一种图像采集方法及装置与流程

本发明涉及图像处理领域，具体地，涉及一种图像采集方法及装置。

背景技术：

AOI(Automatic Optic Inspection，自动光学检测)是工业制作过程的必要环节，焊锡面AOI是利用光学方式取得成品焊锡面的表面状态，以影像处理来检测异物或表面瑕疵。而电路板卡焊锡面焊点的焊锡缺陷检测是电路板卡缺陷检测领域中一项重要的应用。

传统焊锡面AOI通常采用XY运动平台配合相机进行拍照，采用的方式是每运动到一个拍摄点就需要停稳，拍摄一张照片，然后再运动到下一个位置，其运动路径只能是沿垂直或水平方向，移动路径不灵活，制约了自动化检测的速度和效果。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是，提供一种图像采集方法，提升检测速度和拍摄效果。

为了解决上述技术问题，本发明实施例一方面提供一种图像采集方法，包括：

获取待测工件的拍摄长度和拍摄宽度；其中，所述拍摄长度为可包围所述待测工件的矩形的长度，所述拍摄长度为可包围所述待测工件的矩形的宽度；

获取相机在所述待测工件上的视野长度和视野宽度；其中，所述相机与所述待测工件的运动平面间隔预设的距离；

根据所述拍摄长度、拍摄宽度、视野长度和视野宽度，规划所述待测工件在所述运动平面上的曲线运动轨迹；

驱动所述待测工件按照所述曲线运动轨迹移动，并且控制所述相机拍摄多张图像；

拼接所述多张图像，获得所述待测工件的完整图像。

实施本发明实施例，具有如下有益效果：

本发明实施例提供的图像采集方法，根据待测工件的拍摄长度和拍摄宽度，以及相机的视野长度和宽度，规划曲线运动轨迹，使待测工件移动路径不局限于垂直和水平方向。在AOI检测设备中，待测工件移动路径灵活，图像采集效率高，提高了自动化检测的速度和效果。

进一步地，所述曲线运动轨迹包括第一直线轨迹、第二直线轨迹和第一弧线轨迹；

所述第一直线轨迹为自第一端点P1(x1，y1+m*H)至第二端点P2(x1+L0，y1+m*H)的直线轨迹；

所述第一弧线轨迹为自第二端点P2(x1+L0，y1+m*H)至第三端点P3(x1+L0，y1*(m+1)H)的弧线轨迹；

所述第二直线轨迹为自第三端点P3(x1+L0，y1*(m+1)H)至第四端点P4(x1，y1+(m+1)*H)的直线轨迹；

其中，所述曲线运动轨迹的起点为P0(x1，y1)，所述待测工件置于所述曲线运动轨迹的起点时进入相机的视野范围；m为不小于0的偶数；H为所述视野宽度；L0＝n*S，n为不小于(L/S)的整数，L为所述拍摄长度，S为所述视野长度。

进一步地，所述曲线运动轨迹还包括第二弧线轨迹；

所述第二弧线轨迹为自第四端点P4(x1，y1+(m+1)*H)至第五端点P5(x1，y1+(m+2)*H)的弧线轨迹。

进一步地，所述第一弧线轨迹是根据第二端点P2的坐标值、第三端点P3的坐标值、预先设定的从所述第二端点P2移动至所述第三端点P3的用时t₁、预先设定的所述待测工件在所述第二端点的速度V₂以及预先设定的所述待测工件在所述第三端点的速度V₃所规划的弧线轨迹；

所述第二弧线轨迹为根据第四端点P4的坐标值、第五端点P5的坐标值、预先设定的从所述第四端点P4移动至第五端点P5的用时t₂、预先设定的所述待测工件在所述第四端点的速度V4以及预先设定的所述待测工件在所述第五端点的速度V5所规划的弧线轨迹。

进一步地，所述待测工件在所述第一弧线轨迹上的坐标值Q与时间t的函数关系式为：Q(t)＝a₀+a₁*t+a₂*t²+a₃*t³；

其中，a₀＝Q₂，a₁＝V₂，Q2为所述第二端点P2的坐标值，Q3为所述第三端点P3的坐标值。

进一步地，所述驱动所述待测工件按照所述曲线运动轨迹移动，并且控制所述相机拍摄多张图像，具体包括：

驱动所述待测工件至所述曲线运动轨迹的起点，按照所述曲线运动轨迹移动；

当所述待测工件在直线轨迹上运动时，每移动距离S则控制相机拍摄一张图像。

进一步地，所述驱动所述待测工件按照所述曲线运动轨迹移动，具体为：

控制四轴机械臂夹持所述待测工件按照所述曲线运动轨迹移动；其中，所述四轴机械臂的四轴值与所述运动平面的坐标值对应；

或者，驱动所述待测工件在XY运动平台上按照所述曲线运动轨迹移动；其中，所述XY运动平台的坐标值与所述运动平面的坐标值对应。

进一步地，所述待测工件为电路板卡。

本发明实施例另一方面提供一种图像采集装置，包括：

工件参数获取模块，用于获取待测工件的拍摄长度和拍摄宽度；其中，所述拍摄长度为可包围所述待测工件的矩形的长度，所述拍摄宽度为可包围所述待测工件的矩形的宽度；

相机参数获取模块，用于获取相机在所述待测工件上的视野长度和视野宽度；其中，所述相机与所述待测工件的运动平面间隔预设的距离；

轨迹规划模块，用于根据所述拍摄长度、拍摄宽度、视野长度和视野宽度，规划所述待测工件在所述运动平面上的曲线运动轨迹；

拍摄模块，用于驱动所述待测工件按照所述曲线运动轨迹移动，并且控制所述相机拍摄多张图像；

拼接模块，用于拼接所述多张图像，获得所述待测工件的完整图像。

本发明实施例提供的图像采集装置，根据待测工件的拍摄长度和拍摄宽度，以及相机的视野长度和宽度，规划曲线运动轨迹，使待测工件移动路径不局限于垂直和水平方向。在AOI检测设备中，待测工件移动路径灵活，图像采集效率高，提高了自动化检测的速度和效果。

进一步地，所述曲线运动轨迹包括第一直线轨迹、第二直线轨迹和第一弧线轨迹；

所述第一直线轨迹为自第一端点P1(x1，y1+m*H)至第二端点P2(x1+L0，y1+m*H)的直线轨迹；

所述第一弧线轨迹为自第二端点P2(x1+L0，y1+m*H)至第三端点P3(x1+L0，y1*(m+1)H)的弧线轨迹；

所述第二直线轨迹为自第三端点P3(x1+L0，y1*(m+1)H)至第四端点P4(x1，y1+(m+1)*H)的直线轨迹；

其中，所述曲线运动轨迹的起点为P0(x1，y1)，所述待测工件置于所述曲线运动轨迹的起点时进入相机的视野范围；m为不小于0的偶数；H为所述视野宽度；L0＝n*S，n为不小于(L/S)的整数，L为所述拍摄长度，S为所述视野长度。

附图说明

图1是本发明实施例一提供的图像采集方法的流程图；

图2是本发明实施例一中的曲线运动轨迹的示意图；

图3是本发明实施例二提供的图像采集装置的结构框图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参见图1，是本发明实施例一提供的图像采集方法的流程图；本发明实施例一提供的图像采集方法，包括以下步骤：

S101、获取待测工件的拍摄长度和拍摄宽度；其中，所述拍摄长度为可包围所述待测工件的矩形的长度，所述拍摄宽度为可包围所述待测工件的矩形的宽度；

S102、获取相机在所述待测工件上的视野长度和视野宽度；其中，所述相机与所述待测工件的运动平面间隔预设的距离；

S103、根据所述拍摄长度、拍摄宽度、视野长度和视野宽度，规划所述待测工件在所述运动平面上的曲线运动轨迹；

S104、驱动所述待测工件按照所述曲线运动轨迹移动，并且控制所述相机拍摄多张图像；

S105、拼接所述多张图像，获得所述待测工件的完整图像。

在AOI检测设备执行较多的是电路板卡缺陷检测，其中，电路板卡焊锡面焊点的焊锡缺陷检测是电路板卡缺陷检测领域中一项重要的应用。本实施例可应用于电路板卡的焊锡缺陷检测或其他缺陷检测，也可应用于其他工件和物料的外观检测。按照本发明实施例一提供的图像采集方法获得待测工件的完整图像，进行图像分析处理可检测待测工件的表面缺陷。

具体地，驱动待测工件移动的方式有多种实施方式，比如将待测工件置于XY运动平台，驱动待测工件在XY运动平台上按照步骤S103规划的在所述运动平面上的曲线运动轨迹移动；由于XY运动平台具有坐标，能定位待测工件的位置，因此，XY运动平台的坐标值与所述运动平面的坐标值对应，以便于使用XY运动平台驱动待测工件按运动平面上的曲线运动轨迹移动。

或者，也可以使用四轴机械臂驱动待测工件移动，控制四轴机械臂夹持待测工件按照所述曲线运动轨迹移动；其中，四轴机械臂的四轴值与运动平面的坐标值对应。由于四轴机械臂的灵活度较高，比XY运动平台更适合驱动待测工件进行曲线移动。并且，四轴机械臂夹持物件运动的轨迹不限于平面，因此，四轴机械臂还可用于根据待测工件在生产线上的定位信息，到生产线上夹取待测工件到所述曲线运动轨迹的起点处。

采用四轴机械臂还便于计算待测工件的拍摄长度与宽度。若待测工件为矩形工件，令四轴机械臂的末端四轴值与所述运动平面的坐标值对应(即四轴机械臂的末端x轴坐标对应运动平面的x轴坐标，四轴机械臂的末端y轴坐标对应运动平面的y轴坐标)，采用手动示教的操作方式将夹持有电路板卡的四轴机械臂运动到相机前方与相机间隔预设距离的运动平面上，观察相机的图像，当出现电路板卡的一个顶点时，记录四轴机械臂末端位置P(x0,y0,z1,u1)。继续移动机械臂，并观察相机的图像，当出现电路板卡相对于前一个顶点的对角顶点时，记录四轴机械臂的末端位置P’(x0’,y0’,z1,u1)。则待测工件的拍摄长度L＝|x0-x0'|，拍摄宽度W＝|y0-y0'|。

具体地，参见图2，是本发明实施例一中的曲线运动轨迹的示意图；在步骤S103中，根据所述拍摄长度、拍摄宽度、视野长度和视野宽度，规划所述待测工件在所述运动平面上的曲线运动轨迹，具体包括：

设曲线运动轨迹的起点为P0(x1，y1)，先规划一段沿x轴正方向运动的直线运动轨迹，其长度为L0，其中，符号{a}表示不小于a的最小整数，L为所述拍摄长度，S为所述视野长度；由于相机视野范围有限，表示使用相机拍摄待测工件的全长所需的最小次数；则这段x轴上的直线运动轨迹终点位置为Q0(x1+L0，y1)；

根据预设的算法规划一段以Q0(x1+L0，y1)为起点，以Q1(x1+L0，y1+H)为终点的弧线段；其中，H为所述视野宽度；

以Q1(x1+L0，y1+H)为起点，规划一段沿x轴反方向运动的直线运动轨迹，其长度为L0；则这段x轴上的直线运动轨迹终点位置坐标为(x1，y1+H)；

根据预设的算法规划一段以(x1，y1+H)为起点，以(x1，y1+2H)为终点的弧线段；

重复上述直线段和弧线段的规划，直至到达曲线运动轨迹的终点P0’(x1’,y1’)；其中，

通过上述步骤规划的曲线运动轨迹，在x轴方向上直线移动一段的长度为L0，并总共包括了段直线轨迹。因此，若所述待测工件运动到曲线运动轨迹的起点时开始进入相机的视野范围，则驱动待测工件按上述曲线运动轨迹移动即可遍历整个待测工件。待测工件每移动距离S即拍摄一张图像，将所有图像拼接起来可得到整个待测工件的完整图像。即步骤S104，所述驱动所述待测工件按照所述曲线运动轨迹移动，并且控制所述相机拍摄多张图像，具体包括：

驱动所述待测工件至所述曲线运动轨迹的起点，按照所述曲线运动轨迹移动；

当所述待测工件在直线轨迹上运动时，每移动距离S则控制相机拍摄一张图像。

需要说明的是，本实施例提供的是一种优选的轨迹规划步骤。在其他实施例中，直线轨迹的长度可大于直线轨迹的段数也可大于只要确保曲线运动轨迹能遍历整个待测工件即可。此外，若待测工件的拍摄宽度较小，则可能仅需规划两段直线轨迹、一段直线轨迹即可。

综上所述，所述曲线运动轨迹应包括第一直线轨迹、第二直线轨迹和第一弧线轨迹；

所述第一直线轨迹为自第一端点P1(x1，y1+m*H)至第二端点P2(x1+L0，y1+m*H)的直线轨迹；

所述第一弧线轨迹为自第二端点P2(x1+L0，y1+m*H)至第三端点P3(x1+L0，y1*(m+1)H)的弧线轨迹；

所述第二直线轨迹为自第三端点P3(x1+L0，y1*(m+1)H)至第四端点P4(x1，y1+(m+1)*H)的直线轨迹；

其中，所述曲线运动轨迹的起点为P0(x1，y1)，m为不小于0的偶数，L0＝n*S，n为不小于(L/S)的整数。

进一步地，所述曲线运动轨迹还包括第二弧线轨迹；

所述第二弧线轨迹为自第四端点P4(x1，y1+(m+1)*H)至第五端点P5(x1，y1+(m+2)*H)的弧线轨迹。

下面具体介绍弧线轨迹的规划步骤：

所述第一弧线轨迹是根据第二端点P2的坐标值、第三端点P3的坐标值、预先设定的从所述第二端点P2移动至所述第三端点P3的用时t₁、预先设定的所述待测工件在所述第二端点的速度V₂以及预先设定的所述待测工件在所述第三端点的速度V₃所规划的弧线轨迹；

所述第二弧线轨迹为根据第四端点P4的坐标值、第五端点P5的坐标值、预先设定的从所述第四端点P4移动至第五端点P5的用时t₂、预先设定的所述待测工件在所述第四端点的速度V4以及预先设定的所述待测工件在所述第五端点的速度V5所规划的弧线轨迹。

进一步地，所述待测工件在所述第一弧线轨迹上的坐标值Q与时间t的函数关系式为：Q(t)＝a₀+a₁*t+a₂*t²+a₃*t³；

则

初始时间为0，在第二端点P2，速度为V₂，在时间t₁到达第三端点P3，速度为V₃，代入以上两个函数关系式可得：

Q₂＝a₀

V₂＝a₁

根据上述已知公式，求得系数的值：a₀＝Q₂，a₁＝V₂，其中，Q2为所述第二端点P2的坐标值，Q3为所述第三端点P3的坐标值。本领域技术人员可知，在采用多项式Q(t)规划弧线段时，坐标值Q包括x轴和y轴两个维度上的坐标值，对x轴和y轴两个维度分别计算，求得两个维度上的运动轨迹再合成该弧线运动轨迹。

第二弧线轨迹的规划算法与第一弧线轨迹的规划算法类似，在此不再赘述。

本发明实施例一提供的图像采集方法，根据待测工件的拍摄长度和拍摄宽度，以及相机的视野长度和宽度，规划曲线运动轨迹，使待测工件移动路径不局限于垂直和水平方向。在AOI检测设备中，待测工件移动路径灵活，图像采集效率高，提高了自动化检测的速度和效果。

参见图3，是本发明实施例二提供的图像采集装置的结构框图。

本发明实施例二提供一种图像采集装置，包括：

工件参数获取模块301，用于获取待测工件的拍摄长度L和拍摄宽度W；其中，所述拍摄长度L为可包围所述待测工件的矩形的长度，所述拍摄长度W为可包围所述待测工件的矩形的宽度；

相机参数获取模块302，用于获取相机在所述待测工件上的视野长度S和视野宽度H；其中，所述相机与所述待测工件的运动平面间隔预设的距离；

轨迹规划模块303，用于根据所述拍摄长度L、拍摄宽度W、视野长度S和视野宽度H，规划所述待测工件在所述运动平面上的曲线运动轨迹；

拍摄模块304，用于驱动所述待测工件按照所述曲线运动轨迹移动，并且控制所述相机拍摄多张图像；

拼接模块305，用于拼接所述多张图像，获得所述待测工件的完整图像。

进一步地，所述曲线运动轨迹包括第一直线轨迹、第二直线轨迹和第一弧线轨迹；

所述第一直线轨迹为自第一端点P1(x1，y1+m*H)至第二端点P2(x1+L0，y1+m*H)的直线轨迹；

所述第一弧线轨迹为自第二端点P2(x1+L0，y1+m*H)至第三端点P3(x1+L0，y1*(m+1)H)的弧线轨迹；

所述第二直线轨迹为自第三端点P3(x1+L0，y1*(m+1)H)至第四端点P4(x1，y1+(m+1)*H)的直线轨迹；

其中，所述曲线运动轨迹的起点为P0(x1，y1)，m为不小于0的偶数，L0＝n*S，n为不小于(L/S)的整数。

进一步地，所述曲线运动轨迹还包括第二弧线轨迹；

所述第二弧线轨迹为自第四端点P4(x1，y1+(m+1)*H)至第五端点P5(x1，y1+(m+2)*H)的弧线轨迹。

进一步地，所述第一弧线轨迹是根据第二端点P2的坐标值、第三端点P3的坐标值、预先设定的从所述第二端点P2移动至所述第三端点P3的用时t₁、预先设定的所述待测工件在所述第二端点的速度V₂以及预先设定的所述待测工件在所述第三端点的速度V₃所规划的弧线轨迹；

所述第二弧线轨迹为根据第四端点P4的坐标值、第五端点P5的坐标值、预先设定的从所述第四端点P4移动至第五端点P5的用时t₂、预先设定的所述待测工件在所述第四端点的速度V4以及预先设定的所述待测工件在所述第五端点的速度V5所规划的弧线轨迹。

进一步地，所述待测工件在所述第一弧线轨迹上的坐标值Q与时间t的函数关系式为：Q(t)＝a₀+a₁*t+a₂*t²+a₃*t³；

其中，a₀＝Q₂，a₁＝V₂，Q2为所述第二端点P2的坐标值，Q3为所述第三端点P3的坐标值。

进一步地，所述拍摄模块包括：

移动单元，用于驱动所述待测工件至所述曲线运动轨迹的起点，按照所述曲线运动轨迹移动；

摄像单元，用于当所述待测工件在直线轨迹上运动时，每移动距离S则控制相机拍摄一张图像。

进一步地，所述驱动所述待测工件按照所述曲线运动轨迹移动，具体为：

控制四轴机械臂夹持所述待测工件按照所述曲线运动轨迹移动；其中，所述四轴机械臂的四轴值与所述运动平面的坐标值对应；

或者，驱动所述待测工件在XY运动平台上按照所述曲线运动轨迹移动；其中，所述XY运动平台的坐标值与所述运动平面的坐标值对应。

进一步地，所述待测工件为电路板卡。

本发明实施例提供的图像采集装置，根据待测工件的拍摄长度和拍摄宽度，以及相机的视野长度和宽度，规划曲线运动轨迹，使待测工件移动路径不局限于垂直和水平方向。在AOI检测设备中，待测工件移动路径灵活，图像采集效率高，提高了自动化检测的速度和效果。

以上是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也视为本发明的保护范围。