TWI469703B

TWI469703B - 識別圖像中目標物體的裝置和方法

Info

Publication number: TWI469703B
Application number: TW96130553A
Authority: TW
Inventors: Pei Chong Tang
Original assignee: Hon Hai Prec Ind Co Ltd
Priority date: 2007-08-17
Filing date: 2007-08-17
Publication date: 2015-01-11
Also published as: TW200911063A

Description

識別圖像中目標物體的裝置和方法

本發明涉及成像技術，特別涉及一種識別圖像中目標物體的裝置和方法。

成像技術已經廣泛應用於工業生產、日常生活及醫療設備中，例如表面貼裝技術(Surface Mounting Technology，SMT)。表面貼裝技術用於將電子元件組裝到印刷電路板上以得到相應的電子產品，例如，電腦主板即是藉由表面貼裝技術將北橋晶片等貼到主板印刷電路板的對應位置。為了將電子元件精確地定位在印刷電路板上，表面貼裝技術即採用了成像技術來獲得電子元件的圖像，藉由圖像中電子元件的識別來判斷電子元件是否正確安裝。如果藉由圖像識別確定電子元件大小、形狀與預定的圖像不一致，則表明電子元件存在問題，如送入表面貼裝設備的電子元件錯誤等；如果藉由圖像識別確定電子元件的中心、角度與預定的圖像不一致，則可以藉由移動、旋轉表面貼裝設備的吸嘴將電子元件移動或旋轉使電子元件與預定的圖像一致，從而可以防止電子元件安裝在印刷電路板上的位置偏移。

傳統的識別圖像中目標物體的方法為將獲得的目標物體(例如電子元件)的圖像與預定圖像進行逐個圖原點的比對，根據比對的結果來識別目標物體圖像的大小、形狀、移動、旋轉等特徵。然而，由於圖像的資料量通常較大，例如解析度為2048*2048的圖像，僅區分黑白單色的未壓縮圖像就有4M的資料量，大資料量的處理需要較強的計算能力和較長的處理時間，這種傳統的圖像識別方法不利於在工業生產、日常生活及醫療設備中的應用。

有鑒於此，有必要提供一種可快速識別圖像中目標物體的方法。

此外，還有必要提供一種可快速識別圖像中目標物體的裝置。

一種識別圖像中目標物體的方法，包括如下步驟：獲得所述目標物體的中心；計算掃描半徑；以所述中心為圓心，所述掃描半徑為半徑對所述目標物體進行圓周掃描；根據所述圓周掃描的結果，識別所述目標物體。

一種識別圖像中目標物體的裝置，包括：中心位址模組，用於獲得所述目標物體的中心；掃描半徑模組，用於計算掃描半徑；掃描位址模組，用於根據所述中心和掃描半徑確定圓周掃描的圖原點的位址；圖像存儲單元，用於存儲所述圖像的資料；掃描資料存儲單元，用於存儲所述圖像存儲單元中對應所述位址的資料；預定資料存儲單元，用於存儲預定資料；比較單元，用於比較所述掃描資料存儲單元與所述預定資料存儲單元中的資料，根據比較結果識別所述目標物體。

上述識別圖像中目標物體的方法與裝置，藉由圓周掃描圖像中的目標物體，根據圓周掃描的結果，識別所述目標物體，不需要對圖像進行逐個圖元的比對，可快速識別圖像中目標物體。

10、70、90、110、130‧‧‧圖像

12、72、92、112、132‧‧‧目標物體

14、74、94、114、134‧‧‧背景

31‧‧‧第一掃描線

32‧‧‧第二掃描線

33‧‧‧第三掃描線

40、80、140、150‧‧‧掃描圓

122、722‧‧‧中心

500‧‧‧識別裝置

510‧‧‧中心位址模組

520‧‧‧掃描半徑模組

530‧‧‧掃描位址模組

532‧‧‧偏差計算單元

534‧‧‧位址計算單元

540‧‧‧圖像存儲單元

550‧‧‧掃描資料存儲單元

560‧‧‧預定資料存儲單元

570‧‧‧比較單元

580‧‧‧計數器

5322‧‧‧查找表

5324‧‧‧第一偏差計算單元

5326‧‧‧第二偏差計算單元

5328‧‧‧映射單元

S1602~S1608‧‧‧識別目標物體的方法流程步驟

圖1為一較佳實施方式的圖像示意圖，圖1中包括三條掃描線。

圖2為圖1中第一條掃描線的掃描結果。

圖3為圖1中第二條掃描線的掃描結果。

圖4為圖1中第三條掃描線的掃描結果。

圖5為第一較佳實施方式的圖像圓周掃描示意圖。

圖6為圖5的圓周掃描結果示意圖。

圖7為第二較佳實施方式的圖像圓周掃描示意圖。

圖8為圖7的圓周掃描結果示意圖。

圖9為第三較佳實施方式的圖像圓周掃描示意圖。

圖10為圖9的圓周掃描結果示意圖。

圖11為第四較佳實施方式的圖像圓周掃描示意圖。

圖12為圖11的圓周掃描結果示意圖。

圖13為第五較佳實施方式的圖像圓周掃描示意圖。

圖14為圖13的第一圓周掃描結果示意圖。

圖15為圖13的第二圓周掃描結果示意圖。

圖16為一較佳實施方式的識別圖像中目標物體的方法流程圖。

圖17為一較佳實施方式的識別圖像中目標物體的裝置示意圖。

如圖1所示，其為一較佳實施方式的圖像示意圖。圖像10包括需要識別的目標物體12和背景14。為簡化描述使本實施方式更易於理解，目標物體12的形狀為三角形，當然目標物體12也可以為矩行、圓形或其他規則、不規則的圖形。

本實施方式的圖像識別方法藉由獲得目標物體12的中心，再以該中心為圓心作圓周掃描，根據在圓周上取得的圖原點的集合與預定資料進行比較來識別目標物體。

目標物體12的中心122的獲得方法如下：藉由逐行掃描圖像10並記錄一行中每個圖原點的值，例如，將圖原點為目標物體12的記為1，將圖原點為背景14的記為0。如圖2所示，其為圖1中第一掃描線31掃描的值與圖原點的橫坐標即X座標的關係圖，由圖2可知，圖原點如果為目標物體12，則值為1；圖原點如果為背景14，則值為0。類似地，如圖3及圖4所示，第二、第三掃描線32、33可以獲得圖像10的相應行的圖原點的值，進而可以判斷該圖原點是目標物體12還是背景14。如果圖像在縱坐標方向有2048個圖原點，則有2048條掃描線，根據掃描線在圖像10中的位置，可以確定掃描線的縱坐標即Y座標。逐行的線掃描過程中，對值為1的圖原點計數，例如掃描完圖像10後值為1的圖原點總數為N，即目標物體12的圖原點總數為N，則中心122的X座標為值為1的圖原點的X座標之和除以N；Y座標為值為1的圖原點的Y座標之和除以N。目標物體12的中心122在座標確定後，即確定了中心122在圖像存儲中的位址。

獲得目標物體12的中心122後，計算目標物體12的掃描半徑R。如圖5所示，掃描半徑R為以中心122為圓心的掃描圓40的半徑。掃描圓40用於在掃描圓40的圓周上掃描，以獲得圖像10在掃描圓40的圓周上的圖原點的值。掃描半徑R使得掃描圓40的面積與目標物體12滿足預定關係，從而掃描半徑R可以由以下公式確定：其中，N為目標物體12的圖原點總數，K為預定常數，例如π、3.5、0.9 π等。

確定中心122即確定掃描圓40的圓心和掃描半徑R後，在掃描圓40的圓周上掃描，以獲得圖像10在掃描圓40的圓周上的圖原點的值。圓周上的圖原點數量可以依據識別精度確定，例如，將圖原點數量確定為2048，則每次掃描對應的圓心角為2 π/2048。根據中心122的位址和掃描半徑R，每次掃描圓周上的一個圖原點，並將掃描的圖原點的值保存。

根據掃描一周後的圖原點的值，可以得到圖6所示的波形圖。即在掃描過程中，對應的圓心角θ每次增加2 π/2048。在θ為0時，掃描點圖元位於背景14上，因此圖原點的值為0；在逐漸增加圓心角θ後，當掃描圓40與三角形目標物體12相交時，則圖原點的值為1。根據圖6所示的波形圖，亦即根據掃描所得圖原點的值的集合，可以獲得目標物體12的形狀。

如圖7所示，圖像70包括目標物體72與背景74。同樣地，根據上述線掃描的方法，可以獲得目標物體72圖原點總數M及中心722，再依據圖原點總數M及中心722可以獲得掃描圓80。從而可以獲得掃描圓80的圓周上的圖原點的值，掃描圓80的圓周上的圖原點的值的波形圖如圖8所示。

對比圖6和圖8可以看出，不同的目標物體12和72可以獲得不同的波形圖，亦即可以獲得不同的圖原點的值的集合，根據該圖原點的值的集合可以識別目標物體12和72的形狀。

如圖9所示，圖像90包括目標物體92與背景94。相對於圖像10，目標物體92與目標物體12的形狀、大小相同，但是旋轉了一個角度。同樣地，藉由掃描後獲得的波形圖如圖10所示。對比圖6和圖10可以看出，圖10的波形圖可以藉由平移圖6的波形獲得，即圖6和圖10的波形圖僅存在相位上的差別。也就是說，相同形狀的目標物體，其旋轉的角度可以藉由波形的相位差識別出來。

如圖11所示，圖像110包括目標物體112與背景114。相對於圖像10，目標物體112與目標物體12的形狀、旋轉角度相同，但是大小有差異。同樣地，藉由掃描後獲得的波形圖如圖12所示。對比圖6和圖12可以看出，圖12的波形圖與圖6的波形完全相同。但是目標物體12與目標物體112大小差異會導致圖原點總數的差異，從而導致預定常數K相同的情況下掃描半徑的差異。也就是說，相同形狀的目標物體，其大小的差異可以藉由圖原點總數或掃描半徑的差異識別出來。

綜上所述，圓周掃描所得的波形，即掃描的圖原點的集合可以確定目標物體的形狀；圓周掃描所得的波形的相位，即掃描的圖原點的集合的偏移可以確定目標物體的旋轉角度；目標物體的圖原點的總數，即掃描半徑可以確定目標物體的大小。容易理解，如果圖5中的目標物體12的位置發生了移動，則會導致目標物體12的中心122產生移動，但是掃描半徑、掃描獲得的波形圖、波形圖的相位都不會發生變化。因而目標物體12位置的移動不會影響圖像的識別。

進一步地，為了更精確識別目標物體的形狀，可以採用多個掃描圓對目標物體進行掃描。如圖13所示，圖像130包括目標物體132與背景134，藉由設置兩個掃描圓140與150，分別獲得如圖14和圖15所示的波形。根據波形的不同，從而可以區別圖7所示的矩形與圖13所示的多邊形。類似地，如果需要識別的目標物體形狀比較複雜，可以藉由選擇不同的預定常數K獲得不同的掃描半徑，從而獲得不同的波形來識別複雜的目標物體。

如圖16所示，上述識別目標物體的方法可以歸納為如下步驟：首先，步驟S1602，獲得圖像中目標物體的中心。目標物體的中心可以藉由對目標物體圖原點的橫坐標與縱坐標分別求平均數，以橫坐標與縱坐標的平均數作為目標物體的中心所在位置。例如以圖1所示的方法進行逐行掃描，將圖原點的值為1的確定為目標物體圖原點，並統計目標物體圖原點座標位址，根據統計結果求得目標物體的中心。

步驟S1604，計算掃描半徑。掃描半徑的計算公式為：R=，其中R為所述掃描半徑，N為所述目標物體圖原點的總數，K為預定常數。

步驟S1606，以目標物體的中心為圓心，掃描半徑為半徑對目標物體進行圓周掃描。圓周掃描過程中，圓周上各圖原點的位址A可以藉由如下方式計算：A=A₀+d_x+d_y*W；其中，A₀為中心的位址；d_x為掃描圖原點的位址與中心位址的橫向偏移量；d_y為掃描圖原點的位址與中心位址的縱向偏移量；W 為圖像的寬度，例如2048個圖元。由於圖像在記憶體中是依位址順序存儲的，因此圖像的縱向增加1個圖元，其位址需要增加1個圖像寬度的位址。

步驟S1608，根據上述圓周掃描的結果，識別目標物體。將掃描過程中提取的各圖原點的結果與預定資料進行比對，根據比對結果判定目標物體。例如，提取的各圖原點的結果與三角形目標物體最為接近，則將目標物體識別為三角形。同時可以根據中心位址確定三角形的位置，根據目標物體圖原點的總數可以確定目標物體的大小；根據與預定資料的差異，例如圖10與圖6的相位差判定目標物體的旋轉角度。

請參閱圖17，其為識別圖像中目標物體的裝置示意圖。識別裝置500包括中心位址模組510、掃描半徑模組520、掃描位址模組530、圖像存儲單元540、掃描資料存儲單元550、預定資料存儲單元560、比較單元570及計數器580。

中心位址模組510用於獲得目標物體的中心。中心位址模組510對目標物體圖原點的橫坐標與縱坐標分別求平均數，以橫坐標與縱坐標的平均數作為目標物體的中心所在位置。具體計算方法已經就圖1進行過詳細描述，不再贅述。

掃描半徑模組520用於計算掃描半徑。掃描半徑模組520計算掃描半徑的計算公式為：，其中R為掃描半徑，N為目標物體圖原點的總數，K為預定常數。具體計算方法如前所述。

掃描位址模組530用於根據中心和掃描半徑確定圓周掃描的圖原點的位址。掃描位址模組530包括偏差計算單元532及位址計算單元534。偏差計算單元532與計數器580相連，計數器580用於根據一個圓周需要掃描的圖原點數產生二進位數字，例如，一個圓周需要掃描的圖原點數為2048時，則產生11位的二進位數字，即211=2048。偏差計算單元532用於根據計數器580產生的二進位數字計算該二進位數字對應的掃描圖原點的位址與中心位址的橫向偏移量d_x及縱向偏移量d_y。

偏差計算單元532包括查找表5322、第一偏差計算單元5324、第二偏差計算單元5326及映射單元5328。

查找表5322與計數器580相連，用於存儲與計數器580產生的二進位數字對應的正弦值與余弦值。由於正弦值與余弦值的計算較為複雜，藉由存儲正弦值與余弦值在查找表5322中可以提高目標物體的識別速度。為了減小查找表5322的容量，可以僅存儲坐標系統中第一象限的正弦值與余弦值，對於11位的二進位數字來說，其中前2位二進位數字可以用於表示四個不同的象限，後9位用於對應在第一象限的正弦值與余弦值。

第一偏差計算單元5324用於計算第一象限中在橫坐標的偏移量，即掃描半徑與余弦值的乘積R*cos θ；第二偏差計算單元5326用於計算第一象限中在縱坐標的偏移量，即掃描半徑與正弦值的乘積R*sin θ。映射單元5328用於根據第一偏差計算單元5324與第二偏差計算單元5326的計算結果，換算出其他象限的偏移量，換算關係如下表所示：

位址計算單元534用於根據中心的位址以及掃描位址與中心位址的偏移量計算所述圓周掃描的位址。位址計算單元534計算圓周掃描的位址的計算公式為：A=A₀+d_x+d_y*W；其中，A₀為中心的位址；d_x為掃描圖原點的位址與中心位址的橫向偏移量，即掃描半徑與圓心角θ的余弦值的乘積；d_y為掃描圖原點的位址與中心位址的縱向偏移量，即掃描半徑與圓心角θ的正弦值的乘積；W為圖像的寬度，可以藉由讀取圖像存儲單元540獲得。

圖像存儲單元540用於存儲圖像的資料，例如存儲圖5中圖像10的資料。

掃描資料存儲單元550用於存儲所述圖像存儲單元540中對應圓周掃描的位址的資料，例如存儲圖5中圓周40掃描的資料。

預定資料存儲單元560用於存儲預定資料。例如存儲三角形、矩形等目標物體的資料。

比較單元570用於比較掃描資料存儲單元550與預定資料存儲單元560中的資料，根據比較結果識別所述目標物體。

上述識別圖像中目標物體的方法與裝置，藉由圓周掃描圖像中的目標物體，根據圓周掃描的結果，識別所述目標物體，不需要對圖像進行逐個圖元的比對，可快速識別圖像中目標物體。採用查找表5322保存三角函數值，可以快速查找三角函數值而不需計算，進一步加快了圖像的識別速度。藉由設置不同的掃描半徑進行多次掃描，可以識別複雜的目標物體。

綜上所述，本發明符合發明專利要件，爰依法提出專利申請。惟，以上所述者僅為本發明之較佳實施方式，舉凡熟悉本案技藝之人士，在援依本案創作精神所作之等效修飾或變化，皆應包含於以下之申請專利範圍內。

S1602~S1604‧‧‧識別圖像中目標物體的方法流程步驟

Claims

一種識別圖像中目標物體的方法，包括如下步驟：在圖像中獲得所述目標物體的中心；計算掃描半徑；以所述目標物體的中心為圓心，所述掃描半徑為半徑設定掃描圓；提取目標物體位於掃描圓的圓周上的圖原點；根據所述提取的結果，自動識別所述目標物體的形狀。
如申請專利範圍第1項所述之識別圖像中目標物體的方法，其中所述獲得所述目標物體的中心的步驟包括如下步驟：對目標物體圖原點的橫坐標與縱坐標分別求平均數，以所述橫坐標與縱坐標的平均數作為所述目標物體的中心所在位置。
如申請專利範圍第1項所述之識別圖像中目標物體的方法，其中所述掃描半徑的計算公式為：，其中R為所述掃描半徑，N為所述目標物體圖原點的總數，K為預定常數。
如申請專利範圍第1項所述之識別圖像中目標物體的方法，其中所述圓周掃描的步驟包括：根據所述中心與掃描半徑計算所述圓周上各圖原點的位址；根據所述位址從所述圖像中提取各圖原點。
如申請專利範圍第4項所述之識別圖像中目標物體的方法，其中所述識別所述目標物體的步驟為：將所述提取結果與預定資料進行比對，根據比對結果判定目標物體。
如申請專利範圍第4項所述之識別圖像中目標物體的方法，其中所述提取圓周上的圖原點為分別統計目標物體圖原點與背景圖原點及目標物體圖原點與背景圖原點對應的位址。
如申請專利範圍第6項所述之識別圖像中目標物體的方法，其中還包括如下步驟：確定所述圓周掃描需要掃描的圖原點的數量；根據所述確定的數量計算每次掃描下一圖原點所要轉動的圓心角變化量，其中所述圓心角變化量的計算方法為2 π除以所述數量。
如申請專利範圍第7項所述之識別圖像中目標物體的方法，其中圓周上各圖原點的位址可以藉由如下方式計算：A=A₀+dx+d_y*W；其中，A₀為所述中心的位址；d_x為所述掃描半徑與圓心角的余弦值的乘積；d_y為所述掃描半徑與圓心角的正弦值的乘積；W為所述圖像的寬度；在掃描過程中，每次將所述圓心角增加所述圓心角變化量；根據所述位址從所述圖像中提取各圖原點。
如申請專利範圍第1至8項中任一項所述之識別圖像中目標物體的方法，其中還包括以另一掃描半徑對所述目標物體進行圓周掃描，根據所述另一掃描半徑的圓周掃描結果，識別所述目標物體的步驟。
一種識別圖像中目標物體的裝置，包括：中心位址模組，用於獲得所述目標物體的中心；掃描半徑模組，用於計算掃描半徑；掃描位址模組，用於根據所述中心和掃描半徑確定圓周掃描的圖原點的位址；圖像存儲單元，用於存儲所述圖像的資料；掃描資料存儲單元，用於存儲所述圖像存儲單元中對應所述位址的資料；預定資料存儲單元，用於存儲預定資料；比較單元，用於比較所述掃描資料存儲單元與所述預定資料存儲單元中的資料，根據比較結果識別所述目標物體。
如申請專利範圍第10項所述之識別圖像中目標物體的裝置，其中所述中心位址模組對目標物體圖原點的橫坐標與縱坐標分別求平均數，以所述橫坐標與縱坐標的平均數作為所述目標物體的中心所在位置。
如申請專利範圍第10項所述之識別圖像中目標物體的裝置，其中所述掃描半徑模組計算所述掃描半徑的計算公式為：R=，其中R為所述掃描半徑，N為所述目標物體圖原點的總數，K為預定常數。
如申請專利範圍第10項所述之識別圖像中目標物體的裝置，其中所述掃描位址模組包括位址計算單元用於根據所述中心的位址以及掃描位址與所述中心位址的偏差計算所述圓周掃描的位址。
如申請專利範圍第13項所述之識別圖像中目標物體的裝置，其中所述位址計算單元計算所述圓周掃描的位址的計算公式為：A=A₀+d_x+d_y*W；其中，A₀為所述中心的位址；d_x為所述掃描位址與所述中心位址的橫向偏移量；d_y為所述掃描位址與所述中心位址的縱向偏移量；W為所述圖像的寬度。
如申請專利範圍第14項所述之識別圖像中目標物體的裝置，其中所述掃描位址模組包括偏差計算單元用於計算所述d_x與d_y。
如申請專利範圍第15項所述之識別圖像中目標物體的裝置，其中所述偏差計算單元包括查找表、第一偏差計算單元、第二偏差計算單元及映射單元；所述識別圖像中目標物體的裝置還包括計數器；所述計數器用於產生二進位數字；所述查找表用於存儲所述二進位數字對應的正弦值與余弦值；所述第一偏差計算單元用於計算所述掃描半徑與所述余弦值的乘積；所述第二偏差計算單元用於計算所述掃描半徑與所述正弦值的乘積；所述映射單元用於根據所述掃描半徑與所述余弦值的乘積及所述二進位數字計算所述d_x，所述映射單元還用於根據所述掃描半徑與所述正弦值的乘積及所述二進位數字計算所述d_y。