專利名稱：圖像捕捉、對準和登記的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
—般來說，本發(fā)明涉及圖像處理，更具體來說，涉及用 于圖像捕捉、對準及登記(registration)的系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
在印刷電路板(PCB)制造中，PCB圖案圖像直接印制到 PCB襯底上。重要的是這個PCB圖像盡可能準確，因為圖像的誤差或 像差可導(dǎo)致制造PCB襯底的誤差。 PCB圖案通過工業(yè)噴墨印刷機作為點陣圖案圖像來印 刷。重要的是能夠校準這類印刷機以及執(zhí)行質(zhì)量控制，以便確保其印 刷性能是一致的并且滿足規(guī)范。噴墨印刷機頭包含一組噴嘴，并且特 定噴嘴的輸出可與被印刷的點陣圖案圖像的區(qū)域關(guān)聯(lián)。在印刷機連續(xù) 使用一段時間之后，噴嘴會堵塞或者失靈，這可能導(dǎo)致被印刷圖像的 誤差或像差。 具有工業(yè)噴墨印刷機所印刷的圖案的陶f: PCB襯底通 常在連續(xù)印刷周期之間通過烘焙過程來固化。表面污染物的存在以及 固化作用可引起印刷特征的失真。除了均勻收縮之外，印刷圖案還受 到基于印刷材料的局部幾何形狀的不均勾收縮。印刷圖案的失真以及 失效的噴嘴還可產(chǎn)生例如開路和短路等電路誤差(拓樸失真)以及多個 印刷遍數(shù)之間的電路特征的未對準(幾何失真)。 如果噴嘴的"標記(signature)"可按照點陣圖案的區(qū)域的 渲染的質(zhì)量來表征，則失靈印刷機以及失靈的原因可通過檢查它產(chǎn)生 的圖像來識別。能夠在引起更昂貴的制造誤差之前識別和糾正產(chǎn)生于 失靈印刷機的印刷誤差將會是有用的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的實施例實現(xiàn)了圖像捕捉、對準和登記。本發(fā)明 的某些應(yīng)用在用于檢查印刷電路板("PCB")襯底的系統(tǒng)的各個實施例 中的使用。在實施例中，包括攝像機和支撐圖像的二維表面的圖像捕 捉系統(tǒng)可根據(jù)待捕捉的圖像的配置參數(shù)和基于圖像的才莫擬參考位圖的 配置參數(shù)來校準。在實施例中，待捕捉圖像在二維表面上的位置根據(jù) 校準參數(shù)來確定。在實施例中，可捕捉不能在單次掃描中捕捉的圖像 的若干分區(qū)(section)的一系列圖像?？纱_定通過圖像的掃描路徑， 它部分基于校準參數(shù)。在實施例中，通過驗證各圖像^L捕沖足時的選定 特性，并且通過驗證每個所捕捉圖像與對應(yīng)模擬參考位圖的對準，來 保持所捕捉圖像的質(zhì)量的 一致性。 在實施例中， 一種用于捕捉圖像的有效快照的方法可包 括至少部分根據(jù)圖像、第一快照、圖像所在的二維表面和對應(yīng)于第 一快照的參考位圖來識別校準參數(shù)的集合；至少部分根據(jù)校準參數(shù)集 合中的一個校準參數(shù)來識別二維表面上的第一快照的笫 一位置；在二 維表面上的第一位置捕捉第一快照；定義參考位圖與第一快照之間的 第一對準關(guān)系；以及才艮據(jù)應(yīng)用于對準閣值的第一對準關(guān)系的第一對準 值來確定第一對準關(guān)系是否有效。如果第一對準關(guān)系不是有效的，則 通過執(zhí)行以下步驟來驗證圖像的第二快照和參考位圖的第二對準關(guān) 系在二維表面上的第二位置捕捉第二快照，第二位置處于第一位置 的調(diào)整距離閾值之內(nèi)；定義參考位圖與第二快照之間的第二對準關(guān)系； 響應(yīng)第二對準關(guān)系的第二對準值小于對準閾值而驗證第二對準關(guān)系； 以及將第二快照指定為有效快照。 在實施例中，用于捕捉有效快照的方法還可包括通過4丸 行以下步驟來登記有效快照將有效快照與二維表面上的第一位置關(guān) 聯(lián)；通過將有效快照與參考位圖對準來調(diào)整有效快照；以及存儲有效 快照。在實施例中，有效快照超過圖像質(zhì)量閾值。
在實施例中，第一快照可在快照的順序集合之內(nèi)，其中 第一快照表示圖像的第一分區(qū)。在實施例中，如果第三快照跟隨快照 的順序集合中的第 一快照，則可捕捉表示快照的順序集合中的圖像的 第二分區(qū)的第三快照。在實施例中，第三快照處于二維表面的第三位 置，它處于第一位置的閾值距離之內(nèi)。閾值距離可至少部分根據(jù)第一 位置以及配置參數(shù)集合中的至少 一個校準參數(shù)來計算。 在實施例中，第一對準關(guān)系可包括第一快照與參考位圖 之間的健壯(robust)對準映射。在實施例中，健壯對準映射至少部分基 于第一快照和參考位圖的匹配特征的集合。在實施例中，健壯對準映 射表示為仿射矩陣。 在實施例中，確定第一對準關(guān)系是否有效的步驟可通過 以下步驟來執(zhí)行通過使用仿射矩陣來計算旋轉(zhuǎn)角；以及響應(yīng)旋轉(zhuǎn)角 大于0或小于某大小(size)閾值而確定第一對準關(guān)系為有效。 在實施例中，用于計算圖像與對應(yīng)于圖像的參考位圖之 間的對準映射的方法可包括識別圖像和參考位圖中的匹配特征的集 合；創(chuàng)建包含與圖像關(guān)聯(lián)的匹配特征集合的子集的第一特征矢量；創(chuàng) 建包含與參考位圖關(guān)聯(lián)的匹配特征集合的子集的第二特征矢量；計算 第一特征矢量與第二特征矢量之間的第一映射；根據(jù)第一映射來計算 第一誤差值；以及如果誤差值小于誤差閾值，則將第一映射識別 (identified)為對準映射。在實施例中，第一映射是第一仿射矩陣。在實 施例中，根據(jù)第一映射來計算第一誤差值的步驟可包括識別與第一 仿射矩陣關(guān)聯(lián)的殘差的集合；計算殘差集合的平均值；以及將平均值 指定為第一誤差值。在實施例中，如果笫一誤差值大于誤差閾值，則對準映 射可通過執(zhí)行以下步驟來識別計算殘差集合的標準偏差；將上限值 確定為標準偏差的倍數(shù)；將下限值確定為0減去上限值；從第二特征 矢量中識別具有大于下限值且小于上限值的值的至少一個匹配特征； 創(chuàng)建包含來自第二特征矢量的至少一個匹配特征的第三特征矢量；計算第一特征矢量與第三特征矢量之間的第二映射；根據(jù)第二映射來計 算第二誤差值；以及如果第二誤差值小于誤差閾值，則將第二映射指
定為對準映射。 在實施例中，用于捕捉和對準圖像快照的系統(tǒng)可包括 圖像捕捉器，它接收校準參數(shù)的集合和圖像，并且在二維表面上的某 個位置處捕捉快照；圖像驗證器，它接收快照和對應(yīng)于快照的參考位 圖，并且將快照的至少一個特性與圖像質(zhì)量閾值進行比較；以及圖像 對準器，它接收具有超過圖像質(zhì)量閾值的至少一個特性的快照以及參 考位圖，并且如果已經(jīng)確定快照與參考位圖之間的有效對準關(guān)系，則 對準快照和參考位圖。 在本發(fā)明內(nèi)容部分概括描述了本發(fā)明的一些特征和優(yōu) 點；但是，附加特征、優(yōu)點和實施例在本文中提供或者是本領(lǐng)域的技 術(shù)人員鑒于其附圖、說明書和權(quán)利要求書會清楚知道的。相應(yīng)地，應(yīng) 當(dāng)理解，本發(fā)明的范圍不受本發(fā)明內(nèi)容部分所公開的具體實施例限制。


將參照本發(fā)明的實施例，在附圖中說明它們的示例。這 些附圖意在是說明性的而不是限制。雖然在這些實施例的上下文中概 括地描述本發(fā)明，但是大家應(yīng)當(dāng)理解，它不是要將本發(fā)明的范圍局限 于這些具體實施例。 圖1示出根據(jù)本發(fā)明的多個實施例的印刷PCB圖案的模 擬參考位圖、重構(gòu)位像和失真位圖的示例。 圖2A示出根據(jù)本發(fā)明的多種實施例、用于檢查印刷PCB 位圖的系統(tǒng)的框圖。 圖2B示出根據(jù)本發(fā)明的多種實施例、用于生成登記的 圖像的圖像生成器系統(tǒng)的框圖。圖3示出根據(jù)本發(fā)明的多種實施例的圖像捕捉系統(tǒng)。圖4示出根據(jù)本發(fā)明的多種實施例、用于逐步掃描圖像
9的分區(qū)的掃描路徑的 一個示例。 圖5示出一種根據(jù)本發(fā)明的多種實施例、用于捕才足、對 準和登記圖像的方法。 圖6示出 一種根據(jù)本發(fā)明的多種實施例、用于計算所捕 捉圖像及其對應(yīng)參考位圖的對準映射的方法。
圖7示出計算系統(tǒng)的框圖。
具體實施例方式
為了便于說明，以下描述中提出具體細節(jié)，以便提供對 本發(fā)明的理解。但是，本領(lǐng)域的技術(shù)人員會清楚地知道，即使沒有這 些細節(jié)也可實施本發(fā)明。本領(lǐng)域的技術(shù)人員會知道，本發(fā)明的實施例 可結(jié)合到許多不同的系統(tǒng)和裝置中，包括攝像機、掃描儀、打印機、 計算機、傳真機、包括具有顯示器或攝像機功能的那些裝置的移動裝 置、多々某體裝置等，下面描述實施例的一部分。本發(fā)明的實施例可通 過軟件、硬件、固件或者它們的組合來實現(xiàn)。框圖所示的組件或^^莫塊是說明本發(fā)明的示范實施例，并 且意在避免影響理解本發(fā)明。還要理解，在通篇論述中，組件可描述 為可包括子單元的單獨的功能單元，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員會知道， 多個組件或者它們的部分可分為單獨的組件，或者可以集成在一起， 包括集成到單個系統(tǒng)或組件中。此外，附圖中的組件/才莫塊之間的連接不是要局限于直接 連接。這些組件之間的數(shù)據(jù)而是可經(jīng)過修改、重定格式或者通過中間 組件來改變。也可使用附加或更少的連接。還要注意，術(shù)語"耦合" 或者"在通信上耦合"要理解為包括直接連"t妄、通過一個或多個中間 裝置的間接連接以及無線連接。 說明書中提到"一個實施例"或"實施例"表示結(jié)合該 實施例所述的具體特征、結(jié)構(gòu)、特性或功能包含在本發(fā)明的至少一個 實施例中，并且可在一個以上實施例中。在本說明書的不同位置中出現(xiàn)的詞語"在一個實施例中"或"在實施例中"不一定都表示同一個實施例。 本發(fā)明的某些應(yīng)用在用于檢查印刷電路板("PCB")襯底的系統(tǒng)的多種實施例中的使用。PCB圖案可通過工業(yè)噴墨印刷機作為點陣圖案圖像印刷到村底上；點陣圖案通過印刷^/L墨噴嘴的陣列來產(chǎn)生。在噴墨印刷機連續(xù)使用一段時間之后，它的噴嘴的一部分可堵塞或者失靈，并且這可導(dǎo)致被印刷點陣圖案圖像的像差。印刷PCB圖案的像差可對應(yīng)于例如短路或故障連接等電路缺陷。 將檢查系統(tǒng)應(yīng)用于通過噴墨印刷機印刷的PCB圖像。這種檢查系統(tǒng)可實現(xiàn)印刷PCB圖像的缺陷(fault)的識別，并且還可實現(xiàn)關(guān)于哪些噴嘴與印刷圖像上的所識別缺陷的位置關(guān)聯(lián)的確定。圖1示出根據(jù)本發(fā)明的多個實施例的印刷PCB圖像的缺陷檢測的一個示例。可將PCB圖案的印刷圖像140與PCB圖案的模擬參考位圖120進行比較，并且可生成表示印刷圖像140與參考位圖120之間的差異的失真圖160。在實施例中，失真圖160的區(qū)域祐^彩色編碼成標識與印刷圖像140中的缺陷關(guān)聯(lián)的像差。 圖2A示出根據(jù)本發(fā)明的多個實施例、用于檢查印刷圖像的系統(tǒng)200的框圖。系統(tǒng)200接收輸入印刷圖案205(例如PCB襯底的印刷圖像)，并且將它與參考位圖生成器215根據(jù)輸入印刷圖案205所生成的參考位圖225進行比較。參考位圖是印刷輸入印刷圖案205的才莫擬，并且用于即使不排除全部、也排除例如PCB村底上的點陣圖案位像的印制可引起的像差的大多數(shù)。 在實施例中，具有規(guī)定配置的參考位圖225可根據(jù)輸入印刷圖案205和用戶輸入?yún)?shù)210來生成。生成的參考位圖225可具有與作為其基礎(chǔ)的輸入印刷圖案205的大小和配置不同的大小和配置，以便增加參考位圖225的分辨率。在實施例中，用戶輸入?yún)?shù)210用于計算要生成的參考位圖的配置參數(shù)。用戶輸入?yún)?shù)210可包括x和y方向上以每英寸點數(shù)(DPI)為單位的印刷機間距、印刷機墨滴大小(噴墨印刷機噴嘴使點呈現(xiàn)為具有理想圓形的墨的"微滴，，)以及將要
產(chǎn)生的沖莫擬圖案的DPI?？捎嬎惚壤蜃?，它將輸入印刷圖案205的配置參數(shù)與其參考位圖225的配置參數(shù)相關(guān)。 輸入印刷圖案205和參考位圖225由圖像生成器230進行比較。通過用戶輸入?yún)?shù)235可配置的缺陷檢測器240創(chuàng)建將輸入印刷圖案205與所生成參考圖像225的比較期間可發(fā)現(xiàn)的像差的失真圖245。示范失真圖160如圖1所示。 輸入印刷圖案205可以非常大。大圖像可分為若干分區(qū)，然后可將選定分區(qū)與參考位圖225的對應(yīng)分區(qū)進行比較。在實施例中，待比較的分區(qū)可通過用戶輸入?yún)?shù)210來選擇。排除圖生成器220生成的輸入圖像的"排除圖"250可用于選擇進行比較的分區(qū)。排除圖識別輸入印刷圖案205中的未檢查的區(qū)域，例如背景的區(qū)域。在實施例中，可部分基于分區(qū)的集合、輸入印刷圖案205、參考位圖225和排除圖250來重構(gòu)圖像。重構(gòu)圖像可成為前面所述的缺陷檢測的基礎(chǔ)。示范重構(gòu)的PCB圖案圖像140如圖1所示。
A.系統(tǒng)實現(xiàn) 圖2B示出根據(jù)本發(fā)明的多種實施例的圖像生成器230的框圖。圖像生成器230接收輸入印刷圖案205以及從輸入印刷圖案205生成的參考位圖225,并且生成輸入印刷圖案205的已存儲有效快照(登記的圖像265)。在實施例中，圖像生成器230可接收排除圖250。圖像生成器230可在4企查系統(tǒng)200的實施例中用于生成輸入印刷圖案205的高分辨率圖像。在多種實施例中，圖像生成器230可識別和記錄作為大印刷圖案的分區(qū)的輸入印刷圖案205的位置。大的登記的圖像可由已經(jīng)捕捉和存儲的分區(qū)的集合來重構(gòu)。 圖3示出根據(jù)本發(fā)明的多種實施例的示范圖像捕捉系統(tǒng)。圖像捕捉系統(tǒng)可包括攝像機320，它通過設(shè)置在二維表面310上的輸入印刷圖案305之上的二維空間中的控制臂來控制和定位。在某些實施例中，攝#4幾320的位置通過控制臂來固定，以及二維表面310
12是活動表面(多種實施例中的"xy坐標臺")。輸入印刷圖案305的位置通過移動二維表面310相對于攝像機位置而改變，使得可拍#_輸入圖像的不同分區(qū)。在實施例中，二維表面310由光源315照射。在實施例中，如果在單次掃描中不能捕捉整個圖像，則可捕捉和存儲印刷圖案305的分區(qū)。下面更詳細地描述，才艮據(jù)本發(fā)明的多種實施例，可在沿通過圖像的規(guī)定掃描路徑的指定位置處捕捉分區(qū)。 在本發(fā)明的多種實施例中，圖像捕捉系統(tǒng)還包括與攝像機連接的計算機325。計算機325可提供用于優(yōu)化攝像機320的聚焦和曝光設(shè)置的某些處理功能。在實施例中，攝像機所捕捉的圖像的存儲和處理可在計算機325執(zhí)行。所捕捉的印刷圖像可從圖像的所捕捉和存儲("登記")分區(qū)來重構(gòu)。 圖像捕捉器255接收輸入印刷圖案205以及從輸入印刷圖案205生成的參考位圖225，并且產(chǎn)生輸入印刷圖案205的所捕捉快照。在多種實施例中，圖像捕捉器255可捕捉輸入印刷圖案205的分區(qū)，并且基于輸入印刷圖案205的所接收排除圖250可部分用于選擇待捕捉的分區(qū)。實施例中的圖像捕捉可包括圖像捕捉系統(tǒng)的初始校準。這種校準至少部分基于二維表面310上的印刷圖案的對準印刷圖像或分區(qū)的特性與其對應(yīng)參考位圖225的特性之間的比較。 在實施例中，待捕捉的圖像在二維表面上的位置至少分區(qū)根據(jù)從圖像的參考位圖225的生成以及從圖像捕捉系統(tǒng)的校準所得出配置數(shù)據(jù)來計算。配置數(shù)據(jù)的示例包括參考位圖配置參數(shù)、參考位圖與二維表面之間的映射、二維表面上和參考位圖的初始位置、x和y方向上的二維表面電動機節(jié)距大小(分別為"xStep"和"yStep")、校準期間所計算的傾斜角(對準驗證參數(shù))以及與圖像快照對應(yīng)的參考位圖分區(qū)的寬度和高度。本領(lǐng)域的技術(shù)人員會知道，存在多種配置數(shù)據(jù)，并且將要用于初始化的數(shù)據(jù)的選擇不是本發(fā)明的關(guān)鍵。 在實施例中，圖像驗證器260接收所捕捉快照，并且部分地根據(jù)可包括對比度和銳度的快照的圖像特性來驗證快照的質(zhì)量。在圖像捕捉系統(tǒng)的實施例中，圖像銳度可從快照中的高頻分量的量的測量來確定，而圖像對比度可從快照邊緣周圍的平均亮度差來計算。如果所捕沖足快照的質(zhì)量超過質(zhì)量閾值，則保留有效的所捕捉快照。在實施例中，圖像對準器265接收有效的所捕捉圖像，然后驗證所捕"t足圖像與其對應(yīng)參考位圖之間的對準。下面更詳細地描述，圖像對準器265則將所捕捉圖像與其對應(yīng)參考位圖對準，并且登記已對準圖^f象270。
B.用于捕捉、對準和登記圖像的方法 如前面所述，圖像的快照可被捕捉并且用于檢測印刷圖像的缺陷的檢查系統(tǒng)的實施例。如果整個印刷圖像不能在單次掃描中捕捉，則^皮捕捉圖像可從印刷圖像的所捕捉和存儲分區(qū)的集合來重構(gòu)。在實施例中，可在沿通過圖像的規(guī)定掃描路徑的指定位置捕捉分區(qū)。 圖4示出用于使用如圖3例示和示出的檢查系統(tǒng)來捕捉圖像分區(qū)410的集合、通過印刷圖案305的示范掃描路徑。在某些實施例中，攝像機320的位置通過控制臂來固定，以及輸入印刷圖案305的位置通過移動印刷圖案305所在的活動二維表面310(例如多種實施例中的"xy坐標臺")相對于攝像機位置而改變，使得可拍攝輸入印刷圖案305的不同分區(qū)。 掃描路徑可包括在印刷圖案305上的原點415處開始的一系列電動機節(jié)距(430和435)。各電動機節(jié)距表示二維表面310相對于攝像機320的固定位置的一次移動，并且在各電動機節(jié)距之后可捕捉快照。在多種實施例中，使用基于配置參數(shù)的所計算掃描路徑來捕捉輸入圖像的一系列分區(qū)是"智能掃描"。 圖5示出一種根據(jù)本發(fā)明的多種實施例、與結(jié)構(gòu)無關(guān)地用于捕捉、對準和登記圖像的方法500。方法500可在系統(tǒng)200的圖像生成器230的實施例中實現(xiàn)。 在實施例中，可使用系統(tǒng)的初始校準期間所確定的例如參考位圖大小以及待捕捉分區(qū)之間所需的x和y方向上的重疊量等參
14數(shù)來計算x方向420上的電動機節(jié)距大小(xStep 430)和y方向425上的電動機節(jié)距(yStep 435)(505)。 在實施例中，在二維表面上待捕捉的圖像的位置至少部分基于從圖像225的參考位圖的生成以及從圖像捕捉系統(tǒng)的校準所得出配置數(shù)據(jù)來計算(510)?？墒褂玫呐渲脭?shù)據(jù)的示例包括參考位圖配置參數(shù)、參考位圖與二維表面之間的映射、二維表面和參考位圖上的初始位置、xStep 430和yStep 435、校準期間所計算的傾斜角(對準驗證參數(shù))以及與圖像快照對應(yīng)的參考位圖分區(qū)的寬度和高度。本領(lǐng)域的技術(shù)人員會知道，存在各種配置數(shù)據(jù)，并且將要用于初始化的數(shù)據(jù)的選擇不是本發(fā)明的關(guān)鍵。 在捕捉(515)圖像快照之后，至少部分基于可包括對比度和銳度的快照的圖像特性來驗證快照的質(zhì)量d在圖像捕捉系統(tǒng)的實施例中，圖像銳度可從快照中的高頻分量的量的測量來確定，而圖像對比度可從快照邊緣周圍的平均亮度差來計算。如果所捕捉快照的質(zhì)量沒有超過質(zhì)量閾值(520),則不保留快照，并且使用不同的攝像機校準在同 一個坐標位置捕捉(515)另 一個快照。如果所捕捉快照的質(zhì)量超過質(zhì)量闊值(520)，則保留有效的所捕捉快照，并且從存儲裝置提取對應(yīng)于快照圖像的參考位圖225(525),使得可計算(530)快照圖像與參考位圖之間的健壯對準映射。在實施例中，這種健壯對準映射可表示為從快照圖〗象和參考位圖的匹配特征所計算的估計仿射矩陣。 在實施例中，在攝像機32上接管(hosted)或者在檢查系統(tǒng)的計算機325上接管的方法可用于通過補償沒有滿足質(zhì)量標準的測量特性實時地改進所捕捉快照的質(zhì)量。例如，對比度可通過自動曝光方法來改進，而銳度可通過自動聚焦方法來改進。 通過分析圖像和參考位圖來驗證(535)健壯對準映射。在實施例中，如果圖像與參考位圖之間的所計算旋轉(zhuǎn)角接近O(例如在士l度之內(nèi))，則健壯對準映射是有效的。在多個實施例中，旋轉(zhuǎn)角可從仿射矩陣來確定，其中仿射矩陣從快照圖像和參考位圖的匹配特征來計算。仿射矩陣的組成部分可被筒化并且分為兩個獨立空間，即縮放和旋轉(zhuǎn)。旋轉(zhuǎn)角可使用旋轉(zhuǎn)空間來計算。 如果健壯對準映射是有效的(535)，則對準圖像和參考位圖，并且登記(即存儲和記錄)圖像(555)。如果通過村底的指定掃描路徑已經(jīng)完成(550)，則完成待捕捉圖像的集合(560)。如果通過襯底的指定掃描路徑尚未完成(550)，則根據(jù)電動機節(jié)距Xstep和Ystep的值沿掃描路徑移動(555)二維表面。 如果i^壯對準映射不^:有效的(535)，則可能是因具有周期圖案的所捕捉圖像而引起。在實施例中，如果襯底上的所捕捉圖像的位置通過從所捕^R圖像的當(dāng)前位置向上、向下、向右或向左移動(550)二維表面、然后重復(fù)步驟515至535細微地調(diào)整，則可引入圖案的非周期性。在實施例中，例如，二維表面可沿x和y方向在4-5mm的范圍內(nèi)移動，它可以是二維表面的電動機移動的10%。如果有效的健壯對準映射完成(535),則恢復(fù)掃描路徑上的原始捕捉圖像的位置。
1.計算健壯對準映射 圖6示出一種根據(jù)本發(fā)明的多個實施例、與結(jié)構(gòu)無關(guān)地用于計算健壯對準映射的方法600。方法600可實現(xiàn)為方法500的實施例中以及圖《象對準器265中的步驟530。 在實施例中，使用例如SIFT特征提取器等特征提取器從圖像的所捕捉快照及其對應(yīng)參考位圖提取(605)特征。本領(lǐng)域的技術(shù)人員會知道，存在各種特征提取方法，并且特征提取器的選擇不是本發(fā)明的關(guān)鍵。識別來自圖像和參考位圖的匹配特征。可識別的特征的示例包括線條、圓以及對于PCB圖像的電路上的結(jié)和角。包含匹配特征集合(特征點集合)的第 一特征矢量從圖像提取，而包含相同的匹配特
征集合的第二特征矢量從參考位圖610提取。在多個實施例中，指定掃描路徑上的各個區(qū)域中的照明變化不會影響特征提取方法的一致性。
在實施例中，最小二乘法可用于估計(615)表示第一特征矢量的點到第二特征矢量的對應(yīng)點的映射的仿射矩陣。本領(lǐng)域的技術(shù)人員會知道，存在用于估計仿射矩陣的多種方法，并且用于估計仿射矩陣的方法不是本發(fā)明的關(guān)鍵。殘差從所估計的仿射矩陣來計算(620)。計算(625)殘差的平均值和標準偏差(a)，并且將殘差的平均值指配為(630)當(dāng)前誤差值。將當(dāng)前誤差值與從前一個所估計仿射矩陣所計算的前一個誤差值之間的差的絕對值與閾值(在實施例中，例如，這個值可以是l個像素)進行比較(635)。如果差的絕對值小于閾值，則保存(650)所估計的仿射矩陣。 如果差的絕對值大于閾值，則將特征點的集合精簡為僅包含具有殘差的平均值的-3*(1至+3*0之內(nèi)的映射的那些點。將當(dāng)前誤差值重新指配為前一個誤差值(645),并且重復(fù)進行步驟615至635。
C.計算系統(tǒng)實現(xiàn) 要注意，本發(fā)明可在能夠處理圖像數(shù)據(jù)的任何指令執(zhí)行/計算裝置中實現(xiàn)，非限制性地包括例如預(yù)計用于圖形處理等的通用計算機和專用計算機。本發(fā)明還可實現(xiàn)為其它計算裝置和系統(tǒng)，非限制性地包括數(shù)碼攝像機、打印機、掃描儀、多功能打印機/掃描儀、傳真機、多媒體裝置以及處理、捕捉、傳送或存儲圖像的任何其它裝置。此外，在任何裝置中，本發(fā)明的方面可通過包括軟件、硬件、固件或者它們的組合的大量方式來實現(xiàn)。例如，實施本發(fā)明的各個方面的功能可通過以大量方式實現(xiàn)的組件來執(zhí)行，其中包括分立邏輯組件、一個或多個專用集成電路(ASIC)和/或程序控制處理器。要注意，實現(xiàn)這些項目的方式不是本發(fā)明的關(guān)鍵。 圖7示出可實現(xiàn)或?qū)嵤┍景l(fā)明的實施例的指令執(zhí)^f亍/計算裝置700的一個實施例的原理框圖。如圖7所示，處理器702運行軟件指令，并且與其它系統(tǒng)組件交互。在一個實施例中，處理器702可以是通用處理器，例如(作為舉例而不是限制)AMD處理器、INTEL處
17理器、SUN MICROSYSTEMS處理器或POWERPC兼容CPU或者可以是專用處理器的處理器。與處理器702耦合的存儲裝置704提供數(shù)據(jù)和軟件程序的長期存儲。存儲裝置704可以^硬盤驅(qū)動器和/或能夠存儲數(shù)據(jù)的另一種裝置，例如計算機可讀々某體(例如磁盤、磁帶、光盤、DVD等)驅(qū)動器或者固態(tài)存儲器裝置。存儲裝置704可保存與處理器702配合使用的程序、指令和/或數(shù)據(jù)。在一個實施例中，存儲于存儲裝置704或者從存儲裝置704加載的程序或指令可加載到存儲器706中，并且由處理器702運行。在一個實施例中，存儲裝置704保存用于在處理器702實現(xiàn)操作系統(tǒng)的程序或指令。在一個實施例中，可能的操作系統(tǒng)包括^f旦不限于UNIX、 AIX、 LINUX、 Mcrcosoft Windows和APPLE MAC OS。在實施例中，操作系統(tǒng)運行于計算系統(tǒng)700并且控制計算系統(tǒng)700的操作。 與處理器702耦合的可尋址存儲器706可用于存儲將由處理器702運行的數(shù)據(jù)和軟件指令。存儲器706可以是例如固件、只讀存儲器(ROM)、閃速存儲器、非易失性隨機存取存儲器(NVRAM)、隨機存取存儲器(RAM)或者它們的任何組合。在一個實施例中，存儲器706存儲多個軟件對象，或者以其它方式稱作服務(wù)、實用程序、組件或才莫塊。本領(lǐng)域的技術(shù)人員還會知道，存儲裝置704和存儲器706可以是相同的產(chǎn)品，并且在兩種能力方面起作用。在一個實施例中，圖2A和圖2B的組件的一個或多個可以是存儲器704、 706中存儲并且由處理器702運行的^=莫塊。 在一個實施例中，計算系統(tǒng)70(H是供與其它裝置、其它網(wǎng)絡(luò)或者它們兩者進行通信的能力。計算系統(tǒng)700可包括在通信上將計算系統(tǒng)700與其它網(wǎng)絡(luò)和裝置耦合的一個或多個網(wǎng)絡(luò)接口或適配器712、 714。例如，計算系統(tǒng)700可包括網(wǎng)絡(luò)"^妄口 712、通信端口 714或者它們兩者，它們的每個在通信上與處理器702耦合，并且它們可用于將計算系統(tǒng)700與其它計算機系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)和裝置耦合。在一個實施例中，計算系統(tǒng)700可包^^與處理器702耦合的一個或多個輸出裝置708,以便幫助顯示圖形和文本。輸出裝置 708可包括但不限于顯示器、LCD屏幕、CRT監(jiān)視器、打印機、觸摸 屏或者用于顯示信息的其它裝置。計算裝置700還可包括圖形適配器 (未示出)，以便幫助在輸出裝置708上顯示信息或圖像。 與處理器702耦合的一個或多個輸入裝置710可用于幫 助用戶輸入。輸入裝置710可包括但不限于例如鼠標、跟蹤^^或觸摸 墊等指示裝置，并且還可包括鍵盤或小鍵盤，以便將數(shù)據(jù)或指令輸入 到計算系統(tǒng)700中。 在一個實施例中，計算系統(tǒng)700可接收輸入，無i侖是通 過通信端口 714、網(wǎng)絡(luò)接口 712、存儲器704/706中的存儲數(shù)據(jù)，還是 通過輸入裝置710、來自掃描儀、復(fù)印機、傳真機或者其它計算裝置。 本領(lǐng)域的技術(shù)人員會知道，計算系統(tǒng)不是實施本發(fā)明的 關(guān)鍵。本領(lǐng)域的技術(shù)人員還會知道，以上所述的多個元件可在物理和/ 或功能上分為子才莫塊或者組合在一起。 要注意，本發(fā)明的實施例還可涉及具有計算機可讀士某體 的計算機產(chǎn)品，其中具有用于執(zhí)行各種計算機實現(xiàn)的操作的計算機代 碼。媒體和計算機代碼可以是為了本發(fā)明專門設(shè)計和構(gòu)造的，或者它
們可屬于相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)人員已知或者可得到的種類。計算機可讀々某 體的示例包括但不限于磁媒體，例如硬盤、軟盤和磁帶；光媒體， 例如CD-ROM和全息裝置；磁光媒體；以及硬件裝置，它們專門配置 成存儲或者用于存儲和運行程序代碼，例如專用集成電路(ASIC)、可 編程邏輯裝置(PLD)、閃速存儲器裝置以及ROM和RAM裝置。計算 機代碼的示例包括例如編譯器所產(chǎn)生的機器代碼以及包含由計算機使 用解釋器來運行的高級代碼的文件。 雖然本發(fā)明可容許各種修改和備選形式，但是在附圖中 示出它的具體示例，并且在本文進行詳細描述。但是應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā) 明并不是要局限于所7>開的具體形式，相反，本發(fā)明將涵蓋落入所附 權(quán)利要求書的范圍之內(nèi)的所有修改、等效和備選方案。
權(quán)利要求
1.一種用于捕捉圖像的有效快照的方法，所述方法包括至少部分地基于所述圖像、第一快照、所述圖像位于其上的二維表面以及與所述第一快照對應(yīng)的參考位圖來識別校準參數(shù)集合；至少部分地基于所述校準參數(shù)集合中的一個校準參數(shù)來識別所述第一快照在所述二維表面上的第一位置；在所述二維表面上所述第一位置處捕捉所述第一快照；定義所述參考位圖與所述第一快照之間的第一對準關(guān)系；基于應(yīng)用于對準閾值的所述第一對準關(guān)系的第一對準值，來確定所述第一對準關(guān)系是否有效；以及響應(yīng)所述第一對準關(guān)系不是有效的而通過執(zhí)行以下步驟來驗證所述圖像的第二快照和所述參考位圖的第二對準關(guān)系在所述二維表面上的第二位置處捕捉所述第二快照，所述第二位置處于所述第一位置的調(diào)整距離閾值之內(nèi)；定義所述參考位圖與所述第二快照之間的所述第二對準關(guān)系；響應(yīng)所述第二對準關(guān)系的第二對準值小于所述對準閾值而驗證所述第二對準關(guān)系；以及將所述第二快照指定為所述有效快照。
2. 如權(quán)利要求l所述的方法，還包括通過執(zhí)行以下步驟來登記 所述有效快照將所述有效快照與所述二維表面上的所述第 一位置關(guān)聯(lián)； 通過將所述有效快照與所述參考位圖對準來調(diào)整所述有效快照；以及存儲所述有效快照。
3. 如權(quán)利要求l所述的方法，其中，所述有效快照超過圖像質(zhì)量 閾值。
4. 如權(quán)利要求l所述的方法，其中，所述第一快照處于快照的順序集合之內(nèi)，其中所述第一快照表示所述圖像的第一分區(qū)。
5. 如權(quán)利要求4所述的方法，還包括響應(yīng)第三快照跟隨快照的 所述順序集合中的所述第 一快照而捕捉快照的所述順序集合中的所述 第三快照，所述第三快照表示所述圖像的第二部分。
6. 如權(quán)利要求5所述的方法，其中，所述第三快照處于在所述第 一位置的閾值距離之內(nèi)的所述二維表面上的第三位置，所述閾值距離至少部分基于所述第一位置以及所述配置參數(shù)集合中的至少一個校準 參數(shù)來計算。
7. 如權(quán)利要求l所述的方法，其中，所述第一對準關(guān)系包括所述 第一快照與所述參考位圖之間的健壯對準映射。
8. 如權(quán)利要求7所述的方法，其中，所述<走壯對準映射至少部分 基于所述第一快照和所述參考位圖的匹配特征的集合。
9. 如權(quán)利要求8所述的方法，其中，所述健壯對準映射表示為仿 射矩陣。
10. 如權(quán)利要求9所述的方法，其中，確定所述第一對準關(guān)系是 否有效通過以下步驟來執(zhí)行通過使用所述仿射矩陣來計算旋轉(zhuǎn)角；以及 響應(yīng)所述旋轉(zhuǎn)角大于0且小于大小閾值而確定所述第一對準關(guān)系 是有效的。
11. 一種計算機可讀媒體，具有用于執(zhí)行如權(quán)利要求1所述的方 法的指令。
12. —種用于計算圖像與對應(yīng)于所述圖像的參考位圖之間的對準 映射的方法，所述方法包括識別所述圖像和所述參考位圖中的匹配特征的集合； 創(chuàng)建包含與所述圖像關(guān)聯(lián)的所述匹配特征集合的子集的第 一特征 矢量；創(chuàng)建包含與所述參考位圖關(guān)聯(lián)的所述匹配特征集合的子集的第二 特征矢量；計算所述第 一特征矢量與所述第二特征矢量之間的第 一映射； 基于所述笫一映射來計算第一誤差值；以及 響應(yīng)所述誤差值小于誤差閾值而將所述第一映射確定為所述對準 映射。
13. 如權(quán)利要求12所述的方法，其中，所述第一映射是第一仿射 矩陣。
14. 如權(quán)利要求13所述的方法，其中，根據(jù)所述第一映射來計算 所述第 一誤差值的所述步驟包括識別與所述第 一仿射矩陣關(guān)聯(lián)的殘差集合； 計算所述殘差集合的平均值；以及 將所述平均值指定為所述第一誤差值。
15. 如權(quán)利要求14所述的方法，還包括響應(yīng)所述第一誤差值大 于所述誤差閾值，通過執(zhí)行以下步驟來確定所述對準映射，包括計算與所述殘差集合的所述平均值的標準偏差； 將所述上限值確定為所述標準偏差的倍數(shù)； 將下限值確定為0減去所述上限值；從所述第二特征矢量識別具有大于所述下限值且小于所述上限值 的值的至少 一 個匹配特4正；創(chuàng)建包含來自所述第二特征矢量的所述至少一個匹配特征的第三 特征矢量；計算所述第一特征矢量與所述第三特征矢量之間的第二映射； 根據(jù)所述第二映射來計算第二誤差值；以及 響應(yīng)所述第二誤差值小于所述誤差閾值而將所述第二映射指定為 所迷對準映射。
16. —種計算機可讀i某體，具有用于執(zhí)行如權(quán)利要求12所述的方 法的指令。
17. —種用于捕捉和對準圖像快照的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括 經(jīng)耦合以接收校準參數(shù)的集合和圖像的圖像捕捉器，所述圖像捕才足器在二維表面上的某個位置處捕4足所述快照，所述位置至少部分地基于所述校準參數(shù)集合的一個校準參數(shù)；經(jīng)耦合以接收所述快照以及對應(yīng)于所述快照的參考位圖的圖像驗 證器，所述圖像驗證器將所迷快照的至少一個特征與圖像質(zhì)量閾值進 4亍比4交；以及經(jīng)耦合以接收具有超過所述圖像質(zhì)量閾值的所述至少 一個特征的 快照和所述參考位圖的圖像對準器，所述圖像對準器響應(yīng)關(guān)于所述快 照與所述參考位圖之間的有效對準關(guān)系的確定而對準所述快照和所述 參考位圖。
18. 如權(quán)利要求17所述的系統(tǒng)，其中，所述圖像對準器通過計算 所述快照與所述參考位圖之間的對準映射，來確定所述快照與所述參 考位圖之間的對準關(guān)系。
19. 如權(quán)利要求18所述的系統(tǒng)，其中，所述對準映射的計算通過 包括以下步驟的方法來執(zhí)行識別所述快照和所述參考位圖中的匹配特征的集合； 創(chuàng)建包含與所述快照關(guān)聯(lián)的所述匹配特征集合的子集的第 一特征 矢量；創(chuàng)建包含與所述參考位圖關(guān)聯(lián)的所述匹配特征集合的子集的第二 特征矢量；計算所述第一特征矢量與所述第二特征矢量之間的第一映射； 根據(jù)所述第一映射來計算第一誤差值；以及 響應(yīng)所述誤差值小于誤差閾值而將所述第一映射指定為所述對準 映射。
20. 如權(quán)利要求19所述的系統(tǒng)，其中，所述笫一映射是仿射矩陣， 以及所述第一誤差值的計算通過包括以下步驟的方法來執(zhí)行識別與所述第 一仿射矩陣關(guān)聯(lián)的殘差集合； 計算所述殘差集合的平均值；以及 將所述平均值指定為所述第一誤差值。
全文摘要
本發(fā)明的名稱為圖像捕捉、對準和登記，本發(fā)明的實施例實現(xiàn)圖像捕捉、對準和登記。本發(fā)明的某些應(yīng)用在用于檢查印刷電路板(“PCB”)襯底的系統(tǒng)的各個實施例中的使用。在實施例中，包括攝像機和支撐圖像的二維表面的圖像捕捉系統(tǒng)可根據(jù)待捕捉的圖像的配置參數(shù)和基于圖像的模擬參考位圖的配置參數(shù)來校準。在實施例中，待捕捉圖像在二維表面的位置根據(jù)校準參數(shù)來確定。在實施例中，可捕捉不能在單次掃描中捕捉的圖像的若干分區(qū)的一系列圖像。可確定通過圖像的掃描路徑，它部分基于校準參數(shù)。在實施例中，通過驗證各圖像被捕捉時的選定特性，并且通過驗證每個所捕捉圖像與對應(yīng)模擬參考位圖的對準，來保持所捕捉圖像的質(zhì)量的一致性。
文檔編號G06T7/00GK101655980SQ20091016493
公開日2010年2月24日 申請日期2009年7月24日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月24日
發(fā)明者A·贊迪法, 京 肖, 陳嘉翰 申請人:精工愛普生株式會社