[發明專利]獲得具有用于增強邊緣分辨率的偏移的圖像的系統和方法

有效

• 申請號: 201410249670.7
• 申請日: 2014-04-04
• 公開（公告）號: CN104101295B
• 公開（公告）日: 2017-04-12
• 發明（設計）人: P·G·格拉德尼克
• 申請（專利權）人: 株式會社三豐
• 主分類號: G01B11/00
• 分類號: G01B11/00;G06T7/00
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務所11105
• 代理人: 王穎

技術領域

本發明涉及獲得圖像的系統和方法，尤其涉及獲取要用于在工件上進行測量操作的多幅圖像的機器視覺檢測系統及方法。

背景技術

精密機器視覺檢測系統(或者簡稱為“視覺系統”)可用于獲得被檢測對象的精確的尺寸測量，并且用于檢測多種其它對象特性。這種系統可以包括計算機、相機和光學系統以及可沿多個方向移動以允許相機掃描正被檢測的工件的特征的精密工作臺。一種示例性的商業上可購買的現有技術系統是可購自位于Aurora?IL的Mitutoyo?America?Corporation(MAC)的QUICK基于PC的視覺系統系列和軟件。例如在2003年1月出版的QVPAK?3D?CNC視覺測量機器用戶指南和1996年9月出版的QVPAK3D?CNC視覺測量機器操作指南中概括描述了QUICK視覺系統系列和軟件的特征和操作，其每個通過引用的方式將其全部并入本文。例如，以QV-302?Pro型號為例，該產品能使用顯微鏡型光學系統，從而以不同的放大倍率提供工件圖像，并在必要時移動工作臺，以超出任何單視頻圖像的限制來橫越工件表面。給出這種系統的所需放大倍率、測量分辨率、和物理尺寸限制，單視頻圖像一般僅包含正在被觀察或被檢測的工件的一部分。

圖像獲取可以在利用相機和工件臺之間的相對運動的同時進行，由此顯著地增加檢測生產率。這種系統有利于包括閃光燈照明，以有助于連續運動期間圖像的獲取，而不會弄臟(或模糊)圖像。可以用于不同機器視覺系統的利用連續運動操作獲取圖像的一種示例性方法在美國專利US7,499,584中描述，該專利以引用的方式將其全部并入文本。

通用精密機器視覺檢測系統(諸如QUICK?VISION^TM系統)通常也是可編程的，以提供自動視頻檢測。美國專利US6,542,180(′180專利)教導了這種自動視頻檢測的多個方面并且通過引用的方式將其全部并入本文。正如′180專利中所教導的，自動視覺檢測計量儀器通常具有編程能力，其允許用戶對每個特定的工件配置定義自動檢測事件序列。這可以通過例如基于文本的編程，或者通過(由存儲與用戶借助圖形用戶界面執行的檢測操作的序列相應的機器控制指令的序列)逐漸“學習”檢測事件序列的記錄模式，或者通過這兩種方法的組合來實現。這種記錄模式通常稱作“學習模式”或“訓練模式”或“記錄模式”。一旦在“學習模式”中定義了檢測事件序列，那么在“運行模式”期間可使用該序列以自動獲取(并且附加地分析或檢測)工件的圖像。

包括特定檢測事件序列的機器控制指令(即，如何獲取每個圖像，以及如何分析/檢測每個所獲取的圖像)通常存儲為對于特定工件配置專門的“部件程序”或“工件程序”。例如，部件程序定義如何獲取每個圖像，諸如如何相對于工件定位相機，處于何種照明級別，以及何種放大倍率級別等。另外，部件程序定義了例如如何通過使用一個或多個諸如邊緣/邊界探測視頻工具的視頻工具分析/檢測所獲取的圖像。

可以手動使用視頻工具(或者簡稱為“工具”)和其它圖形用戶界面特征，以完成手動檢測和/或機器控制操作(在“手動模式”下)。它們的設置參數和操作也可以在學習模式期間被記錄，以便創建自動檢測程序或者“部件程序”。視頻工具例如可以包括邊緣/邊界探測工具、自動聚焦工具、形狀或圖案匹配工具、尺寸測量工具等。

用于獲取邊緣特征的圖像的部件程序一般指定了放大倍率的級別。當選擇放大倍率的級別時，可以考慮多種折衷方案。例如，更高的放大倍率的級別可以提供更高的分辨率，但是除了對于放大元件要求更昂貴的硬件以外，還會相對于總體工件具有更小的視場，并且可能導致更大的畸變。更低的放大倍率的級別可以提供更大的視場和更小的畸變，以及更低的成本，但是不能提供所需級別的分辨率以及對于某些應用的相應的準確度。在一些這種情況下，對象的圖像的分辨率受到相機探測器中像素間距的限制，這是因為在對象上的空間取樣由像素間距和放大倍率來確定。已知解決這種情況的一種方法，該方法獲取相對于彼此步進或偏移已知子像素增量的多幅圖像，然后組合多組圖像數據以有效地增加對象上的圖像取樣密度。然而，在一些情況下，這種方法太復雜以致于不能被相對不熟練的用戶理解和實現，或者太慢而在許多工業環境和/或應用中不實用。一些現有技術系統已經提出了一種相機或光學部件的抖動運動，以便“自動地”提供所需偏移。然而，這種方法在機械上是復雜的，并且可能引入與精密檢測容差不相容的振動和/或不可重復性。希望一種改進的方法和系統，其允許由相對不熟練的用戶得到所需級別的分辨率和準確度，同時利用了相對不昂貴的系統(例如現有系統)和較低的級別的放大倍率。