圖形搜索模式的算法原理及應(yīng)用方法

位置測(cè)量/搜索模式

“位置/ 角度測(cè)量”是視覺檢測(cè)的重要應(yīng)用之一。

對(duì)于玻璃面板，要求得到高精度的位置信息。而對(duì)于IC 檢查，則要求具有適用于高速生產(chǎn)線的處理能力。除此之外，在對(duì)于前兩講中曾經(jīng)介紹過的“瑕疵”、“邊緣”等進(jìn)行檢查之前，需要對(duì)齊工件的位置。因此，“位置補(bǔ)正功能”也是必不可少的。

本講將以最常用的“圖形搜索”模式為中心，介紹其原理及應(yīng)用方法。

圖形搜索模式的算法

什么是圖形搜索？

圖形搜索是指從圖像內(nèi)找出與標(biāo)準(zhǔn)圖像相似的一個(gè)或多個(gè)部位，并輸出其位置、角度及相關(guān)度（一致度）結(jié)果。

下面介紹本公司的CV系列當(dāng)中的圖形搜索模式的算法。

第一步壓縮標(biāo)準(zhǔn)圖像及搜索圖像，減少數(shù)據(jù)量。

圖案匹配（正規(guī)化相關(guān)）需要進(jìn)行大量的計(jì)算處理。如果要處理所有的圖像輸入信息，則需要相當(dāng)長(zhǎng)的處理時(shí)間。通過限制需要處理的像素?cái)?shù)量，可以減少數(shù)據(jù)量，縮短處理時(shí)間。這種操作被稱為“拉開間隔”“壓縮”。

第二步第一次搜索。

以一定的間隔在搜索區(qū)域內(nèi)移動(dòng)，找出相關(guān)值最高的部位。該間隔被稱為“步幅”或“間距”,或者單 獨(dú)稱為“跳躍”。如果設(shè)置了旋轉(zhuǎn)修正，則按照指定的角度進(jìn)行旋轉(zhuǎn)搜索。

第三步第二次搜索

圖以第一次搜索后找到的部位為中心，在相對(duì)更小的范圍內(nèi)，使用減少壓縮量的圖案再次進(jìn)行搜索，找出相關(guān)值最大的部位。
※也可以一邊減少壓縮量，一邊重復(fù)本步操作。

第四步最終檢查

以第三步中找到的部位為中心，使用未經(jīng)壓縮的圖案進(jìn)行搜索，然后進(jìn)行亞像素處理。

搜索模式的典型應(yīng)用例

玻璃基板的定位

在粘貼玻璃基板之前，檢測(cè)基板對(duì)角上 的標(biāo)記位置并對(duì)齊位置。

瓶子標(biāo)簽錯(cuò)位檢查

檢查瓶子標(biāo)簽的位置。即使在高速生產(chǎn)線上也可以實(shí)現(xiàn)全數(shù)檢查，因此能夠防止不合格品的流出。

IC方向判斷

搜索索引上的IC刻印字符，檢測(cè)角度，判斷方向。要求具有適用于高速生產(chǎn)線的處理能力。

減少搜索錯(cuò)誤的要點(diǎn)

產(chǎn)生搜索錯(cuò)誤的原因

如上所述，在進(jìn)行第一次搜索時(shí)，為了提高處理速度，使用壓縮后的圖案進(jìn)行搜索以找到大致的位置。

產(chǎn)生搜索錯(cuò)誤的主要原因是，在第一次搜索過程中，將非目標(biāo)圖案（下圖候選圖案2）當(dāng)作是候選圖案檢測(cè)出來。

減少搜索錯(cuò)誤的要點(diǎn)（改變壓縮率）

基恩士公司生產(chǎn)的 CV 系列中，針對(duì)各種使用目的，提供了各種參數(shù)的組合設(shè)置。這樣，用戶即使沒有相關(guān)的專業(yè)知識(shí)，也可以容易地進(jìn)行設(shè)置操作。在這里，壓縮率相當(dāng)于設(shè)置項(xiàng)目“搜索敏感度”，分為“低”~“高”共七個(gè)級(jí)別。

以上一頁(yè)中的例子為例，改變搜索敏感度（壓縮率）后，將變成右圖所示的樣子。由于使用了更接近標(biāo)準(zhǔn)圖案的圖案進(jìn)行搜索，因此可以防止檢測(cè)出類似物。

確保搜索穩(wěn)定的要點(diǎn)（提升結(jié)果精度）

利用“避免搜索錯(cuò)誤的要點(diǎn)”，可以防范絕大多數(shù)的搜索錯(cuò)誤。搜索對(duì)精度也有要求（必須抑制數(shù)值的偏差）。根據(jù)上一頁(yè)的算法來看，就是在最終程序中，可以實(shí)現(xiàn)的最細(xì)觀察效果。下面就最終結(jié)果的精度提升方法進(jìn)行說明。

有效提高結(jié)果精度的方法

增加最終檢測(cè)（詳細(xì)搜索）的次數(shù)。

利用連續(xù)拍攝功能。

使用預(yù)處理文件（參考“圖像講座”第六講第4頁(yè)）。

（1）增加最終程序（詳細(xì)搜索）的重復(fù)次數(shù)

在“引發(fā)搜索錯(cuò)誤的原因”中，我們已就改變第1搜索中壓縮率的“搜索敏感度”進(jìn)行了說明，還備有名為“搜索精確度”的參數(shù)。這是決定搜索步數(shù)的參數(shù)，可設(shè)定“粗”至“細(xì)”的5個(gè)等級(jí)。

需要獲得精度更高的測(cè)量結(jié)果時(shí)，可以調(diào)細(xì)“搜索精確度”，增加第2搜索至最終搜索的重復(fù)次數(shù)。這樣就可以進(jìn)一步提升最終結(jié)果的精度。

（2）使用連拍功能

連拍功能，是指以單次觸發(fā)輸入重復(fù)進(jìn)行復(fù)數(shù)次拍攝及視覺系統(tǒng)，將其平均值、最大值、最小值作為檢測(cè)值的功能。相較于單次拍攝，可抑制檢測(cè)值的偏差。

新一代的搜索功能——“幾何形狀搜索”

除了利用正規(guī)化相關(guān)法的圖形搜索之外，還有一種基于檢測(cè)對(duì)象輪廓的“ 幾何形狀搜索”。杰基恩士公司生產(chǎn)的CV 系列“ShapeTrax”就具有這樣的功能?！癝hapeTrax”根據(jù)輪廓數(shù)據(jù)進(jìn)行搜索，因此在搜索對(duì)象有缺損時(shí)，也可以根據(jù)殘留的形狀數(shù)據(jù)進(jìn)行正確的搜索。除此之外，還可以根據(jù)對(duì)象的尺寸的變化、黑白反轉(zhuǎn)等表面狀態(tài)的變化做出正確的處理，從而可以確保檢查效果。

粘貼玻璃基板時(shí)的定位

重疊在框架上。即使標(biāo)記發(fā)生變化，也可以確保檢測(cè)的穩(wěn)定性。

用以前的搜索方法難以檢查的例子

［圖案受損（重疊）］

［尺寸/焦點(diǎn)變化］

［黑白反轉(zhuǎn)（底片）］

使用“ShapeTrax”解決問題

［圖案受損（重疊）］

［尺寸/焦點(diǎn)變化］

［黑白反轉(zhuǎn)（底片）］

使用“ShapeTrax”進(jìn)行檢測(cè)

使用提取出來的邊 緣形狀進(jìn)行搜索

在輸入圖像的邊緣中搜索相
似的邊緣形狀

位置測(cè)量/搜索模式 總結(jié)

提高圖像傳感器搜索穩(wěn)定性的要點(diǎn)如下：

在理解搜索原理的基礎(chǔ)上，選擇最適宜的模式及設(shè)置。

未能夠找出正確的搜索目標(biāo)時(shí)，嘗試改變“搜索敏感度”。

改變“搜索精度”以提高最終檢測(cè)的精確度。

根據(jù)工件狀態(tài)·形狀等選擇基于輪廓數(shù)據(jù)的幾何形狀搜索。

編輯：黃飛

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