TWI416069B - 影像偵測方法 - Google Patents

Description

影像偵測方法

本發明是有關於一種影像偵測方法。

影像偵測在工業應用中是常見的技術，例如在半導體製程技術中的曝光、顯影等步驟均需要十分準確的影像偵測技術。過去常利用人力檢測或機構來尋找定位點。然而由於人類的視覺對於物件辨識能力有限，且隨著科技的進步電子元件的尺寸日益減小，傳統的影像偵測方法已無法滿足製造工業的需求。

圖1繪示為習知技術之影像偵測方法的流程圖。圖2繪示為習知技術之影像偵測方法的示意圖。請同時參照圖1與圖2，首先，自待測影像202的最左上端開始依據比對影像204的尺寸大小選取欲比對的區塊(步驟S102)。接著，將所選取出的比對區塊與比對影像204進行比對(步驟S104)。然後，依據比對的結果判斷比對區塊是否為目前最接近比對影像204的區塊(步驟S106)。若比對區塊為目前最接近比對影像204的區域，則將比對影像204的匹配位置修改為最接近比對影像的比對區塊對應的位置(步驟S108)，並接著判斷所選取的比對區塊是否為待測影像202的影像末端(亦即待測影像202的最右下端)(步驟S110)。若在步驟S106中判斷出比對區塊不為目前最接近比對影像204的區域，則直接進入步驟S110，判斷所選取的比對區塊是否為待測影像202的影像末端。

在步驟S110中若所選取的比對區塊為待測影像202的影像末端，則結束影像的偵測(步驟S112)，而比對影像204在待測影像中的位置即為匹配位置所紀錄的座標位置；若所選取的比對區塊不為待測影像202的影像末端，則將選取比對區塊的位置平移一個畫素(步驟S114)，例如將上一個所選取的比對區塊的位置向右平移一畫素，之後再回到步驟S102選取下一個比對區塊以與待測影像202進行比對。另外，若選取的比對區塊已平移至待測影像的最右端，則將比對區塊向下平移一像素，繼續由左至右選取比對區塊與比對影像204進行比對。

習知技術之影像偵測方法雖可擺脫傳統影像偵測方法的缺點，然而依照其方法必須以一個像素為移動間隔，依序移動選取比對區塊的位置，以對待測影像進行全區域的比對，不僅耗費大量的時間成本，也需要具有強大運算能力的處理器以應付比對區塊與比對影像比對時所執行的大量計算。

本發明提供一種影像偵測方法，可增加影像偵測的速度，並可依據處理器的運算能力調整影像偵測的速度。

本發明提出一種影像偵測方法，首先，對第一比對影像進行自相關運算，並依據自相關運算的結果決定一預設間隔。接著，自待測影像上的一起始位置開始以預設間隔平移待測影像上的一選取區域，並選取選取區域在起始位置以及在每次平移預設間隔後的位置上選取區域範圍內所對應到的待測影像而得到多個第一參考區塊，其中選取區域、第一比對影像與各第一參考區塊具有相同的尺寸大小。繼之，計算各第一參考區塊的代表值。然後，依據各第一參考區塊的代表值自第一參考區塊中選取出多個比對區塊。之後，比對各比對區塊與第一比對影像以得到第一比對影像的位置。

在本發明之一實施例中，上述對第一比對影像進行自相關運算的步驟前更包括先自待測影像中選取出一第二比對影像以及一第三比對影像，其中第二、第三比對影像與第一比對影像具有相同的尺寸大小，且第一比對影像之代表值介於第二比對影像以及第三比對影像的代表值之間。然後再將待測影像、第一至第三比對影像縮小為1/P，其中P為大於1之正實數。

在本發明之一實施例中，上述之代表值為各第一參考區塊的平均值或標準差。

在本發明之一實施例中，上述依據第一參考區塊的代表值選取出比對區塊的步驟包括：先自第一參考區塊中選取出平均值介於第二比對影像的平均值與第三比對影像的平均值的第一參考區塊以得到多個第二參考區塊，之後再自第二參考區塊中選取出標準差介於第二比對影像的標準差與第三比對影像的標準差的第二參考區塊以得到多個比對區塊。

在本發明之一實施例中，上述比對比對區塊與第一比對影像以得到第一比對影像的位置的步驟包括：先分別計算各比對區塊中每一像素與第一比對影像中對應位置的像素相減的平方值的總和，然後再比較各比對區塊所計算出的平方值總和以得到最小平方值總和的比對區塊。

在本發明之一實施例中，上述之起始位置為待測影像之邊界區域。

基於上述，本發明利用比對影像的自相關運算結果來決定選取區域每次平移的間隔大小，以在確保能找出比對影像的正確位置的情形下，加快影像偵測的速度。此外也可依據負責執行影像偵測的處理器的運算能力來調整選取區域每次平移的間隔大小，減少進行影像偵測時處理器的負擔，加快影像偵測的速度。

為讓本發明之上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

圖3繪示為本發明一實施例之影像偵測的方法流程圖。圖4繪示為本發明一實施例之影像偵測方法的示意圖。請同時參照圖3與圖4，當要進行影像偵測時，先對第一比對影像404進行自相關運算以求出第一比對影像404的像素與自相關性之間的關係，並藉此關係決定一預設間隔(步驟S302)。其中預設間隔代表搜尋待測影像402時略過的像素個數，而自相關運算的方式可例如利用數值分析程式(例如MATLAB)對第一比對影像404之像素的自相關矩陣進行分析計算而得。

舉例來說，假設第一比對影像404可表為一M×N維度的矩陣A，則第一比對影像404的自相關矩陣C可表為：

其中0≦i＜2M-1，0≦j＜2N-1，M、N皆為正整數。利用MATLAB程式提供之程式庫所開發之應用程式即可依據式(1)繪成如圖5的自相關性百分比對像素偏移個數的關係圖。由此關係圖可看出，當第一比對影像404位於原來位置沒有偏移時(亦即偏移像素個數為0個時)，其自相關性百分比為100%。而當第一比對影像404偏移開其原本位置時，隨著第一比對影像404偏移的距離越大(亦即偏移的像數個數越多)，偏移的第一比對影像404和位於原本位置時的第一比對影像404之間的自相關性百分比也越低。例如當第一比對影像404偏移6個像素時，自相關性便下降至80%。使用者可依據實際情形來決定預設間隔的大小(亦即像素偏移個數)，例如可選擇6個或10個像素(其自相關性分別為80%以及60%)作為預設間隔。當預設間隔越大時，代表搜尋待測影像402時略過的像素個數越多，搜尋的速度也就越快。

接著，在決定預設間隔後(在本實施例中預設間隔為6個像素)，自待測影像402上選定一起始位置開始進行選取第一參考區塊的動作，選取的方式為自使用者選定的起始位置開始以步驟S302所決定的預設間隔平移一選取區域406，且在起始位置以及每次平移一預設間隔後的位置上選取區域406範圍內所對應到的待測影像402將被選取出來作為第一參考區塊(步驟S304)。其中選取區域406、第一比對影像404與各個被選取出的第一參考區塊具有相同的尺寸大小，而起始位置可為待測影像402的邊界區域。

舉例來說，可設定待測影像402的最左上端區域作為起始位置。當選取區域406在起始位置時，被選取區域406包圍到的待測影像402將被選取出作為第一參考區塊。接著，選取區域406便向右移動一預設間隔的距離至下一個位置，再選取被選取區域406包圍到的待測影像402以得到另一個第一參考區塊。以此類推，重複選取與平移選取區域406的動作以得到多個第一參考區塊。其中當選取區域406由待測影像402的最左上端向右平移至待測影像402的最右上端時，將選取區域406向下移動一預設間隔並選取出一第一參考區塊，接著再以相同的預設間隔開始向左進行平移選取區域406及選取第一參考區塊的動作，直到選取區域406移至待測影像402的最左端。以此類推，重複上述步驟以使待測影像402全部被選取區域406覆蓋過。

除了可以利用前述迂迴移動選取區域406來進行搜尋選取待測影像402外，亦可在選取區域406移動至待測影像402的最右上端時，由起始位置往下一預設間隔的位置開始繼續向右重覆進行平移選取區域406及選取第一參考區塊的動作直到選取區域406移動至待測影像402的最右端。然後再由起始位置往下兩預設間隔的位置開始繼續向右進行平移選取區域406及選取第一參考區塊的動作，以此類推直到待測影像402全部被選取區域406覆蓋過。值得注意的是，在本實施例中，雖以待測影像402的最左上端區域作為起始位置，然不以此為限，在實際應用時起始位置可設定為待測影像402上的任一位置，且選取區域406所移動的範圍也不限定於必須覆蓋過整個待測影像402，也就是說選取區域406所須覆蓋的範圍可由使用者決定。另外，選取區域406之形狀亦不限定於圖4中的矩形，使用者可依所欲比對的影像調整選取區域406的形狀來選取參考區塊。

請繼續參照圖3與圖4，然後，接著計算在步驟S304中所選取出的各第一參考區塊的代表值(步驟S306)，其中第一參考區塊的代表值可例如是第一參考區塊的平均值或標準差，然不以此為限。接著再依據各個第一參考區塊的代表值自多個第一參考區塊中選出多個比較區塊(步驟S308)。舉例來說，可選取多個第一參考區塊中代表值接近第一比對影像404代表值的第一參考區塊作為比較區塊，例如可設定選取代表值落於第一比對影像404的代表值正、負30%內的第一參考區塊作為比較區塊。

最後，分別比對各個比對區塊與第一比對影像404以得到第一比對影像404在待測影像402上的位置(步驟S310)。其中比對各個比對區塊與第一比對影像404的方式可利用將各個比對區塊與第一比對影像404中各個對應像素相減後平方的總和，來判斷哪個比對區塊最接近第一比對影像404，然不以此為限。

本實施例利用第一比對影像404的自相關運算結果來決定選取區域406每次平移的間隔大小，以在確保能找出第一比對影像404的正確位置的情形下，加速影像偵測的速度。另外，也可依據負責執行影像偵測的處理器(未繪示)的運算能力來調整進行影像偵測時的運算量。舉例來說，當處理器的運算能力較差時，可增大預設間隔以減少選取的第一參考區塊數量或縮小選擇比較區塊的範圍，來減輕處理器的負擔。相反地，當處理器的運算能力較強時，可減小預設間隔或增加選擇比較區塊的範圍，以增加選取的第一參考區塊數量。

在部分實施例中，影像偵測的方法可如圖6所示。圖6繪示為本發明另一實施例之影像偵測的方法流程圖。請參照圖6，本實施利之影像偵測方法與圖3之影像偵測方法的不同之處在於，本實施例在對第一比對影像404進行自相關運算(亦即步驟S606)之前，先自待測影像402中選取出兩個比對影像，其中此兩個比對影像與第一比對影像404具有相同的尺寸大小，且第一比對影像404的代表值(在本實施例中為平均值及標準差)介於此兩個比對影像的代表值之間(步驟S602)。如圖7所示之待測影像的示意圖，自待測影像402中所選出的第二比對影像702、704的平均值分別為87與240，而標準差則分別為917.408420與1703.758495，而比對影像404的平均值與標準差則分別為217與1310.583458，比對影像404的平均值與標準差皆介於第二比對影像702和第三比對影像704之間。

接著，將待測影像402、第一比對影像404、第二比對影像702以及第三比對影像704皆縮小為1/P，其中P為大於1之正實數。如此可減少進行影像偵測時需要處理運算的像素個數，增加影像偵測的速度(步驟S604)。之後的步驟S606~S610則類似於圖3的步驟S302~S306，因此不再贅述。

另外，圖6之影像偵測方法中，自多個第一參考區塊中選出多個比較區塊的方式亦與圖3之步驟S308有所不同，圖6之選出多個比較區塊的方式為先自第一參考區塊中選取出平均值介於第二比對影像702的平均值與第三比對影像704的平均值的第一參考區塊，以得到多個第二參考區塊(步驟S612)。之後再自第二參考區塊中選取出標準差介於第二比對影像702的標準差與第三比對影像704的標準差的第二參考區塊，以得到多個比對區塊(步驟S614)。如此便可以減少在步驟S616中須與比對影像404進行比對的比較區塊，以增加影像偵測的速度。最後再分別比對各個比對區塊與第一比對影像404以得到第一比對影像404在待測影像402上的位置(步驟S616)。

在部份實施例中，也可先取出標準差介於第二比對影像702的標準差與第三比對影像704的標準差的第一參考區塊，之後再選取出平均值介於第二比對影像702的平均值與第三比對影像704的平均值的第二參考區塊，以減少在步驟S616中須與比對影像404進行比對的比較區塊，增加影像偵測的速度。

綜上所述，本發明利用縮小待測影像以及比對影像的尺寸，以減少進行影像偵測時需要處理運算的像素個數，增加影像偵測的速度。並依據比對影像的自相關運算結果來決定選取區域每次平移的間隔大小，以在確保能找出比對影像的正確位置的情形下，加快影像偵測的速度，此外也可依據負責執行影像偵測的處理器的運算能力來調整選取區域每次平移的間隔大小，減少進行影像偵測時處理器的負擔，加快影像偵測的速度。另外，依據比對影像的代表值來挑選與比對影像比對的比較區塊，也可減少須與比對影像比對的區塊，而節省比對的時間，增加影像偵測的速度。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，故本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

202、402．．．待測影像

204、404、702、704．．．比對影像

406．．．選取區域

S102~S112．．．習知之影像偵測的步驟

S302~S310、S602~S614．．．影像偵測的步驟

圖1繪示為習知技術之影像偵測方法的流程圖。

圖2繪示為習知技術之影像偵測方法的示意圖。

圖3繪示為本發明一實施例之影像偵測的方法流程圖。

圖4繪示為本發明一實施例之影像偵測方法的示意圖。

圖5繪示為比對影像之自相關性百分比對像素偏移個數的關係圖。

圖6繪示為本發明另一實施例之影像偵測的方法流程圖。

圖7繪示為本發明一實施例之待測影像的示意圖。

S302~S310．．．影像偵測的步驟

Claims (7)

1. 一種影像偵測方法，包括：對一第一比對影像進行一自相關運算，並依據該自相關運算的結果決定一預設間隔；自一待測影像上的一起始位置開始以該預設間隔平移該待測影像上的一選取區域，並選取該選取區域在該起始位置以及在每次平移該預設間隔後的位置上該選取區域範圍內所對應到的該待測影像而得到多個第一參考區塊，其中該選取區域、該第一比對影像與各該第一參考區塊具有相同的尺寸大小；計算各該第一參考區塊的代表值；依據各該第一參考區塊的代表值自該些第一參考區塊中選取出多個比對區塊；以及分別比對各該比對區塊與該第一比對影像以得到該第一比對影像的位置。
2. 如申請專利範圍第1項所述之影像偵測方法，其中在對該第一比對影像進行該自相關運算的步驟前更包括：自該待測影像中選取出一第二比對影像以及一第三比對影像，其中第二、第三比對影像與該第一比對影像具有相同的尺寸大小，且該第一比對影像之代表值介於該第二比對影像以及該第三比對影像的代表值之間；以及將該待測影像、該第一至第三比對影像縮小為1/P，其中P為大於1之正實數。
3. 如申請專利範圍第2項所述之影像偵測方法，其中該代表值為各該第一參考區塊的平均值或標準差。
4. 如申請專利範圍第3項所述之影像偵測方法，其中依據各該第一參考區塊的代表值選取出該些比對區塊的步驟包括：自該些第一參考區塊中選取出平均值介於該第二比對影像的平均值與該第三比對影像的平均值的第一參考區塊以得到多個第二參考區塊；以及自該些第二參考區塊中選取出標準差介於該第二比對影像的標準差與該第三比對影像的標準差的第二參考區塊以得到該些比對區塊。
5. 如申請專利範圍第3項所述之影像偵測方法，其中依據各該第一參考區塊的代表值選取出該些比對區塊的步驟包括：自該些第一參考區塊中選取出標準差介於該第二比對影像的標準差與該第三比對影像的標準差的第一參考區塊以得到多個第二參考區塊；以及自該些第二參考區塊中選取出平均值介於該第二比對影像的平均值與該第三比對影像的平均值的第二參考區塊以得到該些比對區塊。
6. 如申請專利範圍第1項所述之影像偵測方法，其中比對該些比對區塊與該第一比對影像以得到該第一比對影像的位置的步驟包括：分別計算各該比對區塊中每一像素與該第一比對影像中對應位置的像素相減的平方值的總和；以及比較各該比對區塊所計算出的平方值總和以得到最小平方值總和的比對區塊。
7. 如申請專利範圍第1項所述之影像偵測方法，其中該起始位置為該待測影像之邊界區域。