[发明专利]图像采集处理设备和图像采集处理方法

说明书

一种图像采集处理设备和方法，用于采集被拍摄物体的多个局部图像并进行拼接，该设备包括：成像相机，用于拍摄被拍摄物体的多个局部图像；设置有定位标记的参照体，所述参照体为至少一个，并与所述成像相机相对固定；定位相机，与所述被拍摄物体相对固定，用于拍摄所述参照体，获取包含至少部分定位标记的定位图像；以及处理单元，用于根据所述定位相机拍摄的多个定位图像拼接所述成像相机拍摄的多个局部图像。本发明以简单的结构实现了图像拼接时的定位问题。

技术领域

本发明涉及图像采集领域，尤其涉及一种图像采集处理设备和图像采集处理方法。

背景技术

在机器视觉、工业检测等应用存在着对大范围高分辨率成像的需求，而相机拍摄的视场大小和分辨率(包括光学分辨率和单个像素对应的实际尺寸)是相互矛盾的指标。例如，在半导体制程工艺中的晶圆表面外观检查，需要对300mm直径的晶圆进行1um分辨能力的高清检查。如果采用2K像素的相机，则单张图片对应的尺寸仅为2mm，无法覆盖300mm的成像范围。

采用多张不同位置拍摄的图像，互相拼接可以获得更大范围的成像，但需要知道图像之间彼此错位的空间位移和旋转的角度。并且此种信息一般需要做到亚像素精度，才能保证无缝、准确地拼接图像。准确、稳定地获取图像之间的错位信息，并基于此信息来拼接图像，用来做大场景高精度成像，是本领域技术人员需要探索的方向。

现有的大场景高精度成像的方案有如下几种：

方案1.采用更高分辨率的相机和成像系统：

如将目前常用的2K像素的相机换成4K，这种方式可以在不影响精度的情况下将成像场景尺寸翻倍。

方案2.采用多个相机拍照：

用多个相机组成相机阵列同时拍照，多张图像拼接可以获得更大的场景；并且在图像之间的彼此错位取决于相机之间的相对位置，可以预先测量和计算得出。

方案3.单个相机在移动平台扫描式拍照，依靠一个或多个位移传感器信息拼接图像：

此种方案原理和扫描仪类似；相机每次曝光对应成像范围的一部分区域；通过驱动装置，在逐个拍照位置拍照采集图像序列。通过图像序列之间的彼此拼接，获得更大的场景。

图像之间的错位信息可以通过高精度的一个或多个一维位移传感器换算得出，图1展示了一种通过移动相机到不同位置拍照，拼接图像获得大场景图像的方案。每个位置传感器可以读取空间中一个直线方向上的绝对或者相对的位置，从而得到拍照位置在一个坐标轴上的坐标；或者读取一个旋转方向上的绝对或者相对的角度。通过综合每个一维传感器的读数，确定拍照时相机的位置与姿态，计算图像之间的错位信息。此种一维传感器可以是直线型光栅编码器、磁栅编码器等，用于获得空间里XYZ轴的读数，也可以是圆形的光电编码器、旋转变压器等，用于读取姿态角度。

此种方法的特征是相机与被拍照物体的相对位置和姿态会发生变化。在实际实现中，既可以固定物体、移动相机，也可以固定相机位置，通过驱动装置移动被拍摄物体。图2示意了一种常见的、通过二维运动机构移动被拍照物体，从而实现平面内的扫描拼接的方案。在该方案中，相机的位置保持恒定，被拍摄的物体放置在y方向驱动装置上，二者相对位置很定。y方向驱动装置放置在x方向驱动装置上，通过电机、导轨、丝杆等运动驱动机构相对x方向驱动装置沿着单方向运动，运动的形成通过y方向传感器读数头读出。类似的，x方向驱动装置放置在固定载台上，沿着x单方向运动，其x方向的形成通过x方向传感器读数头读出。移动物体在不同的x、y位置拍照，获得一系列图片和对应的拍照位置信息；根据x、y信息可以获得图像之间的平移关系，从而实现不同图像的之间的拼接，获得更大场景的图像。

但是，现有的方案均存在各种缺陷：