激光劃片機圖像識別系統(tǒng)的基板位置識別處理方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種激光劃片機圖像識別系統(tǒng)的基板位置識別處理方法，該方法包括如下步驟：對采集的整幅圖像進行二值化處理；對圖像Mark點做邊緣檢測，得到十字叉的水平、垂直中心點線；對Mark點中心線進行檢測，將十字叉中心點線上的中心點變換成直角坐標系參數(shù)空間的正弦線，將直線的求取轉(zhuǎn)化為正弦線之間交點極坐標參數(shù)的求取，得到十字叉水平線和垂直線的極坐標參數(shù)；根據(jù)十字叉水平線和十字叉垂直線的極坐標參數(shù)得到十字叉交點的極坐標。本發(fā)明識別精度高、可靠性好，可適用于激光劃片(線)機或激光切割機等需要圖像識別處理的設(shè)備。
【專利說明】
激光劃片機圖像識別系統(tǒng)的基板位置識別處理方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于圖像處理技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種激光劃片機圖像識別系統(tǒng)的基板位置識別處理方法。
【背景技術(shù)】
[0002]為了提高工件質(zhì)量，減少加工時間，降低加工成本，激光技術(shù)隨之產(chǎn)生并受到廣泛關(guān)注，逐步應(yīng)用于制造、表面處理及材料加工等領(lǐng)域。激光劃片機是被動元件電阻基板制成中的專用設(shè)備。該設(shè)備的圖像識別系統(tǒng)用于自動確定劃片基板的位置，使出光位置與基板位置完全對準。由于設(shè)備劃片位置精度很高為± 3μπι，對Mark點的識別精度要求不高于± 2μm，由于劃片工藝的多樣性和不穩(wěn)定性，經(jīng)常在視場中出現(xiàn)多個干擾點和兩個Mark點的情況，故傳統(tǒng)的模板匹配的識別方法不能滿足實際的劃片要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種激光劃片機圖像識別系統(tǒng)的基板位置識別處理方法，該方法識別精度高、識別可靠性好。
[0004]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的激光劃片機圖像識別系統(tǒng)的基板位置識別處理方法包括如下步驟:
[0005]步驟一、圖像二值化處理:
[0006]對采集的整幅圖做灰度計算，得到其灰度均值并將該灰度均值作為二值化閾值；當圖像中像素點的灰度值大于該二值化閾值時，設(shè)定為I，否則為0，得到二值化圖像;二值化圖像中為O的像素點即為“黑點”；
[0007]步驟二、對圖像Mark點做邊緣檢測:
[0008]所述Mark點為十字叉圖形；在選定的圖像區(qū)域內(nèi)，分別在水平和垂直方向從四周向視場中心進行灰度值檢測，對上下方向找到的每行像素中的“黑點”的縱坐標取平均值，得到十字叉的水平中心點線;對左右方向找到的每列像素中的“黑點”的橫坐標取平均值，得到十字叉的垂直中心點線；
[0009]步驟三:Mark點中心線檢測:
[0010]I)對于十字叉水平中心點線，取圖像上任一點作為直角坐標系的原點；建立一個二維累加器數(shù)組(Ay[Pi,Q1] ★|>2，02]，"^|>1，01>"厶7|>11，011]);01在設(shè)定的角度范圍內(nèi)取值；
[0011 ] 2)初始化Ay[Pi，0i] =0;將中心點線上的點映射到極坐標系參數(shù)空間內(nèi)，得到對應(yīng)的正弦線；
[0012]針對中心點線上的任一點J，將其直角坐標(Xj，yj)代入式(I)，計算出0^02，…
Qi，分別對應(yīng)的P值，即Pjl，Pj2，......，Pji，Pjn，得到該中心點映射到極坐標系參數(shù)空間內(nèi)的正弦線；
[0013]Pji = Xjcos θ?+yj s ?ηθι (I)
[0014]每得到一個中心點映射到極坐標系參數(shù)空間內(nèi)正弦線，判斷該正弦線與之前得到的正弦線是否有交點；針對任一點J，若該點對應(yīng)的正弦線與之前得到的正弦線有交點B0(巧。，9。)，則將對應(yīng)的二維累加器數(shù)組中的數(shù)組元素六7[^，0。]加1;依次類推，直至得到中心點線上所有點映射到極坐標系參數(shù)空間內(nèi)的正弦線和這些正弦線的交點，最終得到二維累加器數(shù)組(厶7卜1，01]*[仍，02]，"禽卜1，01>禽^，011])的表決結(jié)果;在二維累加器數(shù)組表決結(jié)果中找到最大的數(shù)組元素，該數(shù)組元素對應(yīng)的交點即為中心點水平線的極坐標參數(shù)；
[0015]采用與計算中心點水平線極坐標參數(shù)同樣的方法，得到中心點垂直線的極坐標參數(shù)；
[0016]步驟四、根據(jù)十字叉水平線和十字叉垂直線的極坐標參數(shù)得到十字叉交點的極坐標。
[0017]所述步驟二中，將整幅圖像邊緣去掉20個像素點后，取中間部分作為選定的圖像區(qū)域。
[0018]所述步驟三中J1設(shè)定的角度范圍為[85°，95°]。可根據(jù)實際精度需要設(shè)定角度間隔，取等角度間隔或者不等角度間隔。本發(fā)明所述二維累加器數(shù)組中，取等角度間隔，相鄰數(shù)組元素91的角度間隔取0.1°。
[0019]進一步，本發(fā)明還包括采集圖像判定的步驟，該步驟如下:
[0020]設(shè)步驟一得到的二值化圖像中值為O且周圍像素點的值為I的離散的像素點為“噪點”；判斷二值化圖像中“噪點”個數(shù)是否超過設(shè)定的噪點數(shù)量閾值，是則判定當前圖像數(shù)據(jù)錯誤，不做識別；否則進行步驟二;其中設(shè)定的噪點數(shù)量閾值大于等于1%且小于等于3%。[0021 ] 更進一步，本發(fā)明還包括識別點坐標判定步驟;該步驟如下:
[0022]針對步驟三得到的十字叉交點，在其周圍30X 30個像素范圍內(nèi)，如果二值化圖像中值為I的像素點數(shù)量大于總像素點數(shù)量的20%，則認為是錯誤識別圖像，否則認為步驟三中得到的十字叉交點的直角坐標正確。
[0023]本發(fā)明的有益效果:
[0024]本發(fā)明對圖像Mark點做邊緣檢測時，在選定的圖像區(qū)域內(nèi)進行灰度值檢測，從而得到的水平中心點線和垂直中心點線，能夠排除圖像邊緣干擾，提高十字叉識別精確度;在Mark點中心線檢測中，將十字叉中心點線上的中心點變換成直角坐標系參數(shù)空間的正弦線，將直線的求取轉(zhuǎn)化為正弦線之間交點極坐標參數(shù)的求取，識別精度高、可靠性好;對于圖像中有較大噪聲干擾的情況，將“噪點”所占的比例作為判定依據(jù)，能夠有效地判定并排除錯誤圖像，確保無誤識別的問題。本發(fā)明可適用于激光劃片(線)機或激光切割機等需要圖像識別處理的設(shè)備。
【附圖說明】
[0025]下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明作進一步詳細說明。
[0026]圖1是圖像識別系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖。
[0027]圖2是本發(fā)明的激光劃片機圖像識別系統(tǒng)的基板位置識別處理方法流程圖。
[0028]圖3是CCD相機實時采集到的含有Mark點的待識別處理圖像。
[0029]圖4是經(jīng)過邊緣精細檢測，得出的像素坐標分布情況圖。[°03°]圖5是hough變換中直角坐標系參數(shù)空間直線的參數(shù)表示圖。
[0031 ]圖6是hough變換中中心點線映射到極坐標系參數(shù)空間的表示圖。
[0032]圖7是識別完成后，對Mark點的中心位置坐標做判定的圖像。
【具體實施方式】
[0033]本發(fā)明的圖像識別系統(tǒng)如下:
[0034]如圖1所示，工控機I控制載片臺4移動使基板運動到CCD相機3的位置，并使基板上的Mark點進入CCD相機3的視場內(nèi)；工控機I同時得到來自直線電機XY平臺的到位信號，工控機I觸發(fā)CCD相機3采集一幅圖像，如圖3所示。經(jīng)由圖像采集卡2將圖像數(shù)據(jù)傳輸?shù)焦た貦CI中，工控機I得到圖像數(shù)據(jù)后對其進行如下處理，如圖2所示:
[0035]步驟一、采集圖像判定:
[0036]由于采集的圖像為激光切割陶瓷基板所形成，在切割過程中受工藝及環(huán)境影響，造成小部分基板有粉塵附著在基板及Mark點上，對圖像識別產(chǎn)生噪聲干擾，故在識別圖像前對圖像內(nèi)的“噪點”個數(shù)進行判斷。在一幅圖像中，對整幅圖做灰度計算，得到其灰度均值，作為二值化閾值。當圖像中點的灰度值大于該二值化閾值時，設(shè)定為1，否則為0，得到二值化圖像，其中值為O的像素點為“黑點”?！霸朦c”即為在二值化圖像內(nèi)，值為O且周圍像素點值為I的離散的“黑點”。
[0037]當一幅圖像中“噪點”個數(shù)超過設(shè)定的噪點數(shù)量閾值時，則判定當前圖像數(shù)據(jù)錯誤，不做識別。設(shè)定的噪點數(shù)量閾值為1%、2%或3%。
[0038]確定了圖像數(shù)據(jù)正確后，對其進行如下處理:
[0039]步驟二、對圖像Mark點做邊緣檢測:
[0040]由于采集的Mark點圖像受光源亮度、基板劃片工藝影響，為了識別的可靠性，在分辨率640 X 480個像素點范圍內(nèi)取中間620 X 460個像素點，排除圖像邊緣干擾進行識別。Mark點為十字叉圖形。對步驟一得到的二值化圖像進行檢測，對上下方向找到的每行像素中的“黑點”的縱坐標取平均值，對左右方向找到的每列像素中的“黑點”的橫坐標取平均值，得到十字叉的中心點線。如圖4所示，圖像中離散的黑點即為檢測到的“噪點”和十字叉的邊緣像素點，十字叉邊緣像素點內(nèi)的中間點線即為得到的十字叉中心點線。
[0041 ] 步驟三、Mark點中心線檢測:
[0042]I)由于步驟二中得到的十字叉中心點線是一系列近似水平線和垂直線的離散點，所以從這些離散點中精確的提取出直線坐標方程是本發(fā)明的關(guān)鍵。水平線有620個離散點，垂直線有460個離散點，如果用簡單的直線擬合無法保證識別算法的精度，故采取hough變換對直線進行檢測。該變換的原理為:經(jīng)過步驟2)得到的十字叉中心點線中每一個點對應(yīng)著直角坐標系參數(shù)空間中的一條直線，如圖5所示，直角坐標系參數(shù)空間的一條直線對應(yīng)了圖像中的一個點。在原圖像中成直線的所有點，它們的斜率和截距是相同的，所以它們在直角坐標系參數(shù)空間對應(yīng)于同一個點。這樣將十字叉中心點線上各個點投影到直角坐標系參數(shù)空間下后，直角坐標系參數(shù)空間下的聚集點就對應(yīng)了中心點連成的直線。由于水平線十字叉的方程為x = c，直線的斜率為無窮大。y = kx+b形式的方程無法表示。所以在本發(fā)明中應(yīng)用的hough變換中，采用極坐標參數(shù)方程P = xcos0+ysin0表示。(P, Θ)表示直角坐標系下的一條直線。其中P為該直線到原點的距離，Θ為該直線的垂線與X軸的夾角，取值范圍為[0° ,180° ]。如圖6所示。在極坐標表示下，十字叉中心點線中共線的點變換到極坐標系參數(shù)空間后，在參數(shù)空間都相交于一點，此時得到的(Ρ，θ)即為所求直線的極坐標參數(shù)。在極坐標表示下，圖像中的點映射到極坐標系參數(shù)空間是正弦線。此時，求圖像中點組成的直線方程就轉(zhuǎn)化為求交點的坐標。
[0043]2)本發(fā)明中十字叉水平線的計算處理方法是:建立一個二維累加器數(shù)組(Ay[Pl，θ?] ★|>2，02]，-^|>1，01；^禽|>11，011])。坐標原點可以取圖像上任一點(圖4中以水平中心點線底部一點作為原點)C3Pl、Ρ2、......P1、......Pn的取值范圍均為[O，460 ];由于計算的是水平線的縱坐標，為了判定的快速可靠性，只在有效區(qū)間判定即可，故Q1G = I, 2，……，η)的取值范圍是[85°，95°]，如圖4所示。Q1可以等間隔取值或不等間隔取值。間隔越小檢測精度越高，本發(fā)明中Q1等間隔取值，的角度間隔為0.1°。
[0044]3)初始化Ay[Pi, Qi] =0。將中心點線上的點映射到極坐標系參數(shù)空間內(nèi)，得到對應(yīng)的正弦線。針對中心點線上的任一點J，將其直角坐標(&，η)代入式(I)，計算出0^02，…
9i，…θη分別對應(yīng)的P值，即Pjl，Pj2，......，Pji，Pjn，得到該中心點映射到極坐標系參數(shù)空間內(nèi)的正弦線；
[0045]Pji = xjcos θι+yj s ?ηθ? (I)
[0046]具體如下:
[0047]如圖6所示，首先將水平中心點線上第一個離散的中心點的坐標(X1，yi)代入式
(I)，計算出第一個離散中心點對應(yīng)的極坐標參數(shù)(Ριι，θι)，(P12，02)......，(Pli，9i)......(pln，
θη)，得到第一條正弦線Al;再將第二個離散的中心點的坐標(X2，y2)代入式(I)，計算出第二個離散中心點對應(yīng)的極坐標參數(shù)(Ρ21，θ?)，(Ρ22,θ2)......，(P2i，9i)......(Ρ2η，θη)，得到第二個正弦線Α2;以此類推，將中心點線上的所有點映射到極坐標系參數(shù)空間內(nèi)，得到對應(yīng)的正弦線A3、A4、A5、A6...AN,3〈Ν〈620。如圖6所示，Α2與Al相交于BI點，假設(shè)BI點對應(yīng)的極坐標為(Ρ2?，θι)(或者是(ΡΙΙ,ΘΟ，Ρ21 = Ρ11)，則將數(shù)組元素Ay[Pi，由于初始化時Αγ?Ρι,θ」=O，所以此時Ay[Pi ,θι] = 10Α3與Al、Α2同時相交于BI點，則將Ay [Pi，Q1]再加I，即Ay[Pi，Q1]=2;八4與41^2^3分別相交于82、84、86點，假設(shè)82、84、86對應(yīng)的極坐標分別為(042，92)、化43，
03)、(Ρ46, θ6)，則將Ay[P2, θ2]、Ay[P3, θ3]、Ay[P6, θ6]分別加I。以此類推，直至所有離散的中心點映射的正弦線計算結(jié)束，得到二維累加器數(shù)組表決結(jié)果;在此表決結(jié)果中找到最大的數(shù)組元素，該數(shù)組元素對應(yīng)的極坐標參數(shù)，即為中心點水平線的極坐標，其對應(yīng)圖像上的直線包含的水平線上的中心點數(shù)量最多。以圖6所示為例，共7條正弦線在01取值范圍內(nèi)分別相交，交點分別為B1、Β2、Β3...Β6，最后得到的對應(yīng)數(shù)組元素Ay[P1，Q1] = 2，Ay[P2，θ2] = I，Ay[P3，93] = l，Ay[P4，94] = l，Ay[P5，05] = l，Ay[P6，96]=4;由于Ay[P6，06]最大，所以Β6的極坐標(Ρ66，θ6)即為所求十字叉水平線的極坐標。同理，可得十字叉垂直線的極坐標，其中0i的取值范圍可以是[-5°，5° ]。最后根據(jù)十字叉垂直線和十字叉水平線的極坐標得到十字叉交點的直角坐標。
[0048]4)識別點坐標判定:由于激光劃片機設(shè)備切割的基板成本較高，錯誤的圖像識別直接影響切割的位置精度，造成切割的基板不能滿足精度要求而報廢，所以要在切割前對識別點的坐標進行判斷。如圖7所示，通常十字叉中心點線的寬度為20個像素值，故在十字叉中心位置XY方向的30個像素值范圍內(nèi)做灰度判定。理想狀態(tài)下，灰度判定區(qū)內(nèi)的點二值化處理后，值為O的點個數(shù)為800個像素值，為I的點個數(shù)為100個像素值，考慮到“噪點”的影響，如果二值化處理后值為I的像素點大于總像素數(shù)的20%，即為錯誤識別圖像。當判定為數(shù)據(jù)錯誤及錯誤識別的圖像時，工控機發(fā)送判定為錯誤圖像的處理指令，載片平臺運動將基板放入廢料倉，否則進行劃片工作。
【主權(quán)項】
1.一種激光劃片機圖像識別系統(tǒng)的基板位置識別處理方法，其特征在于包括如下步驟: 步驟一、圖像二值化處理: 對采集的整幅圖做灰度計算，得到其灰度均值并將該灰度均值作為二值化閾值；當圖像中像素點的灰度值大于該二值化閾值時，設(shè)定為I，否則為O，得到二值化圖像;二值化圖像中為O的像素點即為“黑點”； 步驟二、對圖像Mark點做邊緣檢測: 所述Mark點為十字叉圖形;在選定的圖像區(qū)域內(nèi)，分別在水平和垂直方向從四周向視場中心進行灰度值檢測，對上下方向找到的每行像素中的“黑點”的縱坐標取平均值，得到十字叉的水平中心點線;對左右方向找到的每列像素中的“黑點”的橫坐標取平均值，得到十字叉的垂直中心點線； 步驟三:Mark點中心線檢測: 1)對于十字叉水平中心點線，取圖像上任一點作為直角坐標系的原點；建立一個二維累加器數(shù)組(Ay[Pi,Q1]，Ay[P2，02] ,???Αγ?Ρ?,θ?Ρ^Αγ?Ρη,θη]) ;θ?在設(shè)定的角度范圍內(nèi)取值； 2)初始化Ay[Pi，Θi ] = O;將中心點線上的點映射到極坐標系參數(shù)空間內(nèi)，得到對應(yīng)的正弦線； 針對中心點線上的任一點J，將其直角坐標(xj，yj)代入式(1)，計算出Q1J2，…θι，...θη分別對應(yīng)的P值，即……，P#，Pjn，得到該中心點映射到極坐標系參數(shù)空間內(nèi)的正弦線； Pji = xjcos 0i+yjsin0i (I) 每得到一個中心點映射到極坐標系參數(shù)空間內(nèi)正弦線，判斷該正弦線與之前得到的正弦線是否有交點；針對任一點J，若該點對應(yīng)的正弦線與之前得到的正弦線有交點BO (Pj。，Θ。)，則將對應(yīng)的二維累加器數(shù)組中的數(shù)組元素Αγ[Ρο，θ。]加I;依次類推，直至得到中心點線上所有點映射到極坐標系參數(shù)空間內(nèi)的正弦線和這些正弦線的交點，最終得到二維累加器數(shù)組(Ay [Pi ,Q1]，Ay[P2，92]，…Ay [Pi，Qi]…Ay [Pn，θη])的表決結(jié)果;在二維累加器數(shù)組表決結(jié)果中找到最大的數(shù)組元素，該數(shù)組元素對應(yīng)的交點即為中心點水平線的極坐標參數(shù)； 采用與計算中心點水平線極坐標參數(shù)同樣的方法，得到中心點垂直線的極坐標參數(shù)； 步驟四、根據(jù)十字叉水平線和十字叉垂直線的極坐標參數(shù)得到十字叉交點的極坐標。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光劃片機圖像識別系統(tǒng)的基板位置識別處理方法，其特征在于所述步驟二中，將整幅圖像邊緣去掉20個像素點后，取中間部分作為選定的圖像區(qū)域。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的激光劃片機圖像識別系統(tǒng)的基板位置識別處理方法，其特征在于所述步驟三中J1設(shè)定的角度范圍為[85°，95°]。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光劃片機圖像識別系統(tǒng)的基板位置識別處理方法，其特征在于還包括采集圖像判定的步驟，該步驟如下: 設(shè)步驟一得到的二值化圖像中值為O且周圍像素點的值為I的離散的像素點為“噪點”；判斷二值化圖像中“噪點”個數(shù)是否超過設(shè)定的噪點數(shù)量閾值，是則判定當前圖像數(shù)據(jù)錯誤，不做識別；否則進行步驟二;其中設(shè)定的噪點數(shù)量閾值大于等于1%且小于等于3%。5.根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的激光劃片機圖像識別系統(tǒng)的基板位置識別處理方法，其特征在于還包括識別點坐標判定步驟;該步驟如下: 針對步驟三得到的十字叉交點，在其周圍30X30個像素范圍內(nèi)，如果二值化圖像中值為I的像素點數(shù)量大于總像素點數(shù)量的20%，則認為是錯誤識別圖像，否則認為步驟三中得到的十字叉交點的直角坐標正確。
【文檔編號】G06T7/00GK106097316SQ201610388780
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年6月3日 公開號201610388780.0, CN 106097316 A, CN 106097316A, CN 201610388780, CN-A-106097316, CN106097316 A, CN106097316A, CN201610388780, CN201610388780.0
【發(fā)明人】邢鵬展, 王忠生, 錢雨松, 劉遵明, 吳夢晗, 鄭福志, 徐麗萍, 梁崑, 王星, 郭堯, 楊蒙, 趙鋒鋒
【申請人】長春光華微電子設(shè)備工程中心有限公司