用于不規(guī)則表面邊緣的增強型邊緣檢測工具的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種在機器視覺檢測系統(tǒng)中對不規(guī)則表面的邊緣進行增強邊緣檢測的方法。該檢測系統(tǒng)包括邊緣特征視頻工具，邊緣特征視頻工具配置成基于多幅不同聚焦的圖像確定邊緣特征的輪廓數(shù)據(jù)。提供參照邊緣的對準補償，使沿定向濾波方向各個位置處邊緣特征的相應(yīng)偏移量最小，在針對邊緣特征確定輪廓數(shù)據(jù)之前使用該定向濾波方向?qū)Χ喾煌劢沟膱D像進行定向濾波。可使用針對與多幅圖像每一幅中的PFF基礎(chǔ)像素位置相應(yīng)的點所定義的定向濾波子區(qū)域(DFS)對多幅不同聚焦的圖像進行定向濾波，每個DFS具有沿定向濾波方向的較長尺寸。
【專利說明】用于不規(guī)則表面邊緣的增強型邊緣檢測工具

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于不規(guī)則表面邊緣的增強型邊緣檢測工具。

【背景技術(shù)】
[0002]精密機器視覺檢測系統(tǒng)(或者簡稱為“視覺系統(tǒng)”)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(tǒng)可以包括計算機，照相機和光學系統(tǒng)，以及可沿多個方向移動以允許工件檢測的精密工作臺。一種示例的現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)，可以稱其為通用“離線”精密視覺系統(tǒng)，該系統(tǒng)是可購自位于Aurora IL的Mitutoyo AmericaCorporation (MAC)的基于PC視覺系統(tǒng)的QUICK VISION?系列，和QVPAK?軟件。例如在2003年I月出版的QVPAK3D CNC視覺測量機器用戶指南和1996年9月出版的QVPAK3DCNC視覺測量機器操作指南中概括描述了 quick VISION?:視覺系統(tǒng)系列和QVPAK?.軟件的特征和操作，各文獻在此全文引作參考。這類系統(tǒng)能使用顯微鏡型光學系統(tǒng)，并移動工作臺，從而能夠以不同的放大率提供較小或者相對較大工件的檢測圖像。
[0003]通用精密機器視覺檢測系統(tǒng)，諸如QUICK VISION?系統(tǒng)，通常也是可編程的，以提供自動視覺檢測。第6，542，180號美國專利('180專利)教導了這種自動視覺檢測的多個方面，該文獻在此全文引作參考。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，允許用戶對每個特定的工件結(jié)構(gòu)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(xiàn)，其中通過存儲與用戶借助圖形用戶界面執(zhí)行的檢測操作序列相應(yīng)的機器控制指令序列來“學習”檢查事件序列。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”期間可使用該序列自動獲取(另外分析或檢測)工件的圖像。
[0004]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)通常存儲為特定工件結(jié)構(gòu)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照相機，處于何種照明級另O，以及何種放大級別等。另外，部件程序定義了如何分析/檢測所獲取的圖像，例如通過使用一個或多個諸如邊緣/邊界檢測視頻工具的視頻工具。
[0005]視頻工具(或者簡稱為“工具”)包括⑶I特征和預先確定的圖像分析操作，從而可通過非專家操作員進行操作和編程。用戶可操作視頻工具，完成手動檢測和/或機器控制操作(在“手動模式”)。它們的設(shè)置參數(shù)和操作也可以在學習模式期間被記錄下來，以便創(chuàng)建自動檢測程序。示例的視頻工具包括邊緣位置測量工具，其可用于定位工件的邊緣特征，并且可以包括稱作“框體工具”(box tool)的工具配置，可使用“框體工具”隔離感興趣區(qū)域中的邊緣，然后自動確定邊緣位置。例如，共同受讓的美國專利7，627，162教導了框體工具的各種應(yīng)用，該專利在此全文弓I作參考。
[0006]已知的邊緣位置測量工具使用圖像強度來確定邊緣位置。沿著橫跨邊緣的掃描線分析強度梯度(包括像素亮度或強度值)。通常將最大梯度位置用作邊緣位置。不過，在使用強度梯度方法時，難易可靠地定位“噪聲”邊緣，諸如不規(guī)則的或高度紋理化表面的邊緣，或者通過鋸或者激光切割所產(chǎn)生的不規(guī)則邊緣。所產(chǎn)生的掃描線常常具有太多噪音，以至于不能支持可靠的邊緣位置測量。
[0007]另一種已知類型的視頻工具有時稱作“多點工具”或“多點自動聚焦工具”視頻工具。這種工具提供從該工具感興趣區(qū)域內(nèi)定義的X-Y坐標處多個子區(qū)域的“最佳聚焦”位置而得到的Z-高度測量或坐標(沿照相機系統(tǒng)的光軸和聚焦軸)，諸如，通過基于對比度的有時被稱作聚焦點(PFF，point from focus)重建的“自動聚焦”方法來確定Z高度測量或坐標。這種X，Y和Z坐標的集合可以稱為點云數(shù)據(jù)(point cloud data)，或者簡稱為點云。通常，根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的自動聚焦方法和/或工具，照相機沿Z-軸(聚焦軸)移動通過一定位置范圍，并在每個位置處拍攝圖像(稱作圖像棧)。對于所拍攝的每幅圖像，基于該圖像計算針對每個子區(qū)域的聚焦度量(focus metric)，聚焦度量與該幅圖像拍攝時照相機沿Z-軸的相應(yīng)位置有關(guān)。這樣針對每個子區(qū)域產(chǎn)生聚焦曲線數(shù)據(jù)，可以簡單地稱作“聚焦曲線”或“自動聚焦曲線”。通過對聚焦曲線數(shù)據(jù)擬合一個曲線，并估計所擬合的曲線的峰值，可以找出與沿Z-軸的最佳聚焦位置對應(yīng)的聚焦曲線的峰值。在本領(lǐng)域中公知多種這種自動聚焦方法。例如，在 ISIS Technical Report Series,第 17 卷,2000 年 11 月中，Jan-MarkGeusebroek 和 Arnold Smeulders 在“Robust Autofocusing in Microscopy，，中描述了一種已知的類似于前面概括描述的自動聚焦方法。在美國專利號5，790，710中描述了另一種已知的自動聚焦方法和設(shè)備，該專利在此全文引作參考。
[0008]有些方法因為后處理點云數(shù)據(jù)并識別點云中的邊緣特征而公知。不過，這類方法與將前面概述的已知的基于強度的邊緣定位測量工具(例如，框體工具等)并不相似，原因在于這類方法在理解和應(yīng)用方面更加復雜，通常不適合相對而言不熟練的用戶。此外，當確定工件表面和/或邊緣上多個3D數(shù)據(jù)點，并嘗試著使用所得到的3D數(shù)據(jù)點共同確定邊緣的位置或Z輪廓時，可能會產(chǎn)生某些問題。在精密機器視覺檢測系統(tǒng)中通常需要微米或亞微米范圍內(nèi)的精度。這對于邊緣周圍的Z高度測量而言非常有挑戰(zhàn)性。圍繞邊緣的聚焦(PFF)重建所引發(fā)的一個特殊的問題是，每個圖像像素周圍的局部對比度(對應(yīng)于點云X-Y坐標)通?；谝栽撐恢脼橹行牡泥徑叫?例如7X7像素)或正方形內(nèi)的平均，以減小對比度曲線中的噪聲，并且能進行可靠的Z深度重建。然而，通常，這使得點云數(shù)據(jù)中邊緣輪廓發(fā)生畸變或“平滑”，降低邊緣上輪廓的精度和分辨率。結(jié)果，對于某些類型的邊緣例如“噪聲邊緣”，諸如不規(guī)則表面的邊緣或者通過鋸或激光切割所產(chǎn)生的不規(guī)則邊緣，難以確定精確的輪廓和/或位置。期望允許非專業(yè)用戶以改善的可靠性和/或可重復性確定這些邊緣的視頻工具和/或自動操作。。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種在機器視覺檢測系統(tǒng)中用于確定邊緣特征的輪廓數(shù)據(jù)的方法，該機器視覺檢測系統(tǒng)包括:包括感興趣區(qū)域定義部分的邊緣特征視頻工具，該邊緣特征視頻工具配置成基于對感興趣區(qū)域的多幅不同聚焦的圖像，確定針對該感興趣區(qū)域中邊緣特征的輪廓數(shù)據(jù)。該方法包括:將工件放置在機器視覺檢測系統(tǒng)的視場內(nèi)；操作該邊緣特征視頻工具，定義包括所獲取的工件圖像中的邊緣特征的視頻工具感興趣區(qū)域；以及操作該邊緣特征視頻工具，以分析感興趣區(qū)域中至少一個工件圖像的圖像數(shù)據(jù)，以便提供參照邊緣的對準補償，該對準補償涉及基本上使沿著定向濾波方向在各個位置處的邊緣特征的相應(yīng)偏移量最小，該定向濾波方向在確定邊緣特征的輪廓數(shù)據(jù)之前被用于對所述多幅不同聚焦的圖像進行定向濾波。
[0010]根據(jù)本發(fā)明的確定邊緣特征的輪廓數(shù)據(jù)的方法，所述參照邊緣的對準補償可用于調(diào)整所述定向濾波方向，使得在沿所述定向濾波方向的各個位置處的邊緣特征的相應(yīng)偏移量至少為以下之一:a)基本被消除，b)基本被補償，和c)基本與在沿所述定向濾波方向的各個位置處的相應(yīng)邊緣特征的之前確定的相應(yīng)偏移量相匹配。
[0011]根據(jù)本發(fā)明的確定邊緣特征的輪廓數(shù)據(jù)的方法，還包括:操作所述邊緣特征視頻工具，以獲取所述多幅不同聚焦的圖像；施加所述參照邊緣的對準補償，調(diào)整所述定向濾波方向；在施加所述參照邊緣的對準補償后，對所述多幅不同聚焦的圖像進行定向濾波，以及基于被定向濾波后的多幅不同聚焦的圖像，確定邊緣特征的輪廓數(shù)據(jù)。
[0012]根據(jù)本發(fā)明的確定邊緣特征的輪廓數(shù)據(jù)的方法，對所述多幅不同聚焦的圖像的定向濾波包括，使用相對于與所述多幅圖像每一個中的PFF基礎(chǔ)像素位置相應(yīng)的點所定義的定向濾波子區(qū)域(DFS)，每個DFS沿定向濾波方向具有較長尺寸，該較長尺寸大于沿基本垂直于定向濾波方向的第二方向的較短尺寸。所述參照邊緣的對準補償被用于調(diào)整所述定向濾波方向，使得在執(zhí)行定向濾波之前，沿定向濾波方向的邊緣特征的偏移量至少為以下的一種:a)基本被去除,和b)基本被補償。
[0013]根據(jù)本發(fā)明的確定邊緣特征的輪廓數(shù)據(jù)的方法，所述較短尺寸至多為5個像素，所述較長尺寸至少為所述較短尺寸的3倍。
[0014]根據(jù)本發(fā)明的確定邊緣特征的輪廓數(shù)據(jù)的方法，僅基于該DFS中所包含的像素，確定與DFS的PFF基礎(chǔ)像素位置相關(guān)的Z高度或PFF度量其中之一。
[0015]根據(jù)本發(fā)明的確定邊緣特征的輪廓數(shù)據(jù)的方法，所述邊緣特征視頻工具包括用戶界面，該用戶界面至少包括疊加在工件圖像上的感興趣區(qū)域指示符，該方法進一步包括，通過在用戶界面中調(diào)整疊加在工件圖像上的元素，提供所述參照邊緣的對準補償已經(jīng)被提供的指示。
[0016]根據(jù)本發(fā)明的確定邊緣特征的輪廓數(shù)據(jù)的方法，在用戶界面中調(diào)整疊加在工件圖像上的元素，包括調(diào)整感興趣區(qū)域指示符、邊緣方向指示符和定向濾波方向指示符的至少其中之一，來表示已經(jīng)提供了所述參照邊緣的對準補償。
[0017]根據(jù)本發(fā)明的確定邊緣特征的輪廓數(shù)據(jù)的方法，將所述邊緣特征視頻工具配置成與直線邊緣特征相應(yīng)，并且所述調(diào)整感興趣區(qū)域指示符包括定位感興趣區(qū)域指示符，從而使其一個軸垂直于邊緣特征，所述調(diào)整邊緣方向指示符包括定位邊緣方向指示符，使其平行于邊緣特征，所述調(diào)整定向濾波方向指示符包括定位定向濾波方向指示符，使其平行于或垂直于邊緣特征。
[0018]根據(jù)本發(fā)明的確定邊緣特征的輪廓數(shù)據(jù)的方法，將所述邊緣特征視頻工具配置成與圓形邊緣特征和圓弧形邊緣特征其中之一相應(yīng)，并且所述調(diào)整感興趣區(qū)域指示符包括，定位感興趣區(qū)域指示符，使其邊界近似與邊緣特征同心，所述調(diào)整邊緣方向指示符包括，定位邊緣方向指示符，使其近似與邊緣特征同心，所述調(diào)整定向濾波方向指示符包括，定位定向濾波方向指示符，使其近似與邊緣特征同心。
[0019]根據(jù)本發(fā)明的確定邊緣特征的輪廓數(shù)據(jù)的方法，在用戶界面中調(diào)整疊加在工件圖像上的元素包括以下之一:改變疊加在工件圖像上的元素的性質(zhì)，和增加疊加到圖像上的參照邊緣的對準補償指示符。
[0020]根據(jù)本發(fā)明的確定邊緣特征的輪廓數(shù)據(jù)的方法，該方法包括以下之一:a)選擇邊緣特征視頻工具，使其為包括參照邊緣的對準補償操作的類型，b)選擇包括參照邊緣的對準補償操作的邊緣特征視頻工具的參照邊緣的對準補償模式或選項，c)選擇包括參照邊緣的對準補償操作的邊緣特征視頻工具的定向濾波模式或選項，d)選擇提供參照邊緣的對準補償操作的參照邊緣的對準補償工具，所述參照邊緣的對準補償操作結(jié)合邊緣特征視頻工具進行操作。所述分析感興趣區(qū)域中至少一個工件圖像的圖像數(shù)據(jù)以提供參照邊緣的對準補償包括，結(jié)合邊緣特征視頻工具的操作來執(zhí)行所述參照邊緣的對準補償操作。
[0021]根據(jù)本發(fā)明的確定邊緣特征的輪廓數(shù)據(jù)的方法，在機器視覺系統(tǒng)的學習模式期間執(zhí)行該方法，并將相應(yīng)操作記錄到部分程序中。
[0022]根據(jù)本發(fā)明的確定邊緣特征的輪廓數(shù)據(jù)的方法，在機器視覺系統(tǒng)的運行模式期間，通過執(zhí)行記錄在部分程序中的相應(yīng)操作，執(zhí)行該方法的至少部分步驟。
[0023]根據(jù)本發(fā)明的確定邊緣特征的輪廓數(shù)據(jù)的方法，所述提供參照邊緣的對準補償包括，對沿與邊緣特征視頻工具相關(guān)的缺省方向各個位置處的邊緣特征的相應(yīng)偏移量進行特征化。
[0024]根據(jù)本發(fā)明的確定邊緣特征的輪廓數(shù)據(jù)的方法，所述對沿缺省方向各個位置處邊緣特征的相應(yīng)偏移量進行特征化包括:操作所述邊緣特征視頻工具，獲得感興趣區(qū)域的多幅不同聚焦的圖像；基于所獲取的感興趣區(qū)域的多幅不同聚焦的圖像，確定針對邊緣特征的初始輪廓數(shù)據(jù)；基于初始輪廓數(shù)據(jù)，使與邊緣特征視頻工具相關(guān)的線形對準邊緣特征；以及對沿缺省方向各個位置處的所對準線形的相應(yīng)偏移量進行特征化。
[0025]根據(jù)本發(fā)明的確定邊緣特征的輪廓數(shù)據(jù)的方法，所述與邊緣特征視頻工具相關(guān)的線形為直線，所述對將沿缺省方向各個位置處的對準線形的相應(yīng)偏移量進行特征化包括，確定所對準的直線與缺省方向之間的角度。
[0026]根據(jù)本發(fā)明的確定邊緣特征的輪廓數(shù)據(jù)的方法，所述與邊緣特征視頻工具相關(guān)的線形包括圓的至少一部分，所述缺省方向沿著平行于缺省圓的方向，所述對沿缺省方向各個位置處的所對準線形的相應(yīng)偏移量進行特征化包括，確定相對于缺省圓對準的至少一部分圓的相應(yīng)偏移量。
[0027]根據(jù)本發(fā)明的確定邊緣特征的輪廓數(shù)據(jù)的方法還包括:在機器視覺系統(tǒng)的學習模式期間操作邊緣特征視頻工具，以獲取感興趣區(qū)域的多幅不同聚焦的圖像；確定橫跨邊緣特征的多個代表性的合成Z高度輪廓，其中每個代表性的合成Z高度輪廓基于在確定該代表性的合成Z高度輪廓之前，用于對多幅不同聚焦的圖像進行定向濾波的相應(yīng)的定向濾波方向；確定所述多個代表性的合成Z高度輪廓其中的一個，其基本上使得沿定向濾波方向各個位置處的邊緣特征的相應(yīng)偏移量最小，該定向濾波方向用于提供所述代表性合成Z高度輪廓；以及基于定向濾波方向確定參照邊緣的對準補償，該定向濾波方向與所述多個代表性的合成Z高度輪廓中的基本上使邊緣特征的相應(yīng)偏移量最小的那個代表性合成Z高度輪廓相應(yīng)。
[0028]根據(jù)本發(fā)明的確定邊緣特征的輪廓數(shù)據(jù)的方法，所述確定多個代表性的合成Z高度輪廓中的基本上使相應(yīng)偏移量最小的一個包括，在所述多個代表性的合成Z高度輪廓中，確定表現(xiàn)出與所述代表性邊緣特征相應(yīng)的最大輪廓梯度的合成Z高度輪廓。
[0029]根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供了一種用于確定邊緣特征的輪廓數(shù)據(jù)的系統(tǒng)，包括:用于存儲編程指令的存儲器；以及處理器，配置成執(zhí)行所編程的指令，以執(zhí)行操作。所述操作包括:將工件放置在機器視覺檢測系統(tǒng)的視場中；操作該邊緣特征視頻工具，定義包括所獲取的工件圖像中的邊緣特征的視頻工具感興趣區(qū)域；以及操作該邊緣特征視頻工具，以分析感興趣區(qū)域中至少一個工件圖像的圖像數(shù)據(jù)，以便提供參照邊緣的對準補償，該對準補償涉及基本上使沿著定向濾波方向在各個位置處的邊緣特征的相應(yīng)偏移量最小，該定向濾波方向在確定邊緣特征的輪廓數(shù)據(jù)之前被用于對所述多幅不同聚焦的圖像進行定向濾波。
[0030]根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供了一種計算機可讀存儲介質(zhì)，其上存儲可由處理器執(zhí)行的執(zhí)行，以執(zhí)行以下操作:將工件放置在機器視覺檢測系統(tǒng)的視場中；操作邊緣特征視頻工具，定義包括所獲取的工件圖像中的邊緣特征的視頻工具感興趣區(qū)域；以及操作邊緣特征視頻工具，以分析感興趣區(qū)域中至少一個工件圖像的圖像數(shù)據(jù)，從而提供與沿定向濾波方向各個位置處的邊緣特征的相應(yīng)偏移量有關(guān)的參照邊緣的對準補償，其中所述定向濾波方向在針對邊緣特征確定輪廓數(shù)據(jù)之前用于對多幅不同聚焦的圖像進行定向濾波。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0031]圖1表示通用精密機器視覺檢測系統(tǒng)的多個典型部件。
[0032]圖2是類似于圖1的機器視覺檢測系統(tǒng)的控制系統(tǒng)部分和視覺部件部分的框圖，并且包括包含PFF方法的具有定向濾波和對準補償?shù)倪吘壧卣鞴ぞ摺?br> [0033]圖3表示正方形濾波子區(qū)域和定向濾波子區(qū)域(DFS)。
[0034]圖4A和4B表示在水平和垂直特征上進行PFF輪廓化所用的定向濾波子區(qū)域。
[0035]圖5表示使用對每個像素具有正方形濾波子區(qū)域的PFF算法重建的深度圖。
[0036]圖6表示使用對每個像素具有定向濾波子區(qū)域(DFS)的PFF算法重建的深度圖。
[0037]圖7A和7B表示用戶界面視場內(nèi)的直線邊緣特征，并比較了圖7A中對準時和圖7B中未對準時沿示意地表示的DFS的邊緣特征的偏移量，以及與實際的Z高度輪廓相應(yīng)的相關(guān)因素。
[0038]圖8A-8C表示PFF框體工具，設(shè)置成用于確定針對工件圖像中直線邊緣特征的PFF輪廓數(shù)據(jù)，包括多種視頻工具用戶界面實施例，表示與提供參照邊緣的對準補償相關(guān)的PFF框體工具狀態(tài)，根據(jù)此處披露的原理，參照邊緣的對準補償基本上消除了 DFS/邊緣偏移。
[0039]圖9A-9C表示PFF弧形工具，設(shè)置成用于確定針對工件圖像中的圓形邊緣特征的PFF輪廓數(shù)據(jù)，包括多種視頻工具用戶界面實施例，表示與提供參照邊緣的對準補償相關(guān)的PFF弧形工具狀態(tài)，根據(jù)此處披露的原理，參照邊緣的對準補償基本上消除了 DFS/邊緣偏移。
[0040]圖10A-10C表示PFF框體工具，設(shè)置成用于確定針對工件圖像中的直線邊緣特征的PFF輪廓數(shù)據(jù)，包括多種視頻工具用戶界面實施例，表示與提供參照邊緣的對準補償相關(guān)的PFF框體工具狀態(tài)，根據(jù)此處披露的原理，參照邊緣的對準補償基本上補償了 DFS/邊緣偏移。
[0041]圖11A-11C表示PFF弧形工具，設(shè)置成用于確定針對工件圖像中的圓形邊緣特征的PFF輪廓數(shù)據(jù)，包括多種視頻工具用戶界面實施例，表示與提供參照邊緣的對準補償相關(guān)的PFF弧形工具狀態(tài)，根據(jù)此處披露的原理，參照邊緣的對準補償基本上補償了 DFS/邊緣偏移。
[0042]圖12是機器視覺檢測系統(tǒng)中用于對不規(guī)則表面的邊緣進行增強邊緣檢測的方法的流程圖。
[0043]圖13是基于定向濾波針對邊緣特征確定PFF輪廓數(shù)據(jù)的方法的流程圖。
[0044]圖14是利用針對基于PFF的像素位置定義的定向濾波子區(qū)域進行定向濾波的方法的流程圖。

【具體實施方式】
[0045]此處披露了一種在機器視覺檢測系統(tǒng)中對不規(guī)則表面的邊緣進行增強邊緣檢測的方法。該機器視覺檢測系統(tǒng)可包括包含感興趣區(qū)域定義部分的邊緣特征視頻工具，其中，該邊緣特征視頻工具配制成基于感興趣區(qū)域的多幅不同聚焦的圖像，確定感興趣區(qū)域中邊緣特征的輪廓數(shù)據(jù)。該方法包括將工件設(shè)置在機器視覺檢測系統(tǒng)的視場內(nèi)，操縱邊緣特征視頻工具，定義包含該工件的所獲取圖像中邊緣特征的視頻工具感興趣區(qū)域。操縱邊緣特征視頻工具，分析感興趣區(qū)域中至少一幅工件圖像的圖像數(shù)據(jù)，以便提供參照邊緣的對準補償，基本上可使沿定向濾波方向各個位置處邊緣特征的偏移量最小化，其中，在確定邊緣特征的輪廓數(shù)據(jù)之前，利用定向濾波方向?qū)Χ喾煌劢沟膱D像進行定向濾波。應(yīng)當理解，使用參照邊緣的對準補償，試圖使邊緣特征相對于定向濾波方向的相應(yīng)偏移量最小或近似最小。然而，計算成本或者圖像中工件特征的“噪聲量”或者這兩者，使得在一些實施例中確定一種折衷的方式，從而充分但并非完美地實現(xiàn)這一目的。
[0046]在多個實施例中，可使用與邊緣為參考的對準補償調(diào)整定向濾波方向，從而沿定向濾波方向各個位置處邊緣特征的相應(yīng)偏移量至少為以下之一:a)基本被消除，b)基本被補償，和c)基本與之前確定的沿定向濾波方向各個位置處相應(yīng)邊緣特征的相應(yīng)偏移量相匹配。應(yīng)當理解，調(diào)整定向濾波方向可以采用多種數(shù)學方式，可獲得基本相同的結(jié)果。在一種方式中，實際上可以將定向濾波方向調(diào)整成盡可能地(或?qū)嶋H上)平行于邊緣特征。在另一種方式中，可使用沿定向濾波方向各個位置處邊緣特征的相應(yīng)偏移量，調(diào)整或補償與缺省或一般定向濾波方向相應(yīng)的缺省或一般像素位置集合相關(guān)的地址或位置，實際上旋轉(zhuǎn)和/或?qū)D像數(shù)據(jù)進行重新取樣，從而在定向濾波操作中使用與邊緣特征平行對準的像素數(shù)據(jù)。這些操作特點在于消除了第一種情形中的偏移量，并補償了第二種情形中的偏移量，具有基本相同的結(jié)果。兩者都可以導致使用近似平行于邊緣特征對準的像素數(shù)據(jù)進行定向濾波操作，從而使定向濾波操作方向指向邊緣特征外形的標稱“對比度高度輪廓線”。如果滿足這一條件，則提供近似邊緣的Z高度確定的定向濾波或者平均聚焦度量(focusmatric)，將基于這樣的圖像數(shù)據(jù)，這些圖像數(shù)據(jù)將與實際高度有小的偏離，導致更加可重復的、精確的和有代表性的Z高度確定，如下面更詳細描述的。為此，實際中此處可以將提供基本相似結(jié)果的、參照邊緣的對準補償稱為“調(diào)整定向濾波方向”。
[0047]在多個實施例中，操縱邊緣特征視頻工具，獲得多幅不同聚焦的圖像。施加參照邊緣的對準補償，調(diào)整定向濾波方向。在施加參照邊緣的對準補償之后，對多幅不同聚焦的圖像進行定向濾波?；趯Χ喾煌劢箞D像的定向濾波，確定邊緣特征的輪廓數(shù)據(jù)。
[0048]在有些實施例中，多幅不同聚焦圖像的定向濾波可以包括，使用針對與多幅圖像中每一幅圖像中的PFF基礎(chǔ)像素位置相應(yīng)的點定義的定向濾波子區(qū)域(DFS)，每個DFS沿定向濾波方向具有較長尺寸，其大于沿基本垂直于定向濾波方向的第二方向的較短尺寸?？墒褂脜⒄者吘壍膶恃a償，調(diào)整定向濾波方向，從而使沿定向濾波方向的邊緣特征的偏移量至少為以下之一:a)基本被消除，b)在執(zhí)行定向濾波之前基本被補償。在有些實施方式中，較短尺寸至多為5個像素，較長尺寸至少3倍于第二尺寸。在有些實施方式中，僅僅基于DFS中包含的像素來確定PFF度量，PFF度量用于確定與該DFS的PFF基礎(chǔ)像素位置相關(guān)的Z高度輪廓。
[0049]應(yīng)當理解，使用沿定向濾波方向具有較長尺寸的DFS，提供了優(yōu)于現(xiàn)有技術(shù)方法的優(yōu)點，現(xiàn)有技術(shù)方法中僅利用正方形濾波子區(qū)域。更特別地，根據(jù)聚焦(PFF)重建的傳統(tǒng)觀點，將正方形濾波子區(qū)域(例如7X7像素)中每個圖像像素周圍的局部對比度求平均，以減小對比度曲線中的噪聲，并且能在該像素位置處進行可靠的Z深度重建。因此，通過正方向濾波子區(qū)域，所重建的3D深度圖的X-Y分辨率在X和Y方向被相同程度地減小。相反，通過利用沿定向濾波方向具有較長尺寸、在橫向于較長尺寸方向具有較窄尺寸的DFS，在沿橫向于定向濾波方向的較窄方向有選擇地增大X-Y分辨率。
[0050]作為一個具體示例，可以利用沿定向濾波方向具有較長尺寸的DFS (例如，49個像素寬，I個像素高)，而非利用正方形濾波子區(qū)域(例如7X7像素)，每個像素產(chǎn)生相同數(shù)量的對比度數(shù)值(例如49)，不過基于使用沿DFS方向的49個像素，Y(垂直)分辨率增大到I像素，并減小X分辨率。在一個實施方式中，可以如同傳統(tǒng)上實施的PFF算法那樣，計算平均的DFS (例如，多次重疊非正方形平均DFS，每個像素一個DFS，并且將點云X-Y位置定義為DFS的中心)。在一種可選的實施方式中，可以將輪廓重建區(qū)域(即感興趣的PFF工具重建區(qū)域)分成非正方形平均子區(qū)域，輪廓重建區(qū)域的每行或者每列為一個子區(qū)域。
[0051]利用前面概括描述的定向濾波子區(qū)域，在沿DFS較窄方向的方向，可以產(chǎn)生橫跨邊緣的相當精確的高分辨率輪廓(“橫截面”)。然而，必須滿足一定的要求。要求較長定向濾波方向應(yīng)當近似平行于邊緣特征對準，從而指向邊緣特征外形的標準“對比度高度輪廓線”。如果滿足了這一條件，則針對該DFS提供Z高度確定的定向濾波或者平均聚焦度量將基于這樣的圖像數(shù)據(jù)，這些圖像數(shù)據(jù)將與實際高度有小的偏離，導致在該DFS的中心處更加可重復的、精確的和有代表性的Z高度確定。相反，如果不滿足該條件，則針對該DFS提供Z高度確定的定向濾波或平均聚焦度量將基于與邊緣成角度的圖像數(shù)據(jù)，從而與實際高度有較大的偏離，在該DFS的中心處產(chǎn)生更小可重復的、更小精度和可能沒有代表性的Z高度。
[0052]應(yīng)當理解的是，假設(shè)較長定向濾波方向近似平行于邊緣特征對準，則前面概括描述的邊緣PFF技術(shù)對于某些應(yīng)用特別有益，諸如對于某些類型的邊緣，例如“噪聲”邊緣如不規(guī)則表面的邊緣或者通過鋸或激光切割所產(chǎn)生的不規(guī)則邊緣，用于確定精確的輪廓和標稱位置。在有些應(yīng)用中，為了保證較長定向濾波方向近似平行于邊緣特征對準，可提供參照邊緣的對準補償，如下面更詳細描述的。在有些實施例中，可以自動或者半自動地提供參照邊緣的對準補償，從而相對而言非專業(yè)的用戶，盡管缺乏對處理關(guān)鍵方面的了解，也能獲得對噪聲邊緣的可靠測量。在有些實施例中，參照邊緣的對準補償可以包含在邊緣特征視頻工具或視頻工具模式的操作和/或用戶界面中，以便實施PFF方法確定邊緣位置和/或邊緣輪廓。
[0053]在有些實施例中，邊緣特征視頻工具包括用戶界面，該用戶界面包括疊加在工件圖像上的至少一個感興趣區(qū)域指示符，該方法還包括通過調(diào)整用戶界面中疊加在工件圖像上的元素，提供指示表明已經(jīng)進行了參照邊緣的對準補償。在有些實施例中，調(diào)整用戶界面中疊加在工件圖像上的元素包括，改變疊加在工件圖像上的元素的性質(zhì)，和增加一個疊加在圖像上的參照邊緣的對準補償指示符其中之一。
[0054]在有些實施例中，調(diào)整用戶界面中疊加在工件圖像上的元素包括，調(diào)整感興趣區(qū)域指示符、邊緣方向指示符和定向濾波方向指示符其中的至少一個，以表示已經(jīng)進行了參照邊緣的對準補償。可以理解，在多個【具體實施方式】中，邊緣方向指示符或者定向濾波方向指示符可以是用戶界面的常規(guī)邊緣形狀線。
[0055]在一些實施例中，邊緣特征視頻工具構(gòu)造成與直線邊緣特征相應(yīng)，調(diào)整感興趣區(qū)域指示符包括將感興趣區(qū)域指示符定位，使其一個軸垂直于邊緣特征，調(diào)整邊緣方向指示符包括將邊緣方向指示符定位，使其平行于邊緣特征，調(diào)整定向濾波方向指示符包括將定向濾波方向指示符定位，使其平行或垂直于邊緣特征。在某些其他實施例中，邊緣特征視頻工具構(gòu)造成與圓形邊緣特征和圓弧邊緣特征其中之一相應(yīng)，調(diào)整感興趣區(qū)域指示符包括將感興趣區(qū)域指示符定位，使其邊界近似與邊緣特征同心，調(diào)整邊緣方向指示符包括將邊緣方向指示符定位，使其近似與邊緣特征同心，調(diào)整定向濾波方向指示符包括將定向濾波方向指示符定位，使其近似與邊緣特征同心。
[0056]在多個實施例中，該方法的實現(xiàn)包括以下之一:a)選擇邊緣特征視頻工具，使其為包括參照邊緣的對準補償操作的類型，b)選擇包括參照邊緣的對準補償操作的邊緣特征視頻工具的參照邊緣的對準補償模式或選項，c)選擇包括參照邊緣的對準補償操作的邊緣特征視頻工具的定向濾波模式或選項，和d)選擇提供參照邊緣的對準補償操作的參照邊緣的對準補償工具，與邊緣特征視頻工具一起工作。對感興趣區(qū)域中至少一幅工件圖像處的圖像數(shù)據(jù)進行分析，以提供參照邊緣的對準補償，包括在邊緣特征視頻工具操作的同時，執(zhí)行參照邊緣的對準補償操作。
[0057]在有些情形中，在機器視覺系統(tǒng)的學習模式期間執(zhí)行該方法，并且將相應(yīng)的操作記錄到部件程序(part program)中。在其它情形中,在機器視覺系統(tǒng)的運行模式期間,通過執(zhí)行記錄在部件程序中的相應(yīng)操作，至少執(zhí)行該方法的某些步驟。
[0058]在有些實施例中，提供參照邊緣的對準補償包括，將沿對多幅不同聚焦圖像進行定向濾波所使用的定向濾波方向各個位置處邊緣特征的相應(yīng)偏移量特征化。在某些實施方式中，可使用查詢表存儲與每個相應(yīng)位置對應(yīng)的相應(yīng)的偏移量。
[0059]在有些實施例中，將沿定向濾波方向各個位置處邊緣特征的相應(yīng)偏移量特征化包括:操作邊緣特征視頻工具，獲取感興趣區(qū)域的多幅不同聚焦的圖像；根據(jù)所獲取的感興趣區(qū)域的多幅不同聚焦的圖像，確定邊緣特征的初始輪廓數(shù)據(jù)；基于初始輪廓數(shù)據(jù)，將與邊緣特征視頻工具相關(guān)的線形對準邊緣特征；并將沿定向濾波方向各個位置處的對準線形的相應(yīng)偏移量特征化。在某些這類實施例中，與邊緣特征視頻工具相關(guān)的線形為直線，將沿定向濾波方向各個位置處的對準線形的相應(yīng)偏移量特征化包括，確定對準直線與定向濾波方向之間的角度。在某些這類實施例中，與邊緣特征視頻工具相關(guān)的線形包括圓的至少一部分，定向濾波方向沿著與濾波方向圓平行的方向，并且將沿定向濾波方向各個位置處的對準線形的相應(yīng)偏移量特征化包括，確定相對于濾波方向圓對準的至少一部分圓的相應(yīng)偏移量。
[0060]在一些實施例中，該方法包括操作邊緣特征視頻工具，在機器視覺系統(tǒng)的學習模式期間獲取感興趣區(qū)域的多幅不同聚焦的圖像，并基于所獲取的感興趣區(qū)域的多幅不同聚焦的圖像，確定沿定向濾波方向各個位置處的學習模式邊緣輪廓。此外，提供參照邊緣的對準補償包括，基于多個有貢獻的學習模式邊緣輪廓確定學習模式合成邊緣輪廓，其中多個有貢獻的學習模式邊緣輪廓包括學習模式期間沿定向濾波方向各個位置處有代表性的學習模式邊緣特征的相應(yīng)偏移量，并將與該方法相應(yīng)的操作存儲于部件程序中，包括存儲學習模式合成邊緣輪廓的代表。在一些實施方式中，該方法還包括在機器視覺系統(tǒng)的運行模式期間執(zhí)行該部件程序，其中運行模式包括在運行模式期間，根據(jù)基于多個運行模式有貢獻的邊緣分布確定運行模式合成邊緣輪廓，提供參照邊緣的對準補償。所述的輪廓包括運行模式期間與沿定向濾波方向各個位置處的代表性的學習模式邊緣特征相應(yīng)的運行模式邊緣特征的相應(yīng)偏移量，其中，基于近似最大化地匹配運行模式合成邊緣輪廓與學習模式合成邊緣輪廓，調(diào)整運行模式定向濾波方向。在某些這類實施例中，在學習模式期間調(diào)整學習模式定向濾波方向，使得與學習模式中代表性的邊緣特征相應(yīng)的輪廓梯度近似被最大化。
[0061]下面描述本發(fā)明的多個實施例。為了充分理解并且能描述這些實施例，下面的描述給出了具體細節(jié)。不過，本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，即便沒有這些眾多的細節(jié)，本發(fā)明也能實施。此外，某些公知的結(jié)構(gòu)或功能可能沒有被詳細地表示或描述，以避免不必要地干擾各實施例的相關(guān)描述。下面的描述中所使用的術(shù)語意在按照其最寬的合理方式進行解釋，即使其在使用時結(jié)合了本發(fā)明某些特定實施例的詳細描述也是如此。
[0062]圖1為根據(jù)此處所述的方法可使用的一種示例性機器視覺檢測系統(tǒng)10的框圖。機器視覺檢測系統(tǒng)10包括視覺測量機器12，其與控制計算機系統(tǒng)14操作連接，與其交換數(shù)據(jù)和控制信號?？刂朴嬎銠C系統(tǒng)14還操作連接監(jiān)視器或顯示器16、打印機18、操縱桿22、鍵盤24和鼠標26，并與它們交換數(shù)據(jù)和控制信號。監(jiān)視器或顯示器16可以顯示用戶界面，適于對機器視覺檢測系統(tǒng)10的操作進行控制和/或編程。
[0063]本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，控制計算機系統(tǒng)14通?？捎扇魏斡嬎阆到y(tǒng)或裝置組成。適當?shù)挠嬎阆到y(tǒng)或裝置包括個人計算機、服務(wù)器計算機、微計算機、主機計算機、分布式計算環(huán)境等，其中分布式計算環(huán)境包括前面的任意一些。這種計算系統(tǒng)或裝置可包括一個或多個處理器，執(zhí)行軟件實現(xiàn)此處所述的功能。處理器包括可編程通用或?qū)Ｓ梦⑻幚砥鳌⒖删幊炭刂破?、專用集成電?ASIC)、可編程邏輯裝置(PLD)等，或者這些裝置的組合。軟件可以存儲到存儲器中，諸如隨機存取存儲器(RAM)、只讀存儲器(ROM)、閃存等，或者這些部件的組合。軟件還可以存儲在一個或多個存儲裝置中，諸如磁盤或光盤、閃存裝置，或者用于存儲數(shù)據(jù)的任何其他類型的非易失存儲介質(zhì)。軟件可以包括一個或多個程序模塊，包括例程、程序、對象、部件、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)等，執(zhí)行特定任務(wù)或者實現(xiàn)特定摘要數(shù)據(jù)類型。在分布式計算環(huán)境中，程序模塊的功能可以被組合或者分布到多個計算系統(tǒng)或裝置上，并且通過服務(wù)呼叫來訪問。
[0064]視覺測量機器12包括可移動工件臺32和光學成像系統(tǒng)34，光學成像系統(tǒng)可包括可變焦距透鏡或可更換透鏡。對于通過光學成像系統(tǒng)34提供的圖像，可變焦距透鏡或者可更換透鏡通常提供多種放大率。機器視覺檢測系統(tǒng)10通常類似于前面描述的QUICK VIS1N?系列視覺系統(tǒng)和QVPAR?軟件，以及類似的現(xiàn)有技術(shù)中商業(yè)上可購得的精密機器視覺檢測系統(tǒng)。在共同受讓的美國專利號第7，454，053,7, 324，682,8, 111，905和8，111，938中也描述了機器視覺檢測系統(tǒng)，這些專利在此全文引作參考。
[0065]圖2是與圖1的機器視覺檢測系統(tǒng)10類似的機器視覺檢測系統(tǒng)100的控制系統(tǒng)部分120和視覺部件部分200的框圖。正如將要在下面更詳細描述的，利用控制系統(tǒng)部分120控制視覺部件部分200。視覺部件部分200包括光學組件部分205，光源220、230和240，和具有中央透明部分212的工件臺210。工件臺210可沿著X軸和Y軸以可控方式移動，X軸和Y軸處于與放置工件20的工作臺的表面大體平行的平面內(nèi)。光學組件部分205包括照相機260，分束器291，可更換物鏡250，并且可以包括具有透鏡286和288的透鏡旋轉(zhuǎn)盤組件280。取代透鏡旋轉(zhuǎn)盤組件，可以包括固定的或可更換的放大率改變透鏡，或者可變焦距透鏡結(jié)構(gòu)等。可手動或者自動更換可更換透鏡。
[0066]通過使用可控馬達294驅(qū)動致動器，沿Z軸移動光學組件部分205，以改變工件20的圖像的焦點，光學組件部分205可以被控制沿著大體垂直于X軸和Y軸的Z軸方向移動?？煽伛R達294通過信號線296連接輸入/輸出接口 130。
[0067]將要使用機器視覺檢測系統(tǒng)100進行成像的工件20，或者保持多個工件20的托盤或夾具，被放置在工件臺210上。工件臺210可以在控制下相對于光學組件部分205移動，從而可更換物鏡250在工件20上的位置之間和/或在多個工件20之間移動。一個或多個工作臺光源220，同軸光源230和表面光源240 (例如環(huán)形光源)可以分別發(fā)射光源光222，232和/或242，照射工件20。光源230可以沿著包括反射鏡290的路徑發(fā)射光232。源光被反射或者透射成為工件光255，用于成像的工件光穿過可更換物鏡250和透鏡旋轉(zhuǎn)盤組件280，被照相機260收集。來自照相機260的工件20的圖像，通過信號線262輸出至控制系統(tǒng)部分120。光源220，230和240可以分別通過信號線或總線221，231和241連接控制系統(tǒng)部分120。為了改變圖像放大率，通過信號線或總線281，控制系統(tǒng)部分120可以圍繞軸284旋轉(zhuǎn)透鏡旋轉(zhuǎn)盤組件280，以選擇一個轉(zhuǎn)盤透鏡。
[0068]如圖2中所示，在多個示例的實施例中，控制系統(tǒng)部分120包括控制器125，輸入/輸出接口 130，存儲器140，工件程序產(chǎn)生器和執(zhí)行器170，以及電源部分190。這些部分中的每一個，以及下面所描述的附加部件，可以通過一個或多個數(shù)據(jù)/控制總線和/或應(yīng)用程序接口而相互連接，或者在多個元件之間直接連接。
[0069]輸入/輸出接口 130包括成像控制接口 131，運動控制接口 132，照明控制接口133，和透鏡控制接口 134。運動控制接口 132可包括位置控制單元132a，和速度/加速度控制單元132b，不過這些單元可以被組合和/或不加區(qū)分。照明控制接口 133包括照明控制單元133a-133n及133Π，其對于機器視覺檢測系統(tǒng)100的各種相應(yīng)的光源，控制例如選擇、功率、通/斷開關(guān)，如果適當?shù)?，還控制選通脈沖時序。
[0070]存儲器140可包括圖像文件存儲部分141，工件程序存儲部分142以及視頻工具部分143，其中工件程序存儲部分142可以包括一個或多個部件程序等。正如所述的，視頻工具部分143包括有代表性的視頻工具部分143a和143η，其針對相應(yīng)視頻工具中的每一個，確定⑶I，圖像處理操作等。此外，視頻工具部分143可以具體包括如下面更詳細描述的具有定向濾波和對準補償?shù)倪吘壧卣鞴ぞ?43eft，可包括在例如QVPAR3D CNC Vis1nMeasuring Machine Operation Guide (視覺測量機器操作指南)中針對“框體工具”和“弧形工具”所描述的邊緣輪廓確定操作，可以包含實現(xiàn)此處所述方法的信號處理。具有定向濾波和對準補償?shù)倪吘壧卣鞴ぞ?43eft可以包括參照邊緣的對準補償定義部分143eracd，其自動或者半自動地確定所需的補償，如下面將更詳細描述的。視頻工具部分143還包括感興趣區(qū)域(ROI)產(chǎn)生器143roi，其支持自動、半自動或者手動操作，以定義可在視頻工具部分143中所包含的多個視頻工具中操作的多個R0I。在一些實施例中，具有定向濾波和對準補償?shù)倪吘壧卣鞴ぞ?43eft可以與感興趣區(qū)域(ROI)產(chǎn)生器143roi的操作一起操作，或者對其進行追加操作，以便調(diào)整感興趣區(qū)域的初始取向或位置，使視頻工具感興趣區(qū)域與邊緣特征對準，改善邊緣位置測量的可重復性，如下面更詳細描述的。
[0071]在本說明書的內(nèi)容中，如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所熟知的，術(shù)語視頻工具通常指機器視覺用戶通過相對簡單的用戶界面(例如圖形用戶界面，可編輯參數(shù)窗口，菜單等)可實現(xiàn)的自動或編程操作的相對復雜的集合，不產(chǎn)生視頻工具中所包含的步進式操作序列，或者不采取通用的基于文本的編程語言等。例如，視頻工具可包括圖像處理操作和計算的復雜的預編程集合，在特定情形中通過調(diào)整控制操作和計算的少量變量或參數(shù)，可以應(yīng)用和定制預編程集合。除了支持操作和計算之外，視頻工具包括用戶界面，允許用戶針對視頻工具的特定情形調(diào)整那些參數(shù)。例如，許多機器視覺視頻工具允許用戶使用鼠標通過簡單的“手柄拖動”操作設(shè)置感興趣圖形區(qū)域(ROI)指示符，以便定義將要通過視頻工具特定情形的圖像處理操作進行分析的圖像子集的位置參數(shù)。應(yīng)當注意，可見的用戶界面特征有時被稱作視頻工具，具有隱含的基礎(chǔ)操作。
[0072]與許多視頻工具和/或視頻工具特征和操作一樣，本說明的定向濾波和參照邊緣的對準補償主題包括用戶界面特征和下層圖像處理操作等，并且可以對相關(guān)的特征進行特征化為邊緣特征視頻工具的特征，在視頻工具部分143具有或者包括定向濾波和對準補償143eft。具有定向濾波和對準補償?shù)倪吘壧卣鞴ぞ?43eft提供可用于自動提供定向濾波和參照邊緣的對準補償?shù)牟僮?，以確定邊緣特征的輪廓，改善相關(guān)的邊緣輪廓確定操作的可重復性。
[0073]在邊緣特征工具143eft的學習模式操作期間所確定的多個工具參數(shù)和/或偏移特征，如下面更詳細描述的，可以在學習模式期間被確定并存儲到部件程序中。視頻工具部分143還可以，或者取代地，包括傳統(tǒng)的邊緣測量視頻工具，其根據(jù)已知的邊緣檢測或定位方法進行操作。在一個實施例中，參照邊緣的對準補償定義部分143eraCd可以連接，或者與這種工具一起起作用。例如，在一個實施例中，包含此處所披露的定向濾波和參照邊緣的對準補償操作，作為多模式邊緣輪廓工具中的定向濾波和參照邊緣的對準補償模式，其中多模式邊緣輪廓工具包括與已知的邊緣工具類似的模式(例如，已知的框體工具，弧形工具，圓形工具等)。在一些實施例中，具有定向濾波和對準補償?shù)倪吘壧卣鞴ぞ?43eft，與已知或傳統(tǒng)的邊緣工具可以是分離的工具，不過在有些實施例中它們可以是單個邊緣工具的兩種模式。在有些實施例中單個邊緣工具具有兩種模式，如下面進一步描述的，可基于手動和/或自動學習模式操作(例如，基于不規(guī)則或噪音邊緣是怎樣的，和/或其正常形狀是否已知)，通過邊緣工具選擇特定的模式。
[0074]工作臺光源220，同軸光源230和230’以及表面光源240的信號線或總線221，231和241，均分別連接于輸入/輸出接口 130。照相機260的信號線262以及可控馬達294的信號線296，連接于輸入/輸出接口 130。除了傳輸圖像數(shù)據(jù)以外，信號線262還傳輸控制器125的信號，啟動圖像獲取。
[0075]一個或多個顯示裝置136(例如圖1的顯示器16)以及一個或多個輸入裝置138 (例如圖1的操縱桿22，鍵盤24和鼠標26)，也可以連接于輸入/輸出接口 130。可使用顯示裝置136和輸入裝置138顯示用戶界面，用戶界面可包括可用于進行檢測操作，和/或用于創(chuàng)建或修改部件程序的多種圖形用戶界面(GUI)特征，以觀察通過照相機260捕獲的圖像，和/或直接控制視覺系統(tǒng)部件部分200。
[0076]在多個實施例中，當用戶利用機器視覺檢測系統(tǒng)100創(chuàng)建針對工件20的部件程序時，用戶通過在學習模式中操作機器視覺檢測系統(tǒng)100，產(chǎn)生部件程序指令，提供所需的圖像獲取訓練序列。例如，訓練序列可包括在視場(FOV)中定位代表性工件的特定工件特征，設(shè)置光照等級，聚焦或自動聚焦，獲取圖像，并提供用于圖像的檢測訓練序列(例如，在該工件特征上使用一個視頻工具的實例(instance))。學習模式操作時，序列被獲取或者記錄并轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的部件程序指令。當執(zhí)行部件程序時，這些指令將使機器視覺檢測系統(tǒng)再現(xiàn)經(jīng)過訓練的圖像獲取和檢測操作，以自動地檢測運行模式工件上的特定工件特征(其是相應(yīng)位置中的相應(yīng)特征)，運行模式工件與創(chuàng)建部件程序時所用的代表性工件相匹配。
[0077]圖3的圖表300表示疊加在圖像像素(或像素位置)陣列310 (例如，與圖像中的感興趣區(qū)域部分相應(yīng))上面的正方形濾波子區(qū)域305，以及替代的定向濾波子區(qū)域304Ydfs和304Xdfs。正如下面將要更詳細描述的，可提供邊緣特征視頻工具，用于確定邊緣特征的輪廓數(shù)據(jù)和/或位置(例如，利用聚焦點技術(shù))。在傳統(tǒng)的聚焦點(PFF)重建中，將正方形子區(qū)域(例如正方形子區(qū)域305)中每個圖像像素周圍的局部對比度求平均。利用正方形濾波子區(qū)域(例如7X7像素)降低對比度曲線中的噪聲，并且能夠在該像素位置處進行可靠的Z深度重建。因此，通過正方形濾波子區(qū)域，所重建的3D深度圖的X-Y分辨率在X方向和Y方向同等程度地減小。相反，正如下面將要更詳細描述的，通過利用一個尺寸長于另一尺寸的定向濾波子區(qū)域(DFS)，可以沿一個較窄方向有選擇地增大或者保持X-Y分辨率。作為一個具體示例，如圖3中所示，可用DFS304Ydfs (例如49像素寬，I像素高)相對于Y方向得到良好的輪廓分辨率(即，得到沿Y方向的Z高度輪廓)，并且可以利用DFS304Xdf s (例如49像素高，I像素寬)相對于X方向獲得良好的輪廓分辨率(即，得到沿X方向的Z高度輪廓)。
[0078]應(yīng)當理解，DFS304Ydfs (用于Y方向輪廓化)和DFS304Xdfs (用于X方向輪廓化)與正方形子區(qū)域305具有相同的面積，不過其一個尺寸遠小于另一尺寸，因而提供相同量的像素數(shù)據(jù)用于確定聚焦度量，同時沿較窄方向還提供了更好的輪廓化分辨率。在一個實施例中，針對每個DFS，在該DFS內(nèi)利用已知種類的PFF操作計算Z深度，并作為該DFS的中央像素位置CP處的Z坐標，其具有與點云X-Y坐標相應(yīng)的X-Y位置。
[0079]在一些實施例中，也可以將與沿其DFS較長尺寸方向彼此相鄰的選定數(shù)量的點云X-Y像素位置相應(yīng)的Z深度求平均，以進一步改善沿較窄尺寸方向的Z深度輪廓和/或邊緣位置的再現(xiàn)性。在一個實施例中，根據(jù)這些方式，可以將定向濾波操作描述為確定“子”DFS的Z高度，“子”DFS是母DFS的一部分并且短于母DFS (例如，7，9，11個像素等)，并且將子DFS的Z高度求平均，以確定母DFS的整體Z高度。在一些實施例中，依然根據(jù)這些方式，將定向濾波操作描述為針對“子”DFS確定聚焦度量，其中子DFS是PFF棧的每幅圖像中母DFS的一部分并且短于母DFS (例如，7，9，11個像素等)，并且將子DFS的聚焦度量或計算出的Z深度求平均，以確定母DFS的整體聚焦度量或平均Z深度，并基于所得到的母DFS的平均聚焦度量(聚焦曲線)或平均Z深度確定Z高度。應(yīng)當理解，通常這種求平均進一步平滑了沿DFS較長尺寸方向的Z高度輪廓，可以認為其降低了沿該方向的輪廓分辨率。不過，在許多邊緣測量應(yīng)用中，這是無關(guān)緊要的。
[0080]圖4A和4B的圖表400A和400B更清楚地表示用于輪廓化和/或定位水平和垂直邊緣的定向濾波子區(qū)域的應(yīng)用。
[0081]圖4A表示重疊在圖像像素陣列(或像素位置)410上(例如，與圖像中的一個感興趣區(qū)域的一部分相應(yīng))的一組DFS404A。該組DFS404A中的陰影示意地表示下方工件的被成像表面結(jié)構(gòu)，表明顯示出“水平”表面特征(例如水平邊緣)的表面沿Y方向具有可變的高度，沿X方向具有相對恒定的高度。為了前面參照圖3概括描述的原因，確定DFS使其較長尺寸近似平行于水平表面特征。因此，可以將組404A的每個DFS理解為類似于前面參照圖3概括描述的DFS304Ydfs (例如，具有相對較長的X尺寸和相對較窄的Y尺寸)，并且沿橫跨表面特征的Y方向，可提供相對較高分辨率的Z輪廓。該組中每個DFS的X-Y坐標，可以與其中央像素或點CP相應(yīng)。因此，針對每個DFS確定的Z坐標Zcp (例如，基于已知的PFF對比度或聚焦曲線方法)，可能沿著Y方向輪廓線404Aply形成。
[0082]圖4A還表示Z輪廓Zply，S卩，沿著橫跨水平表面特征的Y方向的Z輪廓。Z輪廓Zply包括為組404A中的每個DFS確定的表面高度Zcp，可將其用作相應(yīng)的點云Z坐標。應(yīng)當理解，如果將一個像素(或N個像素)定位在Y方向輪廓線404Aply的位置的左側(cè)，則需要沿橫跨表面特征的Y方向的Z輪廓，從而可以將類似組404A的一組DFS向左偏移一個像素(或N個像素)，并且針對該組DFS執(zhí)行前面概括描述的流程。通常這種方式，如果需要的話，可以針對視頻工具感興趣區(qū)域中的每個像素確定Z高度。應(yīng)當理解，如果被輪廓化和/或定位的水平特征延伸到ROI的全寬度，如果需要的話，則DFS的較長尺寸可以延伸到ROI的全寬度?；蛘撸谝恍l件下，對于沿X方向期望的相鄰DFS的組，可以對Z坐標求平均，如果需要,使用平均Z坐標作為被平均組的中心處的Z坐標。
[0083]除了相關(guān)的表面特征是垂直而非水平以外，圖4B類似圖4A。該圖表示一組DFS404B重疊在圖像像素陣列(或像素位置)410B上(例如，與圖像中感興趣區(qū)域的一部分相應(yīng))。該組DFS404B中的陰影示意地表示下方工件的被成像表面結(jié)構(gòu)，表明顯示出“垂直”表面特征(例如垂直邊緣)的表面沿X方向具有可變的高度，沿Y方向具有相對恒定的高度。確定DFS，使其較長尺寸近似平行于垂直表面特征。因此，可以將組404B的每個DFS理解為類似于前面參照圖3概括描述的DFS304Xdf s，并且沿橫跨表面特征的X方向，可提供相對較高分辨率的Z輪廓。該組中每個DFS的X-Y坐標，可以與其中央像素或點CP相應(yīng)。因此，針對每個DFS確定的Z坐標Zcp可能沿著X方向輪廓線404Bply形成。
[0084]圖4B還表示Z輪廓Zplx，S卩，沿著橫跨垂直表面特征的X方向的Z輪廓。Z輪廓Zplx包括為組404B中的每個DFS確定的表面高度Zcp。應(yīng)當理解，如果將N個像素定位在X方向輪廓線404Bplx的位置的上面或下面，則需要沿橫跨表面特征的X方向的Z輪廓，從而可以將類似組404B的一組DFS適當偏移，并且針對該組DFS執(zhí)行前面概括描述的流程。通常這種方式，如果需要的話，可以針對視頻工具感興趣區(qū)域中的每個像素確定Z高度。應(yīng)當理解，如果被輪廓化和/或定位的垂直特征延伸到ROI的全寬度，如果需要的話，則DFS的較長尺寸可以延伸到RO的全高度?；蛘撸谝恍l件下，對于沿Y方向期望的相鄰DFS的組，可以對Z坐標求平均，如果需要，使用平均Z坐標作為被平均組的中心處的Z坐標。
[0085]圖5表示傳統(tǒng)PFF操作的結(jié)果，與表示定向濾波PFF方法的結(jié)果的圖6進行比較，其中此處披露的邊緣輪廓化和/或定位系統(tǒng)和方法優(yōu)選定向濾波PFF方法。圖5的圖表500表示對于每個像素使用具有正方形濾波子區(qū)域的已知PFF方法重建的輪廓或深度圖510。圖510中不同的陰影或顏色表示粗糙或噪聲表面和邊緣，圖的白色區(qū)域表示數(shù)據(jù)和/或表面被認為太不規(guī)則或者噪聲，以至于不能確定該位置處的可靠高度的區(qū)域。還表示出輪廓重建區(qū)域520 (例如視頻工具的R0I)和窗口 530中的相應(yīng)Z輪廓531。所示的輪廓重建區(qū)域520包括邊緣特征522和524，邊緣特征522和524是水平溝槽“噪聲”邊緣的示例(例如，諸如不規(guī)則表面的邊緣，或者在基板上通過鋸或者激光切割所產(chǎn)生的不規(guī)則邊緣)。邊緣特征522和524近似地位于Y位置512和514?；谘貦M跨圖510中輪廓重建區(qū)域510的X方向的平均Z值，確定水平溝槽的輪廓。由于這種全寬度求平均，認為輪廓曲線531對應(yīng)于位于中央的Z高度輪廓線504ply。Z輪廓曲線531表示溝槽具有不規(guī)則的側(cè)面輪廓532和534，可表示邊緣特征522和524的垂直位置512和514，其表現(xiàn)為與溝槽底面的寬度一致。如下面參照圖6更詳細描述的，圖5中利用正方形濾波子區(qū)域(例如5X5像素)，導致Z輪廓曲線531基于圖中X方向和Y方向兩者的數(shù)據(jù)平均或濾波，導致相對Y方向損失了分辨率，這對于溝槽邊緣的輪廓化和/或定位是不合需要的。
[0086]圖6的圖表600表示針對每個中央像素位置使用定向濾波子區(qū)域(在此情形中，X方向為49個像素，Y方向為I個像素)重建的輪廓或深度圖610，如前面概括描述的。與圖5類似，圖610中不同的陰影或顏色表示粗糙或噪聲表面和邊緣，圖中的白色區(qū)域表示數(shù)據(jù)和/或表面被認為太不規(guī)則或者噪聲，以至于不能確定該位置處的可靠高度的區(qū)域。比較圖5中的圖510與圖6中的圖610，表明正如所期望的，圖6中的結(jié)果沿X方向具有更小的噪聲，沿Y方向具有更高分辨率。在圖6中被成像的水平溝槽類似于圖5中被成像的水平溝槽。如圖6中所示，還表示出輪廓重建區(qū)域620(例如，視頻工具的R0I)以及窗口 630中相應(yīng)的Z輪廓631。
[0087]所示的輪廓重建區(qū)域620包括邊緣特征622和624，邊緣特征622和624是水平溝槽的邊緣。邊緣特征622和624位于垂直位置612和614處?；谘貓D610中橫跨輪廓重建區(qū)域620的X方向的平均Z值，確定Z輪廓曲線631，其表示水平溝槽的輪廓。由于這種全寬度求平均，可以認為輪廓曲線631相應(yīng)于位于中央的Z高度輪廓線604ply的位置。不過，應(yīng)當理解，這種X方向求平均并非必要條件。例如，在減少或沒有X方向平均的情況下，如果需要的話，可以針對例如與區(qū)域620中的每個像素列一致的多條高度輪廓線中的每一條建立Z輪廓曲線。
[0088]Z輪廓曲線631還表示溝槽側(cè)面輪廓632和634，其表示出邊緣特征622和624的Y位置612和614，與溝槽底面的寬度相一致。與圖5不同的是，圖6中利用定向濾波子區(qū)域，導致Z輪廓曲線631具有改善的Y輪廓分辨率。換言之，曲線631表現(xiàn)為“更尖銳”，具有更小噪聲，更好分辨率，并且沿Y方向的Z輪廓具有更多細節(jié)。例如，曲線631表現(xiàn)出更小的圓滑性，更好地限定了溝槽底面的角部，使得與邊緣特征622和624相應(yīng)的邊緣位置線612和614的位置的確定得到改善。如果目的是針對水平取向的溝槽獲得沿Y方向的Z輪廓和/或邊緣位置，那么由于定向濾波子區(qū)域的取向?qū)е碌脑赬(即水平)方向分辨率的相應(yīng)的下降，被認為是可接受的。
[0089]如前面參照圖3-6所述，可利用定向濾波子區(qū)域(DFS)獲得邊緣特征的更高分辨率Z輪廓和/或位置，并且特別適合于噪聲邊緣(例如，不規(guī)則表面的邊緣或者通過鋸或激光切割產(chǎn)生的不規(guī)則邊緣)。此外，為了進一步抑制噪聲，如果需要的話，結(jié)合定向濾波子區(qū)域，可以使用沿平行于邊緣的方向的平均Z高度。在前面所述的示例中，感興趣的表面特征(例如，邊緣)與圖像行或列對準，為此，DFS與圖像行或列對準。然而，如前面概括描述的，更為普遍的要求是使較長定向濾波方向應(yīng)當近似平行于邊緣特征對準，從而使其指向邊緣特征外形的標準“等高輪廓線”。如果滿足該條件，則定向濾波或平均聚焦度量將以這樣的圖像數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)為該DFS提供Z高度確定，其中該圖像數(shù)據(jù)針對實際高度具有小的偏差，在該DFS的中心處產(chǎn)生更加可重復性的、精確的和有代表性的Z高度。相反，如果不滿足該條件，則為該DFS提供Z高度確定的定向濾波或平均聚焦度量將以這樣的圖像數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，其中該圖像數(shù)據(jù)與邊緣成角度，并因此跨越實際高度的較大的偏差，在該DFS的中心處產(chǎn)生可重復性差、不太精確的以及可能沒有代表性的Z高度。因此，如果感興趣的邊緣特征沒有精確地對準圖像列或圖像行，則用于確定Z高度的定向濾波子區(qū)域必須仍然對準邊緣特征，通常將不會對準構(gòu)成原始圖像的像素列或像素行。
[0090]為了保證較長定向濾波方向近似平行于邊緣特征對準，如下面參照圖7 —12將要更詳細描述的，可提供參照邊緣的對準補償。在有些實施例中，可以自動或者半自動地提供參照邊緣的對準補償，從而相對而言不熟練的用戶，盡管他們?nèi)狈μ幚黻P(guān)鍵方面的理解，也能獲得噪聲邊緣的可靠的測量。在一些實施例中，參照邊緣的對準補償可以包含在實施PFF方法以確定邊緣位置和/或邊緣輪廓的邊緣特征視頻工具或視頻工具模式的操作和/或用戶界面中。
[0091]在2012年12月27日申請的、共同未決和共同受讓的美國專利申請序列號13/728，842、題為“METHOD FOR IMPROVING REPEATABILITY IN EDGE LOCATION RESULTS OFA MACHINE VISION INSPECTION SYSTEM”中描述了參照邊緣的對準補償?shù)亩喾N技術(shù)，該文獻在此全文引作參考。'842申請描述了一種基于強度梯度的邊緣檢測或測量技術(shù)，包括多種基于強度掃描線的參照邊緣的對準補償技術(shù)。此處所述的參照邊緣的對準補償技術(shù)改善了例如分辨密集邊緣的可靠性。盡管'842申請沒有描述此處所披露的、結(jié)合定向濾波使用參照邊緣的對準補償對噪聲邊緣進行基于PFF的邊緣檢測，不過通過利用'842申請描述的特征進行類比，參照圖7A和7B所描述的以及下面進一步描述的參照邊緣的對準補償技術(shù)是可以被理解的。
[0092]例如，在基于PFF模式或方法的邊緣特征視頻工具中的Z高度輪廓線，諸如圖4，5和6中所示的線404Aply,404plx,504ply和604ply,類似于'842申請中所示的強度掃描線。例如，在每種情形中，可使用掃描線的梯度或高度輪廓線的梯度來確定邊緣位置，對于參照邊緣的對準補償目的而言，它們是極為相似的。
[0093]圖7A和7B表示用戶界面的視場700中的直線邊緣特征725，并比較了沿示意表示為對準的DFS，DFSa的邊緣特征725，與未讀準的DFS，DFSaj的偏移量，DFSa與圖7A中對準的視頻工具705相關(guān)，DFSa’與圖7B中的視頻工具705’相關(guān)，并表示相應(yīng)高度輪廓中的相關(guān)效果。圖7A表示包括(例如，通過照相機260成像的)工件20的圖像的視場窗口700，其可以包含在機器視覺檢測系統(tǒng)(例如，機器視覺檢測系統(tǒng)100)的用戶界面中。在圖7A中，為了說明，用點劃線表示圖像中邊緣725的邊緣取向E0。感興趣區(qū)域ROI定義了邊緣725的相關(guān)部分，如感興趣區(qū)域指示符ROIin所示。在一個實施例中，感興趣區(qū)域產(chǎn)生器143roi可以和邊緣特征工具143eft —起工作，以定義感興趣區(qū)域ROI。為了說明，圖7A還表示出兩條示例性的平行的高度輪廓線La和Lb，在多個實施例中，高度輪廓線實際中可以顯示或者不顯示在邊緣工具用戶界面中。還表示出邊緣選擇器ES，在有些實施例中，用戶可以定位邊緣選擇器ES,以表示或標記希望被檢測的邊緣。圖7A中還表示出第二邊緣726。
[0094]圖7A的下部為圖表710，其表示在沿著與對準的DFS，DFSa的中心點(例如，X-Y坐標)相應(yīng)的中央輪廓線704pl的像素位置處(例如，像素數(shù))，理想或?qū)嶋HZ高度輪廓Zpact和相應(yīng)的Z高度梯度輪廓ZG(沿輪廓線Z高度的改變率)。應(yīng)當理解，在一個實施例中，工作在此處所述的PFF模式的邊緣特征定位視頻工具，將發(fā)生最大Z高度梯度的位置(例如，在框體712中的極值處)，識別為沿Z高度輪廓線的邊緣點或位置。圖7A表示一個示例，其中示例的DFS，DFSa與邊緣725對準。由于這種對準，并且假定邊緣725在其整個長度上近似是直的并且是均勻的(例如，沿線La，704pl和Lb，理想的Z高度輪廓相同)，從而DFSa在相同Z高度處，同與每個像素相應(yīng)的各Z高度輪廓相交，如圖所示，DFSa的每個像素沿線PROJall對準投影到相應(yīng)的高度點Zdfsa。這表明邊緣725在沿DFSa的一個像素位置處相對于另一像素位置沒有“偏移”，即，在沿DFSa的一個位置處，邊緣相對于另一位置的偏移量Oab基本為零，由此，在DFsa內(nèi)的所有像素處，實際的圖像聚焦高度將基本相同(除了不可避免的表面高度和/或圖像噪聲)，并且相關(guān)的對比度或聚焦度量將精確地反映出標準高度Zdfsa，標準高度Zdfsa是與DFSa相關(guān)的正確的Z高度(例如，在沿輪廓線704pl位置的DFSa位置處測量的Z高度)。由于同樣的原因，同樣通過ROI對準的DFSa將具有相似的精度，所產(chǎn)生的Z高度輪廓將以良好的逼真度、以及沿DFSa較窄方向(例如，與邊緣725橫切的方向)較高的分辨率，指示邊緣725的位置。
[0095]與圖7A不同的是，圖7B表示包括工件20的圖像的視場窗口 700，其中感興趣區(qū)域R0I’和/或代表性的DFS，DFSa’相對于邊緣725被旋轉(zhuǎn)或者“未對準”。
[0096]圖7B的下部為圖表720，圖表720表示前面參照圖7A所述的理想或?qū)嶋HZ高度輪廓Zpact。圖7B表示一個示例，其中示例性的DFS，DFSa’與邊緣725未對準。由于這種未對準，并且假定邊緣725在其整個長度上近似是直的并且是均勻的(例如，沿線La’，704pl’和Lb’，理想的Z高度輪廓相同)，從而DFSa’在不同Z高度處，同與DFSa’中每個像素相應(yīng)的各Z高度輪廓相交，如圖所示，DFSa’的“頂端”像素沿線Projendl對準投影到相應(yīng)的高度點Zdfsa’ LDFSa'的“底端”像素沿線Projend2對準投影到相應(yīng)的高度點Zdfsa’2。這表明邊緣725在沿DFSa’的一個像素位置處相對于另一位置發(fā)生“偏移”，即，在沿DFSa的一個位置處，相對于另一位置邊緣725的偏移量可能高達Oab’，如圖所示。由此,在DFSa’內(nèi)所有像素處，實際圖像聚焦高度通常將并不相同，如圖所示，具有Z高度范圍Zrange-dfsa’，如圖表720中所示。這意味著相關(guān)的對比度或聚焦度量將包含不同聚焦的圖像部分，從而不能精確地反映出DFSa’的中點CP處的標準高度(例如，如圖7A中所示，Zdfsa是沿輪廓線704pl’的CP位置處的正確Z高度)。實際上，在圖7B所示的示例中，可以看出DFSa’將包括明顯低于DFSa’中點CP處正確Z高度的Z高度圖像部分，這將導致DFSa’的對比度或聚焦度量(以及測得的Z高度)不正確地偏低。從另一觀點看，我們可以說，由于DFSa’未對準，因而其較長濾波方向部分地橫跨邊緣725，在邊緣725上提供了某種程度的定向濾波，其平滑并且畸變了圍繞邊緣725的高度信息，從而丟失了其真正的輪廓?；谕瑯拥脑?，同樣通過ROI’未對準的DFSs將具有相似的不精度性，所產(chǎn)生的Z高度輪廓將以較差的精度和/或分辨率指示邊緣725的位置。
[0097]如圖7A和7B中所示，期望邊緣視頻工具采用DFSs和PFF技術(shù)提供參照邊緣的對準補償，以消除或者補償偏離Oab’ (例如，與圖7B中的未對準角度MA相應(yīng))，等等，使得整個DFS的圖像數(shù)據(jù)(或者其他定向濾波技術(shù)所使用的平均數(shù)據(jù)的整個集合，以改善噪聲邊緣的檢測或預測位置)具有近似相同的標準聚焦高度。如圖7A所示，這樣可以增強這種邊緣視頻工具提供所需Z高度精度和分辨率的能力。對于具有大致已知形狀的邊緣(例如，檢測系統(tǒng)的用戶已知的、和/或特定視頻工具類型或參數(shù)反映出的直線或圓形形狀)而言，參照邊緣的對準補償是尤為可能的并且是所期望的，如下面更詳細描述的。
[0098]為了補償沿邊緣特征一個DFS像素相對于另一個的偏離(如果存在的話)，使得DFS的相應(yīng)像素具有適當組合的內(nèi)容(例如，具有類似的標準Z高度)，通過包括平均或濾波操作的分析，可使用多種方法來識別相對于初始方向的偏移，初始方向可以另外被描述為原始、參考或缺省方向，并且也可以被描述和/或用作初始定向濾波方向。例如，在一個實施例中，可以針對基于ROI的正方形對比度內(nèi)核(kernel)(例如，正方形子區(qū)域305)確定初始Z高度圖。然后，在該高度圖中，針對多條橫過邊緣并且沿邊緣分布的平行線，確定Z高度輪廓。在一些實施例中，例如，如同圖7B中的輪廓線La’和Lb’，這些初始輪廓線可以基于ROI的整體對準(例如，與ROI的側(cè)邊垂直)?？梢匝孛恳粭l這種輪廓線，將與待參考的邊緣相應(yīng)的初始邊緣點定位(例如，相應(yīng)于Z高度梯度峰值位置)。在一些實施例中，由于圖像數(shù)據(jù)和/或下層表面是有噪聲的，可使用數(shù)條輪廓線。在直線邊緣的情形中(如圖7A和7B中所示)，可以將這些邊緣點擬合成一條線，并確定該擬合線相對于該ROI和/或該ROI的初始或缺省DFS方向的失配角(例如，在圖7B中的角度MA)。在沿DFS的兩個位置處，擬合線與示例DFS方向的偏移距離的差值，將等于sin (MA) *兩個位置之間的距離。更一般地說，在多個實施例中，邊緣測量視頻工具是框體工具，圓形工具和弧形工具其中之一，將沿相應(yīng)DFS的邊緣特征的相應(yīng)偏移量特征化包括,檢測邊緣點,針對邊緣點擬合與視頻工具相關(guān)的線形，并將沿視頻工具定向濾波所使用的初始或缺省定向濾波方向的多個位置處的擬合線的相應(yīng)偏移量特征化。當視頻工具為框體工具時，與視頻工具相關(guān)的線形為直線，將沿初始定向濾波方向的多個位置處的擬合線的相應(yīng)偏移量特征化，包括確定擬合線與該ROI的初始或缺省DFS方向之間的夾角。當邊緣測量視頻工具為圓形工具時，初始輪廓線均沿著從圓形工具的中心延伸的半徑，與視頻工具相關(guān)的線形為圓形，將沿相應(yīng)的初始輪廓線的擬合線的相應(yīng)偏移量特征化，包括確定所擬合的圓形在何處與初始輪廓線相交。在任何情況下，應(yīng)當理解，一旦針對直線邊緣特征化出失配角(或者對于圓形工具或弧形工具，對所擬合出的圓形邊緣相對于初始“DFS圓或弧”進行更加復雜的特征化)，則可以根據(jù)前面概括描述的原則，將工具中DFS的方向調(diào)整成與邊緣嚴格對準)。在一個實施例中，當邊緣測量視頻工具是圓形工具或弧形工具時，各個DFS弧均是“同心” DFSs，與從圓形工具或弧形工件的中心延伸的半徑垂直，與視頻工具相關(guān)的線形可以是圓形(或者圓形的一部分)，可以相對于圓形工具或弧形工具的中心或者掃描線中心確定擬合圓的中心。然后，可以將工具中心調(diào)整成與擬合圓的中心一致，并且可以計算調(diào)整后的半徑以及相關(guān)的弧形形狀的DFS位置。
[0099]應(yīng)當理解，取代直線邊緣，工件和照相機可以相對于彼此發(fā)生旋轉(zhuǎn)，從而使用照相機的像素行或列來定義DFS方向，并且沿相對于工件上邊緣平行的方向取向，不過在許多機器視覺系統(tǒng)中，這樣做是耗時的或者是不可能的選擇，從而在這些系統(tǒng)中這樣做不是優(yōu)選的。在兩者之中的任一種情形中，調(diào)整DFS方向使其精確地平行于邊緣，都被認為是參照邊緣的對準補償。
[0100]應(yīng)當理解，DFS中的所有像素不可能都與圖像像素位置嚴格一致。在此情形中，可根據(jù)多種已知的方法，通過基于周圍圖像像素的插值來確定用于PFF操作的DFS中一個“像素”位置處的圖像值。例如，在Ding的第7，567，713號美國專利中給出了基于之前獲得的圖像數(shù)據(jù)，沿期望的線和/或方向計算插值圖像強度的教導，該文獻在此全文引作參考。
[0101]確定失配的另一種可替代的方式包括，在X-Y平面內(nèi)執(zhí)行搜索，改變與視頻工具相關(guān)的代表性的DFS或一組DFS的取向和/或位置，并且對于每個取向和/或位置，將沿與每個取向和/或位置相關(guān)的定向濾波方向的Z高度的分布特征化。分布的寬度，實質(zhì)上表示出相關(guān)的定向濾波方向的偏離或失配。然后，可以將DFS取向和/或位置設(shè)置為在DFS或一組DFS中提供最窄Z高度分布(例如，最小標準偏差)的取向和/或位置，可以將其視作參照邊緣的對準補償。
[0102]確定失配的另一種可替代的方式包括，在X-Y平面內(nèi)執(zhí)行搜索，改變與視頻工具相關(guān)的代表性的一組DFS的取向和/或位置，并且對于該組DFS的每個取向和/或位置，形成至少一個橫跨邊緣的初始Z高度輪廓。在一個這種實施方式中，按照這樣的方式定義和/或使用DFS，導致基于DFS的整個代表性的集合，產(chǎn)生代表平均高度輪廓的單個代表性的合成邊緣輪廓(即，橫跨邊緣的Z高度)。在任何情況下，對所產(chǎn)生的初始Z高度輪廓作出評價。表征所產(chǎn)生的輪廓特征的邊緣的銳度，實質(zhì)上表示出相關(guān)定向濾波方向的偏移或失配的特征。特別是，在Z高度輪廓中提供最窄邊緣和/或最窄梯度峰值和/或最高邊緣梯度的取向和/或位置，是最佳對準的取向和/或位置，并且定義了參照邊緣的對準補償和/或可供使用的定向濾波方向。換一種方式講，在其相應(yīng)的Z高度輪廓中提供最窄邊緣和/或最窄梯度峰值和/或最高邊緣梯度的取向和/或位置，相當于參照邊緣的對準補償，其基本上使沿著提供該Z高度輪廓所使用的定向濾波方向各個位置處邊緣特征的相應(yīng)偏移量最小。在學習模式和/或運行模式期間可使用前面所述的過程。在一些實施例中，在學習模式期間確定的最佳Z高度輪廓(相應(yīng)于最佳的參照邊緣的對準補償)被保存到部件程序中，并且在運行模式期間，在大致上使相應(yīng)運行模式Z高度輪廓與所存儲的學習模式Z高度輪廓最大匹配的基礎(chǔ)上，調(diào)整運行模式定向濾波方向。在本說明書公開內(nèi)容的基礎(chǔ)上，其他可替代的對DFS方向提供參照邊緣的對準補償，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說是顯而易見的。
[0103]應(yīng)當理解，在創(chuàng)建部件程序時，表征將要通過邊緣檢測視頻工具定位的特定工件邊緣特征的參數(shù)(也稱作“學習的”邊緣參數(shù))，基于視頻工具對準和DFS參數(shù)，因為在學習模式期間它們相對于邊緣取向。相反，在運行模式期間執(zhí)行部件程序，以自動檢測不同工件上相應(yīng)的邊緣時，工件邊緣相對于已編程的視頻工具有可能旋轉(zhuǎn)或者平移一個微小的不同角度或位置，這樣在運行模式期間，很可能使學習的邊緣參數(shù)與邊緣特性不相匹配。應(yīng)當理解，對于實際中的噪聲邊緣，可靠的邊緣檢測具有固有的難度，并且錯誤容限極小。從而，為了增加此類情形中邊緣檢測的可靠性，希望保證相對于邊緣特征的運行模式DFS取向，盡可能與學習模式DFS取向相同，這將增大部件程序中包含的學習的邊緣參數(shù)與運行模式期間觀察到的邊緣特征之間相匹配的可能性。在此情形中，在一個實施例中，調(diào)整DFS方向使其實際平行于學習模式和/或運行模式期間的邊緣，可以將其視作參照邊緣的對準補償。在另一實施例中，可以在學習模式期間確定并記錄DFS方向相對于邊緣的實際取向，或者DFS方向的另外的特征(例如，Z高度輪廓或者沿DFS方向產(chǎn)生的Z高度分布)，然后可以調(diào)整相對于邊緣的運行模式DFS取向，從而與學習模式期間所記錄的實際DFS取向或其他特征最佳地匹配。在此情形中，調(diào)整相對于邊緣的運行模式DFS取向，從而與學習模式期間所記錄的相應(yīng)邊緣的DFS取向或其他DFS特征相匹配(例如，基于相關(guān)分析或其他公知的數(shù)據(jù)/輪廓比較技術(shù))，可以將其視作參照邊緣的對準補償。在某些這種實施例中，在學習模式和/或運行模式期間可以調(diào)整DFS方向，使得沿垂直于DFS較長尺寸的方向，與基于DFS數(shù)據(jù)確定的Z高度輪廓中的邊緣特征相應(yīng)的梯度大致被最大化。在任何情況下，前面概述的處理可以增大在運行模式期間將部件程序應(yīng)用于類似工件時，針對學習模式工件所確定并記錄在部件程序中的邊緣檢測參數(shù)的可靠性。
[0104]如前面概述的，應(yīng)當理解在某些實施例中，可以相對于視頻工具(例如，視頻工具感興趣區(qū)域)定義DFS方向，并且DFS方向的調(diào)整和/或補償包括調(diào)整感興趣區(qū)域的元素或特征。因而，應(yīng)當理解，在多個實施例中可以直接(例如，通過與DFS直接相關(guān)的視頻工具參數(shù))或者間接(例如，通過影響DFS的相關(guān)的視頻工具特征或參數(shù))地調(diào)整和/或補償DFS方向。
[0105]圖8A-8C表示所設(shè)置的用于確定工件圖像中直線邊緣特征825的輪廓和/或邊緣位置數(shù)據(jù)的PFF框體工具800，包括各種視頻工具用戶界面實施例，用于指示與根據(jù)此處披露的原則提供參照邊緣的對準補償相關(guān)的框體工具狀態(tài)，其基本上消除了 DFS/邊緣偏離。如圖8A-8C中所示，框體工具包括用戶界面，該用戶界面包括疊加在工件圖像上的至少一個感興趣區(qū)域指示符ROIin，其提供了疊加在用戶界面中工件圖像上的一個指示，表明已經(jīng)進行了(或者還沒有進行)參照邊緣的對準補償。在某些這種實施例中，調(diào)整用戶界面元素包括，改變疊加在工件圖像上的一個或多個元素的性質(zhì)(例如，其顏色或者線形，等)，或者增加或調(diào)整疊加在圖像上的參照邊緣的對準補償指示符(例如，以邊緣為參考指示符ERin圖標或微件)。如圖8A中所示，尚未提供參照邊緣的對準補償(例如，在學習模式或手動模式中尚未運行或訓練該工具)。結(jié)果，視頻工具CTI顯示為初始狀態(tài)(例如，未訓練狀態(tài))。在某些實施例中，在某一狀態(tài)下可以顯示可選的以邊緣為參考指示符ERin，表示尚未提供參照邊緣的對準補償。在其他實施例中，視頻工具GUI簡單地顯示為其初始狀態(tài)。
[0106]如圖SB和SC中所示，已經(jīng)提供了參照邊緣的對準補償(例如，該工具在學習模式或手動模式中已經(jīng)被運行或者訓練)。在這種特定實施例中，視頻工具的內(nèi)部操作已經(jīng)消除了沿定向濾波方向各個位置之間的偏移(例如，如前面概述的，通過基于初始失配角度確定來調(diào)整DFS方向)。結(jié)果，在有些實施例中，可以在某一狀態(tài)下顯示可選的以邊緣為參考指示符ERin，表示已經(jīng)提供了參照邊緣的對準補償。在其他實施例中，根據(jù)已經(jīng)提供了參照邊緣的對準補償?shù)慕ㄗh，視頻工具GUI相對于其初始狀態(tài)調(diào)整其一個元素。例如，在圖SB中，視頻工具800為框體工具，通過旋轉(zhuǎn)感興趣區(qū)域指示符，使其一個軸垂直于邊緣特征，而另一軸代表定向濾波方向并且平行于邊緣特征，從而調(diào)整用戶界面。在圖8C中，視頻工具800提供和/或旋轉(zhuǎn)一個或多個邊緣方向指示符EDin，使其平行于邊緣特征825。在一個實施例中，可以將其中一個邊緣方向指示符EDin確定為與邊緣特征對準的“線形”，并且如圖所示，可以相對于原始或缺省定向濾波方向(例如，如感興趣區(qū)域指示符ROIin的垂直邊緣所示)旋轉(zhuǎn)某一角度而取向。因而，可使用邊緣方向指示符EDin與感興趣區(qū)域指示符ROIin的一個垂直邊緣之間的夾角，對沿原始或缺省定向濾波方向(例如，如感興趣區(qū)域指示符ROIin的垂直邊緣所示)各個位置處所對準的線形(例如，邊緣方向指示符EDin)的相應(yīng)偏移量特征化。
[0107]圖9A-9C表示PFF弧形工具900，設(shè)置成用于確定工件圖像中圓形邊緣部分925的輪廓和/或邊緣位置數(shù)據(jù)，PFF弧形工具900包括多種視頻工具用戶界面實施例，用于指示根據(jù)此處披露的原則，與提供參照邊緣的對準補償相關(guān)的弧形工具狀態(tài)，其中對準補償基本上消除了 DFS/邊緣偏移。圖9A-9C類似于圖8A-8C，并且可以同樣地理解，從而將僅進行簡要的描述。弧形工具900包括用戶界面，該用戶界面包括疊加在工件圖像上的感興趣區(qū)域指示符ROIin。如圖9A中所示，尚未進行參照邊緣的對準補償。結(jié)果，視頻工具CTI顯示為其初始狀態(tài)(例如，未訓練狀態(tài))。在有些實施例中，在某種狀態(tài)下可以顯示可選的以邊緣為參考指示符ERin,表示尚未提供參照邊緣的對準補償。在其他實施例中，視頻工具GUI簡單地顯示為其初始狀態(tài)。
[0108]如圖9B-9C中所示，已經(jīng)提供了參照邊緣的對準補償(例如，在學習模式或手動模式中該工具已經(jīng)被運行或者訓練)。在該特定實施例中，視頻工具的內(nèi)部操作已經(jīng)消除了沿圓形/切向定向濾波方向邊緣與各位置之間的偏移(例如，如前面概述的，通過基于初始失配確定，調(diào)整DFS方向和或位置)。結(jié)果，在一些實施例中，在某種狀態(tài)下可以顯示可選的以邊緣參考指示符ERin,表示已經(jīng)提供了參照邊緣的對準補償。在其他實施例中，根據(jù)已經(jīng)提供了參照邊緣的對準補償?shù)慕ㄗh，視頻工具GUI相對其初始狀態(tài)調(diào)整其一個元素。例如，在圖9B中，通過定位感興趣區(qū)域指示符ROIin使其弧形邊界與邊緣特征925近似同心，視頻工具900調(diào)整用戶界面。在圖9C中，視頻工具900提供和/或定位邊緣方向指示符EDin，使其與邊緣特征近似同心。在一個實施例中，可以將其中一個邊緣方向指示符EDin確定為與邊緣特征對準的“線形”，并且如圖所示，可以相對于原始或缺省定向濾波方向?qū)⑵湫D(zhuǎn)某一角度而取向(例如，如感興趣區(qū)域指示符ROIin的弧形邊緣所示)。因而，可使用邊緣方向指示符EDin與感興趣區(qū)域指示符ROIin的一個弧形邊緣之間的夾角，對沿原始或缺省定向濾波方向(例如，如感興趣區(qū)域指示符ROIin的弧形邊緣所示)各個位置處所對準的線形(例如，邊緣方向指示符EDin)的相應(yīng)偏移量特征化。應(yīng)當理解，圓形工具的各個實施例具有與圖9A-9C中所示弧形工具實施例相似的特征。
[0109]圖9A表示一個示例性的可選搜索區(qū)域指示符SA，其可以包含在各種視頻工具的用戶界面中，用于指示如前所述的用于對準補償?shù)乃阉鬟^程所使用的搜索區(qū)域。在一些實施例中，用戶可以調(diào)整搜索區(qū)域的尺寸(例如，通過拖曳側(cè)邊或角部)，以便更快地搜索(例如，較小搜索面積)，或者更粗的搜索(例如，較大搜索面積)。
[0110]如前面概述的，在有些實施例中，參照邊緣的對準補償確定了沿定向濾波方向各個位置處的相應(yīng)偏移量，并使用偏移量調(diào)整數(shù)據(jù)，從而如前所述使沿定向濾波方向各個位置處邊緣特征的相應(yīng)偏移量基本上得到補償。在這類實施例中，調(diào)整用戶界面元素包括，調(diào)整感興趣區(qū)域指示符，邊緣方向指示符和代表檢測出邊緣點的顯示其中至少之一，以便用符號表示各個偏移量。圖10A-10C和圖11A-11C表示這類實施例中可使用的用戶界面特征。
[0111]圖10A-10C大體上類似于圖8A-8C，可以做同樣的理解，從而將僅進行簡要的描述。框體工具1000包括用戶界面，該用戶界面包括疊加在工件圖像上的感興趣區(qū)域指示符ROIin。如圖1OA中所示，尚未提供參照邊緣的對準補償。結(jié)果,視頻工具⑶I顯示為其初始狀態(tài)(例如，未訓練狀態(tài))。在某些實施例中，可以在某種狀態(tài)下顯示以邊緣為參考指示符ERin，表示尚未提供參照邊緣的對準補償。在其他實施例中，視頻工具GUI簡單地顯示其初始狀態(tài)。
[0112]如圖1OB和IOC中所示，已經(jīng)提供了參照邊緣的對準補償(例如，在學習模式或者手動模式中該工具已經(jīng)被運行或者訓練)。在這種特定實施例中，視頻工具的內(nèi)部操作已經(jīng)確定了沿定向濾波方向各個位置處的偏移(例如，使其可以如前概述的通過計算被補償)。結(jié)果，在某些實施例中，可以在某種狀態(tài)下顯示可選的以邊緣為參考指示符ERin，表示已經(jīng)提供了參照邊緣的對準補償。在其他實施例中，根據(jù)已經(jīng)提供了參照邊緣的對準補償?shù)慕ㄗh，視頻工具GUI相對其初始狀態(tài)調(diào)整其一個元素。例如，在圖1OB中，提供和/或定位邊緣方向指示符EDin,使其平行于邊緣特征1025,和/或表示邊緣特征1025與表示原始或缺省定向濾波方向的直線(例如，將其表示成平行于感興趣區(qū)域指示符ROIin的垂直邊緣)之間的夾角。在圖1OC中，提供和/或定位檢測的邊緣點代表DEP，或者大致沿邊緣特征將檢測的邊緣點擬合成一條線。在某些實施例中，可使用對檢測的邊緣點擬合的線，表示與原始或缺省定向濾波方向(例如，將其表示成平行于感興趣區(qū)域指示符ROIin的垂直邊緣)的夾角，和/或可使用檢測的邊緣點代表DEP與代表定向濾波方向的直線之間的水平距離，將沿原始或缺省定向濾波方向各個位置處(例如，在每個檢測的邊緣點代表DEP處)的相應(yīng)偏移量特征化。
[0113]圖11A-11C大體上類似于圖9A-9C，可以做同樣的理解，從而將僅進行簡要的描述?；⌒喂ぞ?100包括用戶界面，該用戶界面包括疊加在工件圖像上的一個感興趣區(qū)域指示符ROIin。如圖1lA中所示，尚未提供參照邊緣的對準補償。結(jié)果，視頻工具CTI顯示為其初始狀態(tài)(例如，未訓練狀態(tài))。在某些實施例中，在某種狀態(tài)下可顯示可選的以邊緣為參考指示符ERin,表示尚未提供參照邊緣的對準補償。在其他實施例中,視頻工具GUI簡單地顯示其初始狀態(tài)。
[0114]如圖1lB和IlC中所示，已經(jīng)提供了參照邊緣的對準補償(例如，在學習模式或者手動模式下該工具已經(jīng)被運行或者訓練)。在這種特定實施例中，視頻工具的內(nèi)部操作已經(jīng)確定了沿定向濾波方向各個位置處的偏移(例如，使其可以如前概述的通過計算被補償)結(jié)果，在一些實施例中，在某種狀態(tài)下可以顯示可選的以邊緣為參考指示符ERin，表示已經(jīng)提供了參照邊緣的對準補償。在其他實施例中，根據(jù)已經(jīng)提供了參照邊緣的對準補償?shù)慕ㄗh，視頻工具CTI相對其初始狀態(tài)調(diào)整其一個元素。例如，在圖1IB中，提供和/或定位邊緣方向指示符EDin,使其曲線與邊緣特征1125近似是同心的,和/或表示邊緣特征1125與表示原始或缺省定向濾波方向(例如，將其表示成與感興趣區(qū)域指示符ROIin同心)的直線之間的夾角。在圖1lC中，近似沿邊緣特征提供和/或定位檢測的邊緣點代表DEP，或者將檢測的邊緣點擬合成一條線。在某些實施例中，可使用針對檢測的邊緣點擬合的直線表示相對于原始或缺省定向濾波方向(例如，將其表示成與感興趣區(qū)域指示符ROIin的弧形邊緣同心)的角度，和/或可使用每個檢測的邊緣點代表DEP與代表定向濾波方向的直線之間的距離，將沿原始或缺省定向濾波方向各個位置處(例如，在每個檢測的邊緣點代表DEP處)的相應(yīng)偏移量特征化。
[0115]在各個實施例中，此處披露的參照邊緣的對準補償?shù)膶嵤┌ㄒ韵轮?a)選擇邊緣特征視頻工具，使其為包括參照邊緣的對準補償操作的類型，b)選擇包括參照邊緣的對準補償操作的邊緣特征視頻工具的參照邊緣的對準補償模式或選項，c)選擇包括參照邊緣的對準補償操作的邊緣特征視頻工具的定向濾波模式或選項，和d)選擇在邊緣特征視頻工具操作的同時提供參照邊緣的對準補償操作的參照邊緣的對準補償工具。在這些實施例中，對于沿定向濾波方向多個相應(yīng)位置進行分析以便提供參照邊緣的對準補償?shù)牟襟E，包括在邊緣特征視頻工具的操作的同時，執(zhí)行參照邊緣的對準補償操作。
[0116]在有些情況下，在機器視覺系統(tǒng)的學習模式期間執(zhí)行所述方法，并將相應(yīng)的操作記錄到部件程序中。在其他情況下，在機器視覺系統(tǒng)的運行模式期間，通過執(zhí)行記錄在部件程序中的相應(yīng)操作，至少執(zhí)行該方法的部分步驟。
[0117]在某些實施例中，該方法可進一步包括施加參照邊緣的對準補償，以調(diào)整定向濾波方向，使得沿定向濾波方向各個位置處邊緣特征的相應(yīng)偏移量至少是以下的一種:a)基本被消除，b)基本被補償，和c)基本與之前確定的沿定向濾波方向各個位置處相應(yīng)邊緣特征的相應(yīng)偏移量相匹配。
[0118]應(yīng)當理解，圖8-11中所示的這些參照邊緣的對準補償狀態(tài)指示符僅是示例性，并非限定性的。
[0119]圖12為方法1200的流程圖，該方法1200用于在機器視覺檢測系統(tǒng)中對不規(guī)則表面的邊緣進行增強的邊緣檢查。在方塊1210處，提供包括感興趣區(qū)域定義部分的邊緣特征視頻工具。邊緣特征視頻工具配置成，基于感興趣區(qū)域的多幅不同聚焦的圖像確定該感興趣區(qū)域中邊緣特征的輪廓數(shù)據(jù)。在一個特定實施方式中，可由聚焦點(PFF)操作得到這些圖像。
[0120]在方塊1220處，將工件放置到機器視覺檢測系統(tǒng)的視場內(nèi)。在方塊1230處，操作邊緣特征視頻工具，在所獲取的工件圖像中定義一個包括邊緣特征的視頻工具感興趣區(qū)域。在方塊1240處，操作邊緣特征視頻工具，分析感興趣區(qū)域中至少一個工件圖像的圖像數(shù)據(jù)，以提供參照邊緣的對準補償。參照邊緣的對準補償涉及到，基本上使沿定向濾波方向各個位置處邊緣特征的相應(yīng)偏移量最小，其中在確定邊緣特征的輪廓數(shù)據(jù)之前，使用定向濾波方向?qū)Χ喾煌劢沟膱D像進行定向濾波。
[0121]圖13為方法1300的流程圖，方法1300用于基于定向濾波確定邊緣特征的輪廓數(shù)據(jù)。在方塊1310處，操作邊緣特征視頻工具，獲得多幅不同聚焦的圖像。在方塊1320處，施加參照邊緣的對準補償，調(diào)整定向濾波方向。在方塊1330處，在施加參照邊緣的對準補償之后，對多幅不同聚焦的圖像進行定向濾波。在方塊1340處，基于對多幅不同聚焦圖像的定向濾波，確定針對邊緣特征的輪廓數(shù)據(jù)。
[0122]圖14為方法1400的流程圖，方法1400利用針對聚焦點(PFF)基礎(chǔ)像素位置定義的定向濾波子區(qū)域，執(zhí)行定向濾波。在方塊1410處，使用相對與多個圖像的每一個中PFF基礎(chǔ)像素位置相應(yīng)的點定義的定向濾波子區(qū)域(DFS)，對多幅不同聚焦的圖像進行定向濾波。將每個DFS整形，使其沿定向濾波方向具有較長尺寸，該較長尺寸大于沿基本垂直于定向濾波方向的第二方向的較短尺寸。在方塊1420處，使用參照邊緣的對準補償調(diào)整定向濾波方向。在執(zhí)行定向濾波之前執(zhí)行所述的調(diào)整，從而使沿定向濾波方向的邊緣特征的偏移量至少為以下之一:a)基本被消除和b)基本被補償。
[0123]根據(jù)前面所述，應(yīng)當理解此處為了說明的目的描述了本發(fā)明的特定實施例，不過在不偏離本發(fā)明范圍的情況下可以進行多種變型。因而，本發(fā)明不限于所附權(quán)利要求。
【權(quán)利要求】
1.一種在機器視覺檢測系統(tǒng)中用于確定邊緣特征的輪廓數(shù)據(jù)的方法，該機器視覺檢測系統(tǒng)包括: 包括感興趣區(qū)域定義部分的邊緣特征視頻工具，該邊緣特征視頻工具配置成基于對感興趣區(qū)域的多幅不同聚焦的圖像，確定針對該感興趣區(qū)域中邊緣特征的輪廓數(shù)據(jù)； 該方法包括: 將工件放置在機器視覺檢測系統(tǒng)的視場內(nèi)； 操作該邊緣特征視頻工具，定義包括所獲取的工件圖像中的邊緣特征的視頻工具感興趣區(qū)域；以及 操作該邊緣特征視頻工具，以分析感興趣區(qū)域中至少一個工件圖像的圖像數(shù)據(jù)，以便提供參照邊緣的對準補償，該對準補償涉及基本上使沿著定向濾波方向在各個位置處的邊緣特征的相應(yīng)偏移量最小，該定向濾波方向在確定邊緣特征的輪廓數(shù)據(jù)之前被用于對所述多幅不同聚焦的圖像進行定向濾波。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中，所述參照邊緣的對準補償可用于調(diào)整所述定向濾波方向，使得在沿所述定向濾波方向的各個位置處的邊緣特征的相應(yīng)偏移量至少為以下之一:a)基本被消除，b)基本被補償，和c)基本與在沿所述定向濾波方向的各個位置處的相應(yīng)邊緣特征的之前確定的相應(yīng)偏移量相匹配。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，進一步包括: 操作所述邊緣特征視頻工具，以獲取所述多幅不同聚焦的圖像； 施加所述參照邊緣的對準補償，調(diào)整所述定向濾波方向； 在施加所述參照邊緣的對準補償后，對所述多幅不同聚焦的圖像進行定向濾波，和 基于被定向濾波后的多幅不同聚焦的圖像，確定邊緣特征的輪廓數(shù)據(jù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的方法，其中 對所述多幅不同聚焦的圖像的定向濾波包括，使用相對于與所述多幅圖像每一個中的PFF基礎(chǔ)像素位置相應(yīng)的點所定義的定向濾波子區(qū)域(DFS)，每個DFS沿定向濾波方向具有較長尺寸，該較長尺寸大于沿基本垂直于定向濾波方向的第二方向的較短尺寸；以及 所述參照邊緣的對準補償被用于調(diào)整所述定向濾波方向，使得在執(zhí)行定向濾波之前，沿定向濾波方向的邊緣特征的偏移量至少為以下的一種:a)基本被去除，和b)基本被補\-ΖΧ ο
5.根據(jù)權(quán)利要求4的方法，其中，所述較短尺寸至多為5個像素，所述較長尺寸至少為所述較短尺寸的3倍。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的方法，其中，僅基于該DFS中所包含的像素，確定與DFS的PFF基礎(chǔ)像素位置相關(guān)的Z高度或PFF度量其中之一。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中，所述邊緣特征視頻工具包括用戶界面，該用戶界面至少包括疊加在工件圖像上的感興趣區(qū)域指示符，該方法進一步包括，通過在用戶界面中調(diào)整疊加在工件圖像上的元素，提供所述參照邊緣的對準補償已經(jīng)被提供的指示。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的方法，其中，在用戶界面中調(diào)整疊加在工件圖像上的元素，包括調(diào)整感興趣區(qū)域指示符、邊緣方向指示符和定向濾波方向指示符的至少其中之一，來表示已經(jīng)提供了所述參照邊緣的對準補償。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的方法，其中，將所述邊緣特征視頻工具配置成與直線邊緣特征相應(yīng)，并且所述調(diào)整感興趣區(qū)域指示符包括定位感興趣區(qū)域指示符，從而使其一個軸垂直于邊緣特征，所述調(diào)整邊緣方向指示符包括定位邊緣方向指示符，使其平行于邊緣特征，所述調(diào)整定向濾波方向指示符包括定位定向濾波方向指示符，使其平行于或垂直于邊緣特征。
10.根據(jù)權(quán)利要求8的方法，其中，將所述邊緣特征視頻工具配置成與圓形邊緣特征和圓弧形邊緣特征其中之一相應(yīng)，并且所述調(diào)整感興趣區(qū)域指示符包括，定位感興趣區(qū)域指示符，使其邊界近似與邊緣特征同心，所述調(diào)整邊緣方向指示符包括，定位邊緣方向指示符，使其近似與邊緣特征同心，所述調(diào)整定向濾波方向指示符包括，定位定向濾波方向指示符，使其近似與邊緣特征同心。
11.根據(jù)權(quán)利要求7的方法，其中，在用戶界面中調(diào)整疊加在工件圖像上的元素包括以下之一:改變疊加在工件圖像上的元素的性質(zhì)，和增加疊加到圖像上的參照邊緣的對準補償指示符。
12.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中: 該方法包括以下之一:a)選擇邊緣特征視頻工具，使其為包括參照邊緣的對準補償操作的類型，b)選擇包括參照邊緣的對準補償操作的邊緣特征視頻工具的參照邊緣的對準補償模式或選項，c)選擇包括參照邊緣的對準補償操作的邊緣特征視頻工具的定向濾波模式或選項，d)選擇提供參照邊緣的對準補償操作的參照邊緣的對準補償工具,所述參照邊緣的對準補償操作結(jié)合邊緣特征視頻工具進行操作； 所述分析感興趣區(qū)域中至少一個工件圖像的圖像數(shù)據(jù)以提供參照邊緣的對準補償包括，結(jié)合邊緣特征視頻工具的操作來執(zhí)行所述參照邊緣的對準補償操作。
13.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中，在機器視覺系統(tǒng)的學習模式期間執(zhí)行該方法，并將相應(yīng)操作記錄到部分程序中。
14.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中，在機器視覺系統(tǒng)的運行模式期間，通過執(zhí)行記錄在部分程序中的相應(yīng)操作，執(zhí)行該方法的至少部分步驟。
15.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中，所述提供參照邊緣的對準補償包括，對沿與邊緣特征視頻工具相關(guān)的缺省方向各個位置處的邊緣特征的相應(yīng)偏移量進行特征化。
16.根據(jù)權(quán)利要求15的方法，其中，所述對沿缺省方向各個位置處邊緣特征的相應(yīng)偏移量進行特征化包括: 操作所述邊緣特征視頻工具，獲得感興趣區(qū)域的多幅不同聚焦的圖像； 基于所獲取的感興趣區(qū)域的多幅不同聚焦的圖像，確定針對邊緣特征的初始輪廓數(shù)據(jù)； 基于初始輪廓數(shù)據(jù)，使與邊緣特征視頻工具相關(guān)的線形對準邊緣特征；以及 對沿缺省方向各個位置處的所對準線形的相應(yīng)偏移量進行特征化。
17.根據(jù)權(quán)利要求16的方法，其中，所述與邊緣特征視頻工具相關(guān)的線形為直線，所述對將沿缺省方向各個位置處的對準線形的相應(yīng)偏移量進行特征化包括，確定所對準的直線與缺省方向之間的角度。
18.根據(jù)權(quán)利要求16的方法，其中，所述與邊緣特征視頻工具相關(guān)的線形包括圓的至少一部分，所述缺省方向沿著平行于缺省圓的方向，所述對沿缺省方向各個位置處的所對準線形的相應(yīng)偏移量進行特征化包括，確定相對于缺省圓對準的至少一部分圓的相應(yīng)偏移量。
19.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，該方法還包括: 在機器視覺系統(tǒng)的學習模式期間操作邊緣特征視頻工具，以獲取感興趣區(qū)域的多幅不同聚焦的圖像； 確定橫跨邊緣特征的多個代表性的合成Z高度輪廓，其中每個代表性的合成Z高度輪廓基于在確定該代表性的合成Z高度輪廓之前，用于對多幅不同聚焦的圖像進行定向濾波的相應(yīng)的定向濾波方向； 確定所述多個代表性的合成Z高度輪廓其中的一個，其基本上使得沿定向濾波方向各個位置處的邊緣特征的相應(yīng)偏移量最小，該定向濾波方向用于提供所述代表性合成Z高度輪廓；以及 基于定向濾波方向確定參照邊緣的對準補償，該定向濾波方向與所述多個代表性的合成Z高度輪廓中的基本上使邊緣特征的相應(yīng)偏移量最小的那個代表性合成Z高度輪廓相應(yīng)。
20.根據(jù)權(quán)利要求19的方法，其中，所述確定多個代表性的合成Z高度輪廓中的基本上使相應(yīng)偏移量最小的一個包括，在所述多個代表性的合成Z高度輪廓中，確定表現(xiàn)出與所述代表性邊緣特征相應(yīng)的最大輪廓梯度的合成Z高度輪廓。
21.一種用于確定邊緣特征的輪廓數(shù)據(jù)的系統(tǒng)，包括: 用于存儲編程指令的存儲器； 處理器，配置成執(zhí)行所編程的指令，以執(zhí)行以下操作，包括: 將工件放置在機器視覺檢測系統(tǒng)的視場中； 操作該邊緣特征視頻工具，定義包括所獲取的工件圖像中的邊緣特征的視頻工具感興趣區(qū)域；以及 操作該邊緣特征視頻工具，以分析感興趣區(qū)域中至少一個工件圖像的圖像數(shù)據(jù)，以便提供參照邊緣的對準補償，該對準補償涉及基本上使沿著定向濾波方向在各個位置處的邊緣特征的相應(yīng)偏移量最小，該定向濾波方向在確定邊緣特征的輪廓數(shù)據(jù)之前被用于對所述多幅不同聚焦的圖像進行定向濾波。
22.根據(jù)權(quán)利要求21的系統(tǒng)，其中，所述的操作還包括: 操作所述邊緣特征視頻工具，以獲取所述多幅不同聚焦的圖像； 施加所述參照邊緣的對準補償，以調(diào)整所述定向濾波方向； 在施加所述參照邊緣的對準補償后，對所述多幅不同聚焦的圖像進行定向濾波，以及 基于被定向濾波后的多幅不同聚焦的圖像，確定邊緣特征的輪廓數(shù)據(jù)。
23.根據(jù)權(quán)利要求22的系統(tǒng)，其中: 對所述多幅不同聚焦的圖像的定向濾波包括，使用相對于與所述多幅圖像每一個中的PFF基礎(chǔ)像素位置相應(yīng)的點所定義的定向濾波子區(qū)域(DFS)，每個DFS沿定向濾波方向具有較長尺寸，該較長尺寸大于沿基本垂直于定向濾波方向的第二方向的較短尺寸；以及 所述參照邊緣的對準補償被用于調(diào)整所述定向濾波方向，使得在執(zhí)行定向濾波之前，沿定向濾波方向的邊緣特征的偏移量至少為以下的一種:a)基本被去除，和b)基本被補\-ΖΧ ο
24.一種計算機可讀存儲介質(zhì)，其上存儲可由處理器執(zhí)行的執(zhí)行，以執(zhí)行以下操作: 將工件放置在機器視覺檢測系統(tǒng)的視場中；操作邊緣特征視頻工具，定義包括所獲取的工件圖像中的邊緣特征的視頻工具感興趣區(qū)域；以及 操作邊緣特征視頻工具，以分析感興趣區(qū)域中至少一個工件圖像的圖像數(shù)據(jù)，從而提供與沿定向濾波方向各個位置處的邊緣特征的相應(yīng)偏移量有關(guān)的參照邊緣的對準補償，其中所述定向濾波方向在針對邊緣特征確定輪廓數(shù)據(jù)之前用于對多幅不同聚焦的圖像進行定向濾波。
25.根據(jù)權(quán)利要求24的計算機可讀存儲介質(zhì)，其中，所述的操作還包括: 操作所述邊緣特征視頻工具，以獲取所述多幅不同聚焦的圖像； 施加所述參照邊緣的對準補償，以調(diào)整所述定向濾波方向； 在施加所述參照邊緣的對準補償后，對所述多幅不同聚焦的圖像進行定向濾波，以及 基于被定向濾波后的多幅不同聚焦的圖像，確定邊緣特征的輪廓數(shù)據(jù)。
26.根據(jù)權(quán)利要求25的計算機可讀存儲介質(zhì),其中: 對所述多幅不同聚焦的圖像的定向濾波包括，使用相對于與所述多幅圖像每一個中的PFF基礎(chǔ)像素位置相應(yīng)的點所定義的定向濾波子區(qū)域(DFS)，每個DFS沿定向濾波方向具有較長尺寸，該較長尺寸大于沿基本垂直于定向濾波方向的第二方向的較短尺寸；以及 所述參照邊緣的對準補償被用于調(diào)整所述定向濾波方向，使得在執(zhí)行定向濾波之前，沿定向濾波方向的邊緣特征的偏移量至少為以下的一種:a)基本被去除，和b)基本被補償。
【文檔編號】G01B11/24GK104075666SQ201410182723
【公開日】2014年10月1日 申請日期:2014年3月28日 優(yōu)先權(quán)日:2013年3月28日
【發(fā)明者】R·K·布里爾 申請人:株式會社三豐