TWI499823B - 雷射光學反射影像的缺陷補償法 - Google Patents
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Description
一種光學反射影像的缺陷補償法，特別是指一種可將雷射光學反射影像由非真圓圖像修正為真圓圖像之雷射光學反射影像的缺陷補償法。
雷射光束具有高強度、低發散性及單一性等優異的光學特性，因此廣泛應用於各式儀器設備中。在一雷射光束的應用中，係作為儀器的自動對焦校準之用，其原理係利用投射一雷射光束至物體而反射產生半圓圖像，並利用半圓圖像計算對儀器的離焦值以執行自動聚焦。然而，由於物體反射特性的不同及雷射干涉的影響，導致形成的半圓圖像有缺陷，因而導致重心之估測有誤差值的產生。半圓反射圖像的缺陷部分，對於利用離焦值來觀察自動聚焦的儀器有極大的影響。
緣此，亟需一種可將雷射光學反射影像所形成之半圓圖像的缺陷進行補償之方法，使雷射光學反射影像形成真圓圖像，藉以增加自動對焦的準確度。
本發明提供一種雷射光學反射影像的缺陷補償法。利用一虛擬真圓圖像的特性，可簡易地推估出虛擬真圓圖像的x座標、y座標及半徑長度。藉由此虛擬真圓圖像可以補償雷射光學反射影像的缺陷部分，使雷射光學反射影像還原成一完整真圓圖像，藉此增加自動對焦的準確性。
本發明之一目的在提供一種雷射光學反射影像的缺陷補償法，包含：擷取一雷射光學反射影像，其中雷射光學反射影像呈現一非真圓圖像，且非真圓圖像為一虛擬真圓圖像之一部分；對雷射光學反射影像進行二值化；選取雷射光學反射影像所呈現之非真圓圖像之一半圓部分；對半圓部分執行第一次影像分割，並以分割後影像取得虛擬真圓圖像之圓心之y座標；對半圓部分執行第二次影像分割，並以分割後影像取得虛擬真圓圖像之圓心之x座標及半徑長度；以虛擬真圓圖像之圓心之x座標，y座標及虛擬真圓圖像之半徑長度架構出一完整真圓圖像；以及以完整真圓圖像對雷射光學反射影像呈現之非真圓圖像進行補償而使雷射光學反射影像呈現一真圓圖像。
上述之雷射光學反射影像的缺陷補償法中，雷射光學反射影像可由一半導體雷射、一氣體雷射、一液體雷射或一固態雷射投射至一物體所產生。此外，第一次影像分割係將非真圓圖像之半圓部分以N-1條垂直切割線於X軸上將非真圓圖像之半圓部分分割成若干水平值相等之區
塊。第二次影像分割係以非真圓圖像之一圓心為基準，將非真圓圖像之半圓部分以等角度劃分為若干角度相等之區塊。另外，第二次影像分割後得到之x座標及半徑長度係以第一次影像分割後得到之y座標為基準而得到。
S101~S107‧‧‧步驟
101‧‧‧雷射光學反射影像
102‧‧‧雷射光學反射影像經二值化後之圖像
201‧‧‧雷射光學反射影像
202‧‧‧雷射光學反射影像經二值化後之圖像
203‧‧‧雷射光學反射影經補償後之圖像
O、C‧‧‧圓心
D1~D19‧‧‧端點
R‧‧‧半徑長度
第1圖繪示依據本發明一實施例之雷射光學反射影像的缺陷補償法步驟圖。
第2圖繪示一雷射光學反射影像。
第3圖繪示依據第2圖之雷射光學反射影像經二值化後之圖像。
第4圖繪示本發明之雷射光學反射影像的缺陷補償法之一實施例示意圖。
第5圖繪示本發明之雷射光學反射影像的缺陷補償法之另一實施例示意圖。
第6圖繪示依據本發明一實施例之雷射光學反射影像的缺陷補償法之應用示意圖。
以下將以圖式揭露本發明之複數個實施例的運作方式，為明確說明起見，許多實務上的細節將在敘述中一併說明。然而，應瞭解到，這些實務上的細節不應用以限制本發明。也就是說，在本發明部分實施例中，這些實務
上的細節是非必要的。此外，為簡化圖式起見，一些習知慣用的結構與元件在圖式中將以簡單示意的方式繪示之。
請參照第1圖，第1圖繪示依據本發明一實施例的雷射光學反射影像的缺陷補償法步驟圖。在一實施例中，本發明的雷射光學反射影像的缺陷補償法包含下列步驟：步驟S101，擷取一雷射光學反射影像，其中雷射光學反射影像呈現一非真圓圖像，且非真圓圖像為一虛擬真圓圖像之一部分；步驟S102，對雷射光學反射影像進行二值化；步驟S103，選取雷射光學反射影像所呈現之非真圓圖像之一半圓部分；步驟S104，對半圓部分進行第一次影像分割，；並以分割後影像取得虛擬真圓圖像之圓心之y座標；步驟S105，對半圓部分進行第二次影像分割，並以分割後影像取得虛擬真圓圖像之圓心之x座標及半徑長度；步驟S106，以虛擬真圓圖像之圓心之x座標，y座標及虛擬真圓圖像之半徑長度架構出一完整真圓圖像；步驟S107，以完整真圓圖像對雷射光學反射影像呈現之非真圓圖像進行補償而使雷射光學反射影像呈現一真圓圖像。
為能了解上述各步驟之實施細節，請一併參照第2圖至第6圖。第2圖繪示一雷射光學反射影像101。第3圖繪示依據第2圖之雷射光學反射影像101經二值化後之圖像102。第4圖繪示本發明之雷射光學反射影像101的缺陷補償法之一實施例示意圖。第5圖繪示本發明之雷射光學反射影像101的缺陷補償法之另一實施例示意圖。第6圖繪示依據本發明一實施例之雷射光學反射影像201的缺
陷補償法之應用示意圖。
上述步驟S101中，一雷射光束投射至一物體而產生一雷射光學反射影像101。由於物體表面反射性質及雷射光干涉的緣故，使雷射光學反射影像101呈現一非真圓圖像，且非真圓圖像為一虛擬真圓圖像之一部分。
上述步驟S102中，先使用灰階直方圖來計算出每個灰階值的個數以獲得灰階值的直方分佈圖。然後使用判別分析法來二值化雷射光學反射影像101以分離出背景與本體。藉此，對雷射光學反射影像101經二值化後之圖像102可進行影像分析及處理，如第2圖所繪示。
上述之判別分析法係以選取最佳閥值的準則，通常係根據雷射光學反射影像101與背景兩組灰階像素值的加總和各組的變異數的比來求出最佳分離閥值。其公式列示如下：；其中m0
、m1
、m2
分別是全體、本體與背景的平均灰階值。
而n1
、n2
分別是本體與背景像素的點數。
在進行雷射光學反射影像101的二值化之後，利用一虛擬真圓圖像之圓周上各點的特性，可藉由雷射光學反射影像101經二值化後之圖像102所形成之非真圓圖像上
之圓周邊緣點來計算並還原出完整真圓圖像之半圓部分的圓心位置以及半徑長度。
在第4圖中，斜線L1所對應之區域即為雷射光學反射影像101經二值化後之圖像102所呈現出的非真圓圖像之半圓部分；而斜線L1+L2所對應之區域則是在經由本發明之雷射光學反射影像的缺陷補償法所描繪出的虛擬真圓圖像的半圓部分。
在步驟S103中，選取雷射光學反射影像101所呈現之非真圓圖像之一半圓部分；接著在步驟S104中，對半圓部分進行第一次影像分割，以取得虛擬真圓圖像之圓心O之y座標。
首先，定義水平方向為X軸，而垂直方向為Y軸。在斜線L1所對應之區域使用(N-1)條垂直切割線(N≧2)，將此區域分割成N個水平值相等的區塊。接著在此區域上偵測每條垂直切割線的上下界限，並找出上下端點(例如：A1
及A2N
等端點)，在此A1
=(x1
,y1
)，A2N
=(x1
,y2N
)。將所有上下端點的中點平均後，即可求出虛擬真圓圖像之半圓圖像部分之圓心O的y座標，其公式列示如下：
；當垂直切割線的數量越多(N越大)，則估測出來的y c
在統計上會越為準確。
在取得虛擬真圓圖像之圓心O之y座標後，接著在步驟S105中，進行第二次影像分割，以取得虛擬真圓圖像之圓心O之x座標及半徑長度。以下以第5圖說明取得虛擬真圓圖像之圓心O之x座標及半徑長度的方法。
在第5圖中，與第4圖相似地，斜線L1所對應之區域即為雷射光學反射影像101經二值化後之圖像102所呈現出的非真圓圖像之半圓部分；而斜線L1+L2所對應之區域則是在經由本發明之雷射光學反射影像的缺陷補償法所描繪出的虛擬真圓圖像的半圓部分。
在估測出圓心O之y座標(yc
)後，接著進行圓心O之x
座標值(xc
)的估測與半徑長度的計算。在圓心C上，以圓心O之y
座標為基準，採用角度平均劃分的方法。半圓角度為180度，將非真圓圖像之半圓部分以每z
度為一單位進行等角度分割，共標記於非真圓圖像之半圓部分上
之()個點。在一例中，如第5圖所繪示，以每10度為
一單位進行等角度分割，因此共可在非真圓圖像之半圓部分上標記19個端點。各端點D i
為位於非真圓圖像之半圓部分之最外側的像素點，其中i
=1,2,...,19，且。而端點D10
位於與圓心O和圓心C的相同高度上(y
座標相同)。
基於端點D10與圓心O(x座標目前未知)相同高度的特性，可假設出虛擬真圓圖像的半徑長度。再利用畢氏定理，對於每個端點Di(i=1~19)與端點D10可算出各別對應的虛擬真圓圖像圓心O之x座標xi。其估算出的xi可經由去除離群值，得到較穩定的結果。若不考慮去除離群值，
則真實半圓圖像圓心O之x座標可由下列公式求得：
；
若選取之()點數越多，則xc
值會越精確。
接著，由歐幾里得距離公式，可求出每個端點D i
(i
=1~19)到圓心O的距離R i
。則虛擬真圓圖像之半圓部分的半徑長度R可由下列公式求得：
。
最後，藉由所估測的圓心O座標(xc,yc)與半徑長度R，可描繪出我們所要估測的虛擬真圓圖像，而藉由此虛擬真圓圖像可以補償雷射光學反射影像101的缺陷，使雷射光學反射影像101還原成真圓圖像。藉此，可使自動對焦可更為準確。
請參照第6圖，第6圖繪示依據本發明一實施例之雷射光學反射影像201的缺陷補償法之應用示意圖。第6圖分中，展示一雷射光學反射影像201。由於物體表面反射性質及雷射光干涉的緣故，雷射光學反射影像201呈現一非真圓圖像。為了補償雷射光學反射影像201的缺陷，使其能還原成真圓圖像，因此先對其進行二值化，以分離出主體及背景。此時，即形成第6圖之圖像202。最後，利用本發明揭示之雷射光學反射影像的缺陷補償法，可對雷射
光學反射影像201的缺陷部分進行補償而形成第6圖中之影像203。
綜合以上，本發明揭示一種雷射光學反射影像的缺陷補償法。其主要利用虛擬真圓圖像的特性，可利用非真圓圖像的半圓部推估出虛擬真圓圖像的y座標、x座標及半徑長度。藉此，可補償雷射光學反射影像的缺陷，將雷射光學反射影像還原成一真圓圖像，可增加自動對焦之準確性。
雖然本發明已以實施方式揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此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。
S101~S107‧‧‧步驟
Claims (5)
- 一種雷射光學反射影像的缺陷補償法，包含：擷取一雷射光學反射影像，其中該雷射光學反射影像呈現一非真圓圖像，且該非真圓圖像為一虛擬真圓圖像之一部分；對該雷射光學反射影像進行二值化；選取該雷射光學反射影像所呈現之該非真圓圖像之一半圓部分；對該半圓部分執行第一次影像分割取得一第一次影像分割後影像，以該第一次影像分割後影像取得該虛擬真圓圖像之圓心的y座標；對該半圓部分執行第二次影像分割取得一第二次影像分割後影像，以該第二次影像分割後影像取得該虛擬真圓圖像之圓心的x座標及該虛擬真圓圖像之半徑長度；以該虛擬真圓圖像之x座標、y座標及該虛擬真圓圖像之半徑長度架構出一完整真圓圖像；以及以該完整真圓圖像對該雷射光學反射影像呈現之該非真圓圖像進行補償。
- 如請求項1之雷射光學反射影像的缺陷補償法，其中該雷射光學反射影像由一半導體雷射、一氣體雷射、一液體雷射或一固態雷射投射至一物體所產生。
- 如請求項1之雷射光學反射影像的缺陷補償法，其 中該第一次影像分割係將該非真圓圖像之該半圓部分以N-1條垂直切割線於X軸上將該雷射光學反射影像之非真圓圖像分割成若干水平值相等之區塊。
- 如請求項1之雷射光學反射影像的缺陷補償法，其中該第二次影像分割係以該非真圓圖像之一圓心為基準，將該非真圓圖像之該半圓部分以等角度劃分為若干角度相等之區塊。
- 如請求項1之雷射光學反射影像的缺陷補償法，其中該第二次影像分割後得到之x座標及半徑長度係以該y座標為基準而得到。
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|---|---|
| TW (1) | TWI499823B (zh) |
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| TW201305649A (zh) * | 2011-07-27 | 2013-02-01 | Mitsuboshi Diamond Ind Co Ltd | 對焦位置調整方法、對焦位置調整裝置、及雷射加工裝置 |
-
2014
- 2014-05-05 TW TW103115979A patent/TWI499823B/zh active
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| Paul Bao, Lei Zhang, and Xiaolin Wu, "Canny Edge Detection Enhancement by Scale Multiplication", "IEEE TRANSACTIONS ON PATTERN ANALYSIS AND MACHINE INTELLIGENCE", Vol. 27, No. 9, SEPTEMBER 2005. * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
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| TW201543103A (zh) | 2015-11-16 |
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