TWI595428B - 特徵點匹配方法 - Google Patents

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呂尚杰
謝伯璜
江博通
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Description

特徵點匹配方法
一種特徵點匹配方法，尤其是一種應用於影像偵測的方法。
隨著自動化的發展，近年工業已利用機械手臂，達到工廠自動化的目的，但大部份的應用仍侷限於重複處理固定的工作，而這些工作須事先規劃，再由一位具有經驗的操作員操作一教導器，以教導機械手臂沿著固定軌道往復移動。
然而於小型化、多樣少量生產型態的電子產業中，用於該產業的機械手臂將需要較多的時間於教導上，並需要很多的夾治具針對多種不同的物件，無形中導致成本提升。
故近年用於自動化生產的機械手機會結合攝影裝置，舉例而言，如固定式的單CCD(Charge-coupled Device)、Eye-in-Hand的CCD以及立體視覺模組，藉由攝影裝置提升機械手臂對工件姿態辨識能力與抓取能力，以縮短換線時間與減少治具的製作成本。
然於視覺引導的機械手臂(Vision Guided Robot，VGR)系統中，所有導引任務皆要以物件的影像之特徵點為基礎，以進行判斷與位置估測，故透過攝影裝置取得特徵點的技術就有可討論的空間。
於一實施例中，本發明提供一種特徵點匹配方法，其包含有：於至少一物件的影像取得一特徵點；取得一特徵點的位置Pn；取得對應Pn之特徵點的位置Pn’；判斷是否門檻值大於偏移量；若是，則取得特徵點。
以下係藉由特定的具體實施例說明本發明之實施方式，所屬技術領域中具有通常知識者可由本說明書所揭示之內容，輕易地瞭解本發明。
請配合參考圖1所示，一種特徵點匹配裝置之一實施例，其具有一承接單元10、一影像擷取裝置20與一中央處理單元30。
承接單元10具有至少一光源100與一承盤101，光源100係設於承盤101的外緣，承盤101係能夠相對於光源100呈一軸向移動，舉例而言，該軸向移動為縱軸移動，光源100能夠為發光二極體。
影像擷取裝置20具有至少一影像擷取裝置200、至少一第一移動單元201、至少一第二取像裝置202與至少一第二移動單元203。
第一移動單元201係設於承接單元10的上方。
第一取像裝置200係設於第一移動單元201，第一取項裝置200相對於承接單元10具有一第一視角，若第一取 像裝置200為可移動地，則第一取像裝置200係不同的位置於一物件40擷取多個特徵點位置Pn(如後所述)，假設第一取像裝置200為不可移動地，承盤101係呈一軸向移動，第一取像裝置200係不同的位置於物件40擷取多個特徵點位置Pn。
第二移動單元203係設於承接單元10的上方，舉例而言，第二移動單元203與第一移動單元201能夠為一線性滑軌與一滑塊之組合，或者一滾珠螺桿與一支撐座之組合。
第二取像裝置202係設於第二移動單元203，第二取項裝置202相對於承接單元10具有一第一視角，舉例而言，第二視角與第一視角能夠為0至180度，如15、25、30、35、40、45、50、60、70、80、90、95、100、110、120、130、140、150、160、170或175度，第二取像裝置202與第一取像裝置201能夠為一CCD(Charge-coupled Device)或一CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)。
若第二取像裝置202為可移動地，則第二取像裝置203係不同的位置於一物件40擷取多個特徵點位置Pn(如後所述)，假設第二取像裝置202為不可移動地，承盤101係呈一軸向移動，第二取像裝置202係不同的位置於物件40擷取多個特徵點位置Pn’。
中央處理單元30係分別電性連接影像擷取裝置20與承接單元10，中央處理單元30具有至少一輸出埠300，舉例而言，輸出埠300能夠為USB(Universal Serial Bus)、IEEE1394a或IEEE1394b。
另外，中央處理單元30係控制第一移動單元201、第二移動單元203與承盤101之作動，並且接收第二取像裝置202與第一取像裝置201所擷取之物件40的影像。
請配合參考圖二所示，特徵點匹配裝置之另一實施例，於圖2之承接單元10、光源100、一承盤101、第一取像裝置200、第二取像裝置203、中央處理單元30與輸出埠300係沿用圖1，故元件符號沿用。
於本實施例中，影像擷取裝置20A之第一移動單元201A與第二移動單元203A係分別變更為一機械手臂，第一取像裝置200與第二取像裝置203係設於機械手臂的自由端。
第一移動單元201A與第二移動單元203A係分別使第一取像裝置200與第二取像裝置203能夠縱向或橫向移動。
請配合參考圖3所示，本發明係一種特徵點匹配方法，其包含有：
S1：取得特徵點。
於至少一物件40的影像取得一特徵點，舉例而言，該物件40能夠為薄形物件。
請再配合參考圖1與圖2所示，至少一物件40係位於承盤101，光源100係以一水平方向將一亮光投射至物件40表面，而使物件40的表面形成有複數個連續的明亮點與複數個連續的陰暗點，明亮點或陰暗點可視為特徵點，承盤101係適時軸向移動，以突顯特徵點，舉例而言，特徵點的取得係利用一角偵測(Conrner Detection)或一人工方式指定，以取得物件40輪廓中作為影像點匹配之位 置，該影像點係為特徵點，若以角偵測進行說明，物件40的表面具有明亮點與複數個連續的陰暗點，該些明亮點或陰暗點可視為特徵點，假如進一步說明，物件40的中心相較於明亮點為陰暗，故該中心可被視為一角點，明亮點可視為特徵點。
S2：設定一匹配尺寸。
該匹配尺寸為像數(pixle)，其係應用後述之第一取像裝置200與第二取像裝置203所擷取之物件40影像。
S3：取得一特徵點的位置Pn。
第一取像裝置200於第一視角取得一特徵點的位置Pn，Pn為物件40影像的特徵點之位置，n為一常數，如0、1、2、3、4、5、6至n。
S4：取得對應Pn之特徵點的位置Pn’。
第二取像裝置202於第二視角取得特徵點的位置Pn’，Pn’為Pn於第一視角的影像之對應位置。
S5：取得對應Pn’之特徵點的位置Pn”。
第一取像裝置200相對Pn’於反向搜尋影像，並於第一視角取得特徵點的位置Pn”，Pn”為Pn’於第一視角的影像之對應位置。
S6：判斷是否門檻值大於偏移量(△Xn>Xn)，偏移量為Xn，Xn=Pn”-Pn’，門檻值為△Xn，△Xn=Xn-1-Xn，並且上述之特徵點位置的搜尋與判斷係由中央處理單元30處理，或藉由輸出埠300的輸出，以使另一運算單元進行演算，而取得特徵點位置與前述之判斷。
若否，則進行縮減匹配尺寸(S7)，即縮小像素，於像 素小後，再進行S3。
若是，則取得特徵點(S8)，則進行一立體視覺測距(S9)，第一取像裝置201與第二取像裝置203係擷取上述特徵點，並將第一取像裝置201所擷取到之特徵點與第二取像裝置203所擷取到之特徵點座標代入一第一光束交會共線函式及一第二光束交會共線函式中，以計算出物件40之立體空間座標，其詳述係可見於中華民國專利申請第099107942號。
綜合上述，本發明係針對一影像，以取得其特徵點位置，再針對特徵點位置進行影像中二特徵點匹配，於影像匹配成功後，利用結果對影像進行一反向匹配，以取得兩次匹配果之偏移量，該偏移量為一位置偏移量，若偏移量小於門檻值，所搜尋的尺寸為一較佳尺寸，故可取得特徵匹配精度，以克服視角差異造成影像特徵變形。
惟以上所述之具體實施例，僅係用於例釋本發明，而非用於限定本發明之可實施範疇，於未脫離本發明上揭之精神與技術範疇下，任何運用本發明所揭示內容而完成之等效改變及修飾，均仍應為下述之申請專利範圍所涵蓋。
10‧‧‧承接單元
100‧‧‧光源
101‧‧‧承盤
20‧‧‧影像擷取裝置
200‧‧‧影像擷取裝置
201‧‧‧第一移動單元
202‧‧‧第二取像裝置
203‧‧‧第二移動單元
30‧‧‧中央處理單元
300‧‧‧輸出埠
201A‧‧‧第一移動單元
203A‧‧‧第二移動單元
S1~S9‧‧‧步驟
圖1為一種特徵點匹配裝置之一實施例之示意圖。
圖2為特徵點匹配裝置之另一實施例之示意圖。
圖3為本發明之一種特徵點匹配方法之流程示意圖。
S1~S9‧‧‧步驟

Claims (8)

  1. 一種特徵點匹配方法，其係使用一特徵點匹配裝置，該特徵點匹配方法包含有：於至少一物件的影像取得一特徵點；設定一匹配尺寸；取得一特徵點的位置Pn；取得對應Pn之特徵點的位置Pn’；判斷是否門檻值大於偏移量；若是，則取得特徵點；若否，則進行縮減該匹配尺寸，再進行取得一特徵點的位置Pn。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之特徵點匹配方法，其中該特徵點的取得係利用一角偵測或一人工方式指定。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之特徵點匹配方法，其中該匹配尺寸為像數。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之特徵點匹配方法，其中一第一取像裝置於一第一視角取得一特徵點的位置Pn，Pn為一物件影像的特徵點之位置。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之特徵點匹配方法，其中一第二取像裝置於一第二視角取得特徵點的位置Pn’，Pn’為Pn於第一視角的影像之對應位置。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之特徵點匹配方法，其中該第一取像裝置相對Pn’於反向搜尋影像，並於該第一視角取得特徵點的位置Pn”，Pn”為Pn’於該第一視角的影像之對應位置。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之特徵點匹配方法，其中若 取得特徵點，則進行一立體視覺測距。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之特徵點匹配方法，其中該偏移量為Xn，Xn=Pn”-Pn’，該門檻值為△Xn，△Xn=Xn-1-Xn。
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