TWI554100B - Correction sheet design for correcting a plurality of image capturing apparatuses and correction methods of a plurality of image capturing apparatuses - Google Patents

Description

用於校正多個影像擷取裝置的校正片設計及多個影像擷取裝置的校正方法

本發明係有關於一種用於校正多個影像擷取裝置的校正片及多個影像擷取裝置的校正方法，特別是有關於一種利用校正片上同時具規律性排列及重覆性的校正圖案及圖形編碼式圖案，用以校正多個影像擷取裝置的影像內容及位置關係的校正方法。

台灣專利公開號TW201018882，是一種校正系統與校正方法之發明，主要是利用一校正片在不同倍率下之圖形，以及矩陣校正圖案對影像擷取裝置進行影像和運動平台校正，以達到精密量量測，但是該方法只限用於單一影像校正，無法用於多頻道或多個影像擷取裝置的校正。

美國專利號US5978081，是一種用於半導體製程的校正圖形與校正片設計，主要是設計已知相對置之矩陣圓點圖形於各影擷取裝置之下，同時進行多個影像擷取裝置之位置與像差解析度之校正，提高平面視覺精度，但需針對影像擷取位置進行圖形範圍設計，因此應用的彈性較低。

美國專利號US6301396，是一種針對像位置與方向校正方法，主要利用已知圖形之特徵形狀辨識其方向及與圖形之相對位置，並多個影像擷取裝置下設計已知相對位置之相似圖形，以求得多個影像擷取裝置間之實際相對位置，但其圖形設計受限，且需預知各組影像擷取裝置之大 略位置，且對於影像之畸變像差等問題無法同時解決。

習知技術中，若要將多個影像擷取裝置進行相對位置與機械運動位置的校正，以傳統之矩陣式圓點圖案之校正片，只能校正單一影像擷取裝置的影像內容，已有所不足，若需校正多影像擷取裝置的位置關係，各影像擷取裝置所擷取的影像必須包含整個校正片之圖形，不適用於大範圍且高解析度的機器影像校正。過去的專利前案雖提到多個影像擷取裝置之校正，但其設計彈性較低，不適用於未能預知或需要時常移動的影像擷取裝置，且缺少整體平面空間影像校正之考量，已不符合目前的光電、自動化組裝及機器視覺產業之製程。

因此，便有需要提供一種多個影像擷取裝置的位置判斷方法及使用該方法的校正片，以解決前述的問題。

本發明的目的在於可對多個影像擷取裝置進行影像的畸變、鏡頭像差及影像中心位置的校正、多個影像擷取裝置間的位置和方向之影像校正程序和建立平台與影像擷取裝置之間的校正流程方法。

為達成上述目的，本發明提出一種用於校正多個影像擷取裝置的校正片，包括：一底板，具有一正面及一背面；多個校正圖案，形成在該底板之正面，該些校正圖案呈規律性的方式排列，其中該些校正圖案用以校正該些影像擷取裝置之影像的畸變、鏡頭像差及影像中心位置的校正； 以及多個圖形編碼式圖案，形成在該底板之正面，且該些圖形編碼式圖案都不相同，該些圖形編碼式圖案具有提供各校正圖案位置的資訊。

為達成上述目的，本發明再提出一種用於多個影像擷取裝置的校正方法，包括下列步驟：放置一校正片在一需校正之平台上，且該校正片位在該些影像擷取裝置的觀測位置；該些影像擷取裝置拍攝該校正片上之多個有規律性排列的校正圖案及一至數個圖形編碼式圖案，該些影像擷取裝置將透過校正圖案進行影像內容之校正，包含影像的畸變、鏡頭像差及影像中心位置的校正，並透過一至數個圖形編碼式圖案所記載的位置和方向資訊得到各個校正圖案位於校正片上的第一組座標資料；以及依據該第一組座標資料判斷該些影像擷取裝置之間的相對位置，以校正該些影像擷取裝置之間的相對位置及方向的資訊。

為達成上述目的，本發明又提出一種用於多個影像擷取裝置與平台間的校正方法，包括下列步驟：放置一校正片在一可移動的一第一平台上，且該校正片位在一第一組多個影像擷取裝置的觀測位置；該第一組影像擷取裝置拍攝該校正片上之正面上的多個具有規律性排列的校正圖案和一至數個圖形編碼式圖案，得到一第一組多個校正圖案位於校正片上的座標資料；依據該第一組座標資料判斷該第一組多個影像擷取裝置之間的相對位置資訊，以校正第一組影像擷取裝置的相對位置及方向的資訊；透過平台將校正片移動、轉動或轉位至第二組多個影像擷取裝置上的 可視範圍內；例如，使該移動面上的該校正片翻轉一角度並放置在第二組多個影像擷取裝置之可視平面上；一第二組影像擷取裝置拍攝該校正片上之背面的多個圖形編碼式圖案，得到一第二組座標資料；以及依據該第一組座標資料及該第二組座標資料校正該第一組影像擷取裝置、該第二組影像擷取裝置及該平台的相關資訊。

本發明的校正片同時具有校正圖案及圖形編碼式圖案，因此可同時對多個影像擷取裝置進行畸變、鏡頭像差及影像中心位置的校正方向之影像校正程序。

為了讓本發明之上述和其他目的、特徵和優點能更明顯，下文將配合所附圖示，作詳細說明如下。

圖1為本發明第一實施例之校正片示意圖。該校正片100用於校正多個影像擷取裝置。該校正片100包括：一底板110、多個校正圖案120以及多個圖形編碼式圖案130。該底板110可為透明或非透明。該些校正圖案120可利用印刷或半導體製程方式形成在該底板110之正面，該些校正圖案120可為複數重覆性圖形，且該些校正圖案120呈規律性的方式排列，在本實施例中以矩陣方式排列。該些校正圖案120用以校正該些影像擷取裝置之影像的畸變、鏡頭像差及影像中心位置。該校正圖案120之圖形可為圓形、方形或其他幾何形狀。

該些圖形編碼式圖案130為一種機器視覺之圖案，可利用，但不限於，印刷方式形成在該底板110之正面，每 一圖形編碼式圖案130與該任一校正圖案120相鄰，較佳地，該些圖形編碼式圖案130位在相鄰的該些校正圖案120之間，其中該些圖形編碼式圖案130的圖形都不相同，可紀錄與該些圖形編碼式圖案130相鄰的該些校正圖案120之位置及方向，之後影像擷取裝置可藉由圖形編碼式圖案130就可知道與圖形編碼式圖案130相鄰的校正圖案120之位置及方向。

圖2a為本發明第二實施例之校正片示意圖。該校正片200的空心圓點221及實心圓點222為校正圖案220，且在四個相鄰的空心圓點221內的圖案為該校正片200的圖形編碼式圖案230。

圖2b為圖2a中A處的放大圖。圖2b中是四個空心圓點221以及由四個空心圓點221所包圍的圖形編碼式圖案230。該圖形編碼式圖案230可再細分為第一編碼圖案231、第二編碼圖案232、第三編碼圖案233及第四編碼圖案234。第一編碼圖案231代表此點的象限位置，第二編碼圖案232代表此點的橫軸位置，第三編碼圖案233代表此點的縱軸位置以及第四編碼圖案234代表此點的擴充狀態。擴充狀態是指當第二編碼圖案232或第三編碼圖案233的圖形以不足夠表達該些校正圖案的位置及方向時，藉由第四編碼圖案234進行位置的分組。

圖3a~圖3e為可用於本發明校正片之圖形編碼式圖案。該些圖形編碼式圖案為一維條碼(如圖3e)、二維條碼(如圖3a~圖3d)、符號(含數字、文字)等可辨識之圖形或其 組合。

圖4為本發明第一實施例之校正片之應用方式示意圖。如圖4所示，校正片可以是圖1所示之校正片100、圖2a所示的校正片200或是其他具有不同圖形編碼式圖案的校正片。圖4中的校正片320放置在一平台310上，且校正片320上方有兩台影像擷取裝置330。

圖5為用於多個影像擷取裝置的校正方法之流程圖。請同時參閱圖4，說明本發明之多個影像擷取裝置的校正方法。該方法包括下列步驟：

步驟S100：放置校正片在平台上，且校正片位在影像擷取裝置的觀測位置。於本步驟中，將校正片320放置在平台310上，並使每一影像擷取裝置330可看到校正片320上多個校正圖案和一至數個圖形編碼式圖案，較佳地，每一影像擷取裝置330可看到校正片320上九個校正圖案和至少一個圖形編碼式圖案。

步驟S102：每一影像擷取裝置拍攝校正片上之多個校正圖案及一至數個圖形編碼式圖案，得到多個對應影像擷取裝置之校正資料及第一組座標資料。在本發明實施例中，可藉由影像辨識的方法，判斷影像擷取裝置所拍攝到的校正圖案，以得到校正資料，並且可得知影像擷取裝置330拍攝校正片320上校正圖案的位置座標，且因為有兩台影像擷取裝置330，所以可得到兩組位置座標及方向，該兩組位置座標定義為第一組座標及方向資料。

步驟S104：依據該些校正資料以校正該些影像擷取裝 置之影像的畸變、鏡頭像差及影像中心位置。於本步驟中，該些影像擷取裝置330依據該些校正資料校正影像擷取裝置330所拍到的影像的畸變、鏡頭像差及影像中心位置。

步驟S106：依據第一組座標資料判斷該些影像擷取裝置的相對位置，以校正該些影像擷取裝置之間的相對位置及方向的資訊。於本步驟中，藉由計算方式，計算第一組座標資料內的每個位置座標的相對位置，就可得知該些影像擷取裝置330的相對位置，並依據每個位置座標的相對位置，校正該些影像擷取裝置330之間的相對位置及方向的資訊。

步驟S108：移動平台。於本步驟中，將平台310以X方向或Y方向或旋轉方式移動，使該校正片320也隨著平台310移動，但是平台310的移動範圍必需在影像擷取裝置330可拍攝校正片320的範圍內。

步驟S110：該些影像擷取裝置拍攝校正片上之多個圖形編碼式圖案，得到第二組座標資料。在本發明實施例中，有兩台影像擷取裝置330，所以可得到兩組位置座標，該兩組位置座標定義為第二組座標資料。

步驟S112：依據第一組座標資料及第二組座標資料校正該些影像擷取裝置與平台的相關資訊。於本步驟中，藉由第一組座標資料及第二組座標資料，校正該些影像擷取裝置330與該平台310的相對位置及方向關係或該平台310的運動狀態。

為了能確定平台310在移動時的狀態，會重覆步驟 S110~步驟S112，以校正該些影像擷取裝置330與平台310在不同的移動方向或不同的移動距離時所產生的誤差。

另一實施例中，若一開始影像擷取裝置330所拍到的影像已不會有影像的畸變、鏡頭像差及影像中心位置的偏差的產生，則直接進行步驟S102及步驟S106~步驟S112。

圖6a及圖6b為本發明第二實施例之校正片之應用方式示意圖。圖6a中的裝置為一種習知的貼合機台，該貼合機台400的平台可分為一第一平台410以及一第二平台420。該貼合機台400主要功能是將在第一平台410上的物件，藉由一轉軸440帶動該第一平台410，使該第一平台410上的物件貼合在第二平台420上的另一物件。或者是將第一平台410上的物件，藉由轉軸440帶動該第一平台410，使該第一平台410上的物件翻轉180度並放置在該第二平台420上。不管是兩物件的貼合或是物件的移動，都需要降低誤差的產生，因此可利用本發明的校正片及多個影像擷取裝置的位置判斷方法，以減少誤差。在貼合機台400的上方有四台影像擷取裝置，可分為第一組影像擷取裝置450及第二組影像擷取裝置460，第一組影像擷取裝置450包括第一影像擷取裝置451及第二影像擷取裝置452，第二組影像擷取裝置460包括第三影像擷取裝置461及第四影像擷取裝置462。

請同時參閱圖7以說明本發明的校正片在貼合機台的應用方式。

步驟S200：放置校正片在第一平台上，且校正片位於 第一組影像擷取裝置的觀測位置。請參閱圖6a，於本發明實施例中，校正片431放置在第一平台410上，並使第一組影像擷取裝置450可看到校正片431之正面上的多個校正圖案和一至數個圖形編碼式圖案，較佳地，第一組影像擷取裝置450可看到校正片431上九個校正圖案和至少一個圖形編碼式圖案。

步驟S202：第一組影像擷取裝置拍攝校正片之正面上的多個校正圖案及一至多個圖形編碼式圖案。本發明實施例中，先由第一組影像擷取裝置450拍攝該校正片431之正面，以得到校正資料及座標資料。

步驟S204：依據該些校正資料校正該些影像擷取裝置之影像的畸變、鏡頭像差及影像中心位置。本發明實施例中，第一影像擷取裝置451、第二影像擷取裝置452依據該些校正資料，校正第一及第二影像擷取裝置451、452所拍到的影像的畸變、鏡頭像差及影像中心位置。

步驟S206：利用已拍攝該校正片之正面上的一至多個圖形編碼式圖案，得到第一組座標資料。在本發明實施例中，第一組影像擷取裝置450藉由影像辨識的方法，可得知第一及第二影像擷取裝置451、452所拍攝校正片431上校正圖案的位置座標，因為有兩台影像擷取裝置，所以可得到兩組位置座標，該兩組位置座標定義為第一組座標資料。

步驟S208：依據第一組座標資料判斷第一組影像擷取裝置的相對位置，以校正第一組影像擷取裝置的相對位置 及方向的資訊。在本發明實施例中，計算兩組位置座標，就可得知第一影像擷取裝置451及第二影像擷取裝置452的相對位置，並依據每個位置座標的相對位置，校正第一及第二影像擷取裝置451、452之間的相對位置及方向的資訊。

步驟S210：位移校正片至第二平台上，且校正片位於第二組影像擷取裝置的觀測位置。在本發明實施例中，藉由轉軸440轉動該第一平台410，使該第一平台410上的校正片431翻轉180度並放置在該第二平台420上，因此第二組影像擷取裝置可拍攝校正片431的背面的圖形編碼式圖案。

校正片431的正面及背面都有校正圖案及圖形編碼式圖案，背面的校正圖案同樣以矩陣方式排列，背面的圖形編碼式圖案也同樣紀錄與該些圖形編碼式圖案相鄰的該些校正圖案之位置及方向的資訊，形成於底板背面的該些校正圖案及該些圖形編碼式圖案與形成於底板正面的該些校正圖案及該些圖形編碼式圖案有相對或一致性的關係。另一種實施例的校正片的底板可以是透明材質，因此只要有一個面上印有校正圖案及圖形編碼式圖案，在校正片的正面及背面都可觀察到校正圖案及圖形編碼式圖案。

步驟S212：第二組影像擷取裝置拍攝校正片之背面上的多個校正圖案及圖形編碼式圖案，利用所拍到的校正圖案校正影像的畸變、鏡頭像差及影像中心位置，並由圖形編碼式圖案得到第二組座標資料。請參閱圖6b，在本發明 實施例中，第三影像擷取裝置461及第四影像擷取裝置462拍攝校正片431的背面上的多個圖形編碼式圖案，再藉由影像辨識的方法，可得知第三及第四影像擷取裝置461、462拍攝校正片431的位置座標，因為有兩台影像擷取裝置，所以可得到兩組位置座標，該兩組位置座標定義為第二組座標資料。

步驟S214：依據第一組座標資料及第二組座標資料得到該些影像擷取裝置與平台的相關資訊。於本步驟中，藉由第一組座標資料及第二組座標資料，校正第一平台410上的校正片431翻轉180度並放置在該第二平台420上時產生的誤差，或者第一組影像擷取裝置450、第二組影像擷取裝置450與第一平台410在翻轉時的相對位置關係。

為了能確定第一平台410在翻轉時的狀態，會重覆步驟S110~步驟S112，以校正第一組及第二組影像擷取裝置450、460與校正片431在第一平台420翻轉時，所產生的誤差。

上述第二實施例所揭示的校正片係以沿水平軸翻轉180度的方式由第一平台410位移至第二平台420，惟本發明之應用並不以此為限，校正片亦可以平移或沿垂直軸轉動的方式由第一平台位移至第二平台。

綜上可知，本發明所述之校正片及應用該校正片的位置判斷方法具有下列之特點：

1.本發明的校正片同時具有校正圖案及圖形編碼式圖案，因此可同時對多個影像擷取裝置進行影像的畸變、鏡頭 像差及影像中心位置的校正，以及多個影像擷取裝置相對於校正片之座標關係位置及方向之影像校正程序。

2.簡化平台與影像擷取裝置之間的校正流程和提高校正後平台與影像擷取裝置之位置精度。

3.可提供平台在位移(平移或旋轉)時，平台與影像擷取裝置之相對關係，並予以校正。

4.本發明的校正片及用於多個影像擷取裝置的校正方法，可用於精密對位、定位與組裝需求之產業，如精密微組裝加工、觸控面板、IC電子接合等，提供其高精度之定位方式，降低各單元間控制的誤差，提昇產業的製程技術、生產速度及產品良率。

綜上所述，乃僅記載本發明為呈現解決問題所採用的技術手段之實施方式或實施例而已，並非用來限定本發明專利實施之範圍。即凡與本發明專利申請範圍文義相符，或依本發明專利範圍所做的均等變化與修飾，皆為本發明專利範圍所涵蓋。

100‧‧‧校正片

110‧‧‧底板

120‧‧‧校正圖案

130‧‧‧圖形編碼式圖案

200‧‧‧校正片

220‧‧‧校正圖案

221‧‧‧空心圓點

222‧‧‧實心圓點

230‧‧‧圖形編碼式圖案

231‧‧‧第一編碼圖案

232‧‧‧第二編碼圖案

233‧‧‧第三編碼圖案

234‧‧‧第四編碼圖案

310‧‧‧平台

320‧‧‧校正片

330‧‧‧影像擷取裝置

400‧‧‧貼合機台

410‧‧‧第一平台

420‧‧‧第二平台

431‧‧‧校正片

440‧‧‧轉軸

450‧‧‧第一組影像擷取裝置

451‧‧‧第一影像擷取裝置

452‧‧‧第二影像擷取裝置

460‧‧‧二組影像擷取裝置

461‧‧‧第三影像擷取裝置

462‧‧‧第四影像擷取裝置

S100~S112‧‧‧步驟

S200~S214‧‧‧步驟

圖1為本發明第一實施例之校正片示意圖；圖2a為本發明第二實施例之校正片示意圖；圖2b為圖2a中A處的放大圖；圖3a~圖3e為可用於本發明校正片之圖形編碼式圖案；圖4為本發明第一實施例之校正片之應用方式示意圖；圖5為本發明第一實施例之用於多個影像擷取裝置的校正 方法流程圖；圖6a及圖6b為本發明第二實施例之校正片之應用方式示意圖；以及圖7為本發明第二實施例之用於多個影像擷取裝置的校正方法流程圖。

100‧‧‧校正片

110‧‧‧底板

120‧‧‧校正圖案

130‧‧‧圖形編碼式圖案

Claims (13)

1. 一種用於校正多個影像擷取裝置的校正片，包括：一底板，具有一正面及一背面；多個校正圖案，形成在該底板之正面，該些校正圖案呈規律性的方式排列，其中該些校正圖案用以校正該些影像擷取裝置之影像的畸變、鏡頭像差及影像中心位置的校正；以及多個圖形編碼式圖案，形成在該底板之正面，且該些圖形編碼式圖案都不相同，其中該些圖形編碼式圖案散布在相鄰的該些校正圖案之間，且該每一圖形編碼式圖案與該任一校正圖案相鄰。
2. 根據申請專利範圍第1項所述之校正片，其中該些圖形編碼式圖案紀錄與該些圖形編碼式圖案相鄰的該些校正圖案之位置及方向。
3. 根據申請專利範圍第1項所述之校正片，其中：該些校正圖案亦形成在該底板之背面；以及該些圖形編碼式圖案亦形成在該底板之背面；其中，形成於底板背面的該些校正圖案及該些圖形編碼式圖案與形成於底板正面的該些校正圖案及該些圖形編碼式圖案有相對或一致性的關係。
4. 根據申請專利範圍第1項所述之校正片，其中該些圖形編碼式圖案為一維條碼、二維條碼、數字、文字、符號之可辨識圖形或其組合。
5. 根據申請專利範圍第1項所述之校正片，其中該圖形編 碼式圖案包括一第一編碼圖案、一第二編碼圖案及一第三編碼圖案，該第一編碼圖案代表象限位置，該第二編碼圖案代表橫軸位置，且該第三編碼圖案代表縱軸位置。
6. 根據申請專利範圍第5項所述之校正片，其中該圖形編碼式圖案更包括一第四編碼圖案，其代表擴充狀態，該擴充狀態是指當該第二編碼圖案或第三編碼圖案的圖形在該校正片上已不夠使用表達該些校正圖案的位置及方向時，藉由該第四編碼圖案進行位置的分組。
7. 一種用於多個影像擷取裝置的校正方法，包括下列步驟：放置一校正片在一平台上，且該校正片位在該些影像擷取裝置的觀測位置，其中該校正片為根據申請專利範圍第1項所述之校正片；該些影像擷取裝置拍攝該校正片上之多個圖形編碼式圖案，得到一第一組座標資料；以及依據該第一組座標資料判斷該些影像擷取裝置的相對位置，以校正該些影像擷取裝置之間的相對位置及方向的資訊。
8. 根據申請專利範圍第7項所述之校正方法，更包括下列步驟：該每一影像擷取裝置拍攝該校正片上之多個校正圖案，得到多個對應該影像擷取裝置之校正資料；以及依據該些校正資料以校正該些影像擷取裝置之影 像的畸變、鏡頭像差及影像中心位置。
9. 根據申請專利範圍第7項所述之校正方法，其中該每一影像擷取裝置拍攝該校正片上之九個校正圖案。
10. 根據申請專利範圍第7項所述之校正方法，更包括下列步驟：移動該平台；該些影像擷取裝置拍攝該校正片上之該些圖形編碼式圖案，得到一第二組座標資料；以及依據該第一組座標資料及該第二組座標資料校正該些影像擷取裝置與該平台的相關資訊。
11. 根據申請專利範圍第10項所述之校正方法，其中該些影像擷取裝置與該平台的相關資訊包括：該些影像擷取裝置與該平台的相對位置關係或該平台的運動狀態。
12. 一種用於多個影像擷取裝置的校正方法，包括下列步驟：放置一校正片在一第一平台上，且該校正片位於一第一組影像擷取裝置的觀測位置，其中該校正片為根據申請專利範圍第1項所述之校正片；該第一組影像擷取裝置拍攝該校正片上之多個圖形編碼式圖案，得到一第一組座標資料；依據該第一組座標資料判斷該第一組影像擷取裝置的相對位置，以校正第一組影像擷取裝置的相對位置及方向的資訊；位移該校正片至一第二平台上，且該校正片位於第 二組影像擷取裝置的觀測位置；一第二組影像擷取裝置拍攝該校正片之多個圖形編碼式圖案，得到一第二組座標資料；以及依據該第一組座標資料及該第二組座標資料校正該第一組影像擷取裝置、該第二組影像擷取裝置及該平台的相關資訊。
13. 根據申請專利範圍第12項所述之校正方法，其中該校正片係以平移或轉動的方式由第一平台位移至第二平台。