獲得具有用于增強邊緣分辨率的偏移的圖像的系統和方法

獲得具有用于增強邊緣分辨率的偏移的圖像的系統和方法
【專利摘要】一種在機器視覺檢測系統中用于得到工件的兩幅圖像的方法，該圖像之間具有所需的子像素偏移。利用機器視覺檢測系統中相機快速多圖像獲取模式的操作來獲得圖像。在多個實施方式中，該方法包括去除圖像之間的偏移以便工件在圖像中是相同的，以及組合該相同的圖像數據。組合圖像具有比相機自身分辨率允許的更高的分辨率，該相機在機器視覺檢測系統中獲取圖像。該方法可以在測量工件上的邊緣特征的邊緣特征視頻工具中實施。可以使得用于得到兩幅圖像的運動方向橫越正在被測量的邊緣的邊緣方向。
【專利說明】
【技術領域】
[0001] 本發明涉及獲得圖像的系統和方法，尤其涉及獲取要用于在工件上進行測量操作 的多幅圖像的機器視覺檢測系統及方法。 獲得具有用于增強邊緣分辨率的偏移的圖像的系統和方法

【背景技術】
[0002] 精密機器視覺檢測系統（或者簡稱為"視覺系統"）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。這種系統可以包括計算機、相機和光 學系統以及可沿多個方向移動以允許相機掃描正被檢測的工件的特征的精密工作臺。一 種示例性的商業上可購買的現有技術系統是可購自位于Aurora IL的Mitutoyo America Corporation (MAC)的QUICK VISION?基于PC的視覺系統系列和QVPAK?軟件。例如 在2003年1月出版的QVPAK 3D CNC視覺測量機器用戶指南和1996年9月出版的QVPAK3D CNC視覺測量機器操作指南中概括描述了 QUICK VISION?視覺系統系列和QVPAK?軟 件的特征和操作，其每個通過引用的方式將其全部并入本文。例如，以QV-302 Pro型號為 例，該產品能使用顯微鏡型光學系統，從而以不同的放大倍率提供工件圖像，并在必要時移 動工作臺，以超出任何單視頻圖像的限制來橫越工件表面。給出這種系統的所需放大倍率、 測量分辨率、和物理尺寸限制，單視頻圖像一般僅包含正在被觀察或被檢測的工件的一部 分。
[0003] 圖像獲取可以在利用相機和工件臺之間的相對運動的同時進行，由此顯著地增加 檢測生產率。這種系統有利于包括閃光燈照明，以有助于連續運動期間圖像的獲取，而不會 弄臟（或模糊）圖像。可以用于不同機器視覺系統的利用連續運動操作獲取圖像的一種示 例性方法在美國專利US7, 499, 584中描述，該專利以引用的方式將其全部并入文本。
[0004] 通用精密機器視覺檢測系統（諸如QUICK VISION?系統）通常也是可編程的，以 提供自動視頻檢測。美國專利US6, 542, 180 (' 180專利）教導了這種自動視頻檢測的多個 方面并且通過引用的方式將其全部并入本文。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，其允許用戶對每個特定的工件配置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（由存儲與用戶借助圖形用戶界面執行的檢測 操作的序列相應的機器控制指令的序列）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。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"期間可使用該序列以 自動獲取（并且附加地分析或檢測）工件的圖像。
[0005] 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）通常存儲為對于特定工件配置專門的"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相機，處于何種照明 級別，以及何種放大倍率級別等。另外，部件程序定義了例如如何通過使用一個或多個諸如 邊緣/邊界探測視頻工具的視頻工具分析/檢測所獲取的圖像。
[0006] 可以手動使用視頻工具（或者簡稱為"工具"）和其它圖形用戶界面特征，以完成 手動檢測和/或機器控制操作（在"手動模式"下）。它們的設置參數和操作也可以在學習 模式期間被記錄，以便創建自動檢測程序或者"部件程序"。視頻工具例如可以包括邊緣/ 邊界探測工具、自動聚焦工具、形狀或圖案匹配工具、尺寸測量工具等。
[0007] 用于獲取邊緣特征的圖像的部件程序一般指定了放大倍率的級別。當選擇放大倍 率的級別時，可以考慮多種折衷方案。例如，更高的放大倍率的級別可以提供更高的分辨 率，但是除了對于放大元件要求更昂貴的硬件以外，還會相對于總體工件具有更小的視場， 并且可能導致更大的畸變。更低的放大倍率的級別可以提供更大的視場和更小的畸變，以 及更低的成本，但是不能提供所需級別的分辨率以及對于某些應用的相應的準確度。在一 些這種情況下，對象的圖像的分辨率受到相機探測器中像素間距的限制，這是因為在對象 上的空間取樣由像素間距和放大倍率來確定。已知解決這種情況的一種方法，該方法獲取 相對于彼此步進或偏移已知子像素增量的多幅圖像，然后組合多組圖像數據以有效地增加 對象上的圖像取樣密度。然而，在一些情況下，這種方法太復雜以致于不能被相對不熟練的 用戶理解和實現，或者太慢而在許多工業環境和/或應用中不實用。一些現有技術系統已 經提出了一種相機或光學部件的抖動運動，以便"自動地"提供所需偏移。然而，這種方法 在機械上是復雜的，并且可能引入與精密檢測容差不相容的振動和/或不可重復性。希望 一種改進的方法和系統，其允許由相對不熟練的用戶得到所需級別的分辨率和準確度，同 時利用了相對不昂貴的系統（例如現有系統）和較低的級別的放大倍率。


【發明內容】

[0008] 提供一種方法，用于在機器視覺檢測系統中獲取相對于彼此具有子像素偏移的多 幅圖像。機器視覺檢測系統包括提供放大倍率Μ的光學系統，和包括第一像素間距P和快 速多圖像獲取模式的操作的相機。利用子像素偏移圖像取樣操作，其包括提供第一圖像獲 取運動和獲取感興趣區域的多幅圖像。第一圖像獲取運動包括以第一速度S沿第一方向相 對于彼此移動工件和相機之一。多幅圖像在圖像獲取運動期間利用相機的快速多圖像獲取 模式的操作來獲取。多幅圖像至少包括在第一時間tl處獲取的感興趣區域的第一圖像和 在第一時間tl之后的第二時間t2處獲取的感興趣區域的第二圖像。在視場（F0V)中相對 于對象的第一和第二圖像之間的偏移〇大約等于M*S*(t2-tl)，并且機器視覺檢測系統被 配置成使得〇不等于nP，其中η為整數。在多個實施方式中，偏移0可以落在（n+. 2)P < 0 < (n+.8)P的范圍內。相機系統的快速多圖像獲取模式的操作操作以使得第一和第二時間 之間的差值（t2-tl)在多個實施例中可以是至多50微秒、或至多25、10或5微秒，或者如 果相機系統允許的話甚至更小。
[0009] 在多個實施方式中，第一像素間距P可以包括列方向像素間距Py或行方向像素 間距Px中的至少一個。偏移0可以包括沿相機的列方向具有像素間距Px的分量Ox和沿 相機的行方向具有像素間距Py的分量〇y。第一圖像獲取運動和快速多圖像獲取模式的操 作中的圖像定時可以被配置，以便偏移分量中的至少一個包括非整數K乘以相應的像素間 距。在一個實施方式中，非整數K落在（n+. 2) <K< (n+. 8)的范圍內，其中η是整數。 [0010] 該方法可以進一步包括去除或補償偏移〇以便工件在多個圖像和/或圖像數據中 是相同的。相同的圖像數據然后可以被組合以提供具有比相機的自身分辨率允許的更高的 分辨率的圖像數據，該相機在機器視覺檢測系統中獲取圖像。相同圖像數據的組合可以基 于位置鎖定（position latching)數據、圖像的相關性分析、或運動和定時數據中的至少一 個。
[0011] 在多個實施方式中，操作可以包括在邊緣工具的多圖像模式中。邊緣工具可以包 括單圖像模式和多圖像模式，基于放大倍率和用戶選擇中的至少一個使用多圖像模式。來 自多圖像模式期間拍攝的第一和第二圖像的圖像數據可以被組合，以將分辨率增加到所需 級別。用于確定邊緣位置的合成圖像可以基于第一和第二圖像的組合數據作出。合成圖像 可以在學習模式期間顯示。在多圖像模式期間使用以提供增加的分辨率圖像數據的系統參 數可以在學習模式期間被配置，并且該配置可以在部件程序中被記錄。
[0012] 第一圖像獲取運動可以沿橫越正在被測量的邊緣的邊緣方向的方向進行。在一些 實施例和/或應用中，學習模式可以包括進行和/或定義操作，諸如測量邊緣的操作、確定 邊緣的角度的操作、設置橫越邊緣的運動方向的操作（例如在一個實施例中，角度等于邊 緣的角度加上大約90度）、基于運動方向和工具位置參數計算兩個路徑點的操作等。在某 些示例中，第一和第二圖像可以包括感興趣區域中工件的多個邊緣。在這種情況下，如果作 出正在感興趣區域內關于多個邊緣利用多個邊緣工具的確定，那么學習模式可以使用多邊 緣工具例程。多邊緣工具例程可以包括確定多個邊緣的角度，確定單運動方向是否可以被 確定為在離關于多個邊緣的角度的每一個垂直的規定程度范圍內，如果是，則使用確定的 運動方向，如果不是，則添加至少第二運動方向，用于得到至少第三圖像。學習模式還可以 為用戶提供選擇，以協助運動方向的確定。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0013] 圖1是示出了通用精密機器視覺檢測系統的多個典型元件的圖。
[0014] 圖2是類似于圖1的機器視覺檢測系統并且包括在此描述的特征的機器視覺檢測 系統的控制系統部分和視覺元件部分的框圖。
[0015] 圖3是覆蓋圖像中的邊緣的示例性點工具的圖。
[0016] 圖4是說明了基于一組像素強度值確定邊緣位置的一種示例性方法的圖。
[0017] 圖5是說明了需要在多種放大倍率增加邊緣的取樣的表。
[0018] 圖6A-6C是說明了利用子像素偏移圖像取樣操作拍攝的邊緣的第一和第二圖像 以及來自第一和第二圖像的組合數據的圖。
[0019] 圖7是說明了獲取圖6A-6C的圖像的序列的時序圖。
[0020] 圖8是說明了例程的一個示例性實施例的流程圖，該例程用于利用子像素偏移圖 像取樣操作獲取第一和第二圖像。

【具體實施方式】
[0021] 下面描述本發明的多個實施例。下面描述提供對這些實施例的充分理解和實現描 述的具體細節。然而，本領域技術人員將理解，在沒有這些眾多的細節的情況下，本發明也 能被實施。此外，某些熟知的結構或功能可能沒有被詳細地示出或描述，以避免不必要地掩 蓋各實施例的相關描述。下面呈現的描述中所使用的術語意在按照其最寬的合理方式進行 解釋，即使其在使用時結合了本發明某些特定實施例的詳細描述。
[0022] 圖1為根據在此描述的方法可使用的一種示例性機器視覺檢測系統10的框圖。機 器視覺檢測系統10包括視覺測量機器12,其可操作地連接以與控制計算機系統14交換數 據和控制信號。控制計算機系統14還操作地連接以與監視器或顯示器16、打印機18、操縱 桿22、鍵盤24和鼠標26交換數據和控制信號。監視器或顯示器16可以適于對機器視覺檢 測系統10的操作進行控制和/或編程的顯示用戶界面。可以理解，在各種實施例中，觸摸 屏平板電腦等可以替代和/或冗余地提供計算機系統14、顯示器16、操縱桿22、鍵盤24和 鼠標26的任一個或所有的功能。
[0023] 本領域技術人員將理解，控制計算機系統14通常可由任何計算系統或裝置組成。 適當的計算系統或裝置可以包括個人計算機、服務器計算機、微型計算機、大型計算機、包 括前面的任意一個的分布式計算環境等。這種計算系統或裝置可包括執行軟件以實現在 此描述的功能的一個或多個處理器。處理器包括可編程通用或專用微處理器、可編程控制 器、專用集成電路（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（諸如隨機存取存儲器（RAM)、只讀存儲器（ROM)、閃存等，或者這些元件的組合） 中。軟件還可以存儲在一個或多個存儲裝置（諸如磁盤或光盤、閃存裝置，或者用于存儲數 據的任何其他類型的非易失存儲介質）中。軟件可以包括一個或多個程序模塊，該一個或 者多個程序模塊包括執行特定任務或者實現特定抽象數據類型的例程、程序、對象、元件、 數據結構等。在分布式計算環境中，程序模塊的功能可以跨越多個計算系統或裝置被組合 或者分布，并且以有線或無線配置通過服務呼叫來訪問。
[0024] 視覺測量機器12包括可移動工件臺32和光學成像系統34,光學成像系統可包括 變焦鏡頭或互換鏡頭。對于通過光學成像系統34提供的圖像，變焦鏡頭或者互換鏡頭通常 提供多種放大倍率。機器視覺檢測系統10通常與前面描述的QUICK VISION?系列視覺 系統和QVPAR?.軟件以及類似的現有技術中商業上可購得的精密機器視覺檢測系統可 比較。在共同受讓的美國專利 US7, 454, 053、US7, 324, 682、US8, 111，905 和 US8, 111，938 中 也描述了機器視覺檢測系統10,這些專利每個通過引用的方式全部并入本文。
[0025] 圖2是與圖1的機器視覺檢測系統類似并包括在此描述的特征的機器視覺檢測系 統100的控制系統部分120和視覺元件部分200的框圖。正如將要在下面更詳細描述的， 利用控制系統部分120控制視覺元件部分200。視覺元件部分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軸處于與可以定位工件20的工作臺的表面大體平行的平面內。 光學組件部分205包括相機260、互換物鏡250,并且可以包括具有鏡頭286和288的鏡頭 旋轉盤組件280。取代鏡頭旋轉盤組件，可以包括固定的或可手動互換的放大倍率改變鏡 頭，或者變焦鏡頭配置等。
[0026] 通過使用驅動致動器以沿Z軸移動光學組件部分205的可控馬達294,光學組件部 分205可以控制地沿著大體垂直于X軸和Y軸的Z軸方向移動，以改變工件20的圖像的焦 點。可控馬達294通過信號線296連接到輸入/輸出接口 130。
[0027] 將要使用機器視覺檢測系統100成像的工件20或者保持多個工件20的托盤或夾 具放置在工件臺210上。可以控制工件臺210以相對于光學組件部分205移動，從而互換 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 (例如環形光源）可以分別發射光源光222、232和/或 242,以照射一個或多個工件20。光源230可以沿著包括鏡290的路徑發射光232。光源光 被反射或者透射成為工件光255,并且用于成像的工件光穿過互換物鏡250和鏡頭旋轉盤 組件280被相機系統260收集。由相機系統260捕獲的工件20的圖像在信號線262上輸 出至控制系統部分120。光源220、230和240可以分別通過信號線或總線221、231和241 連接到控制系統部分120。為了改變圖像放大倍率，控制系統部分120可以通過信號線或總 線281沿著軸284旋轉鏡頭旋轉盤組件280,以選擇一個轉盤鏡頭。
[0028] 如圖2中所示，在多種示例性實施例中，控制系統部分120包括控制器125、輸入/ 輸出接口 130、存儲器140、工件程序產生器和執行器170以及電源部分190。可以通過一個 或多個數據/控制總線和/或應用程序接口或者通過多種元件之間的直接連接相互連接這 些元件中的每一個以及下面所描述的附加元件。
[0029] 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 和鏡頭控制接口 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，即使這些單元可以被合并和/或不可區分。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100的各種相應的光源，例如控制選擇、功 率、接通/切斷開關以及選通脈沖時序（如果適用）。
[0030] 存儲器140可包括圖像文件存儲部分141、邊緣探測存儲部分140ed、可以包括一 個或多個部件程序等的工件程序存儲部分142以及視頻工具部分143。視頻工具部分143 包括：針對相應視頻工具中的每一個確定⑶I、圖像處理操作等的視頻工具部分143a和其 它視頻工具部分（例如143η);以及感興趣區域（R0I)產生器143roi，感興趣區域產生器 143roi支持定義可在視頻工具部分143中所包含的不同視頻工具中可操作的不同R0I的自 動、半自動和/或手動操作。
[0031] 在本說明書的上下文中，如本領域普通技術人員所熟知，術語視頻工具通常指代 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、可編輯參數窗口、菜單等）可 實現的自動或編程操作的相對復雜的集合，而不需要創建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整控制操作和計算的少量變量或參數應用和 定制該預編程集合。除了基本操作和計算之外，視頻工具還包括允許用戶針對視頻工具的 特定情形調整那些參數的用戶界面。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"操作配置感興趣圖形區域（R0I)指示符，以便定義將要通過視頻工具的 特定情形的圖像處理操作進行分析的圖像的子集的位置參數。應當注意，在隱含包括基本 操作的情況下，可見的用戶界面特征有時被稱作視頻工具。
[0032] 特別地，根據本發明的不同實施例中，視頻工具部分143包括邊緣位置工具 143el，其提供了與邊緣位置操作有關的不同操作和特征，如下面更詳細描述。與許多視頻 工具一樣，本公開的邊緣位置和多個圖像獲取主題包括用戶界面特征和基本圖像處理操作 二者等，相關的特征可以特征化為視頻工具部分143中包含的邊緣位置工具143el的特征。 在一個實施例中，邊緣位置工具143el可以包括邊緣位置模式控制部分143mc、標準單圖像 獲取模式部分143si和快速多圖像獲取模式部分143fm。簡要地，標準單圖像獲取模式部 分143si可以類似于已知的邊緣位置工具地操作，以例如得到單圖像，確定像素強度值和 沿橫跨圖像中邊緣的掃描線的相應的梯度量值，以及識別邊緣的位置為與梯度量值的峰值 相應。快速多圖像獲取模式部分143fm基于本發明的方法操作。與標準單圖像獲取模式部 分143si相比，快速多圖像獲取模式部分143fm利用相機的快速多圖像獲取模式連同工作 臺和/或相機的同時被控運動，以得到圖像之間具有所需子像素偏移的邊緣的多幅圖像。 圖像數據然后被組合并提供比相機的自身分辨率允許的更高的分辨率，該相機在機器視覺 檢測系統中獲取圖像。邊緣位置模式控制部分143mc可以進行如在此描述的操作，以取決 于哪種工具或模式被激活，配置邊緣位置工具143el或工具模式。
[0033] 相機系統具有快速多圖像獲取模式的操作，以便可以捕獲順序圖像的第一和第二 時間之間的差（t2-tl)最多為50微秒，或在不同實施例中最多25、10或5微秒，或者如果 相機系統允許，甚至更少的時間。在這種實施例中，相機系統的快速多圖像獲取模式的操作 允許（t2-tl)足夠短，以使機器視覺檢測系統圖像中存在的振動效應不變（例如，以便振動 畸變在t2-tl期間有效地保持不變），這關于對象重構和測量的精度是一個很重要的考慮， 其中重構和測量的精度基于在時間t2和tl處獲取的兩幅圖像提供的組合的圖像數據。此 夕卜，這種時間（t2-tl)足夠短，以允許兩幅相應的圖像展示所需的子像素偏移，同時在它們 的獲取期間允許相對高的運動速度。例如，在放大倍率為1的情況下，當（t2-tl)為10微 秒時，可以利用0. 25米/秒的運動速度得到2. 5微米的子像素偏移。應當理解，精密機器 視覺檢測系統中的常規相機不能提供這種類型的操作，典型提供幾個毫秒的幀速率。然而， 一些可提供這種類型操作的相機正在變得可以利用。例如，當如下面參考圖7所進一步描 述的那樣操作時，由于與相機探測器像素陣列相關的特殊的信號處理特征，像素間距Dp = 5. 5微米的來自JAI公司的型號AM-200CL (產品和信息可從美國，加利福尼亞，圣何塞，JAI 公司得到）可以獲取兩幅圖像，幀間時間為5微秒。與在此公開的不同其它特征和操作組 合使用的這種相機提供了一種系統，其允許對精密機器視覺檢測系統相對不熟練的用戶能 夠得到所需級別的分辨率和準確度，同時利用了相對便宜的系統（例如與復雜的抖動元件 相比，現有運動控制系統）和較低級別的放大倍率。
[0034] 對于邊緣位置工具143el，可替換配置是可能的。例如，標準單圖像獲取模式部分 143si和快速多圖像獲取模式部分143fm可以包括分割模式控制功能，以便分離模式控制 143mc可以被省略。可替換地，邊緣位置工具143el可以提供一個或多個普通的邊緣位置工 具單元，并且模式控制部分143mc可以以取決于需要標準單圖像工具行為，還是具有子像 素偏移的快速多圖像工具行為的方式，提供控制用戶界面和普通邊緣位置工具單元相互關 系的操作。在這種情況下，提供標準單圖像獲取模式部分143si和/或快速多圖像獲取模 式部分143fm的操作的電路、例程或應用可以被合并和/或不可區別。在某些實施方式中， 可以利用模式控制部分143mc來實現用于快速多圖像模式的單獨工具。更一般地，本發明 可以以結合機器視覺檢測系統100可操作的任何已知或者之后開發的形式來實現，以提供 在此描述的與具有子像素偏移操作的快速多圖像相關的特征。
[0035] 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。來自相機系統260的信號線262以及來自可控 馬達294的信號線296連接于輸入/輸出接口 130。除了承載圖像數據以外，信號線262還 承載來自發起圖像獲取的控制器125的信號。
[0036] 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，該用戶界面可包括可用于進行檢測操作，和 /或用于創建和/或修改部件程序的多種圖形用戶界面（GUI)特征，以觀察通過相機系統 260捕獲的圖像，和/或直接控制視覺系統元件部分200。顯示裝置136可以顯示與邊緣位 置視頻工具143el相關聯的用戶界面特征。
[0037] 在多個示例性實施例中，當用戶利用機器視覺檢測系統100創建針對工件20的部 件程序時，用戶通過在學習模式下操作機器視覺檢測系統100,產生部件程序指令，以提供 所需的圖像獲取訓練序列。例如，訓練序列可包括在視場（F0V)中定位代表性工件的特定 工件特征，設置照明等級，聚焦或自動聚焦，獲取圖像，并提供應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例子（instance))。學習模式操作，以便（多 個）序列被捕獲或者記錄并轉換成相應的部件程序指令。當執行部件程序時，這些指令將 使機器視覺檢測系統再現經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（其是相應位置中的相應特征），運行模式工件與當創建部件程序時所用 的代表性工件相匹配。
[0038] 圖3是示例性點工具310的圖，點工具在圖像300中（例如在圖像顯示裝置上）的 較暗或陰影區域308的邊界處覆蓋了邊緣305。點工具310以及其它類型的用于邊緣探測 的視頻工具在美國專利No. 7, 567, 713中有更詳細的描述，該專利通過引用的方式將其全 部并入本文。在圖3中，為了說明的目的示出陰影區域308,以指示圖像300中相對較低強 度的像素。如下更詳細地描述，點工具310可以被配置為確定圖像中邊緣點的位置，并且類 似操作可以作為定位多個邊緣點的另一類型的工具（例如框型邊緣工具）的操作的基礎。 點工具310的圖形用戶界面可以包括主體311、邊緣選擇器312和極性指示器箭頭314。箭 頭314 -般橫跨邊緣從亮至暗處，或從暗至亮處指向，從而在某些情況下增強邊緣查找可 靠性，如所包含的參考文獻中所解釋。在圖3的說明中，主體311遮蓋了標稱掃描線320,標 稱掃描線由主體311定義并且與主體311標稱上重合。
[0039] 在操作中，用戶選擇點工具310 (例如來自顯示器的邊緣處的視頻工具條），并且 通過沿著邊緣在所需位置處將主體311放置在邊緣特征上以及邊緣選擇器312盡可能地接 近邊緣，用戶識別要檢測的邊緣特征。點工具主體311可以被定向為定義和指示橫跨邊緣 的所需掃描線方位，如圖3的右上角處所示x-y坐標系中的角度A所指示。在圖3中，圖像 像素以沿著X坐標方向的行和沿著y坐標方向的列布置。由此，角度A指示相對于圖像中 的像素行的標稱掃描線方位角。箭頭314沿參考方向或要與邊緣檢測相關聯（例如與邊緣 是否被檢測為上升邊緣、下降邊緣等相關聯）的極性指向。在操作中，一旦點工具310被完 全配置，則可以執行基本邊緣點定位例程的指令，以進行分析強度分布數據點（例如，像素 強度數據）的操作，以及進行多種操作以檢測基本特征的邊緣位置，該強度分布數據點與 點工具310的主體311標稱上重合的掃描線相關聯。如下面關于圖4將更詳細地描述，在 多個示例性實施例中，基于沿與掃描線相關聯的強度分布的梯度的量值，點工具310的邊 緣點定位例程可以確定邊緣位置。應當理解，掃描線方向不可能精確地與圖像像素行和/ 或列方向重合。在這種情況下，根據多種現有技術，可以通過內插法基于周圍的圖像像素來 確定沿掃描線方向在"像素"位置處的圖像值。例如在Ding的美國專利No. 7, 567, 713 (將 其全部以引用的方式并入本文）中教導基于之前得到的圖像數據沿所需行和/或方向計算 內插的圖像強度。
[0040] 邊緣和掃描線的方向涉及在此公開的系統和方法相對于現有技術的另一優點。應 當理解，之前已經概述且下面會更詳細描述的對于增加的空間取樣密度的相關方向（以及 組合圖像之間的相關聯的子像素偏移）標稱上橫越（例如，垂直）要以增強的分辨率成像 和定位的邊緣特征。應當理解，在此公開的系統和方法在這方面特別通用（與之前已知的 僅沿預定方向提供子像素偏移的機械抖動方法相比）。特別地，標準的運動控制系統可以提 供橫越任何邊緣的運動方向，并且相機的快速多圖像獲取模式的操作可以獲取沿該方向具 有所需子像素偏移的圖像，這與所需分辨率改進的目的最相關。
[0041] 概括而言，通常，邊緣點通過多種視頻工具確定，該工具使幾何形式擬合邊緣點， 以便測量相應的基本圖像特征。在一種操作視頻工具的常規方法中，取決于工具的類型 (例如點/框/圓等），根據定義的工具參數，在R0I內定義或產生一條或多條標稱掃描線。 對于每條標稱掃描線，工具確定或選擇一組接近標稱掃描線的強度分布數據點位置。確定 與數據點位置相關聯的強度值，以定義與標稱掃描線相關聯的強度分布。然后，在一個實施 例中，邊緣檢測算法分析沿強度分布的梯度，以查找沿強度分布的相應于最大梯度量值的 位置，例如如下文參考圖4更詳細地描述。沿強度分布的最大梯度位置用于確定與標稱掃 描線相關聯的圖像中的邊緣點位置。
[0042] 圖4是說明了基于強度分布410確定邊緣位置的一種示例性方法的曲線圖400。 如圖4所示，強度分布410包括一組相應于表示掃描線（例如，諸如圖3所示的掃描線320) 的位置的圖像像素強度（灰度）值425。表示掃描線的數據點或位置沿著水平軸從0-50被 標記為"像素編號"。從數據點0開始，圖像強度值初始指示相對較暗的區域，直到接近數據 點23,然后跟隨相對較亮的區域，直到數據點50。
[0043] 梯度量值426來源于強度值425并且也在圖4中示出。多種常規算法查找沿著水 平軸的相應于梯度量值的峰值的位置，并且將該位置識別為邊緣位置。如果存在多個梯度 量值峰值，那么視頻工具邊緣選擇器和/或方位指示器（例如點工具310的邊緣選擇器312 和/或極性指示器314)可以幫助算法識別所需峰值。在圖4中，最大梯度標準（即，梯度 峰值）指示邊緣位置位于大約數據點23處。通過使用包括曲線擬合、質心確定等的方法， 梯度量值峰值可以相對精確地在強度分布數據點之間定位，這通常在確定圖像中相應邊緣 的位置時支持子像素測量分辨率和可重復性。
[0044] 如下文將關于圖5-8更詳細地描述，為了準確地確定具有子像素測量分辨率的圖 像中邊緣的位置，圖像具有足夠的空間取樣密度是重要的。作為具體例子，參考圖4,大約 存在5個數據點（即，數據點22-26)位于圖3的邊緣305的過渡區域上。在某些實施方式 中，該取樣密度表示以所需的準確度的子像素級別確定邊緣305的位置足夠的分辨率。然 而，應當理解，在利用了較低級別的放大倍率的實施方式中，成像對象上的取樣密度將被降 低，這是因為每個像素將相應于對象的較大區域，并且區域的中心也將分隔得更遠，這可能 使涉及對象上的精細結構和/或陡邊緣的信息被平均化或被消除。關于圖4的示例，在僅 利用了一半放大倍率（即，由此產生較大的視場）的實施方式中，相應于邊緣過渡的像素數 量將被減少。對于某些實施方式，該降低的取樣密度可能使子像素測量分辨率降低至不可 接受的低水平，如下文將關于圖5更詳細地描述。如下文將關于圖6A-6C更詳細地描述，通 過多幅圖像的利用，取樣密度得到了有效地增加。更具體地，可以利用子像素偏移圖像取樣 操作來獲取彼此具有子像素偏移的第一和第二圖像。從兩幅圖像中確定的數據然后被組合 以提供具有更高空間取樣密度的合成圖像，從而實現所需的測量分辨率。
[0045] 圖5是說明了需要在多種放大倍率增加邊緣的取樣的表。如圖5所示，表500包 括示出了動力鏡頭旋轉盤放大倍率因子的PT列510、示出了鏡筒鏡頭有效焦距的鏡筒EFL 列520,總放大倍率Μ列530,相應的光學分辨率列540,投影1/2模糊尺寸（blur size)列 550和要求的樣本分離列560,要求的樣本分離列560示出了在尼奎斯特頻率下取樣1/2模 糊尺寸所需的相機像素間距，這確保了相機像素間距不是限制圖像信息分辨率的因素。對 于表500的第一行501，PT列510指示IX的值，鏡筒EFL列520指示100的值，總Μ列530 指示5的值，光學分辨率列540指示0. 65的值，投影1/2模糊尺寸列550指示3. 25的值， 以及要求的樣本分離列560指示1. 63的值。對于第二行502, ΡΤ列510指示2Χ的值，鏡筒 EFL列520指示200的值，總Μ列530指示10的值，光學分辨率列540指示0. 65的值，投 影1/2模糊尺寸列550指示6. 50的值，以及要求的樣本分離列560指示3. 25的值。對于 第三行503, ΡΤ列510指示4Χ的值，鏡筒EFL列520指示400的值，總Μ列530指示20的 值，光學分辨率列540指示0. 65的值，投影1/2模糊尺寸列550指示13. 00的值，以及要求 的樣本分離列560指不6. 50的值。
[0046] 通常，表500說明了對于高的顯微鏡放大倍率，對象通常會被探測器過取樣。表 500的值表示對于ΝΑ = 0. 42的單物鏡（EFL = 20mm)的那些。作為具體示例，某些具有像 素間距DP = 5. 5 μ m的現有相機（例如JAI AM-200CL，產品和信息可從美國，加利福尼亞， 圣何塞，JAI公司得到）將稍微過取樣在行503指示的PT4X條件（即，對于該條件，要求的 樣本分離列560指示6. 50 μ m或更小的要求值，對于該條件5. 5 μ m的像素間距將滿足該要 求）。相反，該像素尺寸將不滿足行501和502對于PT1X和PT2X條件所指示的要求，對于該 條件，要求的像素間距和/或取樣分離分別不大于1. 63 μ m和3. 25 μ m，對于該條件5. 5 μ m 的像素間距則太大。應當理解，用在機器視覺檢測系統中的多種光學配置可以以類似于表 500等中所示的方式特征化，并且結果被存儲用于參考。然后，在某些實施例中，當多種圖像 模式包括在邊緣工具中時，邊緣工具可以評價當前光學配置的特征，以確定圖像數據分辨 率是否受到了光學分辨率或相機探測器分辨率（即，像素間距）的限制。如果相機探測器 分辨率是限制因素，那么機器視覺檢測系統的用戶界面可以給用戶提供選擇邊緣工具的多 圖像模式的操作的能力（這可以簡單地特征化為"極佳分辨率"選擇等），因為這可以潛在 地改進邊緣工具的測量分辨率。可替換地，當相機探測器分辨率是限制因素時，機器視覺檢 測系統可以自動地選擇多圖像模式的操作。后者的"自動"選擇可以進一步取決于用戶設 置的總設置，其在整個部件程序的上下文中允許或不允許自動選擇。例如，對于沒有陡邊緣 過渡或非常精細間隔的邊緣的工件，即使相機探測器分辨率與光學元件的分辨率相比是限 制因素，相機探測器分辨率（即，像素間隔）對于取樣該工件上特征的空間頻率仍然是足夠 的。
[0047] 雖然示出了行503中4X的PT值以實現所需的取樣密度，但是對于某些實施方式， 視場可能不足以捕獲單圖像中所有的所需邊緣特征和/或可能比所需的具有更高的畸變 級別和/或可能太昂貴而難以實施，或者更高放大倍率的鏡頭不能立即可用于一些系統或 用戶。換句話說，在某些實施方式中，視場和/或畸變級別和/或成本因素可能指示利用2X 或IX的PT值，即使工件可能包含需要利用更高分辨率成像和測量的特征和/或邊緣。如 下文將關于圖6-8更詳細地描述，通過利用子像素偏移圖像取樣操作，來自多幅圖像的數 據可以被獲取和組合從而甚至以相對較低的放大倍率級別實現所需的取樣密度、可重復性 和/或準確度，該放大倍率級別由于如上所述的一些原因是需要的。
[0048] 作為具體的說明性示例，圖像獲取序列可以利用支持快速多圖像獲取模式的操作 的相機進行，該相機例如之前提及的相機-像素間距Dp = 5. 5微米的來自JAI公司的型號 AM-200CL(產品和信息可從美國，加利福尼亞，圣何塞，JAI公司得到）。對于該相機的具體 類型，每快速獲取序列的圖像數目是2。利用大約2X的欠取樣條件（5.5 : 3. 25)，類似于 圖5的行502所示，可以指定不變的工作臺速度Vx，以在對象處產生Λ X位移或偏移，導致 放大倍率為Μ時相機處對象的像素偏移1/L。對于1/2像素偏移，L = 2。假定放大倍率為 10,那么Ax = DpAL*M) = 0. 275μπι。在一個具體示例中，幀間時間Ti和光脈沖時間Tip 可以分別是6微秒和4微秒。因此，曝光之間的有效時間差Tdiff (例如運動中，鎖定相應于 曝光的有效位置之間的時間）可以采用為Tdiff = [0· 5Tlp+Ti+0. 5Τ1ρ] = 10微秒，其中 1/2因子說明在由光脈沖定義的曝光時段的一半點處鎖定位置，以表示曝光期間由于運動 產生的平均工件或圖像位置。因此，在該示例中給出所需偏移的所需速率Vx是Vx= (.275 微米/10微秒）=27. 5mm/s。由此，利用這些參數，可以在10微秒內獲取使得像素移位大 約l/2Dp的對象的兩幅圖像；由此，在單圖像中邊緣的空間樣本頻率相對于像素間距增加 大約2X。下丈也參考圖7提供相關討論。
[0049] 作為另一個具體說明性示例，一些相機（例如包含2個C⑶陣列的相機）具有可 以在大約15微秒內以像素間距Dp = 4. 65微米獲取3幅圖像的快速多圖像獲取模式（例 如來自JAI公司的型號AD-081CL)。對于該特定類型的相機，每快速獲取序列的圖像數目是 3。利用大約3X的欠取樣條件（例如，類似于圖5的行501所示，所需/所要求的取樣步長 為1. 63微米），可以指定不變的工作臺速度Vx，以在對象處產生△ X位移或偏移，導致放大 倍率為Μ時相機處對象的像素偏移為1/L。對于1/3像素偏移，L = 3。假定放大倍率為5， 那么Δχ = Dp/(，L*M) = 0. 31 μ m。在一個具體示例中，巾貞間時間Ti和光脈沖時間Tip可 以分別是1. 5微秒和4微秒。因此，第一和第二次和/或第二和第三次曝光之間的有效時間 差Tdiff (例如，運動中，鎖定相應于兩次順序曝光的有效位置之間的時間）可以被采取為 Tdiff = [0. 5Tlp+Ti+0. 5Τ1ρ] = 5. 5微秒，其中1/2因子說明在由光脈沖定義的曝光時段 的一半點處鎖定位置，以表示曝光期間由于運動產生的平均工件或圖像位置。因此，該示例 中給出3幅圖像之間的所需偏移的所需速度Vx是Vx =(. 31微米/5. 5微秒）=56. 4mm/ So
[0050] 圖6A-6C是說明了示意性表示利用子像素偏移圖像取樣操作獲取的邊緣的第一 和第二圖像600A和600B以及來自第一和第二圖像的組合數據605C的圖。如圖6A所示， 第一圖像600A說明了相對于工件的邊緣EG1的像素陣列PA。像素陣列PA示出包括7行 和7列像素。點工具PT(例如，類似于圖3的點工具310)表示橫跨像素陣列PA的像素的 中間行的掃描線。邊緣EG1示出處于位置P1處，該位置P1處于距離像素陣列PA的左邊緣 的距離XI處。
[0051] 在圖像600A下方，示出曲線605A，其包括強度分布610A(類似于圖4的強度分布 410)。強度分布610A包括相應于表示點工具PT的掃描線的位置的一組圖像像素強度（灰 度）值625A。來自掃描線的數據點被圖解為橫跨曲線的7個點，每個像素1個點。從左至 右，圖像強度值最初始指示對于第一至第三像素的相對較暗的區域，然后跟隨相對較亮的 區域，特別是對于第五至第七像素。第四像素（即，中間像素）被標記為具有像素強度值 E1，其示出為處于其它像素的高和低值之間，并表示邊緣EG1的過渡值。應當理解，強度分 布610A表示邊緣的相對受限的取樣（例如與圖4的強度分布410相比，對于該分布，多個 像素處于邊緣的過渡區域中）。
[0052] 圖6B說明了圖像600B，其中具有邊緣EG1的工件和像素陣列PA已經相對于彼此 移動了等于距離ΛΧ的子像素偏移。換句話說，當邊緣EG1位于位置P1(該位置離圖6A中 像素陣列PA左邊緣距離XI)時，在圖6B中，邊緣EG1示出已經沿方向DIR1移動以便位于離 像素陣列PA的左邊緣距離X2的位置P2處。距離XI和X2之間的差值是子像素偏移Λ X。 應當理解，在一些實施例中，雖然子像素偏移Λ X有時可能小于一個像素，但是在許多其它 實施例中，子像素偏移Λ X可能大于1個像素，只要它不是像素的整數即可，從而取樣密度 被增加，如下文將更詳細描述。
[0053] 在圖像600Β下方，示出曲線圖605Β，其包括強度分布610Β。強度分布610Β包括 相應于7個像素值的數據點，該像素值相應于點工具ΡΤ的掃描線。第三像素被標記為具有 像素強度值Ε2,其表示邊緣EG1的過渡值。類似于圖6Α的強度分布610Α，圖6Β的強度分 布610Β表示邊緣EG1的相對受限的取樣。
[0054] 圖6C示出了強度分布610C的曲線605C，其說明了來自圖6Α和6Β的強度分布 610Α和610Β的組合數據。如圖6C所示，示出了十四個像素強度值，相應于來自圖6Α的7 個像素強度值和來自圖6Β的7個像素強度值。由此圖6C的十四個像素強度值表示比單獨 圖像600Α或600Β所實現的更高的取樣密度。從而，通過利用具有相對于探測器的對象子 像素位移的多幅圖像（例如，如圖像600Α和600Β所示），邊緣的取樣密度可以被增加。
[0055] 應當理解，具有增加的取樣密度的合成圖像數據也具有降低邊緣混疊的好處，該 邊緣當被放大到相機上時比像素間距的兩倍更接近在一起，諸如在檢測諸如光柵或1C掩 模等的精細周期結構時可能遇到這種情況。在某些應用中，精細周期特征可以通過機器視 覺系統的光學系統解決，但是當利用具有受限像素取樣密度的相機時，精細周期結構可能 分隔得太接近在一起從而實際上不能被成像和/或測量。通過利用具有子像素偏移的多 圖像增加取樣密度，具有精細周期圖案的特征的邊緣可以利用邊緣檢測算法被解決并被測 量。
[0056] 圖7是說明了利用相機的快速多圖像獲取模式的操作、獲取圖6Α和6Β的圖像的 一個示例性序列的時序圖700,該相機支持這種模式。為了實現這種操作，多種商業上可獲 得的相機（例如，JAI AM-200CL、JAI AD-081CL、PCO PixelFly等）可用，其提供模式，以提 供?5微秒的短的幀間時間以及允許兩幅、三幅或更多快速獲取的圖像（取決于相機型號） 的組合。圖7說明了一個這種相機中的圖像時序序列（例如具有以短的幀間時間產生兩幅 圖像的1-C⑶的JAI相機）。
[0057] 時序圖700包括觸發信號線710、EEN信號線720、曝光信號線730、傳輸門信號線 740和讀出信號線750。在時間T1處，觸發信號線710被激活從而從高變至低，并且EEN信 號線720相應地被激活，從而開始第一曝光窗口 EW1 (例如在多個實施例中具有4微秒或8 微秒的定時）。在時間T2處，觸發信號線710返回到高狀態。在時間T3處，曝光信號線730 表不與第一頻閃閃光SF1相關的曝光時段。
[0058] 在時間T4處，EEN信號線720指示第一曝光窗口 EW1的結束，曝光信號線730指示 與第一頻閃閃光SF1相關的曝光時段的結束，傳輸門信號線740指不第一巾貞FM1的結束以 及第二幀FM2的開始。時段（T4-T3)中的三角形信號形狀指示曝光在頻閃時段期間累積， 頻閃時段在時間T3處開始并且在時間T4處結束。在幀間時間（T5-T4)之后，第二次曝光 在時間T5處開始。應當理解，在快速多圖像獲取模式的一些實施例中，幀間時間（T5-T4) 可以由硬件或固件特性來固定或約束。由此，應當理解，需要知道相機積分時段（例如基于 該積分時段的觸發時間和其已知的持續時間）的時間T4結束的定時，以便頻閃照明可以被 設置來適當地曝光第一圖像，并且在時間T4處與積分時段的結束大約同時結束。這使得第 一圖像的有效曝光時間正好在離獲取第二圖像開始的幀間時間處結束，這使得第一圖像積 分時段的總的開始和持續時間與第一和第二圖像之間的有效時間延遲很大程度上不相關。 以示例的方式且絕不是限制的方式，在一些實施例和/或應用中，時間（T4-T3)可以是大約 6微秒的量級，幀間時間（T5-T4)是大約1. 5至5微秒的量級。
[0059] 在時間T4處，讀出信號線750指示第一讀出時段RP1的開始。第一讀出時段RP1 相應于時間T3和T4之間在信號線730上累積的圖像曝光的讀出，時間T3和T4之間相應 于第一頻閃閃光SF1。在時間T5處，EEN信號線720指示第二曝光窗口 EW2的開始（在某 些實施方式中相應于一個巾貞），并且曝光信號線730指不第二頻閃閃光SF2的曝光時段。在 時間T6處，曝光信號線730指示第二頻閃閃光SF2的曝光時段結束。
[0060] 在時間T7處，讀出信號線750指示第一讀出時段RP1的結束。在一些實施例和/ 或應用中，（T7-T6)可以是大約16毫秒的量級。在時間T8處，EEN信號線720指示第二曝 光窗口 EW2的結束，傳輸門信號線740指示第二幀FM2的結束和第三幀FM3的開始，并且讀 出信號線750指示第二讀出時段RP2的開始。第二讀出時段RP2相應于時間T5和T6之間 在信號線730上累積的圖像曝光的讀出，時間T5和T6之間相應于第二頻閃閃光SF2。在時 間T9處開始，快速多圖像獲取模式的操作準備另一循環，如果希望或需要，該另一循環包 括下一組頻閃閃光SF3和SF4,以及相應的下一組讀出時段RP3和RP4。
[0061] 圖8是說明了例程800的一個示例性實施例的流程圖，該例程用于利用快速多圖 像獲取模式的操作獲取第一和第二圖像，以在機器視覺檢測系統中提供子像素偏移圖像取 樣操作。在塊810處，光學系統提供在機器視覺檢測系統中，該光學系統提供放大倍率M。 在塊820處，相機提供在機器視覺檢測系統中，該相機包括第一像素間距P和快速多圖像獲 取模式的操作。在塊830處，提供子像素偏移圖像取樣操作，包括：提供第一圖像獲取運動， 包括以第一速度S沿第一方向相對于彼此移動工件和相機之一。在塊840處，作為子像素 偏移圖像取樣操作的另一部分，在圖像獲取運動期間利用快速多圖像獲取模式的操作獲取 感興趣區域的多幅圖像。該多幅圖像至少包括：在第一時間tl處獲取的感興趣區域的第一 圖像；和在第一時間tl之后的第二時間t2處獲取的感興趣區域的第二圖像，第一和第二圖 像之間具有偏移0。該偏移〇大約等于M*S* (t2-tl)，并且機器視覺檢測系統被配置以使得 〇不等于nP，其中η為整數。
[〇〇62] 根據前面所述，應當理解此處為了說明的目的描述了本發明的特定實施例，不過 在不偏離本發明范圍的情況下可以進行多種變型。例如，本領域技術人員可以理解所附流 程圖可以以多種方式改變。更具體地，步驟的順序可以被重新排列，步驟可以被并行進行， 步驟可以被省略，其它步驟可以被包括等。相應地，本發明不限于所附權利要求。
【權利要求】
1. 一種用于在機器視覺檢測系統中獲取多幅圖像以用于在工件上進行測量操作的方 法，該方法包括 ： 在機器視覺檢測系統中提供光學系統，該光學系統提供放大倍率Μ ; 在機器視覺檢測系統中提供包括第一像素間距Ρ并且包括快速多圖像獲取模式的操 作的相機； 提供子像素偏移圖像取樣操作，包括： 提供第一圖像獲取運動，包括以第一速度S沿第一方向相對于彼此移動工件和相機之 在圖像獲取運動期間利用快速多圖像獲取模式的操作獲取感興趣區域的多幅圖像，該 多幅圖像包括： 在第一時間tl處獲取的感興趣區域的第一圖像；和 在第一時間tl之后的第二時間t2處獲取的感興趣區域的第二圖像； 其中第一和第二圖像之間的偏移〇約等于M*S*(t2-tl)，并且機器視覺檢測系統被配 置成使得〇不等于nP，其中η為整數。
2. 根據權利要求1的方法，進一步包括操作機器視覺系統以處理多幅圖像，從而去除 偏移〇以便工件在圖像中是相同的，并組合相同的圖像數據以提供具有比相機自身分辨率 允許的更高的分辨率的圖像數據，該相機在機器視覺檢測系統中獲取圖像。
3. 根據權利要求2的方法，其中相同圖像數據的組合基于位置鎖定、運動和定時或相 關性中的至少一個。
4. 根據權利要求1的方法，其中偏移0落在（n+. 2) Ρ < 0 < (n+. 8) Ρ的范圍內。
5. 根據權利要求1的方法，其中偏移0落在（n+. 3) Ρ < 0 < (n+. 7) Ρ的范圍內。
6. 根據權利要求1的方法，其中操作包括在邊緣工具的多圖像模式中。
7. 根據權利要求6的方法，其中邊緣工具包括單圖像模式和多圖像模式，基于放大倍 率和用戶選擇中的至少一個使用多圖像模式。
8. 根據權利要求6的方法，其中邊緣工具包括單圖像模式和多圖像模式，來自多圖像 模式期間拍攝的第一和第二圖像的圖像數據被組合以將分辨率增加到一級別，該級別與單 圖像模式期間利用更高放大倍率和相應地更小的視場得到的單圖像可得到的級別可比較。
9. 根據權利要求1的方法，其中第一和第二圖像包括感興趣區域中工件的邊緣。
10. 根據權利要求9的方法，其中提供第一圖像獲取運動包括定義橫越邊緣的邊緣方 向的運動方向。
11. 根據權利要求10的方法，其中運動方向由運行模式期間部件程序中的運動指令、 計算、或學習模式期間的用戶定義中的至少一個定義。
12. 根據權利要求10的方法，其中定義運動方向包括在學習模式期間確定邊緣方向和 確定橫越所確定的邊緣方向的運動方向。
13. 根據權利要求10的方法，其中定義運動方向進一步包括在部件程序中定義運動方 向。
14. 根據權利要求9的方法，其中基于第一和第二圖像的組合數據確定邊緣位置。
15. 根據權利要求14的方法，其中基于第一和第二圖像的組合數據作出用于確定邊緣 位置的合成圖像。
16. 根據權利要求15的方法，其中合成圖像在學習模式期間被顯示。
17. 根據權利要求1的方法，其中系統在學習模式期間被配置，并且該配置被記錄在部 件程序中。
18. 根據權利要求1的方法，其中利用機器視覺檢測系統的至少第一宏觀運動軸提供 圖像獲取運動。
19. 根據權利要求1的方法，其中（t2-tl)至多為50微秒。
20. 根據權利要求1的方法，其中（t2-tl)至多為5微秒。
21. 根據權利要求1的方法，進一步包括利用具有關于第一時間tl和第二時間t2的定 時的頻閃照明，以獲取第一和第二圖像。
22. 根據權利要求1的方法，其中第一像素間距P是列方向像素間距Py或行方向像素 間距Ρχ中的至少一個，偏移0包括沿相機的列方向具有像素間距Ρχ的分量Οχ和沿相機的 行方向具有像素間距Py的分量〇y。
23. 根據權利要求22的方法，其中第一圖像獲取運動和快速多圖像獲取模式的操作中 的圖像定時被配置成使得偏移分量中的至少一個包括非整數K乘以相應的像素間距。
24. 根據權利要求23的方法，其中非整數K落在（n+. 2) < K < (n+. 8)的范圍內，其中 η是整數。
25. 根據權利要求23的方法，其中非整數Κ落在（n+. 3) < Κ < (η+. 7)的范圍內，其中 η是整數。
26. 根據權利要求1的方法，其中第一和第二圖像包括感興趣區域中的工件的多個邊 緣，并且第一圖像獲取運動包括定義橫越邊緣的邊緣方向的運動方向，而如果作出多個邊 緣工具正在感興趣區域內關于多個邊緣使用的確定，那么為用戶提供選擇以協助運動方向 的確定。
27. 根據權利要求1的方法，其中第一和第二圖像包括感興趣區域中的工件的邊緣，并 且第一圖像獲取運動包括定義橫越邊緣的邊緣方向的運動方向，其中學習模式包括： 測量邊緣； 確定邊緣的角度； 設置運動方向至等于邊緣的角度加上90度的角度；以及 基于運動方向和工具位置參數計算兩個路徑點。
28. 根據權利要求27的方法，其中第一和第二圖像包括感興趣區域中的工件的多個邊 緣，并且如果作出多個邊緣工具正在感興趣區域內關于多個邊緣工具使用的確定，那么學 習模式進一步包括： 確定多個邊緣的角度；和 確定單運動方向是否可以被確定為在離關于多個邊緣的角度的每一個垂直的規定程 度范圍內，如果是，則使用確定的運動方向，如果不是，則添加至少第二運動方向，用于得到 至少第三圖像。
29. -種獲取要用于在工件上進行測量操作的多幅圖像的機器視覺檢測系統，該機器 視覺檢測系統包括： 光學系統，提供放大倍率Μ ; 相機，包括第一像素間距Ρ并且包括快速多圖像獲取模式的操作； 存儲器，存儲編程指令； 處理器，配置為執行編程指令以進行操作，該操作包括： 提供子像素偏移圖像取樣操作，包括： 提供第一圖像獲取運動，包括以第一速度S沿第一方向相對于彼此移動工件和相機之 在圖像獲取運動期間利用快速多圖像獲取模式的操作獲取感興趣區域的多幅圖像，該 多幅圖像包括： 在第一時間tl處獲取的感興趣區域的第一圖像；和 在第一時間tl之后的第二時間t2處獲取的感興趣區域的第二圖像； 其中第一和第二圖像之間的偏移〇大約等于M*S*(t2-tl)，并且機器視覺檢測系統被 配置成使得〇不等于nP，其中η為整數。
30. 根據權利要求29的機器視覺檢測系統，其中操作進一步包括去除偏移以便工件在 圖像中是相同的，并組合相同的圖像數據以提供具有比相機自身分辨率允許的更高的分辨 率的圖像數據，該相機在機器視覺檢測系統中獲取圖像。
31. -種計算機可讀取存儲介質，具有存儲在其上的指令，該指令通過機器視覺檢測系 統中的處理器可執行以進行下述操作： 利用提供放大倍率Μ的機器視覺檢測系統的光學系統提供子像素偏移圖像取樣操作， 子像素偏移圖像取樣操作包括： 提供第一圖像獲取運動，包括以第一速度S沿第一方向相對于彼此移動工件和相機之 一，該相機具有第一像素間距Ρ并且包括快速多圖像獲取模式的操作； 在圖像獲取運動期間利用快速多圖像獲取模式的操作獲取感興趣區域的多幅圖像，該 多幅圖像包括： 在第一時間tl處獲取的感興趣區域的第一圖像；和 在第一時間tl之后的第二時間t2處獲取的感興趣區域的第二圖像； 其中第一和第二圖像之間的偏移〇大約等于M*S*(t2-tl)，并且機器視覺檢測系統被 配置成使得〇不等于nP，其中η為整數。
32. 根據權利要求31的計算機可讀取存儲介質，其中操作包括去除偏移0以便工件在 圖像中是相同的，并組合相同的圖像數據以提供具有比相機自身分辨率允許的更高的分辨 率的圖像數據，該相機在機器視覺檢測系統中獲取圖像。
【文檔編號】G06T7/00GK104101295SQ201410249670
【公開日】2014年10月15日 申請日期:2014年4月4日 優先權日:2013年4月5日
【發明者】P·G·格拉德尼克 申請人:株式會社三豐