测物图像的坐标位置，以生成一待测物校正图像(步骤S14)。

上面所描述的方法步骤可经由非暂存性计算机可读取记录媒体的方式实施，所述的非暂存性计算机可读取记录媒体例如可为只读存储器、闪存、软盘、硬盘、光盘、随身碟、磁带、可由网络存取的数据库或熟悉此技艺者可轻易思及具有相同功能的储存媒介。当计算机加载非暂存性计算机可读取记录媒体内所储存的程序并执行后，可完成如上所述的图像对位方法。

除计算机可读取记录媒体外，上述的方法步骤也可作为一种计算机程序产品实施，用以储存于例如网络服务器的硬盘、记忆装置、或是应用程序在线发行平台，可通过将计算机程序产品上传至服务器后供使用者以付费下载的方式实施。

综上所述，本发明可以有效地降低图像检测时的过检或漏检问题，同时可以提升检测的效能。此外，本发明的算法可以降低图像对位的运算效能消耗，增加图像处理的效率

以上依据附图所示的实施例详细说明了本发明的构造、特征及作用效果，但以上仅为本发明的较佳实施例，需要言明的是，上述实施例及其优选方式所涉及的技术特征，本领域技术人员可以在不脱离、不改变本发明的设计思路以及技术效果的前提下，合理地组合搭配成多种等效方案；因此，本发明不以图面所示限定实施范围，凡是依照本发明的构想所作的改变，或修改为等同变化的等效实施例，仍未超出说明书与图示所涵盖的精神时，均应在本发明的保护范围内。

Claims (12)

1.一种图像对位方法，其特征在于，包括：

提供一待测物图像与一标准图像；

依据预先设定的分割规则，于所述待测物图像上分割至少一指定区域；

依据所述至少一指定区域的坐标位置，于所述标准图像映像坐标位置设定一搜寻范围，并于所述搜寻范围内找寻一最高相似度区域；以及

计算所述最高相似度区域相对于所述至少一指定区域的一相对位移向量，并依据所述相对位移向量校正所述待测物图像的坐标位置，以生成一待测物校正图像。

2.如权利要求1所述的图像对位方法，其特征在于，找寻所述最高相似度区域的方法包括：

所述至少一指定区域包括多个像素；

依据所述至少一指定区域的尺寸设定目标图像，并于所述搜寻范围内移动；

于每一次移动的位置上，将所述目标图像所选取的选取图像与所述待测物图像的所述至少一指定区域的指定图像的灰阶值相减；

将完成灰阶值相减后的相减图像的所有像素进行灰阶差值平均以获得算术平均数；以及

将各所述算术平均数的数值进行比较，取得平均最小值，将所述平均最小值的区域设定为所述最高相似度区域。

3.如权利要求2所述的图像对位方法，其特征在于，所述目标图像以遍历的方式依据预设的步距于所述搜寻范围内移动，以获得多个所述的选取图像。

4.如权利要求1所述的图像对位方法，其特征在于，计算所述最高相似度区域相对于所述至少一指定区域的所述相对位移向量的方法包括：

所述至少一指定区域包括多个像素，并将所述最高相似度区域于所述标准图像上指定像素的坐标与所述至少一指定区域于所述待测物图像上对应位置像素的坐标相减，以获得所述相对位移向量。

5.一种图像对位方法，其特征在于，包括：

提供一待测物图像与一标准图像；

依据预先设定的分割规则，于所述标准图像上分割至少一指定区域；

依据所述至少一指定区域的坐标位置，于所述待测物图像映像坐标位置设定一搜寻范围，并于所述搜寻范围内找寻一最高相似度区域；以及

计算所述最高相似度区域相对于所述至少一指定区域的一相对位移向量，并依据所述相对位移向量校正所述待测物图像的坐标位置，以生成一待测物校正图像。

6.如权利要求5所述的图像对位方法，其特征在于，找寻所述最高相似度区域的方法包括：

所述至少一指定区域包括多个像素；

依据所述至少一指定区域的尺寸设定目标图像并于所述搜寻范围内移动；

于每一次移动的位置上，将所述目标图像所选取的选取图像与所述标准图像的所述至少一指定区域的指定图像的灰阶值相减；

将完成灰阶值相减后的相减图像的所有像素进行灰阶差值平均以获得算术平均数；以及

将各所述算术平均数的数值进行比较，取得平均最小值，将所述平均最小值的区域设定为所述最高相似度区域。

7.如权利要求6所述的图像对位方法，其特征在于，所述目标图像以遍历的方式依据预设的步距于所述搜寻范围内移动，以获得多个所述的选取图像。

8.如权利要求5所述的图像对位方法，其特征在于，计算所述最高相似度区域相对于所述至少一指定区域的所述相对位移向量的方法包括：

所述至少一指定区域包括多个像素，并将所述最高相似度区域于所述待测物图像上指定像素的坐标与所述至少一指定区域于所述标准图像上对应位置像素的坐标相减，以获得所述相对位移向量。

9.一种图像对位系统，其特征在于，包括：

一图像捕获装置，用以拍摄一待测物以获得如权利要求1-4任一项所述的待测物图像；

一图像储存装置，用以储存如权利要求1-4任一项所述的标准图像；以及

一图像处理装置，连接至所述图像捕获装置以及所述图像储存装置以获得所述待测物图像及所述标准图像，并执行如权利要求1-4任一项所述的图像对位方法。

10.一种图像对位系统，其特征在于，包括：

一图像捕获装置，用以拍摄一待测物以获得如权利要求5-8任一项所述的待测物图像；

一图像储存装置，用以储存如权利要求5-8任一项所述的标准图像；以及

一图像处理装置，连接至所述图像捕获装置以及所述图储存装置以获得所述待测物图像及所述标准图像，并执行如权利要求5-8任一项所述的图像对位方法。

11.一种内储程序的计算机可读取记录媒体，当计算机加载所述内储程序并执行后，可完成如权利要求1至8中任一项所述的方法。

12.一种内储程序的计算机程序产品，当计算机加载所述内储程序并执行后，可完成如权利要求1至8中任一项所述的方法。

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