[發(fā)明專(zhuān)利]用于光學(xué)掃描表面區(qū)域內(nèi)或上的邊緣的方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201180046030.0
• 申請(qǐng)日: 2011-09-16
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103370598A
• 公開(kāi)（公告）日: 2013-10-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: U·內(nèi)澤;M·比希納
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 卡爾.馬爾控股有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): G01B11/02
• 分類(lèi)號(hào): G01B11/02
• 代理公司: 中國(guó)專(zhuān)利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 丁永凡;盧江

本發(fā)明涉及一種用于光學(xué)測(cè)量或掃描一個(gè)位于表面區(qū)域內(nèi)的或構(gòu)成目標(biāo)表面區(qū)域邊界的邊緣的方法。為此，通過(guò)一臺(tái)攝像機(jī)對(duì)包含至少兩個(gè)與邊緣交界的子表面的所關(guān)注的表面區(qū)域照相拍攝。隨后能夠以一張或多張照片為基礎(chǔ)借助至少一個(gè)邊緣定位準(zhǔn)則確定邊緣方位，進(jìn)而查明邊緣的位置。

例如，從DE?102?15?135?A1中已知一種邊緣的測(cè)量方法。在那里，為了能夠獲得最佳的測(cè)量結(jié)果，自動(dòng)地測(cè)定圖像影響量的控制信息。輔助參數(shù)是從一個(gè)被測(cè)量的工件的圖像信息中獲得并且再?gòu)倪@些輔助參數(shù)中推導(dǎo)控制信息。首先，根據(jù)一個(gè)或多個(gè)影響量確定至少兩個(gè)輔助參數(shù)的變化。例如，對(duì)比度，均質(zhì)性，亮度和/或上升程度可以用作輔助參數(shù)。其中，以下述的方式確定輔助參數(shù)的變化，即，在最佳的情況下，全部的變化具有一個(gè)最大值或一個(gè)最小值。隨后，對(duì)輔助參數(shù)的各個(gè)變化加權(quán)求和，求得一個(gè)總變化。加權(quán)因數(shù)可以，例如，試驗(yàn)性地確定。最后，在總變化的極限值所處的位置把影響量的值確定為影響量的控制信息。通過(guò)這種方法可以在拍攝圖像時(shí)和進(jìn)而在測(cè)定邊緣時(shí)優(yōu)化測(cè)量設(shè)置。在確定邊緣，可以加權(quán)相加多個(gè)不同的邊緣定位準(zhǔn)則，例如，一個(gè)閾值準(zhǔn)則和一個(gè)微分準(zhǔn)則，以便能夠改善確定邊緣的位置。

此外，從DE?102?37?426?A1中已知一種工件的透射光測(cè)量法。在其中，為了能夠在透射光中精確地確定工件的輪廓，以?xún)?yōu)化探測(cè)特性為目的根據(jù)一個(gè)控制準(zhǔn)則控制攝像機(jī)的探測(cè)特性。例如，改變曝光時(shí)間，圖像處理傳感器和/或傳感器偏移量的信號(hào)放大。通過(guò)與工件輪廓的額定-灰度值變化進(jìn)行比較而從中推導(dǎo)出控制準(zhǔn)則。

在DE?10?2007?003?060?A1中提出，在進(jìn)行邊緣探測(cè)時(shí)確定測(cè)量點(diǎn)的品質(zhì)。借助品質(zhì)函數(shù)從灰度值的沿測(cè)量線的變化中估算像素值。灰度值變化通過(guò)品質(zhì)被加權(quán)處理并用于計(jì)算邊緣方位。

在DE?10?2004?033?526?A1中描述了一種用于分析至少能夠局部地反射的表面區(qū)域的方法和裝置。這種方法的核心在于，通過(guò)使用結(jié)構(gòu)中的組件的運(yùn)動(dòng)來(lái)測(cè)量被測(cè)目標(biāo)的表面和形狀。其中，充分利用當(dāng)攝像機(jī)與目標(biāo)表面之間的相對(duì)位置或定位發(fā)生變化時(shí)，目標(biāo)表面反射的圖案也會(huì)發(fā)生變化這種效果。可以在一個(gè)控制單元內(nèi)分析處理這種圖案上的變化。

此外，US?49?12?336還描述了一種用于探測(cè)表面形狀的裝置。在其中，按順序激活點(diǎn)狀的光源并相應(yīng)地拍攝由目標(biāo)表面反射的圖像。這種裝置適用于不同的表面反射特性。無(wú)論是對(duì)于像鏡面一樣定向反射的表面還是對(duì)于具有漫反射特性的表面，以及混合型表面，這種裝置都適用。對(duì)于每個(gè)被測(cè)量的圖像亮度，定向反射的組件通過(guò)一種提取算法與漫射反射的組件分開(kāi)，以便能夠從中計(jì)算表面方向。

到目前為止，盡管采取了不同的優(yōu)化措施，例如，在調(diào)整參數(shù)方面，仍然很難準(zhǔn)確地在圖像中識(shí)別一個(gè)邊緣的位置。因此，為了在進(jìn)行光學(xué)掃描邊緣時(shí)獲得更好的結(jié)果，在圖像處理時(shí)也經(jīng)常把濾波器應(yīng)用于拍攝的圖像。

基于上述的現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的技術(shù)問(wèn)題在于提出一種特別簡(jiǎn)單的方法，在所述方法中可以通過(guò)光學(xué)掃描亞像素精確地確定一個(gè)邊緣的位置。

所述技術(shù)問(wèn)題通過(guò)具有權(quán)利要求1所述特征的方法解決。

所述方法的核心在于，像素精確地測(cè)定所關(guān)注的目標(biāo)表面區(qū)域的反射系數(shù)和通過(guò)至少一個(gè)熟知的邊緣定位準(zhǔn)則光學(xué)掃描邊緣。為此，按先后順序在不同的照射狀態(tài)，例如，通過(guò)不同的光源組或從不同的照射方向照射表面區(qū)域和在不同的照射狀態(tài)下拍攝一個(gè)包含多個(gè)圖像的圖像序列。例如，這可通過(guò)由多個(gè)光源形成的照射方向進(jìn)行，其中，每次只使用一組光源或一組選定的光源用于改變強(qiáng)度。可以將一個(gè)光源分配給多個(gè)光源組。但是不存在兩個(gè)完全一致的光源組。作為選擇，也可以設(shè)置至少一個(gè)可定位的，可移動(dòng)的光源組，其位置可以不斷變化。在從一個(gè)照射方向照射期間，拍攝一個(gè)包含多個(gè)圖像的圖像序列。當(dāng)從一個(gè)選定的照射方向照射目標(biāo)表面區(qū)域時(shí)，通過(guò)這種方法產(chǎn)生一個(gè)包含多個(gè)圖像的圖像序列或一疊圖像。一個(gè)圖像序列的每個(gè)圖像是分別在不同的光照強(qiáng)度下拍攝。例如，圖像與圖像之間的光照強(qiáng)度是逐步地增強(qiáng)。尤其是，一個(gè)圖像序列的各圖像之間的光照強(qiáng)度差是一致的。優(yōu)選，在拍攝圖像序列期間，攝像機(jī)與目標(biāo)表面之間的相對(duì)位置保持不變。

借助每個(gè)圖像序列的圖像確定一個(gè)局部分辨的反射圖像。這尤其是通過(guò)下述方式進(jìn)行，即，以圖像序列的圖像為基礎(chǔ)，根據(jù)光照強(qiáng)度為每個(gè)像素確定一個(gè)光量參數(shù)的變化曲線(Verlauf)。所述光量參數(shù)說(shuō)明攝像機(jī)為相應(yīng)所屬的像素接收的光量。例如，一個(gè)像素的灰度值可以作為光量參數(shù)。

優(yōu)選，只有滿足至少一個(gè)給定的選擇標(biāo)準(zhǔn)的光量參數(shù)才用于形成與強(qiáng)度相關(guān)的變化。尤其是可以使用下述的一個(gè)或多個(gè)條件作為選擇標(biāo)準(zhǔn)：