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專利名稱：從由機器視覺檢查系統(tǒng)執(zhí)行的檢查操作中排除無關(guān)特征的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明主要涉及機器視覺檢查系統(tǒng)，尤其涉及一種從檢查操作中排除無關(guān)特征的系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
精確的機器視覺檢查系統(tǒng)可以用來獲得被檢測物體的精確的尺寸測量以及用來檢查各種其它的物體特征。這種系統(tǒng)可以包括計算機，用戶接口，照明系統(tǒng)，攝像機和光學(xué)系統(tǒng)，以及在多個方向上可移動的精密載物臺，以允許操作者定位攝像機來成像工件的各種特征。在其它事物中，用戶界面主要包括在檢查圖像上可定位的各種圖像工具。這樣，機器視覺檢查系統(tǒng)的用戶可以定位并操作視頻工具來執(zhí)行可用于各種控制和檢查操作的圖像處理操作，而其可以具有很少或者不具有圖像處理知識。一種具有這些特征的典型的現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)是商業(yè)上可以獲得的QUICK VISIONTM系列視覺檢查機器并且可以從位于伊利諾伊州(Aurora，IL)的Mitutoyo America Corporation(MAC)獲得的QVPAKTM軟件，該現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)表征為通用“離線”精確視覺系統(tǒng)的類型，。包括用戶接口和各種圖象工具QUICK VISIONTM系列的視覺檢查機器的特征和操作以及QVPAKTM軟件主要描述在例如，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QVPAK 3D CNC視覺檢測機器操作指南中，這兩個指南均在此全部引入作為參考。例如，作為例子的QV-302Pro型產(chǎn)品應(yīng)用了顯微鏡型光學(xué)系統(tǒng)來提供在各種放大倍率下工件的圖像，并且包括所有上面概述的特征。
這種通用“離線”精密視覺系統(tǒng)特征在于它們的多功能性，它們?yōu)橛脩艋蛘咦詣映绦蛱峁┝搜杆俑淖兯麄兊呐渲煤统上駞?shù)的能力，使得可以在各種類型的物體或者檢查工件，或者一個單獨工件的不同方位執(zhí)行多種類的檢查任務(wù)。
通用精密機器視覺檢查系統(tǒng)，例如QUICK VISIONTM系統(tǒng)，通常還是可編程的，并且可操作的提供自動視頻檢查。通常希望的是，這種系統(tǒng)包括簡化這種系統(tǒng)的編程和操作的特征和工具，以致于操作和編程可以由“非專家”操作者可靠的執(zhí)行。
自動視頻檢查計量儀器通常具有編程能力，這使得對于每一個特定的工件結(jié)構(gòu)由用戶定義自動檢查事件序列。編程能力典型地還提供存儲和/或輸出各種檢查操作結(jié)果的能力。這種編程可以以預(yù)置的方式執(zhí)行，例如文本編程，或者通過記錄模式執(zhí)行，記錄模式是通過存儲相應(yīng)于由用戶執(zhí)行的檢查操作序列的機器控制指令來逐漸的“學(xué)習(xí)”檢查事件序列，或者通過兩種方法的結(jié)合來執(zhí)行。這種記錄方式經(jīng)常被稱為“學(xué)習(xí)模式”或者“訓(xùn)練模式”。
在任何一個技術(shù)中，機器控制指令通常作為部件加工程序存儲，該部件加工程序?qū)τ谔囟ǖ墓ぜY(jié)構(gòu)是特有的。這種利用指令生成部件加工程序的能力提供了幾個益處，包括增強的檢查可重復(fù)性，以及在多個可兼容的機器視覺檢查系統(tǒng)和/或多次自動執(zhí)行相同部件加工程序的能力，該部件加工程序在操作的“運行模式”期間自動執(zhí)行檢查操作的預(yù)定序列。
上述的典型的QUICKⅥSIONTM系統(tǒng)以及許多其它商業(yè)上可獲得的通用“離線”視覺系統(tǒng)，典型地采用傳統(tǒng)的基于PC的圖像采集附件或組件和傳統(tǒng)的基于PC的計算機操作系統(tǒng)，例如Windows操作系統(tǒng)，來提供它們的操作方法，包括在自動聚焦操作序列中的它們的操作方法。
在機器視覺系統(tǒng)中，“掩蔽現(xiàn)象(occlusion)”類問題有時出現(xiàn)，也就是，前景物體干擾背景物體的觀察或檢查的狀況。掩蔽現(xiàn)象問題通常并未由檢查和測量工件的通用機器視覺系統(tǒng)所提出。以前并沒有容易地可編程的替換方案。通常，用戶必須利用人的判斷仔細的量尺寸和放置工具來避免掩蔽物體和/或陰影。在這種情況下，當(dāng)檢查具有前景和背景特征的圖像時，例如邊緣特征，在圖像中緊鄰位置，各種工件之間結(jié)構(gòu)上最細微的變化，或者照明和陰影，都將使得經(jīng)小心定位和訓(xùn)練的工具失效或提供錯誤的結(jié)果。
可選擇的，專家們已經(jīng)設(shè)計了各種常規(guī)設(shè)計的圖象濾波處理來去除不必要的圖像特征。然而，這種濾波處理也濾掉了期望的圖像特征，這在某種程度上改變了它的特征。在許多情況下，這是不和需要的，尤其對于用來檢查工件的各種精密計量操作。
作為另一個選擇，各種常規(guī)設(shè)計的區(qū)域或邊界“生長”和“連接”處理已經(jīng)被用來“重建”背景物體特征。然而，這種方法執(zhí)行很耗時，并且需要相當(dāng)多的知識。此外，這種方法實際創(chuàng)造了人造的特征，而并沒有實際增加在圖像中可獲得的“真實”的信息。因此，這種方法引入了風(fēng)險，其中這種風(fēng)險為特定檢查操作可能返回主要基于人造特征，而不是基于所了解的真實并且有效的原始圖像部分的結(jié)果。前面描述的所有方法為質(zhì)量控制和檢查操作提供了差的基礎(chǔ)，尤其在目的是提供可靠操作和為相對無經(jīng)驗的操作者提供相對簡單的編程環(huán)境的通用機器視覺檢查系統(tǒng)中。
本發(fā)明把注意力貫注在克服上述和其它缺點的系統(tǒng)和方法上。更具體的，本發(fā)明把注意力貫注在從由機器視覺檢查系統(tǒng)執(zhí)行的檢查操作中排除無關(guān)特征的系統(tǒng)和方法上。
發(fā)明概述本發(fā)明把注意力貫注在對于機器視覺計量和檢查系統(tǒng)的系統(tǒng)和方法上，其為了從機器視覺系統(tǒng)的各種檢查操作和控制操作中排除無關(guān)圖像特征。
當(dāng)例如平板顯示屏幕掩膜的屏幕網(wǎng)格的一個柵格在圖像中作為前景物體被看到時，就出現(xiàn)了無關(guān)圖像特征的一個例子。在這種情況下，柵格可以掩蔽待檢查的背景物體或圖像。當(dāng)前景物體例如柵格掩蔽背景物體時，在圖像中產(chǎn)生常見(frequently)的強“邊緣”。然而，這些邊緣經(jīng)常不被認為屬于背景物體的特征。也許，它們可能是被認為是屬于前景物體的特征。然而，也存在一種很大的可能性，即把陰影的邊緣作為物體的布置和照明的人造因素引入到背景物體上。人們可以迅速辨別出這個。然而，對于機器來說是不容易的。由于真實的背景物體特征和很強的前景物體或陰影邊緣可能在圖像中緊密鄰近，因此難于從試圖測量背景物體真實特征的操作中排除前景物體或陰影邊緣。
本發(fā)明的多個實施例的一個方面是沒有濾波或者其它圖像修正被執(zhí)行在需檢查特征的區(qū)域中“非排除”原始圖像數(shù)據(jù)上。本發(fā)明的多個實施例的另一個方面在于，與由機器視覺系統(tǒng)的用戶接口提供的視頻工具相關(guān)的感興趣區(qū)域可能包含一個或多個需檢查的特征區(qū)域，以及具有排除數(shù)據(jù)的區(qū)域，使得視頻工具容易使用并且堅強的抵制在需檢查特征和無關(guān)圖像特征之間的間隔中的合理預(yù)期的變化。
在本發(fā)明的多個實施例中，無關(guān)圖像排除操作集中在定義機器視覺系統(tǒng)操作的感興趣區(qū)域，以致于機器視覺系統(tǒng)的特征測量或表征化操作操作相似，無論在相關(guān)的感興趣區(qū)域是否存在排除數(shù)據(jù)。當(dāng)機器視覺系統(tǒng)運行在對于重復(fù)的自動工件檢查有用的用來生成零件加工程序的學(xué)習(xí)或訓(xùn)練模式時，各種用戶接口特征和方法被提供來執(zhí)行和利用無關(guān)圖像特征排除操作。當(dāng)檢查平板顯示器，或者在其生產(chǎn)中采用的組成圖案的屏幕印刷掩膜時，其中經(jīng)常有需檢查的掩蔽特征，本發(fā)明是有特別有用的。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，該系統(tǒng)通過多種方法的任何一種識別無關(guān)圖像特征像素，并且在一個實施例中從由計量和分析工具執(zhí)行的操作中排除這些像素。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，工具的感興趣區(qū)域可以被定位而無需考慮無關(guān)圖像特征(也就是，因為將從分析中排除無關(guān)圖像特征像素)。這也就是，例如，感興趣區(qū)域可以橫跨無關(guān)圖像特征和一個或多個有效邊緣部分。這大大簡化了對于這種應(yīng)用的工具使用。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，系統(tǒng)在包含無關(guān)圖像特征之外的有效圖像數(shù)據(jù)的圖像部分上不執(zhí)行信息變更形態(tài)學(xué)的操作。這樣就在其最完整形式中保存了原始工件信息。在一個實施例中，無關(guān)圖像特征定位操作并不同時改變“非無關(guān)圖像特征”信息。在一個實施例中，一個像素或多個像素的完全排除優(yōu)于修正和參雜(inclusion)。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，系統(tǒng)以一種方式執(zhí)行無關(guān)圖像特征排除，這種方式允許標(biāo)準(zhǔn)的，或接近標(biāo)準(zhǔn)的多種圖像計量工具的模型來操作包括無關(guān)圖像特征的圖像。這導(dǎo)致避免“工具增殖(tool proliferation)”和對于相關(guān)操作者訓(xùn)練的需要，因此使得整體系統(tǒng)更容易使用和維護。
附圖的簡要描述當(dāng)與附圖結(jié)合，通過參考下面的詳細描述本發(fā)明前述的方面和許多附帶的優(yōu)點將更容易被認同并且更容易理解。


圖1是典型的通用機器視覺和檢查系統(tǒng)的示意圖；圖2是典型的工件和需檢查特征的示意圖，其包含平板顯示屏幕掩膜的覆蓋柵格；圖3是圖2中典型工件和特征的示意圖，欺顯示了選定邊緣部分；圖4是方框圖，更詳細的顯示了圖1中機器視覺檢查系統(tǒng)的控制系統(tǒng)部分和視覺組件部分的一個典型實施例；圖5是圖2中典型工件和特征的示意圖，其中去除了無關(guān)數(shù)據(jù)；
圖6顯示了中間的偽圖像(pseudo-images)，其說明用來識別相應(yīng)于特定類型無關(guān)特征的像素的第一類形式的方法的一個實施例；圖7顯示了中間的偽圖像，其說明用來識別相應(yīng)于特定類型無關(guān)特征的像素的第二類形式的方法的一個實施例；圖8是圖5中典型工件和特征的放大部分的示意圖，進一步說明了在特征的邊緣部分利用的劃線工具；圖9是由橫跨圖8的劃線工具獲得的圖像亮度值示意10是圖5典型工件和特征的示意圖，說明了表示邊緣定位的框，弧和點工具的GUI窗口小部件以及自動聚焦工具的典型實施例；圖11是包含框工具的圖10的典型工件和特征的放大部分的示意圖；圖12是圖11放大部分的示意圖，進一步說明了框工具操作；圖13是流程圖，說明對于通用精密機器視覺系統(tǒng)編程和運行一組檢查操作的程序的一個典型實施例；圖14流程圖，說明排除相應(yīng)于無關(guān)特征的無關(guān)像素數(shù)據(jù)的程序的一個典型實施例；圖15是程序的一個典型實施例的流程圖，該程序提供目標(biāo)為在感興趣區(qū)域內(nèi)被檢查的特征的操作結(jié)果；圖16是程序的一個典型實施例的流程圖，該程序?qū)δ繕?biāo)為在感興趣區(qū)域的被檢測特征的操作提供在感興趣區(qū)域中定義的標(biāo)稱掃描行的可操作部分；圖17是GUI框工具窗口小部件和控制窗口小部件的實施例，其可用來選擇掩膜模式和與無關(guān)特征識別和排除操作相關(guān)的操作；圖18是GUI工具欄窗口的典型實施例的示意圖，其包括無關(guān)特征識別模式按鈕或窗口小部件；以及圖19是流程圖，其說明了執(zhí)行學(xué)習(xí)/訓(xùn)練模式的程序的典型實施例。
優(yōu)選實施例的詳細描述圖1是根據(jù)本發(fā)明的通用可編程機器視覺檢查系統(tǒng)10的一個典型實施例的結(jié)構(gòu)圖。機器視覺檢查系統(tǒng)10包括視覺測量機200，其可操作的與控制系統(tǒng)100連接來交換數(shù)據(jù)和控制信號。控制系統(tǒng)100還可操作的與監(jiān)視器111、打印機112、操縱桿113、鍵盤114、和/或鼠標(biāo)115中的一個或多個連接，以實現(xiàn)交換數(shù)據(jù)和控制信號。視覺測量機200包括可以移動的工件臺210和光學(xué)成像系統(tǒng)205，光學(xué)成像系統(tǒng)可以包括變焦透鏡或若干可互換透鏡。變焦透鏡或可互換透鏡通常為由光學(xué)成像系統(tǒng)205提供的圖像提供多種放大率。
操縱桿113典型地可以用來控制可移動工件臺210在X和Y方向的移動，其通常平行于光學(xué)成像系統(tǒng)205的焦平面，并且平行于在Z或聚焦方向上可移動的光學(xué)成像系統(tǒng)205的移動方向組件。經(jīng)常，控制Z軸的偏轉(zhuǎn)是操縱桿113的手柄或球形捏手的旋轉(zhuǎn)偏轉(zhuǎn)組件。操縱桿113可以提供為除了所示出的其它形式，例如監(jiān)視器111上的任何視覺表示或窗口小部件，它們的目的是起到機器視覺檢查系統(tǒng)10的“視覺運動控制裝置”的作用，并且通過任何計算機輸入裝置，例如鼠標(biāo)或者類似物，是可操縱的。
圖2是通用機器視覺檢查系統(tǒng)的顯示區(qū)300部分的示意圖，其顯示了待檢查的典型的工件和特征，其中包括平板顯示屏幕掩膜的覆蓋柵格。如圖2所示，顯示區(qū)300是標(biāo)準(zhǔn)的640×480攝影像素格式，并且由平板顯示屏幕掩膜的重復(fù)柵格圖案304所覆蓋。在一個實施例中，在檢查前了解柵格304的標(biāo)稱尺寸，布局和一般定位，盡管在下面將進行更詳細的描述，這種信息對于檢查過程不是必要的。并且，在柵格304的下面是背景層302，其包含基底，組成圖案的薄膜，或者其它表面，并且通常包括非測量過程焦距的圖像信息。工件上的待檢測物體包括痕跡320和330，這將在下面將進行詳細的描述。如也將在下面詳細描述的，柵格圖案304使得檢查過程變復(fù)雜，原因在于柵格本身固有的具有很強的交錯邊緣特征，這就使痕跡320和330邊緣部分的確定和評估變得復(fù)雜。
圖3是顯示了圖2中典型工件和特征的顯示區(qū)300A的示意圖，說明了選定的特征的邊緣部分。如圖3所示，顯示區(qū)300A為了說明的目的人工使其變亮，目的是更好的強調(diào)痕跡320和330。背景層302通過柵格304的開孔部分是可見的。應(yīng)當(dāng)理解的是盡管在這里討論柵格類物體304，但是本發(fā)明的方法可以應(yīng)用到任何類型的無關(guān)的前景或背景物體上。一個柵格部分304A被示出位于背景層302的部分的上方，而另一個柵格部分304B被示出位于痕跡320的部分的上方。一系列大的橢圓340被示出通常環(huán)繞痕跡320和330的邊緣部分。大的橢圓340包括了較小的圓342，其強調(diào)了痕跡320和330邊緣部分的相關(guān)部分。圓350也被示出環(huán)繞痕跡330的圓形末端。圓350包括較小的圓352，其環(huán)繞并強調(diào)痕跡330的相關(guān)邊緣部分，這可以被應(yīng)用在例如確定邊緣(例如，作為確定弧的半徑或痕跡330圓形末端部分的直徑的部分)的操作中。
在一個實施例中，在痕跡320兩邊上的兩個大橢圓340中的圖像信息可以被用在操作中，例如確定痕跡320邊緣之間的間隔(也就是，寬度)。較小的圓342顯示出執(zhí)行這種操作的典型的有效數(shù)據(jù)區(qū)域。可以理解的是，盡管較小的圓顯示出可以利用的有效數(shù)據(jù)區(qū)域，但是在大的橢圓340內(nèi)還可以存在其它有效數(shù)據(jù)區(qū)域。如在下面將詳細描述的，經(jīng)常所不希望的是試圖重建痕跡的非可見部分，相反優(yōu)選的是從可獲得的數(shù)據(jù)中獲得精確的量度。換句話說，對于測量操作所不希望的是試圖重建完整物體的視覺表示，因為在一些情況下任何遺漏部分的推斷可能包括關(guān)于物體邊緣的一定誤差。
如在下面將要詳細描述的，相似于大橢圓340和圓350，根據(jù)本發(fā)明，可以利用視頻工具，其可以包圍需檢查特征的一個或多個區(qū)域，以及具有排除數(shù)據(jù)的區(qū)域，這樣使得視頻工具容易使用，并且堅強的抵制在需檢查特征和無關(guān)圖像特征之間的間隔中合理的預(yù)期變化。如在下面將要詳細描述的，無關(guān)圖像排除操作可以集中在定義機器視覺系統(tǒng)操作的感興趣區(qū)域中，以致于機器視覺系統(tǒng)的特征測量或特征化操作相似的操作，而不管是否在感興趣區(qū)域存在排除數(shù)據(jù)。
圖4是方框圖，其更詳細的顯示了圖1中機器視覺檢查系統(tǒng)的視覺組件部分200和控制系統(tǒng)部分100的一個典型實施例。如圖4所示，控制系統(tǒng)部分100控制視覺組件部分200。視覺組件部分200包括光學(xué)組件部分250，光源220、230和240，以及具有中心透明部分212的工件臺210。工件臺210沿X和Y軸可操縱的移動，X和Y軸位于基本上平行于載物臺表面的平面中，該載物臺表面是工件20定位的平面。光學(xué)組件部分250包括攝像系統(tǒng)260，可互換物鏡252，透鏡旋轉(zhuǎn)盤組件280和同軸光源230。光學(xué)組件部分250通過利用可操縱電機294可操縱的沿與X和Y軸基本上正交的Z軸移動。
可以利用機器視覺檢查系統(tǒng)10成像的工件20放置在工件臺210上。光源220、230或240中的一個或多個分別發(fā)出用來照亮工件20的光線222、232、或242。由光源220、230和域240發(fā)出的光線照亮工件20，并作為工件光255被反射或透射，其穿過可互換物鏡252和透鏡旋轉(zhuǎn)盤組件280的透鏡286或透鏡288中的一個，并由攝像系統(tǒng)260收集。工件20的圖像由攝像系統(tǒng)260捕獲，該圖象通過信號線262輸出到控制系統(tǒng)部分100。
用來照亮工件20的光源220、230、和240可能包括載物臺光源220、同軸光源230和表面光源240，例如環(huán)形照明器或可編程環(huán)形照明器，并可以分別通過信號線或總線221、231、和241連接到控制系統(tǒng)部分100。作為光學(xué)視覺檢查系統(tǒng)10的主要光學(xué)組件，光學(xué)組件部分250除了包括前面討論過的組件外，還可以包括其它透鏡和其它光學(xué)元件，例如，光圈、分光器以及其它類似物，例如為了提供同軸照明或其它希望的機器視覺檢查系統(tǒng)特征所需要的。控制系統(tǒng)部分100響應(yīng)于信號線或總線281上傳輸?shù)目刂菩盘枺诘谝缓偷诙哥R旋轉(zhuǎn)盤位置之間沿軸284旋轉(zhuǎn)透鏡旋轉(zhuǎn)盤組件280。
工件臺210和光學(xué)組件部分250之間的距離可以調(diào)整來改變由攝像系統(tǒng)260捕獲的工件20的圖像的焦距。更具體的，在機器視覺檢查系統(tǒng)10的各種典型的實施例中，光學(xué)組件部分250利用可操縱電機294在相對于工件臺210的垂直Z軸上是可移動的，其中電機294驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)、連接電纜或者類似物，以使光學(xué)組件250沿Z軸移動。這里用到的術(shù)語Z軸，指的是試圖用來聚焦由光學(xué)組件部分250獲得的圖像的軸。當(dāng)使用可操縱電機294時，可操縱電機通過信號線296與控制系統(tǒng)部分100連接。
如圖4所示，在各種典型的實施例中，控制系統(tǒng)部分100包括輸入/輸出接口110；控制器120；存儲器130；運動控制電路、程序或應(yīng)用軟件132；照明控制電路、程序或應(yīng)用軟件133；視頻工具電路、程序或應(yīng)用軟件143；感興趣區(qū)域生成電路、程序或應(yīng)用軟件150；無關(guān)特征識別和顯示電路、程序、或應(yīng)用軟件160；工件程序生成和執(zhí)行電路、程序或應(yīng)用軟件170；CAD文件特征提取電路、程序、或應(yīng)用軟件180；以及電源部分190。應(yīng)該可以理解的是這些組件可以包含硬接線的電路、軟件電路、子程序、對象、操作、應(yīng)用程序設(shè)計接口、管理程序、應(yīng)用程序、或任何其它已知或之后開發(fā)的硬件或軟件結(jié)構(gòu)。進一步可以理解的是控制系統(tǒng)100的每個元件，以及下面描述的附加元件，可以由一個或多個數(shù)據(jù)和/或控制總線和/或應(yīng)用程序接口195互相連接。
控制系統(tǒng)部分100可用來確定圖像獲取設(shè)定值或參數(shù)和/或獲取工件20的圖像，以致于工件20的輸入圖像在包括需檢查工件特征的感興趣區(qū)域中具有所希望的圖像特征。在各種典型的實施例中，當(dāng)用戶根據(jù)本發(fā)明利用機器視覺檢查系統(tǒng)10建立工件20的工件圖像獲取程序時，用戶可以生成工件程序指令，其或者通過利用工件程序設(shè)計語言自動、半自動或者手動的明確的編輯指令，或者通過這樣生成指令，即通過移動機器視覺檢查系統(tǒng)100經(jīng)過圖像獲取訓(xùn)練序列，以致于工件程序指令捕獲訓(xùn)練序列來產(chǎn)生指令。具體而言，這些指令將使得機器視覺檢查系統(tǒng)操作工件臺210和/或攝像系統(tǒng)260，以致于工件20的特定部分位于攝像系統(tǒng)260的可視范圍內(nèi)，并會提供所希望的放大倍率，所希望的焦距狀態(tài)以及所希望的照明。這個過程可以對于檢查工件捕獲到的一系列的圖像的多個圖象重復(fù)進行。
在多個典型實施例中，對于每個所希望的圖像，控制系統(tǒng)部分100將命令攝像系統(tǒng)260去捕獲工件20的圖像，并將捕獲到的圖像輸出到控制系統(tǒng)部分100。具體而言，捕獲到的圖像是從攝像系統(tǒng)260通過輸入/輸出接口110被輸入，并在控制器120的控制下被存儲在存儲器130中。控制器120還可以使得被捕獲的圖像顯示在顯示裝置102的其中一個上。
控制系統(tǒng)部分100還可用來在這樣的工件檢查圖像中檢查工件特征，并且存儲和/或輸出檢查結(jié)果。在各種典型的實施例中，當(dāng)用戶根據(jù)本發(fā)明利用機器視覺檢查系統(tǒng)10建立工件20的工件圖像獲取程序時，用戶可以生成工件程序指令，其或者通過利用工件程序設(shè)計語言自動、半自動或者手動的明確編輯指令，或者通過這樣生成指令，即通過移動和/或控制機器視覺檢查系統(tǒng)100經(jīng)過圖像檢查訓(xùn)練序列，以致于工件程序指令捕獲訓(xùn)練序列來產(chǎn)生指令。
具體而言，這些指令將使得機器視覺檢查系統(tǒng)10在圖像上執(zhí)行各種檢查操作。各種已知的，將在下面詳細描述的機器視覺系統(tǒng)“工具”，可以存儲在視頻工具組件143中，并且能夠用來執(zhí)行各種前述的操作。對于各種檢查操作有用的一些視頻工具的例子公開在美國專利申請09/736,187，09/921,886以及美國專利6,542,180中，這些中的每一個都在此整體引入作為參考。對于用來檢查工件20的一系列圖像的多個圖像可以重復(fù)這個處理。
一個或多個顯示裝置102(例如，圖1中的監(jiān)視器111和打印機112)以及一個或多個輸入設(shè)備104(例如，圖1中的裝置113-115)可以與輸入/輸出接口110連接。顯示裝置102和輸入裝置104可以用來觀看、生成和/或修改部件加工程序，觀看攝像系統(tǒng)260捕獲的圖像，和/或直接控制視覺系統(tǒng)組件部分200。在一個具有預(yù)定工件程序的全自動系統(tǒng)中，可以忽略顯示裝置102和/或一個或多個輸入裝置104。
載物臺光源220、同軸光源230和表面光源240的信號線或總線221、231和241也可以分別連接到輸入/輸出接口110上。透鏡旋轉(zhuǎn)盤組件280的控制信號線或總線281也可以連接到輸入/輸出接口110上。來自于攝像系統(tǒng)260的信號線262和來自于可控制電機294的信號線296也可以連接到輸入/輸出接口110上。除了傳送圖像數(shù)據(jù)，信號線262可以傳輸來自于啟動圖像獲取的控制器120的信號。
光源控制電路、程序或應(yīng)用軟件133包括光源控制元件133A-133N，其對機器視覺檢查系統(tǒng)的各種相應(yīng)光源的選擇、供電和開/關(guān)定時進行控制，該相應(yīng)光源例如光源220、230和240。移動控制電路、程序或應(yīng)用軟件132可以包括位置控制元件和/或速度/加速度控制元件。在各種典型的實施例中，這些元件可以合并和/或是不可區(qū)分的。
在各種典型的實施例中，存儲器部分130可以包含數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)定義了通過輸入/輸出接口110可操作的圖形用戶接口。這個實施例由例如前面討論的QUICK VISIONTM系列視覺檢查機和QVPAKTM軟件作為例子。存儲器部分130還可以存儲數(shù)據(jù)和/或“工具”，其用來操作視覺系統(tǒng)組件部分200捕獲或獲取工件20的圖像，以致于獲取的工件20的圖像具有所希望的圖像特征。為了這個目的，存儲器部分130可以包括視頻工具電路、程序、或應(yīng)用軟件143，其包括數(shù)據(jù)和/或視頻工具143A-143M，用來操作機器視覺檢查系統(tǒng)100在所獲取的圖像上手動或自動的執(zhí)行各種檢查和測量操作，并通過輸入/輸出接口110輸出結(jié)果。在一個實施例中，工具143A-143M可以對于每個相應(yīng)的工具確定GUI圖像處理操作等。感興趣區(qū)域生成電路、程序或應(yīng)用軟件150可以支持自動，半自動、和/或手動操作，其定義了包括在視頻工具部分143的各種視頻工具中可操作的感興趣區(qū)域。
各種已知的圖像處理和/或特征分析或檢查工具143可以用來輔助執(zhí)行各種檢查操作。這些工具可以包括例如，形狀或圖形匹配工具、邊緣和/或邊界檢測工具、圓周和尺寸測量工具、以及類似工具。在根據(jù)本發(fā)明的精密機器視覺檢查系統(tǒng)中這些視頻工具的使用的示例在下面參考圖10進行詳細描述。
在一個實施例中，視頻工具電路、程序或應(yīng)用軟件143能夠調(diào)用感興趣區(qū)域生成電路、程序或應(yīng)用軟件150，盡管可以理解的是感興趣區(qū)域生成電路、程序或應(yīng)用軟件150可以獨立于視頻工具電路、程序或應(yīng)用軟件143操作。在一個實施例中，感興趣區(qū)域生成電路、程序或應(yīng)用軟件150定義感興趣區(qū)域成為所提取的工具內(nèi)的區(qū)域的子集，這在一個實施例中可以包含視頻工具內(nèi)的內(nèi)部區(qū)域(例如，內(nèi)部框或圓)。
如前面說明的，在根據(jù)本發(fā)明的各種典型實施例中，感興趣區(qū)域生成電路、程序或應(yīng)用軟件150包括或調(diào)用操作，這種操作是為了辨別出傳給視頻工具成像處理算法的有效數(shù)據(jù)。執(zhí)行與各種視頻工具相關(guān)的多組操作的多種算法可以以通常的方式操作。換句話說，許多當(dāng)前視頻工具的操作和成像處理算法已經(jīng)構(gòu)造成可以確保或確認操作的特定方面，該操作的特定方面對于從它們使用的算法提供有效測量結(jié)果或控制指令是關(guān)鍵的，例如是否沿掃描線存在足夠像素，或者足夠的反差，等。因此，在各種典型實施例中，其中感興趣區(qū)域生成電路、程序或應(yīng)用軟件150定義視頻工具接受或操作的有效數(shù)據(jù)，視頻工具能夠根據(jù)對于“未檢查過的(unscreened)”圖像數(shù)據(jù)使用的操作相同的操作，并且它會照例產(chǎn)生有效的測量或者失效和/或設(shè)置一錯誤標(biāo)記。當(dāng)然，此外，視頻工具在他的操作中不會受任何邊緣或者其它圖像特征的干擾，這些其它圖像特征是無關(guān)數(shù)據(jù)的一部分，因為數(shù)據(jù)被從由感興趣區(qū)域生成電路、程序或應(yīng)用軟件150傳送到圖像工具的地址或數(shù)據(jù)中排除。
總之，在各種實施例中，感興趣區(qū)域生成電路、程序或應(yīng)用軟件150不僅確定關(guān)心像素，還基于標(biāo)準(zhǔn)排除了一些非關(guān)心像素，該標(biāo)準(zhǔn)是根據(jù)上述考慮定義的無關(guān)或者非關(guān)心像素。此外，在一個實施例中，無關(guān)像素(例如，重復(fù)柵格圖案304像素)由無關(guān)特征識別和顯示電路、程序、或應(yīng)用軟件160識別出。下面將更詳細的描述感興趣區(qū)域生成電路、程序或應(yīng)用軟件150，無關(guān)特征識別和顯示電路、程序、或應(yīng)用軟件160以及視頻工具電路、程序或應(yīng)用軟件143。
無關(guān)特征識別和顯示電路、程序、或應(yīng)用軟件160可用來對于工件圖像生成和/或應(yīng)用各種無關(guān)特征識別、排除和顯示操作，其中該工件圖像具有要從各種圖像處理操作中排除的無關(guān)特征。在各種典型實施例中操作者選擇或生成一個或多個參數(shù)或部件加工程序指令來確定可用在無關(guān)特征識別和顯示電路、程序或應(yīng)用軟件160中的無關(guān)特征識別操作和/或參數(shù)。在各種其它的典型實施例中，為操作者提供了一個或多個預(yù)先確定的無關(guān)特征識別操作，該操作者選擇一個或多個要應(yīng)用的預(yù)先確定的無關(guān)特征識別操作。在根據(jù)本發(fā)明的各種實施例的任何一種情況下，無關(guān)特征識別操作由無關(guān)特征識別和顯示電路、程序、或應(yīng)用軟件160施加到捕獲的圖像上。無關(guān)特征識別和顯示電路、程序、或應(yīng)用軟件160在控制器120的控制下，向存儲器130提供操作結(jié)果和/或直接向一個或多個圖像處理或分析操作輸出結(jié)果，這些圖像處理或分析結(jié)果施加到所捕獲圖像的所希望的檢查特征上，例如由視頻工具電路、程序或應(yīng)用程序143提供的圖像處理或分析操作。
在根據(jù)本發(fā)明的多個典型實施例中，其中一組或多組預(yù)先確定的無關(guān)特征識別操作被提供給操作者，用戶可以基于其對于特定工件的功效選擇這些預(yù)先確定的無關(guān)特征識別操作中的任意一組。此外，無關(guān)特征識別操作的選定組可以由一個或多個可選擇的參數(shù)支配，以致于無關(guān)特征識別操作的選定組可以被定制來為特定類的工件提供最可靠的操作和準(zhǔn)確結(jié)果。這種可選擇的無關(guān)特征識別操作和參數(shù)允許相對不熟練的操作者改變無關(guān)特征識別操作的操作來生成健壯運行的工件特有的部件加工程序，而不需要操作者學(xué)習(xí)或懂得相對復(fù)雜的圖像處理操作。在各種實施例中，可選擇的無關(guān)特征識別操作組可以在操作訓(xùn)練模式期間或在部件加工程序設(shè)計的任何可選擇類型期間被選擇為半自動或者手動。在各種其它典型實施例中，可以使用默認的無關(guān)特征分析和/或識別操作和參數(shù)組。一旦確定了一個或多個分析參數(shù)的合適值，就啟動工件程序生成和執(zhí)行電路、程序或應(yīng)用軟件170來為轉(zhuǎn)換分析參數(shù)的確定值生成部件加工程序指令。
工件程序生成和執(zhí)行電路、程序或應(yīng)用軟件170可用來生成部件加工程序，這是基于操作者輸入和/或機器視覺檢查系統(tǒng)10的視覺測量機器200的操作者操縱生成的。工件程序生成和執(zhí)行電路、程序或應(yīng)用軟件170可以被用來利用部件加工程序語言生成部件加工程序和/或當(dāng)機器視覺檢查系統(tǒng)10設(shè)置在訓(xùn)練模式時基于視覺測量機200的操縱來捕獲視覺測量機器200的操縱并生成部件加工程序指令。
如果執(zhí)行CAD文件特征提取電路、程序或應(yīng)用軟件180，它可用來分析工件定義文件(workpiece definition file)，例如CAD文件和類似的文件，來提取關(guān)于線型特征，平面等的幾何信息，包括從工件定義文件中由各種圖像處理操作排除的無關(guān)特征的標(biāo)稱形狀(nominal shape)和/或布局。這些提取出的特征隨后可以用來為輔助編程和/或檢查工件確定和/或定義位置、尺寸、和約束條件。這些約束條件包括，例如一對線之間的間隔、一對線之間的交叉角、線和工件一些其它特征之間的間隔和/或線和工件一些其它特征之間的角度。
CAD文件特征提取電路、程序或應(yīng)用軟件180對例如CAD文件的信息起作用，該CAD文件表示工件或?qū)嵸|(zhì)相同的工件的前一個圖像，其常常在機器視覺檢查系統(tǒng)的工業(yè)應(yīng)用中獲得。關(guān)于CAD文件表示(CAD representation)，應(yīng)當(dāng)理解的是CAD文件表示的邊緣和邊界的位置可以通過多種已知的CAD文件特征提取方法從CAD文件表示中以手動、半自動方式或完全自動方式確定。在這種情況下，在相應(yīng)工件檢查圖像的當(dāng)前組中相應(yīng)邊緣和邊界的空間位置可以由更多的已知手動、半自動或自動空間疊合和/或特征疊合圖像處理方法確定。這些方法可以包括，例如，坐標(biāo)匹配、圖像匹配、模板匹配等等。例如，在多種商業(yè)上可獲得的機器視覺檢查系統(tǒng)中這些方法常規(guī)的用來檢查工件上的邊緣和邊界的位置，例如上面討論過的QUICK VISIONTM系列視覺檢查機器和QVPAKTM軟件。應(yīng)當(dāng)理解的是，CAD文件特征提取電路、程序、或應(yīng)用軟件180是可選的，因此在根據(jù)本發(fā)明的多種典型實施例中可以省略，并且特別是在不需要確定或使用基于幾何信息的線相關(guān)約束條件的實施例中，或者如果需要檢查的工件表面的電子文本不存在和/或不會被用來識別或分離工件圖像中的線。
圖5是顯示區(qū)域300B部分的示意圖，其包括已經(jīng)去除了無關(guān)數(shù)據(jù)(例如，重復(fù)柵格圖案304)的圖2中的典型工件和特征。如圖5所示，背景層302和痕跡320和330不再由重復(fù)柵格圖案304覆蓋。如在下面將更詳細描述的，根據(jù)本發(fā)明，當(dāng)執(zhí)行去除無關(guān)數(shù)據(jù)的操作時，例如已經(jīng)在顯示區(qū)域300B中執(zhí)行的，所希望的是不僅去除無關(guān)結(jié)構(gòu)，還有由于無關(guān)結(jié)構(gòu)存在于圖像中的任何陰影。因此，這種陰影包含在這里的多個實施例和/或應(yīng)用中去除的部分無關(guān)特征和無關(guān)數(shù)據(jù)。
在圖5中，白色區(qū)域是被識別為無關(guān)數(shù)據(jù)(例如，重復(fù)柵格圖案304)并去除的區(qū)域。存在許多情況，其中所希望的不僅是去除前景結(jié)構(gòu)的物理界限(也就是無關(guān)結(jié)構(gòu))，還有任何陰影。換句話說，當(dāng)這些特征在前景時，照明可能在特征周圍產(chǎn)生陰影，并且這些陰影可以提供取決于工件的結(jié)構(gòu)和在機器視覺系統(tǒng)中使用的光源的類型的相當(dāng)強的邊緣。應(yīng)當(dāng)指出的是，如果CAD數(shù)據(jù)已經(jīng)預(yù)先指出無關(guān)圖像特征的預(yù)測位置，這取決于用戶如何布置照明系統(tǒng)，陰影實際上可以改變圖像中無關(guān)圖像特征的位置，以致于它不會在CAD數(shù)據(jù)預(yù)測出現(xiàn)的位置出現(xiàn)。如下面將詳細描述的，所希望的是利用去除無關(guān)數(shù)據(jù)(例如，重復(fù)柵格圖案304)的方法，其也提出(address)了由陰影產(chǎn)生的任何問題。在一定的其它情況下，陰影可能不是問題，其中可以使用情況更簡單的方法(例如，純分析方法)。換句話說，如果無關(guān)圖像特征在圖像中特別好的表現(xiàn)并且不具有照明并發(fā)或其它問題，在無關(guān)圖像數(shù)據(jù)假定如何出現(xiàn)上基于模型的CAD數(shù)據(jù)可以用來作為從圖像中去除無關(guān)圖像特征的分析方法的主要部分。換句話說，如果無關(guān)數(shù)據(jù)是特別確定的，有時它可以通過純分析方法去除。為了去除無關(guān)數(shù)據(jù)，這種分析方法可以僅需要旋轉(zhuǎn)或別樣的操縱無關(guān)圖像特征圖案到其適當(dāng)?shù)姆轿弧?br> 如前面記載的，在執(zhí)行邊緣檢測之前，存在多種方法可以被采用來從顯示區(qū)域300B數(shù)據(jù)中識別和去除無關(guān)圖像數(shù)據(jù)，例如柵格圖案304。
圖6顯示了說明第一類形式方法的一個實施例的中間圖像或偽圖像，該方法可用來在根據(jù)本發(fā)明的各種實施例和/或應(yīng)用中識別和去除特定類型無關(guān)特征數(shù)據(jù)，如在圖2中示出的平板顯示屏幕掩膜圖像顯示的。簡要的，第一類形式方法包括利用閾值方法在圖像中識別相應(yīng)于無關(guān)像素的區(qū)域，以及利用形態(tài)學(xué)方法來濾波和/或平滑區(qū)域邊界的不規(guī)則部分。
對于圖6中示出的結(jié)果采用的方法的實施例不需要工件無關(guān)特征的特性的先驗知識。當(dāng)圖像中的無關(guān)數(shù)據(jù)具有相對一致和/或極端的(高或低)亮度值時，它特別有效。例如，當(dāng)工件是下面的類型時，可能經(jīng)常是這種情況，該類型是可以利用載物臺光源或類似的照明來從背后照亮各種有效和/或無關(guān)特征，因此在圖像中可以以很強的亮度對比顯示。
偽圖像600-A由從圖2中示出的圖像確定，并且通過確定亮度閾值產(chǎn)生出來，例如大約雙峰亮度分布峰值之間的亮度值，并且賦予所有具有低于閾值的亮度的像素零值，所有其它的像素一值。如在圖600-A中“模糊”部分示出的，這種閾值操作不可以識別所有無關(guān)(白)像素，并且已知圖像處理操作可以增強圖600-A中顯示的結(jié)果。
偽圖像600-B顯示了結(jié)果，該結(jié)果來自于應(yīng)用侵蝕(erosion)操作，接著第一閉合操作(接著侵蝕的膨脹)，接著膨脹操作，接著第二閉合操作，接著最終膨脹操作。例如，侵蝕操作可以包括賦予每個像素一值，該值相應(yīng)于8個連接鄰域最小像素值(0，對于二進制圖像)。膨脹操作可以包括賦予每個像素一值，該值相應(yīng)于在它8個連接鄰域中的最大像素值(1，對于二進制圖像)。如在圖600-B中看到的，操作已經(jīng)幾乎無例外保守的識別了整個圖像的無關(guān)圖像數(shù)據(jù)(白柵格)。
應(yīng)該理解的是，當(dāng)在二進制圖像中無關(guān)數(shù)據(jù)用“1”表示的時候，執(zhí)行一個或多個最終膨脹操作是一種方法，該方法在無關(guān)數(shù)據(jù)邊緣提供了“緩沖區(qū)”，目的是增加可能性，該可能性是都保守的包括了相應(yīng)于無關(guān)物體的所有像素。這些操作還易于向無關(guān)圖像數(shù)據(jù)增加相應(yīng)于陰影和/或其它圖像人工因素的鄰近圖像像素。應(yīng)當(dāng)理解的是根據(jù)本發(fā)明的各種無關(guān)圖像數(shù)據(jù)排除方法的一個強項在于即使一些有效像素增加到需排除的無關(guān)圖像數(shù)據(jù)中，剩余的有效像素在任何情況下都不會改變。因此，增加這種緩沖區(qū)域的僅有的潛在負面結(jié)果是有限數(shù)量的有效像素被排除了。對于大多數(shù)檢查圖像來說，這不是很重要的問題。因此在根據(jù)本發(fā)明的多個典型實施例中，在一組“最佳估計”無關(guān)圖像數(shù)據(jù)的所有邊界增加緩沖區(qū)域的一些像素寬，目的是使該組無關(guān)圖像數(shù)據(jù)更加可能的包括所有無關(guān)圖像數(shù)據(jù)。上面概述的可以用在識別根據(jù)本發(fā)明的各種實施例中的無關(guān)特征數(shù)據(jù)的多種圖像處理操作以及各種其它圖像處理操作可以在圖像處理文獻中找到，例如在1995年McGraw Hill由Ramesh Jain等人寫的機器視覺(Machine Vision)中，該文獻整體引入這里作為參考，。
圖7顯示了說明第二類形式方法的一個實施例的中間圖像或偽圖像，該方法可用來在根據(jù)本發(fā)明的各種實施例和/或應(yīng)用中識別和去除特定類型的無關(guān)特征數(shù)據(jù)，如在圖2中示出的平板顯示屏幕圖像上表示的。簡要的，如對于在圖7中示出的結(jié)果采用的方法，利用工件的先驗知識在分析上確定相應(yīng)于圖像中無關(guān)像素的區(qū)域。例如，先驗知識可以由下述確定，即工件規(guī)格，或CAD文件，和/或初步圖像特征測量，和/或初步圖像特征表征，例如工件無關(guān)特征的一個或多個特性的模板或類似物。
用來確定圖7中示出的結(jié)果的實施例開始于上面描述的偽圖像600-A。偽圖像模板700-A是一圖像部分，該部分包含在偽圖像600-A中發(fā)現(xiàn)的重復(fù)特征的選定實例。這種圖像部分可以由例如訓(xùn)練模式過程中的機器操作員定義。在這種情況下，該模板包括無關(guān)柵格圖案304的典型交叉。
偽圖像700-B顯示了基于模板700-B和偽圖像600-A由確定標(biāo)準(zhǔn)化互相關(guān)矩陣獲得的結(jié)果。在偽圖像700-B中更高亮度相應(yīng)于更好的相關(guān)。標(biāo)準(zhǔn)化互相關(guān)方法，和可用的可選擇模板匹配方法描述在由L.G.Brown 1992年發(fā)表在ACM Computing Surveys，第24卷第4期，第325-376頁的“A Survey of ImageRegistration Techniques”中，該文獻在這里整體引入作為參考。無關(guān)柵格圖案304的各種交叉的位置由偽圖像700-B中的亮度峰值清楚的表示。
下面，在各種實施例中，每個峰值的有效中心或質(zhì)心由多種已知方法中的一種確定。例如，閾值可以應(yīng)用到偽圖像700-B，如先前對于偽圖像600-A描述的，并且可以確定在作為結(jié)果的二進制圖像中相應(yīng)于相關(guān)峰值的“島嶼”的質(zhì)心。于是，當(dāng)無關(guān)圖像特征包含線的柵格時，多數(shù)的線與中心或質(zhì)心保持一致。線段擬合可以依賴于柵格線的定向和/或標(biāo)稱間隔，或類似物的先驗知識。在各種典型實施例中，線可以被套在有限量的點上，這些點是在圖像局部區(qū)域，例如對于定義的檢查操作的感興趣區(qū)域。在任何情況下，應(yīng)當(dāng)理解的是在該典型實施例中，線以相應(yīng)于任何變形的方式定位，該變形可以存在于特定圖像的柵格中。
下面，基于先驗知識，與中心或質(zhì)心保持一致的線被給定了相應(yīng)于無關(guān)特征上標(biāo)稱線寬度的寬度，例如標(biāo)稱線寬度的規(guī)格或量度。在各種實施例中，具有標(biāo)稱寬度的線是根據(jù)本發(fā)明排除的無關(guān)圖像數(shù)據(jù)。圖像700-D顯示了疊合在圖2中所示的部分圖像上的這種分析上確定的無關(guān)圖像數(shù)據(jù)的表示。
一般地說，當(dāng)無關(guān)圖像特征包含可以基于先驗知識表征的可識別標(biāo)稱幾何特征時，例如規(guī)格或者量度，幾何特征可以以相對于一個或多個相關(guān)峰值位置合適的方式被標(biāo)稱的配合或定位，該峰值位置以類似于上面概括的方法的方式確定。在各種實施例中，這種標(biāo)稱配合或定位的標(biāo)稱幾何特征是根據(jù)本發(fā)明需排除的無關(guān)圖像數(shù)據(jù)。不管需排除的無關(guān)圖像數(shù)據(jù)的形狀，在各種典型實施例中，緩沖區(qū)域可以被增加到無關(guān)圖像數(shù)據(jù)中，如在此之前描述的。
不管采用前述的哪一類形式方法，在特定檢查操作期間從檢查圖像數(shù)據(jù)中都可以識別和排除作為結(jié)果的無關(guān)像素。例如，原始圖像數(shù)據(jù)可以用無關(guān)柵格圖案“掩蓋”。當(dāng)用這種情況下時，術(shù)語“掩膜(mask)”或“掩膜(masking)”是指特定圖像數(shù)據(jù)操作的動詞。在這里各種圖案中示出的工件碰巧是“屏幕掩膜”時才是一致的。應(yīng)當(dāng)理解的是術(shù)語數(shù)據(jù)和/或圖像掩蓋、去除、排除、免除等在這里都是非特定應(yīng)用并且近似同義，來表示無關(guān)圖像數(shù)據(jù)和/或圖像部分被標(biāo)記、標(biāo)志、“阻塞訪問”、排除或其他使得其對于根據(jù)本發(fā)明的特定圖像分析操作是不可用。
在根據(jù)本發(fā)明的多個典型實施例中，至少每個前述第一和第二類形式方法的一個實施例包含在圖4中示出的無關(guān)特征識別和顯示電路、程序或應(yīng)用軟件160中，其中前述第一和第二類形式方法可用來識別和去除特定類型無關(guān)特征數(shù)據(jù)。在這個實施例中，機器視覺檢查系統(tǒng)10的GUI或其它用戶接口提供了一個或多個在手工或者訓(xùn)練模式操作中用戶可操作的特征，用來選擇和/或調(diào)整該第一或第二類形式方法的任何一個和/或它們相關(guān)的控制參數(shù)或控制次操作，例如閾值確定控制參數(shù)、模板確定次操作、或類似的操作。
如圖5示出的，在根據(jù)本發(fā)明的各種典型實施例中，一規(guī)定組的無關(guān)圖像像素可以由顯示區(qū)域表示，其中已經(jīng)去除了無關(guān)圖像像素或圖像數(shù)據(jù)(例如，重復(fù)柵格圖案304，或類似的)，以致于作為排除數(shù)據(jù)識別的圖像部分，以及剩余有效圖像數(shù)據(jù)的外形和內(nèi)容對于機器操作者是很明顯的。這樣一種顯示對于無關(guān)數(shù)據(jù)去除操作結(jié)果的觀察和/或確認或認可是有用的，并且對于隨后操作者的特征檢查操作定義也是有用的，如下面進一步描述的。然而，應(yīng)該理解的是這種顯示技術(shù)是根據(jù)本發(fā)明在特定實施例中的方便的技術(shù)。根據(jù)本發(fā)明，無關(guān)數(shù)據(jù)在它被破壞的意義上不必排除，并且它也不必明顯的和/或連續(xù)的在實際圖像顯示中標(biāo)注或排除，特別是在機器視覺系統(tǒng)自動操作中。要點是識別無關(guān)數(shù)據(jù)以致于通過在可操作程序結(jié)構(gòu)下任何現(xiàn)在已知或今后開發(fā)的方法從特定圖像分析操作中排除，或?qū)τ谔囟▓D像分析操作不可用。然而，為了解釋的目的，象傳統(tǒng)圖像或偽圖像一樣顯示和討論操作的結(jié)果也很方便，并且這里通常遵循常規(guī)。應(yīng)該理解的是這種描述不按字面或限制的意義解釋，除非是通過陳述或通過上下文特別表明了。
圖8是顯示區(qū)域300C的示意圖，其顯示了圖5中典型工件和特征的放大部分，并且進一步示出了在特征邊緣部分應(yīng)用的線工具。更具體的，具有選擇器612的劃線工具610顯示在位于邊緣部分650之上，其位于痕跡330的左邊緣。在操作中，用戶盡可能近的將選擇器612放置在靠近痕跡330邊緣。如將參考圖9更詳細描述的，劃線工具610沿它的長度掃描過數(shù)據(jù)點(例如，像素)。
圖9是顯示了圖像亮度值725的圖700的示意圖，該亮度值跨越圖8中的劃線工具610獲得。如圖9中所示，跨越劃線工具的數(shù)據(jù)點定位為沿水平軸的0-60，具有大約在劃線工具14-37區(qū)域之間的有效數(shù)據(jù)區(qū)域。無效數(shù)據(jù)區(qū)域710(從區(qū)域0-14)和無效數(shù)據(jù)區(qū)域730(從區(qū)域37-60)相應(yīng)于由劃線工具610覆蓋的白背景無關(guān)特征部分。有效數(shù)據(jù)區(qū)域720(從區(qū)域14-37)表示在哪一區(qū)域跨越劃線工具610獲得的圖像亮度值。如所示的開始于數(shù)據(jù)點15，圖像亮度值起初表示較亮的區(qū)域，其跟隨著值的迅速減小，這表示較暗的區(qū)域。如在下面將要詳細描述的，這些圖像亮度值和迅速的減少可以由處理算法利用來確定痕跡330的邊緣位置。
為了確定痕跡330邊緣的位置，算法通常查找第一邊緣作為所希望的特性。在一個實施例中，通過定位亮度數(shù)據(jù)內(nèi)最大梯度確定邊緣。如果沿劃線工具610存在多個梯度，選擇器612的位置可以幫助算法確定哪一個梯度是所希望的梯度。一指標(biāo)(例如，工具610的定向或方向)還可以被提供來幫助算法確定應(yīng)該尋找上升還是下降邊緣。
應(yīng)該提到的是，如圖9所示，當(dāng)根據(jù)本發(fā)明和上面關(guān)于圖5的描述，執(zhí)行邊緣確定方法時，排除了已經(jīng)識別為無關(guān)的數(shù)據(jù)，并且因此完全不被工具610考慮。(如上面提到的，有效數(shù)據(jù)區(qū)域710和730相應(yīng)于白背景部分，其中已經(jīng)去除了柵格圖案304。)因此，在各種實施例中，無效或無關(guān)圖像數(shù)據(jù)在不影響成像工具的正常操作的方式下不予考慮。這種工具典型的已經(jīng)具有內(nèi)嵌有效算法，考慮到例如是否存在足夠像素來確定有效梯度等，以及操作者學(xué)習(xí)和使用的簡便，程序可靠性，程序維護簡易和類似的，對于那些算法所希望的是能夠以它們正常方式操作。同樣希望的是不管采用什么方法去除無關(guān)圖像特征像素，使那些操作繼續(xù)可靠。，因此，如上所述，圖5-9示出的操作以這樣一種方式去除無關(guān)圖像數(shù)據(jù)，該方式是工具610將以正常方式操作。
圖10是顯示區(qū)域300D的示意圖，其顯示了圖5中需檢查的典型工件和特征，以及對于邊緣定位表示框，弧和點工具的GUI窗口小部件和自動聚焦工具GUI窗口小部件的典型實施例，所有這些都可用在根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)和方法的各種實施例中。如圖10所示，顯示區(qū)域300D包括框工具窗口小部件810A和810B，劃線工具窗口小部件820，弧工具窗口小部件830以及表面聚焦工具GUI窗口小部件840。在各種典型實施例中，這些視頻工具810-840以預(yù)定默認設(shè)置值使用。在各種典型實施例中，這些設(shè)置值由用戶調(diào)整或重新定義，但是不需要為了使用工具而重新定義。在各種典型實施例中，所使用的工具具有可選擇的預(yù)定的可選擇設(shè)定值。邊緣聚焦工具GUI窗口小部件和表面聚焦工具GUI窗口小部件的各種操作特性通常描述在QVPAK 3D CNC視覺測量機用戶指南和QVPAK 3D CNC視覺測量機操作指南，這些預(yù)先引入這里作為參考。
在各種典型實施例中，框工具窗口小部件810A和810B以框顯示，其具有沿邊的箭頭和位于中心的選擇器。在各種典型實施例中，框工具窗口小部件810A和810B由操作者量尺寸，定位和旋轉(zhuǎn)，直到框表示或限定了感興趣區(qū)域，并且箭頭表示了需確定和檢查的邊緣。在各種典型實施例中，框工具窗口小部件810A和810B利用沿感興趣區(qū)域邊緣的一個或多個傳統(tǒng)邊緣梯度，并且邊緣基于選擇器的位置和沿多個掃描線的邊緣梯度的局部放大率確定。箭頭的方向定義了與在這些各種典型實施例中邊緣梯度相關(guān)的參考方向或極性。應(yīng)當(dāng)理解的是，當(dāng)希望時，感興趣區(qū)域的范圍是完全可調(diào)整和可旋轉(zhuǎn)的，其中感興趣區(qū)域由框工具窗口小部件810A和810B的邊界所表示。
線工具窗口小部件820確定了沿像素行的梯度(與前面對于圖8中劃線工具610描述的操作相似)，而弧工具窗口小部件830確定了對于圖像特征邊緣的彎曲(例如，半徑)。線工具窗口小部件820和弧工具窗口小部件830都包括與框工具窗口小部件810A和810B相似的操作，由于圖像特征邊緣被確定是基于選擇器的位置和沿多個掃描線的邊緣梯度的局部放大率，如上所述。如下面參考圖12更詳細的描述，框工具窗口小部件810A和810B以及弧工具窗口小部件830的操作可以包含掃描線的多種用途。
在各種典型實施例中，表面焦距工具窗口小部件840被作為在中心有一“X”的框顯示。在各種典型實施例中，表面焦距工具窗口小部件840被操作者測量、定位和旋轉(zhuǎn)，直到框表現(xiàn)出或定義了關(guān)心的自動焦距區(qū)域。應(yīng)該理解的是，在各種典型實施例中，表面焦距工具窗口小部件840的感興趣區(qū)域在尺寸上增加或減小，來近似的包括對于特定檢查操作的適當(dāng)?shù)谋砻娌糠郑绺叨却_定，或者表面加工評價，或者類似的。在多個典型實施例中，表面焦距操作提供了圖像焦距，其最大化感興趣區(qū)域中表面紋理的清晰度或銳度，或者投射到感興趣區(qū)域光滑表面的圖案，目的是提供坐標(biāo)值，該坐標(biāo)值準(zhǔn)確的定位沿Z軸方向的表面，或提供在坐標(biāo)處的檢查圖像，其提供了對于檢查表面最清晰的圖像。在各種典型實施例中，用來確定對于自動焦距圖像的焦距值的表面焦距量度表現(xiàn)出感興趣區(qū)域的對比度。
圖11是顯示區(qū)域300E的示意圖，其顯示了圖10中的顯示區(qū)域的放大部分，進一步說明了框工具窗口小部件810A和810B。如圖11所示，框工具窗口小部件810A和810B分別包括中心選擇器部分912A和912B，它們與劃線工具610的選擇器部分612的操作相似。如下面關(guān)于圖12的更詳細的描述，框工具窗口小部件810A被顯示包圍痕跡320的左邊緣的邊緣部分910、920、930和940，而框工具窗口小部件810B被顯示包圍痕跡320的右邊緣的邊緣部分950、960和970。
圖12是圖11中顯示區(qū)域300E的示意圖，進一步說明了框工具窗口小部件810A和810B內(nèi)的掃描線的應(yīng)用和有效數(shù)據(jù)區(qū)域的選擇。如圖12所示，顯示邊緣部分910此刻包括四個掃描線1010，而邊緣部分920此刻包括四個掃描線1020。根據(jù)通常包括在這種框工具操作中的標(biāo)準(zhǔn)，這些掃描線表示了可以發(fā)現(xiàn)有效邊緣數(shù)據(jù)的區(qū)域。對于這種掃描線的各種考慮可以包括間距、次級掃描線資格(例如，連續(xù)像素的數(shù)量是掃描線)，以及其它因素。在一個實施例中，掃描線的間距可以可編程作為可定制的默認值，或者能夠在每個實例中確定，在一些情況下利用一機制，例如用戶利用子菜單改變間距。
在顯示區(qū)域300E中，因為存在非常少的有效數(shù)據(jù)區(qū)域，所希望的是使掃描線相對精密地間隔(例如，每一個或兩個像素行)。應(yīng)該注意的是邊緣部分930和940不包括掃描線。在一個實施例中，根據(jù)框工具810A的操作，掃描線沒有提供給邊緣部分930和940，因為沿潛在的掃描線它們不包括足夠的連續(xù)有效數(shù)據(jù)，因此，不能有助于邊緣評價處理。相似的，在框工具窗口小部件810B內(nèi)，邊緣部分950和960包括掃描線，而由于沒有包括足夠連續(xù)有效數(shù)據(jù)排除了邊緣部分970。如在框工具窗口小部件910B中也示出的，邊緣部分960包括僅一個單一的掃描線1060，其在一個實施例中表示出了邊緣部分960，該邊緣部分具有比其它具有更多掃描線的邊緣部分更少的有效數(shù)據(jù)，但是與邊緣部分970相比具有足夠的有效數(shù)據(jù)，它能夠有助于邊緣評價處理。
在一個實施例中，框工具窗口小部件810A和810B是工具類型的例子，該工具可以用來作為部分圖4中的視頻工具143。如上所述，感興趣區(qū)域生成組件150可以支持自動、半自動、和/或手動操作，該操作定義多個感興趣區(qū)域，該感興趣區(qū)域在包括在視頻工具部分143中的多個視頻工具中可操作。關(guān)于框工具窗口小部件810A和810B，感興趣區(qū)域生成組件150可以輔助限制和識別有效數(shù)據(jù)的處理，該有效數(shù)據(jù)被傳給進一步的各種視頻工具的圖像處理函數(shù)。在一個實施例中，感興趣區(qū)域生成組件150可以調(diào)用無關(guān)特征識別和顯示組件160的操作。在另一個實施例中，感興趣區(qū)域生成組件150的操作和無關(guān)特征識別和顯示組件160可以被合并和/或不可區(qū)別。在任何一種情況下，無關(guān)特征識別和顯示組件160的操作的啟動可以取決于機器視覺檢查系統(tǒng)操作員的無關(guān)特征排除模式的啟動，如下面進一步概述的。感興趣區(qū)域生成組件150還可以具有對于確定非有效數(shù)據(jù)的附加內(nèi)部標(biāo)準(zhǔn)。例如，就掃描線而言，感興趣區(qū)域生成組件150可以預(yù)先篩分有效數(shù)據(jù)掃描線，并且需要在掃描線兩邊具有足夠有效數(shù)據(jù)，目的是考慮其會是有效的數(shù)據(jù)，否則它會被篩除，除了由無關(guān)特征識別操作識別的非有效數(shù)據(jù)(例如，相似于前面描述的篩選被篩選的邊緣部分930和940)。在一個實施例中，感興趣區(qū)域生成組件150的一個功能因此是包括所有的有效數(shù)據(jù)點并排除所有無效數(shù)據(jù)點。在另一個實施例中，這些操作還可以更多被包括在圖像處理操作，而不是感興趣區(qū)域生成組件150。如上面描述的，感興趣區(qū)域生成組件150還可以在一個實施例中執(zhí)行特定預(yù)先篩選操作(例如，可以確定標(biāo)稱邊緣位置和確定是否存在足夠的有效像素使其作為有效掃描線位置)。
圖13是一個流程圖，示出了程序1100的一個典型實施例，該程序是生成和利用部分程序來檢查具有無關(guān)特征的工件，該無關(guān)特征將被從感興趣區(qū)域中的多個圖像處理操作中排除。在塊1110，部件加工程序被生成，其可用來檢查具有無關(guān)特征的工件部分，其中該無關(guān)特征被從各種圖像處理操作中排除。在塊1120，生成的部件加工程序被運行。在塊1130，利用部件加工程序檢查若干具有無關(guān)特征的工件，該無關(guān)特征被從各種圖像處理操作中排除。
圖14是流程圖，示出了排除相應(yīng)于無關(guān)特征的無關(guān)像素數(shù)據(jù)的程序1200的一個典型實施例。在塊1210，獲取一圖像，其包括需檢查的圖像特征和最接近工件特征的無關(guān)圖像特征。在塊1220，為一操作定義感興趣區(qū)域，該操作由視覺系統(tǒng)在至少需檢查的部分工件特征上執(zhí)行。應(yīng)該理解的是在根據(jù)本發(fā)明的各種實施例中，感興趣區(qū)域可以包括有效數(shù)據(jù)區(qū)域和無效數(shù)據(jù)區(qū)域。并且在各種典型實施例中，用戶接口可以被利用，該用戶接口能夠輔助用戶通過提供框或其它工具定義感興趣區(qū)域，如在此之前描述的。應(yīng)該注意的是，與特定已知系統(tǒng)對比，特定已知系統(tǒng)預(yù)先需要用戶選擇性的在由用戶認可的有效數(shù)據(jù)區(qū)域上仔細定位多個點工具或類似的工具，本發(fā)明更容易使用。應(yīng)該理解的是根據(jù)本發(fā)明，在各種實施例中，通用框工具，和/或其它這種有效的多點工具，可以被通常定位在區(qū)域之上，該區(qū)域包括環(huán)繞需檢查的希望特征的有效和無效數(shù)據(jù)。因此，用戶被允許以他們正常的方式采用這種更有效的多點工具，而無需特殊考慮可能存在的無關(guān)數(shù)據(jù)。在塊1230，指定的操作可以被視覺系統(tǒng)執(zhí)行在感興趣區(qū)域，排除相應(yīng)于無關(guān)特征的無關(guān)像素數(shù)據(jù)。
如在下面將詳細討論的，應(yīng)該理解的是圖14的程序1200可以用在訓(xùn)練模式和運行模式。還可以理解的是，程序1200不需要遍及完整圖像全局定位無關(guān)特征，代替的，在各種操作的實施例和/或操作實例中，僅在感興趣區(qū)域定位無關(guān)特征是足夠的。當(dāng)預(yù)料到圖像變形和/或?qū)嶋H工件變形(例如，具有無關(guān)結(jié)構(gòu)柵格或類似的)并且無關(guān)物體的分析定義被定位在圖像上時，這是特別有用的，因為當(dāng)所需要的僅有配合在關(guān)心的區(qū)域局部時，存在更大機會的準(zhǔn)確配合，盡管整體圖像的通常扭曲。
圖15是流程圖，顯示出程序1300的一個典型實施例，該程序提供了目標(biāo)為感興趣區(qū)域中需檢查特征的操作結(jié)果。在一個實施例中，程序1300可以用在圖14的塊1230中。如圖15所示，在塊1310，相應(yīng)于無關(guān)特征的像素被識別。在塊1320，被識別的無關(guān)特征像素被排除，以致于它們不會包括在該操作中，該操作目標(biāo)在感興趣區(qū)域需檢查的特征。應(yīng)該理解的是，被識別的無關(guān)特征像素的排除可以被執(zhí)行在感興趣區(qū)域處理操作中，或者被執(zhí)行在成像處理操作中，或者被執(zhí)行在兩者中。換句話說，相應(yīng)于無關(guān)特征的像素首先被識別，并且被從未來處理操作中排除，以致于僅相應(yīng)于需檢查的所希望特征的有效象素包括在處理操作中。該排除可以由任何選定的數(shù)據(jù)操作完成(例如，訪問排除、替換、數(shù)學(xué)操作、由成像處理操作的篩選等)。在塊1330，目標(biāo)在剩余有效像素的操作可以被執(zhí)行，該像素相應(yīng)于感興趣區(qū)域中需檢查的特征。這種操作可以包括對象，例如邊緣探測、表面聚焦、邊緣聚焦、弧測量等。在塊1340，操作的結(jié)果被顯示和/或輸出。
圖16是流程圖，表示出程序1400的一個典型實施例，該程序為目標(biāo)為感興趣區(qū)域中需檢查特征的操作，提供感興趣區(qū)域中標(biāo)稱掃描線的定義可操作部分給操作。在一個實施例中，程序1400可用在圖15的塊1320中。如圖16所示，在塊1410，無關(guān)特征去除模式可以手動、半自動和自動的選擇。在塊1420，標(biāo)稱掃描線在感興趣區(qū)域內(nèi)基于工具參數(shù)被識別。如上面討論的，工具參數(shù)可以涉及一些方面，例如掃描線的間隔等。在塊1430，被識別的無關(guān)特征被從標(biāo)稱掃描線排除，并且感興趣區(qū)域中的標(biāo)稱掃描線的可操作部分被定義。因此，實際排除無關(guān)特征的操作是在執(zhí)行在感興趣區(qū)域類型操作的情況下，因為標(biāo)稱掃描線被改進(refine)到可操作的掃描線，并且僅標(biāo)稱掃描線的可操作部分被傳給下一個步驟。應(yīng)該可以理解的是在其它實施例中，無關(guān)特征像素的排除可以被代替執(zhí)行在成像處理操作中，該成像處理操作基于特定無關(guān)數(shù)據(jù)標(biāo)識符、或標(biāo)記、或值、或類似的，或被代替執(zhí)行在感興趣區(qū)域操作和成像處理操作的結(jié)合中。在塊1440，在感興趣區(qū)域中的標(biāo)稱掃描線的規(guī)定可操作部分被傳送到操作，該操作的目的為感興趣區(qū)域需檢查的特征。如上提到的，這種操作可以包括多個目標(biāo)，例如邊緣定位、表面聚焦、邊緣聚焦、弧測量等。應(yīng)該理解的是，程序1400是特別有優(yōu)勢的，由于它允許已經(jīng)生成的圖像處理工具運行在正常方式，它也相對強壯，并且需要對存在的系統(tǒng)作出的主要變化主要是在感興趣區(qū)域發(fā)生器。該感興趣區(qū)域發(fā)生器通常也是需要相應(yīng)模式選擇的唯一部件。
圖17顯示框工具GUI窗口小部件1510的典型實施例，還一并顯示了控制窗口小部件1520的典型實施例，在機器操作的訓(xùn)練模式或手動模式中，該控制窗口小部件用來根據(jù)本發(fā)明選擇與無關(guān)特征識別和排除操作相關(guān)的掩膜模式和操作。在各種典型實施例中，控制窗口小部件1520包括一開按鈕1522和一個關(guān)按鈕1524。當(dāng)開按鈕1522被鼠標(biāo)點按或以其它方式啟動時，它啟動自動操作，以致于感興趣區(qū)域能夠被分析來排除無關(guān)特征像素，該無關(guān)特征象素來自于與框工具相關(guān)的多個圖像處理操作。其它工具也可以被提供相似的控制窗口小部件1520。當(dāng)然控制窗口小部件1520能夠以許多其它形式呈現(xiàn)、劃分、包括在更多復(fù)雜的多功能窗口小部件內(nèi)，或者直接包括在視頻工具表示內(nèi)，或者類似的。窗口小部件1520的本質(zhì)方面在于它可用來啟動或撤銷一運行模式，該運行模式可用來從根據(jù)本發(fā)明的各種圖像處理或分析操作中識別和排除無關(guān)圖像數(shù)據(jù)。
在各種典型實施例中，可以提供涉及無關(guān)特征識別操作的示范模式。在這個實施例中，控制窗口小部件1520可以被鼠標(biāo)點按或其它方式啟動方式來啟動自動操作，該自動操作提供無關(guān)特征識別學(xué)習(xí)或訓(xùn)練模式演示，該演示預(yù)覽或模擬可比性的運行模式操作結(jié)果，例如，如前面概述的。這種演示可以被機器操作員評價來確認或不接受它的功效和相關(guān)程序參數(shù)或指令。
在各種其它典型實施例中，在操作環(huán)境內(nèi)，其中無關(guān)特征排除模式已經(jīng)是當(dāng)前的或連續(xù)的在操作中，控制窗口小部件1520可以被鼠標(biāo)點按或其它啟動方式來接收完全定義或訓(xùn)練的無關(guān)特征識別操作設(shè)定值，例如，或繞過訓(xùn)練模式無關(guān)特征識別演示，或接受結(jié)果，該結(jié)果通過作為訓(xùn)練模式無關(guān)特征識別演示的結(jié)果提供的評估圖像指示，目的是移到附加訓(xùn)練模式操作。換句話說，控制窗口小部件1520的操作可以依賴于是否存在實際上更高級別或背景命令，是否已經(jīng)根據(jù)本發(fā)明將機器設(shè)置在無關(guān)特征排除模式。例如，當(dāng)無關(guān)特征覆蓋了包括需檢查的多樣特征或區(qū)域的大部分或全部圖像(例如，重復(fù)柵格圖案304，或類似的)時，這種模式可能是合適的。應(yīng)當(dāng)理解的是，在各種典型實施例中，前面描述的無關(guān)特征識別工具和窗口小部件的多個方面可以分別執(zhí)行或多種組合執(zhí)行。此外，應(yīng)當(dāng)理解的是，在各種典型實施例中，各種GUI窗口小部件和控制窗口小部件的可選擇形式是明顯的。因此，前面實施例僅僅是示例性的說明，而不是限制。
圖18示出了圖形用戶接口工具欄窗口1600的典型實施例，該圖形用戶接口工具欄窗口包括根據(jù)本發(fā)明可用的無關(guān)特征識別掩膜模式選擇器1610。工具欄窗口1600的剩余部分與上面討論過的QVPAKTM軟件中提供的相似。在一個實施例中，掩膜模式選擇器1610可以對于全局掩膜模式托拽到圖像上，或者對于特定工具(tool-specific)掩膜模式托拽到單獨工具上。在一個實施例中，工具可以具有窗口小部件，其當(dāng)它們在掩膜模式時反映。在第二實施例中，掩膜模式選擇器1610可以保持在工具欄1600上并且提供切換功能。當(dāng)掩膜模式選擇器1610切換到開時，視頻工具被從工具欄1600拉出，并且在掩膜模式，其也可以被提供視覺特征，表示它在掩膜模式。在一個實施例中，用戶接口能夠支持無關(guān)像素識別的半自動方法，在這種情況下，當(dāng)掩膜模式啟動時，工具可以詢問用戶選擇半自動方式，或顯示幾個用戶可以從中選擇的可替換的結(jié)果的例子。換句話說，在學(xué)習(xí)模式，用戶能夠點按關(guān)心區(qū)域并定位光標(biāo)到用戶希望去除的無關(guān)特征的類型，于是系統(tǒng)施加各種不同方法試圖去除無關(guān)特征，并顯示多個方法的結(jié)果，這樣用戶能夠客觀的選擇客觀上提供最好結(jié)果的方法，于是該方法成為所利用的模式。用戶接口如何能夠支持無關(guān)像素識別的半自動方法的多個例子包括使用與形態(tài)學(xué)方法結(jié)合的閾值，使用與區(qū)域增長補充結(jié)合的紋理工具，與對準(zhǔn)結(jié)合的分析圖案引入等。在各種典型實施例中，當(dāng)掩膜模式啟動或有效并且無關(guān)特征像素被令人滿意的識別在與視頻工具相關(guān)的感興趣區(qū)域中的時候，機器視覺檢查系統(tǒng)包括程序指令，其識別狀態(tài)，并且系統(tǒng)自動從與感興趣區(qū)域中視頻圖像相關(guān)的操作中排除識別的無關(guān)特征像素。
圖19是流程圖，顯示出程序1700的典型的實施例，該程序根據(jù)掩膜模式窗口小部件執(zhí)行學(xué)習(xí)模式操作。在塊1710，進入學(xué)習(xí)/訓(xùn)練模式。在塊1712，一個和多個操作被提供，這些操作可用來識別在一個和多個感興趣區(qū)域中需排除的特征。在塊1714，提供掩膜模式啟動/撤銷窗口小部件，其可用來在感興趣區(qū)域設(shè)置模式。
在塊1720，圖像被獲取。在塊1722，為了訓(xùn)練建立工具。在判斷塊1724，作出關(guān)于是否掩膜模式已經(jīng)被選擇的決定。如果掩膜模式還沒有被選定，程序繼續(xù)到塊1740，如將在下面詳細描述的。如果掩膜模式已經(jīng)被選定，程序繼續(xù)到塊1730。
在塊1730，在感興趣區(qū)域中的排除像素被識別和/或指示。在判定塊1732，作出關(guān)于是否當(dāng)前結(jié)果可以接受的決定。在各種典型實施例中，決定可以由手動、半自動、和自動作出。如果當(dāng)前結(jié)果不能接受，程序繼續(xù)到塊1734，其中修訂候選的操作被選擇或者可用來識別需排除像素的操作，在此之后程序返回到塊1730。如果在判定塊1732，結(jié)果被表示為可接受，程序繼續(xù)到塊1736，其中程序設(shè)置工具參數(shù)和與感興趣區(qū)域相關(guān)的操作來排除來自于工具的工件特征分析操作的排除像素。
在塊1740，工具被訓(xùn)練。在塊1742，顯示被訓(xùn)練的工具操作結(jié)果。在確定塊1744，決定被作出關(guān)于是否被訓(xùn)練工具的當(dāng)前結(jié)果是可接受的(例如，預(yù)期的邊緣被定位了嗎？它的位置是近似預(yù)期的位置嗎？等)。如果當(dāng)前結(jié)果是不可接受的，程序返回到塊1722。如果當(dāng)前結(jié)果是可接受到的，程序繼續(xù)到判定塊1746。
在判定塊1746，關(guān)于是否執(zhí)行更多的訓(xùn)練操作的決定被作出。如果執(zhí)行附加訓(xùn)練操作，程序返回到塊1720。如果不執(zhí)行無關(guān)訓(xùn)練操作，程序繼續(xù)到塊1748，其中部分程序被保存和域退出學(xué)習(xí)模式。
應(yīng)當(dāng)理解的是程序1700由用戶提供簡單操作，因為視頻工具的標(biāo)準(zhǔn)化類型可以被利用，而不是需要自定義操作。換句話說，用戶不需要利用腳本語言執(zhí)行專用操作。作為替換，系統(tǒng)允許使用預(yù)先編程的圖標(biāo)等等，這樣即使不熟練的用戶具備最少的訓(xùn)練也可以使用。此外，如上提及的，感興趣區(qū)域能夠包圍有效和無效數(shù)據(jù)。因此，用戶不需要在所有有效數(shù)據(jù)區(qū)域上放置單獨的點工具。
應(yīng)當(dāng)注意的是特定現(xiàn)存機器視覺檢查系統(tǒng)可以根據(jù)本發(fā)明使用多個系統(tǒng)和方法的實施例，對于這些現(xiàn)存機器具有最小的或者沒有“改進”的修正，并且這種機器的無關(guān)特征識別能力，強壯性和通用性仍然可以根據(jù)本發(fā)明的宗旨增加。在各種典型實施例中，僅根據(jù)本發(fā)明的機器視覺檢查軟件方法和/或修正的補充被包括在改進修正中。
盡管結(jié)合上述概述的典型實施例描述了本發(fā)明，各種替換、修正、變化、改進和/或?qū)嵸|(zhì)的等效，無論已知還是當(dāng)前無法預(yù)料，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員可以變得明顯。因此，如前所述，本發(fā)明的典型實施例是示例性的，而不是限制。在不背離本發(fā)明的要旨和范圍的情況下可以作出各種變化。因此，提出的和可以被改正的權(quán)利要求的目的是包含所有已知或今后發(fā)展的可替換物、修正、變化、改進和/或?qū)嵸|(zhì)的等效。
權(quán)利要求
1.一種檢查由機器視覺檢查系統(tǒng)獲取的工件圖像的方法，該機器視覺檢查系統(tǒng)具有用戶接口，該用戶接口可用來定義用來檢查圖像的一系列操作，該方法包含獲取包括無關(guān)特征的圖像；定義與由用戶接口提供的視頻工具相關(guān)的感興趣區(qū)域，該視頻工具具有一個或多個相關(guān)操作；至少在感興趣區(qū)域識別無關(guān)特征像素；并且執(zhí)行與該視頻工具相關(guān)的一個或多個操作，至少在感興趣區(qū)域，從與該視頻工具相關(guān)的至少一個操作中排除該識別的無關(guān)特征像素，。
2.權(quán)利要求1中的方法，其中該無關(guān)特征包含至少其中一個a)柵格類特征，和b)平板顯示屏幕掩膜的柵格類特征。
3.權(quán)利要求1中的方法，其中在執(zhí)行與視頻工具相關(guān)的一個或多個操作之前，相應(yīng)于沒有被識別為該無關(guān)特征像素的感興趣區(qū)域的像素的圖像數(shù)據(jù)不被修正，。
4.權(quán)利要求1中的方法，其中至少在感興趣區(qū)域識別無關(guān)特征像素包括識別估計與無關(guān)特征相應(yīng)的第一組像素；確定包含鄰近該第一組至少部分像素的緩沖區(qū)域的第二組像素；以及包括相應(yīng)于在識別的無關(guān)特征像素中的該第一和第二組的像素。
5.權(quán)利要求4中的方法，其中確定該第二組像素包含在該第一組像素上執(zhí)行至少一膨脹操作。
6.權(quán)利要求1中的方法，其中無關(guān)特征像素僅在感興趣區(qū)域被識別。
7.權(quán)利要求1中的方法，其中該用戶接口包括對于其中一個可用的至少一個特征a)啟動該機器視覺檢查系統(tǒng)的操作模式，其中可用來識別無關(guān)特征像素的操作被啟動，b)表示該機器視覺檢查系統(tǒng)的操作模式的至少一“開”狀態(tài)，其中可用來識別無關(guān)特征的操作被啟動。
8.權(quán)利要求7中的方法，其中該用戶界面包括至少一個特征，其可用來暫停該機器視覺檢查系統(tǒng)的操作模式，其中可用來識別無關(guān)特征的操作被啟動。
9.權(quán)利要求7中的方法，其中定義感興趣區(qū)域包含利用視頻工具的圖形感興趣區(qū)域表示窗口小部件定義該感興趣區(qū)域，該至少一個特征與視頻工具相關(guān)，并且該至少一個特征包含至少其中一個a)模式狀態(tài)指示特征，和b)模式控制窗口小部件。
10.權(quán)利要求1中的方法，其中至少在感興趣區(qū)域識別無關(guān)特征像素包含利用閾值技術(shù)來識別相應(yīng)于無關(guān)特征像素的區(qū)域，和利用形態(tài)學(xué)方法來濾波被識別部分邊界的不規(guī)則部分。
11.權(quán)利要求1中的方法，其中至少在感興趣區(qū)域識別無關(guān)特征像素包含確定至少部分無關(guān)特征的模板；基于模板和檢查圖像執(zhí)行相關(guān)操作，并識別相應(yīng)于檢查圖像中的特征的至少一相關(guān)峰值位置，該檢查圖像至少近似與該模板匹配；基于該工件的先驗知識表征相應(yīng)于至少部分無關(guān)特征的標(biāo)稱幾何特征；以相對于該至少一相關(guān)峰值位置的合適方式定位標(biāo)稱幾何特征；以及識別該相應(yīng)于被定位的標(biāo)稱幾何特征的像素作為無關(guān)特征像素。
12.權(quán)利要求1中的方法，其中該機器視覺檢查系統(tǒng)包括操作模式，其中可用來識別無關(guān)特征像素的操作被啟動，并且該用戶接口包含至少一用來啟動操作模式的控制窗口小部件。
13.權(quán)利要求12中的方法，其中該機器視覺檢查系統(tǒng)包括預(yù)定無關(guān)特征像素識別操作，并且該用戶接口包括由操作者可用的特征來確定至少其中一個S1)需施加到圖像上的該預(yù)定無關(guān)特征像素識別操作的至少一個子集，S2)調(diào)節(jié)需施加到圖像上的預(yù)定無關(guān)特征像素識別操作的至少一個參數(shù)，以及至少在感興趣區(qū)域識別無關(guān)特征像素包含操作者選擇S1)和S2)中的至少一個。
14.權(quán)利要求13中的方法，其中至少在感興趣區(qū)域識別無關(guān)特征像素包含根據(jù)該操作者的s1)和s2)的至少一個的選擇識別一組無關(guān)特征像素；提供該被識別的無關(guān)特征像素組的顯示，其被重疊在至少部分原始檢查圖像上的它們合適的位置上，以致于它們?nèi)菀妆槐鎰e；以及操作者認可基于該顯示的被識別的無關(guān)特征像素組，其中該操作者認可發(fā)生在執(zhí)行與該視頻工具相關(guān)的該一個或多個操作之前。
15.權(quán)利要求14中的方法，其中該方法被執(zhí)行在該機器視覺檢查系統(tǒng)的操作的訓(xùn)練模式期間，并且當(dāng)用戶認可發(fā)生在執(zhí)行與視頻工具相關(guān)的該一個或多個操作之前時，相應(yīng)于該操作者的s1)和s2)的至少一個的選擇的機器控制指令是在自動檢查工件的部件加工程序中。
16.權(quán)利要求1中的方法，其中用來至少在感興趣區(qū)域中識別無關(guān)特征像素的第一組操作被執(zhí)行在開始用來執(zhí)行與視頻工具相關(guān)的該一個或多個操作的第二組操作之前。
17.權(quán)利要求16中的方法，其中在用來控制該機器視覺檢查系統(tǒng)操作的程序源代碼中，執(zhí)行該第一組操作的程序指令沒有不時的被執(zhí)行該第二組操作的程序指令打斷。
18.一種用來獲取和檢查包括無關(guān)特征的工件圖像的機器視覺檢查系統(tǒng)，該機器視覺檢查系統(tǒng)包含用戶接口，其可用來定義用來檢查工件圖像的一組操作；圖像獲取部分，其可用來獲取包括無關(guān)特征的工件圖像；感興趣區(qū)域定義部分，其可用來在所獲取的圖像中定義各自的感興趣區(qū)域，該各自的感興趣區(qū)域相應(yīng)于該用戶接口提供的一類的各自視頻工具，該視頻工具具有一個或多個相關(guān)的操作；以及無關(guān)特征識別部分，其可用來至少在該各自感興趣區(qū)域識別無關(guān)特征像素，其中，當(dāng)該無關(guān)特征識別部分被用來至少在該工件圖像的該各自感興趣區(qū)域識別無關(guān)特征像素的時候，該機器視覺檢查系統(tǒng)是可操作的來執(zhí)行與該各自視頻工具相關(guān)的該一個或多個操作，并且從至少與該視頻工具相關(guān)的一操作中排除該識別的無關(guān)特征像素。
19.權(quán)利要求18中的機器視覺檢查系統(tǒng)，其中當(dāng)該無關(guān)特征識別部分被用來識別包括在該各自感興趣區(qū)域的無關(guān)特征像素時，該機器視覺檢查系統(tǒng)自動的從與該各自視頻工具相關(guān)的至少一操作中排除該識別的無關(guān)特征像素。
20.權(quán)利要求18中的機器視覺檢查系統(tǒng)，其中該用戶接口包括至少一特征，其對于至少其中一個可用a)啟動機器視覺檢查系統(tǒng)的操作模式，其中可用來識別無關(guān)特征像素操作的操作被啟動，b)表示至少該機器視覺檢查系統(tǒng)的操作模式的至少一“開”狀態(tài)，其中可用來識別無關(guān)特征像素的操作被啟動。
21.權(quán)利要求20中的機器視覺檢查系統(tǒng)，其中該感興趣區(qū)域限定部分可用來基于相應(yīng)于該各自視頻工具的圖形操作者可配置感興趣區(qū)域表示窗口小部件定義該各自感興趣區(qū)域，并且對于a)和b)的至少其中一個可用的該至少一特征與該各自視頻工具相關(guān)，并且該至少一特征包含至少其中一個a)模式狀態(tài)表示特征和b)模式控制窗口小部件。
22.權(quán)利要求18中的方法，其中該無關(guān)特征識別部分包含預(yù)定無關(guān)特征像素識別操作，并且該用戶接口包括由操作者可用的特征來確定至少其中一個S1)施加到該工件圖像上的該預(yù)定無關(guān)特征像素識別操作的至少一個子集，S2)施加到工件圖像上的調(diào)節(jié)預(yù)定無關(guān)特征像素識別操作的操作的至少一參數(shù)，以及該無關(guān)特征識別部分根據(jù)該操作者的S1)和S2)的至少一個的確定識別無關(guān)特征。
全文摘要
提供用于機器視覺計量和檢查系統(tǒng)的系統(tǒng)和方法，從該機器視覺系統(tǒng)的各種檢查和控制操作中排除無關(guān)圖像特特征。該無關(guān)圖像特征可能與需檢查的其它圖像特性緊密相鄰。該方法包含獲取包括無關(guān)特征的圖像；定義與由用戶接口提供的視頻工具相關(guān)的感興趣區(qū)域，該視頻工具具有一個或多個相關(guān)操作；至少在感興趣區(qū)域識別無關(guān)特征像素；并且執(zhí)行與該視頻工具相關(guān)的一個或多個操作，至少在感興趣區(qū)域，從與該視頻工具相關(guān)的至少一個操作中排除該識別的無關(guān)特征像素。
文檔編號G01B11/24GK1699916SQ200510081748
公開日2005年11月23日 申請日期2005年3月25日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月25日
發(fā)明者R·M·韋瑟曼 申請人:株式會社三豐