機器視覺系統(tǒng)中的使用多個光設置的對焦點操作的制作方法
【專利摘要】自動調(diào)整照明條件的方法改進了對焦點(PFF)3D重建的結果?；诹炼葮藴蕘碜詣忧蟪龆鄠€照明水平，并且以各照明水平拍攝圖像棧。在一些實施例中，可以基于在作為針對整個關注區(qū)域的最佳高度的單個全局焦點高度處、而不是針對僅關注區(qū)域中的最暗或最亮圖像像素的最佳焦點高度處所獲取到的試驗曝光圖像來確定光水平及其各自的光設置。使用Z高度質量指標來組合所選擇的各光水平處的3D重建的結果。在一個實施例中，基于在X-Y位置處具有相應的最佳Z高度質量指標值的PFF數(shù)據(jù)點來選擇要與該X-Y位置相關聯(lián)的PFF數(shù)據(jù)點Z高度值。
【專利說明】機器視覺系統(tǒng)中的使用多個光設置的對焦點操作
[0001]相關申請的交叉引用
[0002]本申請要求2011年12月23日提交的美國專利申請61/580，145的優(yōu)先權，在此通過引用包含此公開的全部內(nèi)容。

【技術領域】
[0003]這里公開的實施例通常涉及機器視覺檢查系統(tǒng)，并且更特別地涉及向非專家操作員提供利用對焦深度操作進行的精確且高效的表面形狀檢查的視頻工具和方法。

【背景技術】
[0004]可以利用精密機器視覺檢查系統(tǒng)(或簡稱為“視覺系統(tǒng)”)來獲得被檢查對象的精密尺寸測量并且檢查各種其它對象特征。這種系統(tǒng)可以包括計算機、照相機和光學系統(tǒng)、以及在多個方向上可移動以使得能夠進行工件檢查的精密臺?？梢员碚鳛橥ㄓ谩半x線”精密視覺系統(tǒng)的一個示例性現(xiàn)有技術系統(tǒng)是可商購獲得的quick VIS1N?.系列的基于PC
的視覺系統(tǒng)和可購自位于伊利諾伊州奧羅拉的三豐美國公司(MAC)的qVPAK?軟件。例如，2003 年 I 月出版的 QVPAK 3D CNC Vis1n Measuring Machine User’ s Guide 和 1996年 9 月出版的 QVPAK 3D CNC Vis1n Measuring Machine Operat1n Guide 中大體描述了
QUICK VIS1N?系列的視覺系統(tǒng)和QVPAK?軟件的特征和操作，這些均通過引用全部包含于此。這類系統(tǒng)能夠使用顯微鏡型的光學系統(tǒng)并且使臺移動從而以各種倍率提供小的或相對較大的工件的檢查圖像。
[0005]機器視覺檢查系統(tǒng)通常利用自動化的視覺檢查。美國專利6，542，180 (’ 180專利)教導了這種自動化的視覺檢查的各種方面并且通過引用全部包含于此。如’ 180專利中所教導的，自動化的視頻檢查計量儀器通常具有使得用戶能夠針對各特定工件配置定義自動檢查事件序列的編程能力。例如，這可以通過基于文本的編程、或者經(jīng)由通過存儲與用戶所進行的檢查操作序列相對應的機器控制指令序列來逐漸地“學習”檢查事件序列的記錄模式、或者經(jīng)由這兩種方法的組合來實現(xiàn)。這種記錄模式經(jīng)常稱為“學習模式”或“訓練模式”。一旦在“學習模式”中定義了檢查事件序列，之后就可以在“運行模式”期間使用這種序列來自動獲取(以及附加分析或檢查)工件的圖像。
[0006]包括特定檢查事件序列(即，如何獲取各圖像以及如何分析/檢查各所獲取圖像)的機器控制指令通常存儲為特定工件配置所特有的“部分程序”或“工件程序”。例如，部分程序定義如何獲取各圖像，諸如相對于工件如何定位照相機、以何種照明水平、以何種倍率水平等。此外，部分程序定義例如如何通過利用一個或多個視頻工具來分析/檢查所獲取圖像。
[0007]可以使用視頻工具(或簡稱為“工具”)來進行檢查和/或機器控制操作。視頻工具是向精密機器視覺檢查系統(tǒng)的非專家用戶提供圖像處理和檢查操作的重要且廣為人知的操作和編程輔助。例如，在前面并入的’ 180專利和通過引用全部包含于此的美國專利7，627，162中論述了視頻工具。在學習模式期間，可以針對代表性工件上的特定部分或關注區(qū)域來確定視頻工具的設置參數(shù)和操作(通常稱為“訓練”視頻工具)，并且對這些設置參數(shù)和操作進行記錄以自動并可靠地檢查相似工件。設置參數(shù)通?？梢允褂靡曈X檢查系統(tǒng)軟件的各種圖形用戶界面窗口小部件以及/或者菜單來進行配置。這些工具可以包括例如邊緣/邊界檢測工具、自動調(diào)焦工具、形狀或模式匹配工具和尺寸測量工具等。例如，這些工具常規(guī)用在以上所論述的諸如QUICK VIS1N?系列的視覺系統(tǒng)和相關聯(lián)的(JVPAK?軟件等的各種可商購獲得的機器視覺檢查系統(tǒng)中。
[0008]一種已知類型的視頻工具是“多點工具”或“多點自動調(diào)焦工具”視頻工具。這種工具提供了根據(jù)針對工具的關注區(qū)域內(nèi)的所定義X-Y坐標處的多個子區(qū)域的諸如利用自動調(diào)焦方法等所確定的“最佳焦點”位置所推導出的(沿著照相機系統(tǒng)的光軸和調(diào)焦軸的)Z高度測量值或坐標?？梢詫⒁唤M這樣的x、Y、z坐標稱為點云數(shù)據(jù)或簡稱為點云。通常，根據(jù)現(xiàn)有技術的自動調(diào)焦方法和/或工具，照相機在沿著Z軸(調(diào)焦軸)的位置的范圍內(nèi)移動，并且拍攝各位置處的圖像(稱為圖像棧(image stack))。對于各所拍攝圖像，基于該圖像并且與拍攝到該圖像時照相機沿著Z軸的相應位置有關地，針對各子區(qū)域來計算焦點指標(focus metric)。這樣得到各子區(qū)域的焦點曲線數(shù)據(jù)(還可簡稱為“焦點曲線”或“自動調(diào)焦曲線”)。可以通過使曲線擬合焦點曲線數(shù)據(jù)并且估計擬合曲線的峰值，來求出焦點曲線的與沿著z軸的最佳焦點位置相對應的峰值。這些自動調(diào)焦方法的變形是本領域內(nèi)眾所周知的。例如，在 ISIS Technical Report Series, Vol.17, November 2000 中由 Jan-MarkGeusebroek 和 Arnold Smeulders 所發(fā)表的 “Robust Autofocusing in Microscopy，，中論述了與上述調(diào)焦方法相似的一種已知的自動調(diào)焦方法。在美國專利5，790，710中描述了另一已知的自動調(diào)焦方法和設備，在此通過引用包含其全部內(nèi)容。
[0009]在精密機器視覺檢查系統(tǒng)中經(jīng)常期望微米或亞微米范圍的精度。這對于Z高度測量特別具有挑戰(zhàn)性。與多點工具相同，在確定跨工件表面的一組Z高度測量值時產(chǎn)生特定問題。由于許多原因，對于關注區(qū)域內(nèi)的數(shù)據(jù)點中的至少一部分數(shù)據(jù)點，Z高度精度和可靠度可能差。作為第一示例，在關注區(qū)域的表面強烈彎曲(例如，IC球柵陣列錫球的表面)的情況下，該表面的一些部分處于極端入射角，使得這些部分經(jīng)由光學系統(tǒng)返回很少的光并且在自動調(diào)焦圖像中曝光不足，而該表面的其它部分可能具有小的入射角和高反射性，使得這些部分經(jīng)由光學系統(tǒng)返回過量光并且在自動調(diào)焦圖像中過度曝光。沒有一個圖像曝光適合這種關注區(qū)域的所有部分。曝光不足和過度曝光的子區(qū)域表現(xiàn)出低對比度和/或高圖像噪聲。通過引用全部包含于此的共同受讓的美國授權前公開2011/0133054(’054公開)公開了多點工具的實施例、以及用于(例如，采用點云數(shù)據(jù)的形式)表現(xiàn)可能由于低對比度和/或高圖像噪聲而具有差的可靠性的Z高度測量值的特征的方法。
[0010]已知通過提供多個自動調(diào)焦圖像棧來克服上述問題，其中各圖像棧是用不同的曝光水平而獲取到的。然后，可以在特定子區(qū)域經(jīng)過了最適當曝光的特定圖像棧中確定該子區(qū)域的最佳焦點位置。從位于奧地利Grambach/格拉茨市的Alicona Imaging GmbH可商購獲得一個這種系統(tǒng)。然而，Alicona系統(tǒng)是針對該特定問題的專業(yè)化表面映射系統(tǒng)，并且該系統(tǒng)使用在通用的精密機器視覺檢查系統(tǒng)中可能不可用的特殊硬件和照明。這些專用系統(tǒng)沒有提供在針對通用機器視覺檢查系統(tǒng)進行編程的情況下用于確定何時使用具有不同的曝光水平的多個自動調(diào)焦圖像?；蛴糜诖_定特定曝光水平的足夠靈活的解決方案。相反，已知用于構建具有擴展的景深和擴展的動態(tài)范圍(即，擴展的曝光范圍)的合成照片的圖像融合方法的目的在于進行攝像而不是進行精確的Z高度測量。在可以由非專家用戶可靠地操作以對用于Z高度測量的通用機器視覺檢查系統(tǒng)進行編程的視頻工具的情況下如何實現(xiàn)這些方法、以及這些方法將如何提供出于工業(yè)測量應用的目的的可接受的吞吐量和可靠性，這兩者均并不明確。
[0011]關于上述方法應用至通用精密機器視覺檢察系統(tǒng)，存在如下特定問題:為獲得最佳吞吐量和可靠性，非專家用戶、即不擅長攝像和/或圖像處理領域的用戶通常必須基于特定工件的特性對并入系統(tǒng)的各種多點測量操作和圖像處理方法進行調(diào)整和操作。因而，根據(jù)上述考慮，在對通用機器視覺檢查系統(tǒng)進行編程的情況下，需要非專家用戶可以掌握并操作的用于機器視覺系統(tǒng)的多點Z高度視頻工具根據(jù)需要提供具有不同的曝光水平的適當數(shù)量的自動調(diào)焦圖像棧，并且確定所需的曝光水平。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0012]提供該
【發(fā)明內(nèi)容】
部分是為了以簡化形式介紹以下在【具體實施方式】部分進一步說明的概念的選擇。該
【發(fā)明內(nèi)容】
部分并不意圖指定所請求保護的主題的關鍵特征，也并不意圖輔助確定所請求保護的主題的范圍。
[0013]對機器視覺系統(tǒng)提供基于對焦深度操作的多點視頻工具。該多點視頻工具確定工件上的關注區(qū)域中所包括的多個子區(qū)域的Z高度測量值。該多點視頻工具在需要的情況下提供具有不同曝光水平的適當數(shù)量的自動調(diào)焦圖像棧，并且確定所需的曝光水平，從而針對多個子區(qū)域各自提供曝光良好的圖像棧。在對通用機器視覺檢查系統(tǒng)所用的檢查操作進行編程的情況下，該多點視頻工具由配置成非專家用戶(即，對基礎的光學、數(shù)學和/或圖像處理操作的理解很少或無法理解的用戶)能掌握并操作的簡單用戶界面特征所支持。
[0014]—個實施例的說明可以包括:一種用于操作精密機器視覺檢查系統(tǒng)以確定一組多點Z高度測量數(shù)據(jù)的方法，其中所述一組多點Z高度測量數(shù)據(jù)包括工件上的特定關注區(qū)域中的基于對焦的Z高度測量值，所述精密機器視覺檢查系統(tǒng)包括:攝像部，其包括照相機；可控照明部；調(diào)焦部；控制部，其包括圖像處理器；第一測量模式，用于對工件進行基于多點對焦的Z高度測量，并且包括基于單個圖像棧來針對關注區(qū)域內(nèi)的多個子區(qū)域確定基于多點對焦的Z高度測量值的操作，其中所述單個圖像棧是針對所述單個圖像棧中的各圖像使用相同照明參數(shù)而獲取到的；第二測量模式，用于對工件進行基于多點對焦的Z高度測量，并且包括基于多個圖像棧來針對關注區(qū)域內(nèi)的多個子區(qū)域確定所述基于多點對焦的Z高度測量值的操作，其中第一圖像棧是使用滿足所述關注區(qū)域中的圖像像素的暗度限制標準并且對于所述第一圖像棧中的各圖像均相同的暗度限制照明參數(shù)所獲取到的，并且第二圖像棧是使用滿足所述關注區(qū)域中的圖像像素的亮度限制標準并且對于所述第二圖像棧中的各圖像均相同的亮度限制照明參數(shù)而獲取到的；用戶界面，其包括圖像顯示器和圖形用戶界面即GUI ;以及多點Z高度測量工具，其包括:所述第二測量模式；所述關注區(qū)域中的圖像像素的所述亮度限制標準；所述關注區(qū)域中的圖像像素的所述暗度限制標準；以及多點GUI元件，其包括關注區(qū)域指示器；以及所述方法包括以下步驟:進行所述精密機器視覺檢查系統(tǒng)的操作，包括:獲取工件上的所述特定關注區(qū)域的圖像；啟動多點Z高度測量工具的實例；以及在所獲取圖像中定義關注區(qū)域；進行所述多點Z高度測量工具的所述實例的與所述第二測量模式相對應的自動操作，包括:(a)使所述攝像部自動聚焦于所述關注區(qū)域的全局最佳焦點高度處的操作，其中所述全局最佳焦點高度是基于使用一組初步照明參數(shù)所獲取到的圖像棧并且基于根據(jù)整個關注區(qū)域所確定的焦點指標而確定的，(b)對在所述全局最佳焦點高度處所獲取到的圖像進行分析以及對所述照明參數(shù)進行調(diào)整以確定滿足所述關注區(qū)域中的圖像像素的所述亮度限制標準的亮度限制照明參數(shù)的操作，以及
(c)對在所述全局最佳焦點高度處所獲取到的圖像進行分析以及對所述照明參數(shù)進行調(diào)整以確定滿足所述關注區(qū)域中的圖像像素的所述暗度限制標準的暗度限制照明參數(shù)的操作。
[0015]在一些實施例中，所述方法還可以包括:在運行模式期間在部分程序指令的控制下進行所述精密機器視覺檢查系統(tǒng)的操作，并且所述方法還包括以下步驟:獲取包括所述關注區(qū)域的多個圖像棧，其中所述多個圖像棧至少包括使用所確定的暗度限制照明參數(shù)所獲取到的第一圖像棧和使用所確定的亮度限制照明參數(shù)所獲取到的第二圖像棧；以及基于所述多個圖像棧來針對所述關注區(qū)域內(nèi)的多個子區(qū)域各自確定基于多點對焦的Z高度測量值。在一些實施例中，多個圖像棧可以包括使用提供與第一圖像棧和第二圖像棧所使用的照度水平相比為中間水平的照度的一組照明參數(shù)所獲取到的一個或多個附加圖像棧。在一些實施例中，所述多個圖像棧包括使用所述一組初步照明參數(shù)所獲取到的圖像棧。
[0016]在一些實施例中，所述方法還可以包括基于多個圖像棧來針對關注區(qū)域內(nèi)的多個子區(qū)域確定基于多點對焦的Z高度測量值的操作，并且這些操作針對多個子區(qū)域各自可以包括:針對所述多個子區(qū)域各自確定所述基于多點對焦的Z高度測量值包括以下步驟:針對所述多個圖像棧各自確定該子區(qū)域的Z高度質量指標；以及基于所述多個圖像棧中的提供最佳Z高度質量指標的圖像棧來確定該子區(qū)域的基于對焦的Z高度測量值。
[0017]在一些實施例中，所述方法還可以包括以下步驟:在運行模式期間，在部分程序指令的控制下進行所述方法的至少一部分。
[0018]在一些實施例中，所述方法還可以包括在學習模式期間進行所述方法的至少一部分，并且還可以包括記錄與所述多點Z高度測量工具的當前實例相對應的部分程序指令，所述部分程序指令可用于進行包括以下步驟的操作:獲取包括所述關注區(qū)域的多個圖像棧，其中所述多個圖像棧至少包括使用所確定的暗度限制照明參數(shù)所獲取到的第一圖像棧和使用所確定的亮度限制照明參數(shù)所獲取到的第二圖像棧；以及基于所述多個圖像棧來針對所述關注區(qū)域內(nèi)的多個子區(qū)域各自確定基于多點對焦的Z高度測量值，其中該確定針對各子區(qū)域包括:針對所述多個圖像棧各自確定該子區(qū)域的Z高度質量指標；以及基于所述多個圖像棧中的提供最佳Z高度質量指標的圖像棧來確定該子區(qū)域的基于對焦的Z高度測量值。
[0019]在一些實施例中，所述方法還可以包括在學習模式期間進行所述精密機器視覺檢查系統(tǒng)的操作，其中:在獲取所述特定關注區(qū)域的圖像的步驟中，所述工件是代表性的工件，并且該步驟包括將所獲取圖像顯示在所述圖像顯示器上；啟動多點Z高度測量工具的實例的步驟包括將所述多點Z高度測量工具的多點GUI元件顯示在所述圖像顯示器中；以及在所述所獲取圖像中定義關注區(qū)域的步驟包括通過將所述多點GUI元件的關注區(qū)域指示器定位成包圍所述特定關注區(qū)域來在所顯示的圖像中定義關注區(qū)域。
[0020]各種實施例的另一說明可以包括:一種用于操作精密機器視覺檢查系統(tǒng)來確定包括對工件的基于對焦的Z高度測量值的一組Z高度測量數(shù)據(jù)的方法，所述精密機器視覺檢查系統(tǒng)包括用戶界面、包含照相機的攝像部、可控照明部、調(diào)焦部以及包含圖像處理器的控制部，所述方法包括以下步驟:(a)操作所述精密機器視覺檢查系統(tǒng)來定義所述工件上的用于進行對焦點操作的關注區(qū)域；(b)操作所述精密機器視覺檢查系統(tǒng)來定義與N個圖像棧相關聯(lián)的各自的N個照明矢量，其中所述N個圖像棧包括包含所述關注區(qū)域并且具有在所定義的Z高度范圍內(nèi)的不同的焦點Z高度的圖像，其中N至少為2，并且定義各自的所述N個照明矢量包括以下步驟:(bl)定義各自的第一照明矢量以使得滿足第一亮度標準，其中在第一亮度標準中，所述關注區(qū)域中的最亮像素位置包括所述照相機的亮度范圍的上部25%內(nèi)的亮度值；以及使得如在具有所述Z高度范圍中的各自的焦點Z高度并且具有與各自的所述第一照明矢量相對應的圖像曝光水平的至少第一圖像中所確定的，將所述關注區(qū)域中的亮度值為亮度上限以上的最亮像素位置的第一數(shù)量限制為所述關注區(qū)域中的像素位置的第一小比例；以及(b2)定義各自的第二照明矢量以使得滿足第二亮度標準，其中在第二亮度標準中，如在具有所述Z高度范圍中的各自的焦點Z高度并且具有與各自的所述第二照明矢量相對應的圖像曝光水平的至少第二圖像中所確定的，將所述關注區(qū)域中的亮度值為亮度下限以下的最暗像素位置的第二數(shù)量限制為所述關注區(qū)域中的像素位置的第二小比例；以及(c)進行操作(Cl)和(c2)的組中的至少一個操作，其中:(Cl)包括以下步驟:在檢查相應工件上的相應關注區(qū)域的情況下，將各自的所述N個照明矢量與部分程序相關聯(lián)地進行存儲以供隨后使用，其中所述部分程序包括用于進行包括以下步驟的操作的指令:基于各自的所述N個照明矢量來獲取N個圖像棧；判斷所述N個圖像棧中的哪個圖像棧在各對焦點數(shù)據(jù)點位置處具有最佳Z高度質量指標；以及提供根據(jù)所述圖像棧推導出的Z高度測量數(shù)據(jù)，以使得在各對焦點數(shù)據(jù)點位置處，將與具有最佳Z高度質量指標的圖像棧關聯(lián)的Z高度測量值識別為在該對焦點數(shù)據(jù)點位置處的Z高度測量值；以及(c2)包括以下步驟:操作所述精密機器視覺檢查系統(tǒng)來基于各自的所述N個照明矢量獲取N個圖像棧；判斷所述N個圖像棧中的哪個圖像棧在各對焦點數(shù)據(jù)點位置處具有最佳Z高度質量指標；以及提供根據(jù)所述圖像棧所推導出的Z高度測量數(shù)據(jù)，以使得在各對焦點數(shù)據(jù)點位置處，所述Z高度測量值基于在該對焦點數(shù)據(jù)點位置處具有最佳Z高度質量指標的圖像棧。
[0021]在一些實施例中，在步驟(bl)中，如在具有所述Z高度范圍中的各自的焦點Z高度并且具有與各自的第一照明矢量相對應的圖像曝光水平的多個第一圖像中所確定的，將所述關注區(qū)域中的亮度值為亮度上限以上的最亮像素位置的第一數(shù)量限制為所述關注區(qū)域中的像素位置的第一小比例；以及在步驟(b2)中，如在具有所述Z高度范圍中的各自的焦點Z高度并且具有與各自的所述第二照明矢量相對應的圖像曝光水平的多個第二圖像中所確定的，將所述關注區(qū)域中的亮度值為亮度下限以下的最暗像素位置的第二數(shù)量限制為所述關注區(qū)域中的像素位置的第二小比例。
[0022]在一些實施例中，在步驟(bl)中，所述至少第一圖像由所述第一圖像構成，并且在步驟(b2)中，所述至少第二圖像由所述第二圖像構成。在一些實施例中，所述第一圖像和所述第二圖像各自的焦點Z高度是不同的。在一些實施例中，所述第一圖像和所述第二圖像各自的焦點Z高度是相同的。
[0023]在一些實施例中，步驟(b)包括進行包括以下步驟的操作:定義所述Z高度范圍；使用初步照明矢量獲取初步圖像棧，所述初步圖像棧包括在所述Z高度范圍內(nèi)的多個相應焦點Z高度處的多個圖像；基于所述初步圖像棧來確定峰值焦點Z高度；以及使用所述峰值焦點Z高度作為所述第一圖像和所述第二圖像各自的焦點Z高度。在一些實施例中，定義各自的所述第一照明矢量包括:使用各自的照明矢量來迭代地分析在所述峰值焦點Z高度處所獲取到的各圖像，直到識別出滿足所述第一亮度標準的各自的至少第一圖像為止，以及使用與各自的該至少第一圖像相對應的各照明矢量作為各自的所述第一照明矢量；以及定義各自的第二照明矢量包括:使用各自的照明矢量來迭代地分析在所述峰值焦點Z高度處所獲取到的各圖像，直到識別出滿足所述第二亮度標準的至少第二圖像為止，以及使用與各自的該至少第二圖像相對應的各照明矢量作為各自的所述第二照明矢量。
[0024]在一些實施例中，該方法可被表征為自動調(diào)整照明條件以改進基于對焦(對焦點或PFF)的3D表面分布重建的結果。在一個實施例中，該方法自適應地確定多個圖像棧和相應的光設置以用于數(shù)據(jù)獲取。將所確定的數(shù)量的圖像棧和相應的光設置記錄在如下程序中，其中該程序獲取相應光設置處的多個圖像棧，并且基于X-Y位置處的多個圖像棧中的具有相應的最佳Z高度質量指標值的PFF數(shù)據(jù)點來選擇要與該X-Y位置相關聯(lián)的PFF數(shù)據(jù)點值。在一些實施例中，可以基于亮度標準來自動求出多個照明水平(例如，至少兩個，并且在一些實施例中為三個照明水平以上)?？梢垣@取多個圖像棧(例如，各照明水平處一個圖像棧)，并且可以使用Z高度質量指標來有效地組合所選擇的各光水平處的結果以提供3D表面分布重建。應當理解，特別是在被測量區(qū)域包含寬范圍的表面角度(諸如可能引起可能超過照相機的動態(tài)范圍的照度變化的角度等)的情況下，自動光調(diào)整可以使得能夠與單一光設置相比更多的表面點的3D重建。
[0025]在本發(fā)明的另一方面的一個實施例中，在一個實現(xiàn)中，該方法通過以第一個用戶所選擇的或標準的光設置來拍攝第一個圖像棧而開始。然后針對該圖像棧確定峰值焦點位置。然后使臺移動至峰值焦點位置。然后確定在峰值焦點位置處僅產(chǎn)生幾個飽和或“亮”像素的較低光設置。然后確定在峰值焦點位置處僅產(chǎn)生幾個“暗”像素的較高光設置。然后判斷較低光設置和較高光設置之間(或這些設置和初始光設置之間)的差是否極大。如果針對較低光設置和較高光設置各自、這些差極大，則以較低光設置和較高光設置各自獲取到相應的圖像棧，否則可以利用初始或折衷的光設置。
[0026]在本發(fā)明的另一方面的一個實施例中，在一個特定實現(xiàn)中，可以自動確定較低和較高的光水平設置，從而使各圖像棧中的“過亮”區(qū)域和“過暗”區(qū)域最小。可以根據(jù)哪些像素在所確定的特定灰度水平以上還是以下來判斷將哪些像素分類為過亮(例如，過飽和)還是過暗。然后，在關注區(qū)域內(nèi)的總像素數(shù)中的指定數(shù)量或百分比為所指定的過亮/過暗水平的情況下，可以將光水平搜索視為完成。在一個特定示例實施例中，可以根據(jù)總像素數(shù)中的指定小百分比的像素何時過亮來選擇期望的“低”照明水平，而可以根據(jù)總像素數(shù)中的指定小百分比的像素何時過暗來選擇期望的“高”照明水平。
[0027]在本發(fā)明的另一方面的一個實施例中，在一個特定示例實施例中，關于使圖像棧中的“過亮”表面區(qū)域最少的較低光設置的確定包括定義各自的第一照明矢量，以使得:滿足第一亮度標準，其中關注區(qū)域內(nèi)的最亮像素位置包括照相機的亮度范圍的上部百分比(例如，上部25%)中的亮度值；以及將關注區(qū)域內(nèi)的亮度值為亮度上限以上的最亮像素位置的第一數(shù)量限制為關注區(qū)域內(nèi)的總圖像像素數(shù)的第一小比例(例如，0.1%)。為了確定使圖像棧中的“過暗”表面區(qū)域的數(shù)量最小的較高光設置，定義各自的第二照明矢量，以使得滿足第二亮度標準，其中將關注區(qū)域內(nèi)的亮度值為亮度下限以下的暗像素位置的第二數(shù)量限制為第二小比例(例如，0.1%)0
[0028]在本發(fā)明的另一方面的一個實施例中，根據(jù)所確定的較低光設置和較高光設置的性能，可以連同部分程序一起保存并存儲這些設置或者可以不保存和存儲。換句話說，根據(jù)照明條件，可以使用僅一個照明水平集或不使用附加照明水平集(例如，如果用戶指定的或標準的照明水平提供充足的表面照度、以使得“過亮”或“過暗”像素足夠少，則算法可以不保存任何附加照明水平集)。
[0029]在本發(fā)明的另一方面的一個實施例中，為了確定期望光水平的目的而從初步圖像棧中選擇單個圖像(即，與代表性的Z位置相對應)。在一個實現(xiàn)中，可以應用標準銳度(例如，對比度)度量以從該初步圖像棧中求出代表性圖像。在該處理中，可以使用多點對焦點視頻工具的整個關注區(qū)域(與僅小的局部關注區(qū)域相對)來計算該度量。換句話說，在特定實現(xiàn)中，可以依賴單個圖像(即，臺要移動至的單個Z位置)來確定照明調(diào)整如何改變表面的照度。然后，可以在算法的調(diào)整循環(huán)中重復且快速地拍攝并分析指定Z位置處的該單個“實時”照相機圖像。
[0030]本領域許多技術人員將假定，對于可靠結果需要進行如下的光設置的方法，其中在該方法中，首先設置焦點，以使得僅(或至少)良好地聚焦于圖像的暗部分以調(diào)整該暗部分的照明，其次設置焦點，以使得僅(或至少)良好地聚焦于圖像的亮部分以調(diào)整該亮部分的照明。然而，與這種方法相對比，已經(jīng)通過實驗確定了以下:對于許多種工業(yè)工件，在針對使用標稱水平的照度(例如，如由操作員/觀察員所設置的提供關注區(qū)域的主觀“良好”圖像的照度、或者標稱自動確定的光水平)所獲取到的圖像棧中的關注區(qū)域提供最高(或近似最高)的整體銳度或對焦測量值的Z高度處所獲取到的圖像趨于是用于設置亮部光水平和暗部光水平這兩者的適當或甚至最佳的圖像。優(yōu)選該方法，但在各實施例中并非必須的。在一個替代實施例中，對于用于求出較低光設置的調(diào)整的第一階段，可以選擇具有最大數(shù)量的“過亮”像素的圖像(即，指定Z高度)，并且對于用于求出較高光設置的調(diào)整的第二階段，可以選擇具有最大數(shù)量的“過暗”像素的圖像(即，指定Z高度)。然而，如上所示，在特定實現(xiàn)中，與利用在關注區(qū)域中具有最高的高“平均”銳度的單個圖像(即，單個Z位置)的技術相比，該雙重圖像調(diào)整技術的結果已通過實驗被判斷為是不太有利的。
[0031]在本發(fā)明的另一方面的一個實施例中，光水平的設置可以包括針對多個個體光的多個設置。在一個特定示例實施例中，單獨可調(diào)整的光可以包括諸如同軸、臺、環(huán)形光的四個區(qū)段、環(huán)形光位置等的光。在另一實施例中，為了在搜索光設置期間實現(xiàn)高效，可以將照明調(diào)整限制為所選擇的數(shù)量的個體光(例如，僅同軸和/或臺等)。
[0032]在本發(fā)明的另一方面的一個實施例中，在一個實施例中，可以僅在學習模式期間進行針對附加光設置的搜索。由于以下原因而可以這樣做:針對不同光設置的搜索可能相當耗時(例如，約I分鐘的量級)，使得在運行模式期間進行光設置可能是低效的。一旦在學習模式期間建立了光設置，則將這些光設置存儲在部分程序中，然后在運行模式期間使用以在無需針對新的光設置進行附加搜索的情況下拍攝多個圖像棧。因而，與在運行模式期間搜索附加光設置所需的附加時間相對比，在這種實現(xiàn)中在運行模式期間僅需的附加時間是為了拍攝并分析附加圖像棧所花費的時間。應當理解，通過如此在學習模式期間自適應地確定多個圖像棧和相應的光設置、然后在運行模式期間使用這些參數(shù)，提供了快速且高效的方法。在替代實施例中，在特定情形下，可以實現(xiàn)動態(tài)運行模式，其中可以在運行模式期間進行附加光設置的搜索。在努力以在運行模式期間進行附加光設置的搜索所需的附加時間為代價來提高運行模式結果的精度時，可以使用這種實現(xiàn)。
[0033]在本發(fā)明的另一方面的一個實施例中，可以利用Z高度質量指標來判斷應使用哪些數(shù)據(jù)來進行表面重建(即，用于根據(jù)以變化的光設置所拍攝到的多個圖像棧來組合3D重建的結果)。換句話說，在以變化的光設置拍攝多個圖像棧以產(chǎn)生表面的3D重建的情況下，對于給定像素(例如，X-Y面內(nèi)的給定表面位置)，可以根據(jù)多個圖像棧中的具有最高的Z高度質量指標的圖像棧來選擇銳度曲線。將該特征與這里所公開的針對多個圖像棧的光設置的方法相組合使用提供了在這里所公開的多點視頻工具中測量Z高度的特別精簡且快速但可靠的方法。
[0034]在本發(fā)明的另一方面的一個實施例中，在一個實施例中，通?？梢詫高度質量指標定義為基于由焦點峰值確定數(shù)據(jù)集表示的代表性峰值高度和代表性噪聲水平或“噪聲聞度”之間的關系(例如，比率或商)的指標。在一個特定實現(xiàn)中，可以將Z聞度質量指標定義為如下比率，其中該比率為焦點峰值確定數(shù)據(jù)集(或焦點峰值確定數(shù)據(jù)集的擬合曲線)的最大值一焦點峰值確定數(shù)據(jù)集(或焦點峰值確定數(shù)據(jù)集的擬合曲線)的基線值+焦點峰值確定數(shù)據(jù)集的估計噪聲值。在特定實現(xiàn)中，可以將焦點峰值確定數(shù)據(jù)集的基線估計為其中值，其中該集合中的大部分值可能接近基線并且通常在焦點峰值的區(qū)域中可能出現(xiàn)相對少量的值。例如，這種焦點峰值確定數(shù)據(jù)集可以與包括分布在以最佳焦點位置為中心的相對較大的Z高度范圍內(nèi)的相對大量圖像(例如，100個圖像)的圖像棧相對應。在特定實現(xiàn)中，可以將估計噪聲值確定為相對于焦點峰值確定數(shù)據(jù)集的中值的中值絕對差。
[0035]在本發(fā)明的另一方面的一個實施例中，在一個特定示例實現(xiàn)中，用于計算Z高度質量指標的特定等式可以具有如下分子，其中該分子包括最大對比度值減去作為各對比度曲線中的所有對比度值的中值的基線對比度值。該等式的分母可以包括對比度曲線的所有對比度值和基線對比度值之間的差的絕對偏差的中值。應當理解，在該等式中，分母通常估計曲線的噪度。大的噪聲(即，相對于基線的大的中值絕對偏差)表示較低的焦點質量。
[0036]在本發(fā)明的另一方面的一個實施例中，盡管可以基于亮度標準來組合/選擇各種照亮的圖像棧，但在特定實現(xiàn)中，利用Z高度質量指標作為組合/選擇標準提供了優(yōu)良結果。利用Z高度質量指標作為該標準的一個顯著優(yōu)點是使選擇光水平更加容錯，這是因為使用Z高度質量指標作為選擇基礎與使用亮度標準進行選擇相比通常更全面、更具相關性且更具魯棒性。另外，還可以存儲特定焦點質量元數(shù)據(jù)并用于后續(xù)應用。
[0037]在一些實施例中，在提供基于提供具有照明的多個圖像棧的多點Z高度測量值和基于這里所公開的教導的分析的模式下工作的多點Z高度測量工具還可以在提供先前已知的操作的模式下工作，其中使用單個圖像棧和單一光設置來提供多點Z高度測量值。可以使用與多點Z高度測量工具相關聯(lián)的GUI元件來選擇模式。在一些實施例中，用戶可以判斷多點Z高度測量工具是以強調(diào)“較高精度”的模式(其中，在花費數(shù)據(jù)獲取時間和/或執(zhí)行時間的情況下，可以在一些子區(qū)域中設置具有更理想照明的圖像棧)還是以強調(diào)“較高速度”的模式(其中，可以在一些子區(qū)域中設置提供不太理想照明的圖像棧)進行工作。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0038]通過參考以下結合附圖所進行的詳細說明，將更加容易地解釋和更好地理解本發(fā)明的實施例的前述方面以及許多隨之而來的優(yōu)點，其中:
[0039]圖1是示出通用精密機器視覺檢查系統(tǒng)的各種典型組件的圖；
[0040]圖2是圖1的機器視覺檢查系統(tǒng)的控制系統(tǒng)部和視覺組件部的框圖；
[0041]圖3是利用單一光設置所拍攝到的復雜物體的表面的圖像的圖；
[0042]圖4A?4C是利用變化的光設置所拍攝到的圖3的復雜物體的表面的圖像的圖；
[0043]圖5A和5B分別是示出代表高焦點質量值和低焦點質量值的曲線的圖表；
[0044]圖6是利用變化的光設置所拍攝到的一系列示意性表示的可變焦點圖像棧的圖；
[0045]圖7A和7B是示出Z高度測量工具用戶界面的一個實施例的各種特征的圖；
[0046]圖8A?8D是示出與Z高度測量工具用戶界面的一個實施例有關的各種設置的圖，其中該Z高度測量工具用戶界面包括與利用多個圖像棧和多個照明矢量有關的參數(shù)；
[0047]圖9A和9B是例示示出用于利用多個圖像棧和多個照明矢量來進行Z高度測量的一個實施例的示例例程的流程圖；
[0048]圖10是示出用于在僅利用單一圖像和單一 Z高度的情況下搜索多個照明矢量的示例例程的流程圖；
[0049]圖1lA和IlB是例示示出用于利用多個圖像棧和多個照明矢量來進行Z高度測量的另一實施例的示例例程的流程圖；
[0050]圖12是例示示出圖9、10或11的例程內(nèi)的用于確定照明參數(shù)的操作的一個實施例的示例例程的流程圖；
[0051]圖13是示出包括與利用多個圖像棧和光設置的Z高度測量工具相關聯(lián)的各種特征的機器視覺檢查系統(tǒng)用戶界面顯示的一個實施例的圖；以及
[0052]圖14是例示示出所并入的’ 054公開所述的、可用于對利用這里所公開的多點Z高度測量工具所分析的多個圖像棧各自進行分析的操作的一個實施例的示例例程的流程圖?？梢允褂脠D14所示的Z高度指標作為圖9或11的例程中的Z高度質量指標。

【具體實施方式】
[0053]圖1是可用在一個實施例中的一個示例性機器視覺檢查系統(tǒng)10的框圖。該機器視覺檢查系統(tǒng)10包括視覺測量機12，其中該視覺測量機12被可操作地連接以與控制計算機系統(tǒng)14交換數(shù)據(jù)和控制信號?？刂朴嬎銠C系統(tǒng)14被進一步可操作地連接以與監(jiān)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(shù)據(jù)和控制信號。監(jiān)視器或顯示器16可以顯示適合對機器視覺檢查系統(tǒng)10的操作進行控制和/或編程的用戶界面。
[0054]視覺測量機12包括可移動工件臺32和可包括變焦透鏡或可更換透鏡的光學成像系統(tǒng)34。變焦透鏡或可更換透鏡通常為光學成像系統(tǒng)34所提供的圖像提供各種倍率。機器視覺檢查系統(tǒng)10大體上相當于上述quick VIS1N?系列的視覺系統(tǒng)和QVPAK?軟件、以及類似的最新型可商購獲得的精密機器視覺檢查系統(tǒng)。在2008年12月23日提交的共同受讓的美國專利7，454，053以及共同待審且共同受讓的美國專利8，111，938中也描述了機器視覺檢查系統(tǒng)10，其中這些專利各自通過引用全部包含于此。在2003年8月4日提交的共同待審且共同受讓的美國授權前公開2005/0031191和2004年3月25日提交的美國專利7，324，682中也更為詳細地描述了視覺測量機和控制系統(tǒng)的各種方面，其中這些公開和專利各自也通過引用全部包含于此。
[0055]圖2是一個實施例中的機器視覺檢查系統(tǒng)100的控制系統(tǒng)部120和視覺組件部200的框圖。如以下將更詳細地說明，利用控制系統(tǒng)部120來控制視覺組件部200。視覺組件部200包括光學組件部205，光源220、230和240，以及具有中央透明部212的工件臺210。工件臺210是可以沿著X軸和Y軸可控制地移動的，其中X軸和Y軸位于與可以定位工件20的臺的表面大體平行的面內(nèi)。光學組件部205包括照相機系統(tǒng)260、可更換物鏡250，并且可以包括同軸光源230以及具有透鏡286和288的轉臺透鏡組件280。作為轉臺透鏡組件的替代，可以包括固定的或可手動更換的倍率改變透鏡或變焦透鏡結構等。如以下進一步所述，通過使用可控馬達294，光學組件部205沿著與X軸和Y軸大體垂直的Z軸可控制地移動。
[0056]將要使用機器視覺檢查系統(tǒng)100來攝像的工件20放置在工件臺210上。臺燈220、同軸燈230和表面燈240中的一個或多個可以分別發(fā)射源光222、232或242，以對工件20進行照明。該源光被反射或透射作為工件光255，其中該工件光255穿過可更換物鏡250和轉臺透鏡組件280并且被照相機系統(tǒng)260收集。將照相機系統(tǒng)260所拍攝到的工件20的圖像在信號線262上輸出至控制系統(tǒng)部120。光源220、230和240可以分別經(jīng)由信號線或總線221、231和241與控制系統(tǒng)部120連接。為了改變圖像倍率，控制系統(tǒng)部120可以經(jīng)由信號線或總線281使轉臺透鏡組件280沿著軸284轉動，以選擇轉臺透鏡。
[0057]在各種典型實施例中，光學組件部205使用可控馬達294相對于工件臺210在垂直Z軸方向上可移動，其中可控馬達294驅動致動器或連接線纜等以使光學組件部205沿著Z軸移動從而改變照相機系統(tǒng)260所拍攝到的工件20的圖像的焦點。如這里所使用的術語Z軸指期望用于使光學組件部205所獲得的圖像聚焦的軸?？煽伛R達294在使用的情況下，經(jīng)由信號線296與輸入/輸出接口 130連接。
[0058]如圖2所示，在各種典型實施例中，控制系統(tǒng)部120包括控制器125、輸入/輸出接口 130、存儲器140、工件程序生成器和執(zhí)行器170、以及電源部190。這些組件各自以及以下所述的附加組件可以經(jīng)由一個或多個數(shù)據(jù)/控制總線和/或應用程序編程接口、或者通過各元件之間的直接連接來互連。
[0059]輸入/輸出接口 130包括攝像控制接口 131、運動控制接口 132、照明控制接口 133和透鏡控制接口 134。運動控制接口 132可以包括位置控制元件132a和速度/加速度控制元件132b。然而，應當理解，在各種典型實施例中，這些元件可以進行合并和/或不進行區(qū)分。照明控制接口 133包括照明控制元件133a?133η，其中這些照明控制元件133a?133η在可應用的情況下，針對機器視覺檢查系統(tǒng)100的各種相應光源，進行例如選擇、功率、接通/斷開開關和選通脈沖定時的控制。
[0060]存儲器140包括圖像文件存儲器部141、可具有一個或多個部分程序等的工件程序存儲器部142、以及視頻工具部143。視頻工具部143包括工具部143a和其它相似工具部，其中這些其它相似工具針對各相應工具來確定⑶1、圖像處理操作等。視頻工具部143還包括關注區(qū)域生成器143x，其中該關注區(qū)域生成器143x支持對視頻工具部143所包括的各種視頻工具中可操作的各種ROI進行定義的自動、半自動和/或手動操作。
[0061]視頻工具部143還包括Z高度測量工具部143g，其中如以下更詳細地所述，該Z高度測量工具部143g提供與Z高度測量操作有關的各種操作和特征。在一個實施例中，Z高度測量工具部143g可以包括Z高度工具143ga和Z高度工具模式控制件143gb。Z高度工具143ga可以包括多區(qū)域自動調(diào)焦工具143gaa、多點自動調(diào)焦工具143gab和白光干涉測量工具143gac。Z高度工具模式控制件143gb可以包括多個圖像棧和多個照明矢量控制部143gba和Z高度質量確定部143gbb。
[0062]簡言之，Z高度測量工具部143g可以進行與已知的Z高度測量工具相似的至少一部分操作、例如以學習模式和運行模式進行用于生成焦點曲線的全部或一部分并求出其峰值作為最佳焦點位置的操作。以下更詳細地說明作為本發(fā)明的主題的附加的Z高度測量工具操作。
[0063]如以下更詳細地說明，在將利用多個照明矢量所拍攝到的多個圖像棧用于提高被測量面的重建的精度的一個實施例中，多圖像棧和多照明矢量控制部143gba進行工作。在一個實施例中，基于亮度標準來自動求出多個照明水平(例如，兩個、三個或更多個照明水平)，并且使用Z高度質量指標將所選擇的各光水平下的3D構造的結果(例如，最多為三個圖像棧)有效地組合。Z高度質量指標由Z高度質量確定部143gbb來確定，并且可以針對特定關注區(qū)域進行定義。在一些實施例中，關注區(qū)域或子區(qū)域可以包括被定義為與各個像素位置相對應或表示各個像素位置的一小組像素。
[0064]對于Z高度測量工具部143g，替代結構也是可能的。例如，Z高度工具143ga可以提供附加的Z高度測量工具元件，并且模式控制部143gb可以提供以依賴期望哪種工具行為的方式對Z高度測量工具元件的用戶界面和相互關系進行管理的操作。更一般地，可以以結合機器視覺檢查系統(tǒng)100可工作的任何現(xiàn)在已知或隨后研發(fā)的形式實現(xiàn)這里所公開的實施例，以提供這里所公開的與Z高度測量操作有關的特征。
[0065]通常，存儲器部140存儲可用于使視覺系統(tǒng)組件部200進行工作以拍攝或獲取工件20的圖像的數(shù)據(jù)，以使得所獲取的工件20的圖像具有期望的圖像特性。存儲器部140還存儲檢查結果數(shù)據(jù)，還可以存儲可用于以手動或自動方式(例如，部分作為視頻工具所實現(xiàn)的)使機器視覺檢查系統(tǒng)100進行工作以對所獲取圖像進行各種檢查和測量操作以及經(jīng)由輸入/輸出接口 130輸出結果的數(shù)據(jù)。存儲器部140還可以包含定義經(jīng)由輸入/輸出接口 130可操作的圖形用戶界面的數(shù)據(jù)。
[0066]臺燈220、同軸燈230以及表面燈240各自的信號線或總線221、231和241全部與輸入/輸出接口 130連接。來自照相機系統(tǒng)260的信號線262和來自可控馬達294的信號線296與輸入/輸出接口 130連接。除輸送圖像數(shù)據(jù)以外，信號線262還可以輸送來自控制器125的用于啟動圖像獲取的信號。
[0067]一個或多個顯示裝置136和一個或多個輸入裝置138也可以與輸入/輸出接口130連接?？梢允褂蔑@示裝置136和輸入裝置138來進行以下操作:顯示可以包括可用于進行檢查操作以及/或者創(chuàng)建和/或修改部分程序的各種圖形用戶界面(GUI)特征的用戶界面；查看照相機系統(tǒng)260所拍攝到的圖像；以及/或者直接控制視覺系統(tǒng)組件部200。在具有預定義的部分程序(或工件程序)的全自動化系統(tǒng)中，可以省略顯示裝置136和/或輸入裝置138。
[0068]在各種典型實施例中，在用戶利用機器視覺檢查系統(tǒng)100創(chuàng)建工件20的部分程序時，用戶通過使用工件編程語言以自動、半自動或手動方式對部分程序指令進行明確編碼來生成這些指令，或者通過以學習模式操作機器視覺檢查系統(tǒng)100來生成這些指令以提供期望的圖像獲取訓練序列。例如，訓練序列可以包括:定位視場(FOV)中的工件特征；設置光水平；調(diào)焦或自動調(diào)焦；獲取圖像；以及提供應用于圖像的檢查訓練序列(例如，使用視頻工具)。學習模式運行，以使得這些序列被捕獲并轉換成相應的部分程序指令。在執(zhí)行部分程序的情況下，這些指令將使機器視覺檢查系統(tǒng)再現(xiàn)訓練后的圖像獲取和檢查操作以對與在創(chuàng)建部分程序時所使用的工件相匹配的一個或多個工件進行自動檢查。
[0069]用于檢查工件圖像中的特征的這些分析和檢查方法通常在存儲器140的包括Z高度測量工具部143g的視頻工具部143內(nèi)所包括的各種視頻工具中實現(xiàn)。在以上論述的諸如
QUICK VIS1N?系列的視覺系統(tǒng)和相關聯(lián)的QVPAK?軟件等的可商購獲得的機器視覺檢查系統(tǒng)中包括許多已知的視頻工具(或簡稱為“工具”)。
[0070]如前面概述和以下更詳細地所述，諸如Z高度工具143ga等的Z高度測量工具通常獲取一系列圖像并產(chǎn)生焦點曲線作為用于確定“最佳焦點”位置的處理的一部分。通過利用使用多圖像棧和多照明矢量控制部143gba和Z高度質量確定部143gbb的方法，可以實現(xiàn)用于對焦點(PFF)操作和表面重建的更加精確的Z高度測量。
[0071]圖3是利用單一光設置所拍攝到的復雜物體301 (例如，醫(yī)用鉆頭)的表面的圖像300的圖。如以下更詳細地所述，已經(jīng)確定，在特定實例中，單一光設置可能不足以進行用于重建復雜表面的精確表示的攝像操作。在被測量表面包含寬范圍的表面角度的情況下尤其如此，這會導致可能超過給定照相機的動態(tài)范圍的照度變化。如圖3所示，在復雜物體301的表面的重建期間使用單一光設置的情況下，圖3的中央?yún)^(qū)域314的圖像可能不會過飽和并且由此區(qū)域314可用于表面的重建，但重建的表面可能具有缺失區(qū)域(例如，過暗的區(qū)域310、以及過亮的區(qū)域312和316)。
[0072]換句話說，由于物體301的復雜形狀，照明水平在表面上差別很大。這導致在非常暗區(qū)域(例如，區(qū)域310)和非常亮(過飽和)區(qū)域(例如，區(qū)域312和區(qū)域316)中缺少對比度。缺少對比度使得難以在這些位置處可靠地重建表面。在一些實例中，缺少對比度可能是由于照度的可變性超過照相機的動態(tài)范圍所引起的。在一個實施例中，可以根據(jù)諸如以下針對圖5A和5B更詳細地所述等的Z高度質量指標來判斷對比度是否過低而使得無法可靠地重建表面的特定區(qū)域。
[0073]圖4A?4C是利用三個不同的光設置所拍攝到的圖3的復雜物體301的表面的圖像的圖。如圖4A所示，利用了相對較低的光設置(即，圖像中的相對較少的像素發(fā)生過飽和的光設置)。如以下將更詳細地所述，在特定實施例中，可以根據(jù)特定指定標準來選擇這種低光設置(例如，將處于照相機的亮度范圍的上部25%內(nèi)的圖像中的亮像素的數(shù)量限制為諸如0.1%等的、占關注區(qū)域中的總像素數(shù)的相對較小的比例)。作為圖4A所示的相對較低的光設置的結果，將在更加標準的照明水平下可能具有過飽和像素的區(qū)域(例如，相應地具有角度且具有高反射性的區(qū)域412A和416A)例示作為在照相機的動態(tài)范圍內(nèi)，由此產(chǎn)生可以在這些區(qū)域中更可靠地重建表面的圖像部分。
[0074]圖4B示出中間范圍的光設置(例如，可以與圖3的照明水平、或者用戶所選擇的或“標準”的照明水平相對應等)。如以上關于圖3所述，區(qū)域412B和416B例示照度已超過照相機的動態(tài)范圍的發(fā)生過飽和的像素。然而，圖4B的中央?yún)^(qū)域414B被示出沒有發(fā)生過飽和，因而可用于進行該區(qū)域中的表面的精確重建。圖4B還示出仍太暗而無法用于有意義的表面重建的區(qū)域410B。
[0075]圖4C示出相對較高的光設置(例如，存在非常少的暗區(qū)域的光設置)。如以下將更詳細地所述，在一個實施例中，可以根據(jù)特定指定標準來選擇圖4C的光設置(例如，對照明矢量進行定義，以使得將亮度值為亮度下限以下的關注區(qū)域中的暗像素位置的數(shù)量限制為諸如0.1%等的關注區(qū)域中的總像素位置的小比例)。如圖4C所示，先前在圖4A和4B中總體過暗的區(qū)域410C和418C現(xiàn)在被示出具有充足的對比度，以使得能夠在這些區(qū)域中進行更可靠的表面重建。
[0076]如以上關于圖4A?4C所述，對于具有復雜表面結構的物體(例如，醫(yī)用鉆頭301等)，可能難以確定將足以照亮物體的所有表面區(qū)域以使得能夠實現(xiàn)可靠的表面重建的單一照明水平。如以下將更詳細地所述，在一個實施例中，可以以不同的照明水平拍攝多個圖像棧，以使得可以產(chǎn)生一系列圖像，其中可以從這一系列圖像中獲取不同的部分以更加可靠地重建物體的表面。例如，通過利用來自圖4A?4C的圖像的不同部分(例如，來自圖4A的區(qū)域412A和416A、來自圖4B的區(qū)域414B和來自圖4C的區(qū)域410C和418C)，可以產(chǎn)生物體301的表面的更加可靠的重建。如以下關于圖5A和5B將更詳細地所述，在一個實施例中，根據(jù)Z高度質量指標來進行關于利用哪些圖像的哪些數(shù)據(jù)的判斷、以及關于在用于可靠的表面重建的任意圖像的特定區(qū)域中對比度是否過低的判斷。
[0077]通常，如以下將更詳細地所述，這里所公開的各種實施例提供簡單的自動化解決方案，該方案減少照明特性可能變化較大的表面上的不期望缺失區(qū)域?？梢耘臄z多個圖像棧(例如，在一個實施例中，最多可以利用三個圖像棧)，其中各圖像棧是以不同的光設置所拍攝到的。然后，利用Z高度質量指標來組合所拍攝到的所有圖像棧的3D重建結果，以產(chǎn)生單個的較高質量重建。這樣，盡管物體的表面中存在寬范圍的表面角度和反射性，但較少的缺失區(qū)域或無缺失區(qū)域可能產(chǎn)生重建表面。
[0078]在一個實施例中，僅在學習模式期間才可以進行對附加光設置的搜索。之所以可以這樣做是因為:針對不同光設置的搜索可能相當耗時(例如，按分鐘的量級)，使得在運行模式期間進行此搜索可能是低效的。一旦在學習模式期間建立了光水平，則將這些光水平存儲在部分程序中，然后在運行模式期間在無需對新照明設置進行附加搜索的情況下使用這些光水平來拍攝多個圖像棧。因而，運行模式期間所需的唯一附加時間是拍攝以及分析附加圖像棧所花費的時間，而不是運行模式期間搜索附加光設置所需的附加時間。然而，在期望的情況下，還可以利用動態(tài)運行模式，其中在該運行模式期間進行附加的光水平搜索。這種類型的動態(tài)運行模式可以用于以下情形，其中在該情形下，判斷為速度的犧牲相對于由此產(chǎn)生的運行模式結果的精度的提高是值得的。
[0079]圖5A和5B是分別例示具有低Z高度質量指標和高Z高度質量指標的代表性曲線的圖表500A和500B的圖。圖表500A和500B包括通過等式I與Z高度質量指標Q相關的焦點曲線數(shù)據(jù)。
(MAX-BAS)
[0080]Q = TZ......,:................(|/；；.............(等式 I)

Median ||C/ — &4S||.
[0081]在等式I中，對比度相關的指標值包括基于一組焦點曲線數(shù)據(jù)的Z高度質量指標Q，其中該一組焦點曲線數(shù)據(jù)包括針對工件圖像的各棧中的各X-Y位置的對比度值對Z高度(如以下關于圖6將更詳細地所述)。等式I中的變量在分子中包括最大對比度值MAX減去BAS，并且在分母中包括對比度曲線的第i個對比度值Ci和基線對比度值BAS之差的絕對偏差的中值，其中BAS可以是各對比度曲線中的所有對比度值的中值的基線對比度值。
[0082]可以理解，通常，等式I的分母估計曲線的噪度。大的噪聲(即，相對于基線的大的中值絕對偏差)導致較低的焦點質量。例如，圖5A的圖表500A相對含有噪聲，因此具有高分母(即，相對于焦點指標值基線FMbaseline的大的中值絕對偏差)，對此所計算出的Z高度質量指標Q相對較低。相比之下，圖5B的圖表500B示出相對含較少噪聲的曲線，從而產(chǎn)生相對較低的分母(即，相對于焦點指標值基線FMbaseline的小的中值絕對偏差)，對此所計算出的Z高度質量指標Q相對較高。在圖表500A和500B中，在一些情況下，可以假定焦點指標最大值FMmax和FMmax’處于相同水平,焦點指標基線水平FMbaseline和FMbaseline'同樣如此(例如，可以假定圖表500A和500B具有相同的垂直縮放比例)，其中等式I中的分子(即，MAX-BAS)在各情況下均相同。在其它情況下，可以假定焦點指標最大值FMmax和FMmax’處于不同水平,焦點指標基線水平FMbaseline和FMbaseline’同樣如此(例如，可以假定圖表500A和500B具有不同的垂直縮放比例)，其中等式I中的分子(即，MAX-BAS)在各情況下可能相同。
[0083]與對應于沿著Z軸的最佳焦點位置的焦點曲線的峰值相對應的最大Z高度(例如,FMmax或FMmax’)是用于確定焦點曲線的關注區(qū)域的Z高度。在一個實施例中,可以通過對焦點曲線數(shù)據(jù)進行曲線擬合并且估計擬合的曲線的位置峰值，來求出與焦點曲線的峰值相對應的Z高度。在共同受讓并且通過引用全部包含于此的美國專利6，542，180中教導了圖像棧和焦點曲線的確定和分析所用的示例性技術。
[0084]更一般地，可以將Z高度質量指標Q定義為基于如下關系的指標，其中該關系為由焦點峰值確定數(shù)據(jù)集所表示的代表性峰值高度和由該焦點峰值確定數(shù)據(jù)集表示的代表性噪聲水平或“噪聲高度”之間的關系(例如，比或商)。在一個實施例中，可以將這種指標定義為將焦點峰值確定數(shù)據(jù)集的最大值(或對焦點峰值確定數(shù)據(jù)集的曲線擬合)減去焦點峰值確定數(shù)據(jù)集的基線值(或對焦點峰值確定數(shù)據(jù)集的曲線擬合)除以焦點峰值確定數(shù)據(jù)集的估計噪聲值所得的比。在特定實現(xiàn)中，可以將焦點峰值確定數(shù)據(jù)集的基線確定為其中值，其中該集合中的大部分值可以在基線附近，并且僅相對少量幾個值可能出現(xiàn)在焦點峰值的區(qū)域中。這種焦點峰值確定數(shù)據(jù)集例如可以與包括分布在最佳焦點位置周圍的相當大的Z高度范圍內(nèi)的相對大量的圖像(例如，100個圖像)的圖像棧相對應。在特定實現(xiàn)中，可以將估計噪聲值確定為相對于焦點峰值確定數(shù)據(jù)集的中值的中值絕對差。
[0085]對于包括分布在最佳焦點位置周圍的相當大的Z高度范圍內(nèi)的相對大量的圖像的圖像棧，基于等式I的較大Q值可靠地表示與基礎數(shù)據(jù)的噪聲水平相比較強的焦點峰值，從而產(chǎn)生相對可靠的Z高度估計?；诒景l(fā)明，本領域技術人員可以將估計Z高度質量指標的可接受的替代方式確定為與基于焦點峰值確定數(shù)據(jù)集所確定的估計Z高度相關聯(lián)。例如，可以使用數(shù)據(jù)集的標準偏差作為(等式I的分母中所使用的)焦點指標信號的噪聲的度量，盡管該度量由于其將焦點峰值和噪聲這兩者并入單個值中因而在特定實現(xiàn)中可能不太理想?？梢酝ㄟ^(例如，使用滑動平均)對焦點指標信號進行平滑化、然后根據(jù)平滑后化的信號計算原始焦點指標信號的偏差，來確定噪聲的另一度量。這樣，可以使用平滑后的信號作為無噪聲信號的近似，然后可以估計噪聲。然而，在特定實現(xiàn)中，該方法可能相對依賴于為了對信號進行平滑化所選擇的技術。
[0086]同樣，可以針對等式I的其它部分確定替代。例如，在一些實施例中，焦點峰值確定數(shù)據(jù)集的最大值可以被最高的幾個值的平均值替換。同樣，在一些實施例中，焦點峰值確定數(shù)據(jù)集的基線值可以被最低的幾個值的平均值替換。在其它實施例中，可以基于擬合曲線(例如，高斯曲線)而不是基于焦點峰值確定數(shù)據(jù)集的原始數(shù)據(jù)來估計(等式I的分子中所使用的)最大值和基線值之間的差。本領域技術人員可以基于這里所公開的基本原理來確定其它變形。
[0087]在一個實施例中，可以利用Z高度質量指標Q來判斷應使用哪些數(shù)據(jù)來進行表面重建。換句話說，在以變化的光設置拍攝到多個圖像棧以針對各像素產(chǎn)生表面的3D重建(即，χ-y平面中的給定表面位置)的情況下，可以根據(jù)多個圖像棧中的Z高度質量指標最高的圖像棧來選擇銳度曲線。另外，還可以利用Z高度質量指標來拒絕特定表面點，其中在這些特定表面點處根據(jù)所有圖像棧進行的基于焦點的3D重建由于各種原因(例如，缺少紋理、照明不足、過飽和、表面超出對焦范圍等)仍不可靠。換句話說，在特定實施例中，可以認為優(yōu)選在最終重建表面中留有孔，而不是在這些位置處冒不正確或不精確的重建的風險。
[0088]在這里所公開的各種視頻工具中，(例如，所有照明水平下的)所有的圖像棧均具有相同的關注區(qū)域。由于假定在沒有發(fā)生明顯飽和并且沒有發(fā)生照明角度的變化的情況下、較高的亮度將通常提供增加的對比度，因此在一些實施例中，可以使用亮度作為Z高度質量指標的代替。然而，這些實現(xiàn)可能不如使用真正的子區(qū)域Z高度質量指標那樣具有魯棒性，原因在于可以通過使用如這里所公開的真正的Z高度質量指標來識別并克服與使子區(qū)域散焦相關聯(lián)的不可預測且不期望的影響，而這些不可預測且不期望的散焦影響可能無法通過更為簡單的子區(qū)域亮度分析進行檢測和克服。
[0089]圖6是示意性表示的一系列可變焦點圖像棧610、620和630的圖600。如現(xiàn)有技術已知的，為了形成各圖像棧610、620和630，照相機可以沿著z軸(調(diào)焦軸)在Z高度位置的范圍內(nèi)移動并且在各位置拍攝圖像。對于各所拍攝的圖像，可以基于圖像中的關注的區(qū)域或子區(qū)域ROI (k)(例如，一組像素)來計算焦點指標，并且可以使該焦點指標與拍攝到圖像時照相機沿著Z軸的相應Z高度位置相關。這產(chǎn)生焦點曲線數(shù)據(jù)(例如，諸如圖5A和5B所示的焦點曲線數(shù)據(jù)等)。在一個實施例中，焦點指標值可能涉及圖像中的關注區(qū)域的對比度或銳度的計算。在各種實施例中，可以對焦點值或曲線進行歸一化。在并入的參考文獻中詳細說明了各種焦點指標計算技術，并且各種適當?shù)慕裹c指標函數(shù)對本領域技術人員而言也是已知的。
[0090]如圖6所示，將(例如，以中間范圍的光水平所拍攝到的)第一個圖像棧610例示為具有四個圖像頂G-Ll (I)?MG-Ll (4)。可以理解，在實際實施例中，在給定圖像棧中可以包括較大數(shù)量的圖像(例如，100個圖像)?？梢允垢鲌D像MG-Ll⑴?MG-Ll (4)與給定光設置和各Z高度有關。例如，可以使圖像IMG-Ll (I)與光設置LI⑴和Z高度Zl⑴有關，而可以使圖像頂G-Ll⑵與光設置LI⑵和Z高度Zl⑵有關，而可以使圖像IMG-Ll (3)與光設置LI (3)和Z高度Zl (3)有關，并且可以使圖像MG-Ll (4)與光設置LI (4)和Z高度Zl (4)有關。
[0091]同樣，將以較低的光設置(例如，很少幾個像素發(fā)生過飽和的情況)拍攝到的第二個圖像棧620例示為包括四個圖像MG-L2(1)?MG-L2 (4)。還可以使這些圖像各自與給定光設置和各Z高度相關，諸如使圖像IMG-L2 (I)與光設置L2 (I)和Z高度Z2 (I)相關等，其中使其余的圖像MG-L2(2)?MG-L2(4)根據(jù)其給定光設置和各Z高度同樣地相關聯(lián)。同樣，將以較高的光設置所拍攝到的(例如，具有很少幾個暗像素的)第三個圖像棧630例示為包括四個圖像MG-L3⑴?IMG-L3 (4)。也使這些圖像各自與給定光設置和各Z高度相關，諸如使圖像MG-L3(1)與光設置L3(l)和Z高度Z3(l)相關等，其中使其余的圖像IMG-L3 (2)?MG-L3(4)根據(jù)其給定光設置和各Z高度相關聯(lián)。參考以上的圖4A、4B和4C，在一個示例實施例中，對于區(qū)域414B中的像素，圖像400B可以表示來自圖像棧610的最佳對焦圖像(例如，圖像頂G-Ll (3))。同樣，對于來自區(qū)域412A的像素，圖像400A可以表示來自圖像棧620的最佳對焦圖像(例如，圖像IMG-L2⑵)，同時對于來自區(qū)域410C的像素，圖像400C可以表示來自圖像棧630的最佳對焦圖像(例如，圖像IMG-L3(2))。
[0092]同樣如圖6所示，可以形成包括圖像棧610、620和630中所包括的所有圖像的圖像棧640。在一個實施例中，使棧610、620和630中的所拍攝到的圖像的Z高度散布(例如，與在同一 Z高度處拍攝所有圖像相對，在不同的Z高度處進行各棧中第一個圖像的拍攝)，以使得在這些棧如圖像棧640所示那樣交錯的情況下，所有圖像處于不同高度。在另一實施例中，可以以大致相同的Z高度拍攝圖像及其各自的圖像棧(例如，以大致相同的高度拍攝圖像棧610、620和630各自中的第一個圖像)。在一個替代實施例中，代替單獨拍攝到圖像棧610、620和630，可以作為連續(xù)處理來獲取圖像棧640，其中在拍攝到各圖像之前調(diào)整光設置。然而，在特定實施例中，由于在特定現(xiàn)有設備中為改變照明設置可能存在緩慢的響應時間，因此在拍攝各圖像之前改變光設置是不實際的。換句話說，如果使用中的設備需要過多時間來調(diào)整光設置，則在特定實例中，認為將整個圖像棧640視為連續(xù)處理不太實際。
[0093]將圖像棧610的第一個圖像MG-Ll(I)例示為包括兩個關注區(qū)域ROI (I)和R0I(2)。關于術語“關注區(qū)域”，應當理解，不同類型的工具(例如，Z高度工具143ga)可以以不同的方式相對于關注區(qū)域進行定義和工作。例如，已知的“多點”類型的自動調(diào)焦工具(例如，圖2的工具143gab)可以返回與多點型Z高度工具所定義的全局關注區(qū)域內(nèi)的各個“關注子區(qū)域”(例如，關注子區(qū)域的網(wǎng)格)相對應的多個Z高度。例如，可以將這些關注子區(qū)域手動和/或自動定義為以全局關注區(qū)域內(nèi)的各(或大多數(shù))像素為中心。因而，在一些情況下，可以將關注區(qū)域(例如，ROI(I)和ROI (2))視為全局關注區(qū)域內(nèi)的代表性關注子區(qū)域。然而，重要的一點是可以針對所定義的任何關注區(qū)域建立Z高度。
[0094]因而，可以理解，在與建立Z高度有關地使用術語關注區(qū)域的情況下，可以將(例如，多點自動調(diào)焦工具所定義的全局關注區(qū)域內(nèi)的)關注子區(qū)域包含在該術語的含義內(nèi)。為了例示這一點，將關注區(qū)域ROI (I)和ROI (2)示出為相對較小(例如，3X3個像素)，正如多點自動調(diào)焦工具的一些典型關注子區(qū)域那樣。例如，可以利用這種區(qū)域大小來確定各關注區(qū)域(或子區(qū)域)中的單個中心像素的焦點峰值。
[0095]在圖6的右側示出子區(qū)域ROI (I)和ROI (2)的定性表示的焦點曲線。例如，焦點曲線FCL2(1)定性地表示位于緊挨左側的定性示出的圖像棧頂GL2中的子區(qū)域ROI (I)的焦點曲線結果，并且針對其它焦點曲線也同樣?；谇笆稣f明和教導可以理解，較高的焦點曲線峰值可以與基礎圖像的較好的圖像對比度和/或較好的Z高度質量指標相對應。因而，圖6示出如下示例:子區(qū)域ROI (I)在圖像棧頂GLl中具有最適當?shù)恼彰魉?，從而在該圖像棧中表現(xiàn)出最高的焦點曲線峰值。同時，子區(qū)域ROI (2)在圖像棧頂GL3中具有最適當?shù)恼彰魉?，從而在該圖像棧中表現(xiàn)出最高的焦點曲線峰值?；谇笆稣f明和教導可以理解，較高的焦點曲線峰值可能經(jīng)常與基礎圖像的較好的圖像對比度和/或較高的Z高度質量指標相對應。因而，在這種情況下，可以基于圖像棧MGLl的焦點曲線來最佳地確定子區(qū)域ROI (I)的Z高度，并且可以基于圖像棧MGL3的焦點曲線來最佳地確定子區(qū)域ROI (2)的Z高度。
[0096]圖7A和7B是示出包括Z高度工具用戶界面720 (其外觀還可被稱為Z高度工具用戶界面窗口小部件)的用戶界面700的一個實施例的各種特征的圖。圖7A示出視場705和Z高度工具用戶界面720，其中視場705包括兩個工件表面710a和710b，以及Z高度工具用戶界面720包括表示Z高度工具用戶界面720以多圖像棧和多照明矢量Z高度工具模式進行工作的照明符號模式指示器721、以及在Z高度工具模式有效的情況下所定義的關注區(qū)域或關注區(qū)域指示器722。將照明符號模式指示器721例示作為包括三個彎曲箭頭，其中這三個彎曲箭頭代表多圖像棧和多照明矢量操作?？梢岳斫?，在一些視覺系統(tǒng)中，可以連同已知或傳統(tǒng)的Z高度工具、模式或方法一起提供這里所公開的Z高度工具、模式或方法。因而，照明符號模式指示器721將操作的多圖像棧和多照明矢量Z高度工具模式與Z高度操作的其它模式區(qū)分開。以下沒有詳細說明的Z高度工具及其用戶界面720的操作的各種方面可以根據(jù)商用系統(tǒng)中的已知方法和/或如這里所述的方法進行工作。
[0097]在圖7A所示的視圖中，已選擇了用戶界面關注區(qū)域722以進行編輯。在選擇關注區(qū)域722以供編輯的情況下，如所示，可以沿著角和邊顯示一組大小/位置編輯手柄725 (包括諸如可以通過拖拉來控制的手柄727等的各個手柄)。(例如，如通過用戶界面720所實現(xiàn)的)Z高度工具或模式根據(jù)上述原理執(zhí)行操作的特定組合。
[0098]圖7B示出包括多圖像棧和多照明矢量Z高度工具類型的啟動按鈕740的工具選擇欄707的一個實施例。圖7B示出如下的用戶界面結構，在該用戶界面機構中，工具選擇欄707表示經(jīng)由多圖像棧和多照明矢量Z高度工具或模式按鈕740周圍的“有效”框745使多圖像棧和多照明矢量Z高度工具或模式有效，并且將其它自動調(diào)焦工具/模式按鈕設置為無效(在其它工具/模式按鈕周圍不存在“有效”框)。這表示當前Z高度工具模式是多圖像棧和多照明矢量Z高度工具模式。
[0099]在各種實施例中，如果用戶“按下”其它工具/模式按鈕其中之一(例如，傳統(tǒng)的Z高度工具或模式按鈕750)，則所按下的工具和/或模式將變得有效，然后與(圖7A所示的)各關注區(qū)域(指示器)722的編輯相關聯(lián)的操作和顯示元件、以及多圖像棧和多照明矢量Z高度工具或模式的操作將完成和/或無效。在一些實施例中，圖7B中的工具選擇欄707的狀態(tài)可以與圖7A所顯示的用戶界面的狀態(tài)相對應，這是因為如果關注區(qū)域(指示器)722被選中或有效，則可以與工具720相關聯(lián)地使多圖像棧和多照明矢量Z高度工具或模式變?yōu)橛行?，并且其它工?模式按鈕可能變?yōu)闊o效，而與它們的先前狀態(tài)無關。在視場705中選擇任何其它工具的關注區(qū)域(指示器)的情況下，這還可以是與任何其它工具相關聯(lián)的行為。
[0100]在一個實施例中，可以提供如下的工具模式確定操作，其中該工具模式確定操作判斷Z高度工具720的一個或多個實例是否被配置為根據(jù)諸如學習模式管理實現(xiàn)或運行模式起源實現(xiàn)等的特定實現(xiàn)來進行工作。在一個實施例中，用戶可以通過使用諸如配置菜單窗口等的用戶界面特征來設置Z高度工具720的特定實現(xiàn)，其中該配置菜單窗口用于通常針對Z高度工具或模式、以及/或者特別針對多圖像棧和多照明矢量Z高度工具或模式來設置工作參數(shù)。
[0101]圖8A?8D是例示與如下的Z高度工具用戶界面的一個實施例有關的各種設置的圖，其中該Z高度工具用戶界面包括與利用多個圖像棧和多個照明矢量有關的參數(shù)。
[0102]特別地，圖8A?8D是示出標簽為Z高度工具參數(shù)對話框800的Z高度工具參數(shù)對話框的一個實施例的各種特征的圖，其中該Z高度工具參數(shù)對話框800包括用戶可選擇的選項卡部810a、810b、81c和810d。對于所有的選項卡部810a?810d，底部的默認按鈕使選項卡部810a?810d上的條目恢復為其默認值，OK按鈕接受當前參數(shù)并且關閉Z高度工具參數(shù)對話框800，并且取消按鈕使所有參數(shù)返回至在當前編輯序列開始之前的狀態(tài)并關閉對話框800。
[0103]圖8A示出選項卡部810a，其中該選項卡部810a可以反映選擇的Z高度工具全局關注區(qū)域的X中心坐標和Y中心坐標、以及寬度(W)、高度(H)和角度姿勢(未示出)?？梢酝ㄟ^(例如，如圖7A所示的)關注區(qū)域的圖形定義來確定這些值，以及/或者可以將這些值直接輸入對話框中。
[0104]圖8B示出選項卡部810b，其中該選項卡部810b反映針對選擇的關注區(qū)域所要采用的Z高度工具搜索類型。搜索類型使得用戶能夠在與焦點曲線數(shù)據(jù)和分析有關的Z高度工具操作的速度和精度之間選擇期望權衡，這可能影響圖像(即，圖像棧中的圖像)之間的Z間距等。除非用戶輸入不同的選擇，否則可以使用這些搜索類型其中之一作為默認搜索類型。選項卡部810b還可以使得用戶能夠影響Z高度工具操作所使用的Z高度搜索范圍(例如，圖像棧中所包括的圖像的Z范圍)的確定。
[0105]在各種實施例中，用戶可以接受和/或選擇以下搜索范圍:確定并使用默認搜索范圍，或者該搜索范圍基于用戶所輸入的標稱(或范圍中點)值，或者該搜索范圍可以基于用戶所輸入的最大值和最小值。在各種實施例中，Z高度工具可以基于工具的手動模式和/或學習模式設置期間的操作來確定默認搜索范圍。在搜索范圍并非完全通過用戶輸入來定義的任意情況中，Z高度工具操作可以基于當前機器光學配置(例如，當前景深或倍率)以及/或者工件信息(例如，由于固定或制造變化等所引起的預期表面高度變化)來確定Z高度搜索范圍，從而提供高效的搜索范圍，其中該高效的搜索范圍還包括足以使得在測量和/或部分程序執(zhí)行期間在關注Z高度的區(qū)域內(nèi)具有合理變化的情況下進行魯棒操作的范圍。
[0106]在圖8A?8D所示的實施例中，Z高度工具是可以配置為作為單點或多點的Z高度工具進行工作的通用工具。圖8C示出選項卡部810c，其中該選項卡部810c反映Z高度工具針對所定義的全局關注區(qū)域所提供的測量數(shù)據(jù)的類型。圖8C所示的實施例使得用戶能夠選擇四個測量數(shù)據(jù)類型其中之一。“標準”選擇可以針對關注區(qū)域返回單個Z高度。“多點”選擇可以針對選項卡部810a中示出的全局關注區(qū)域內(nèi)的多個子區(qū)域(例如，具有代表性的x-y坐標位置的ROI(k))自動提供Z高度值?！岸帱c最大”選擇和“多點最小”選擇可以自動提供子區(qū)域內(nèi)的最大和/或最小的Z高度值。在輸入“多點”選擇的情況下，可以基于“工具子區(qū)域”參數(shù)框中所表示的子區(qū)域行和列的數(shù)量來(相對于全局關注區(qū)域位置和程度)來確定子區(qū)域的數(shù)量以及這些子區(qū)域的代表性的x-y坐標位置。
[0107]在圖8A?8D所示的實施例中，Z高度工具是可以配置為根據(jù)多點Z高度工具操作的速度和精度之間的期望權衡來使多點Z高度工具進行工作的通用工具。圖8D示出選項卡部810d，其中該選項卡部810d反映在針對工具操作配置用戶偏好時可以使用的參數(shù)。在一些實施例中，除在選項卡部810c中選擇多點單選按鈕的情況以外，可以使選項卡部810d的元素“變灰”和/或無效。圖8D所示的實施例包括“使用單一光水平”單選按鈕，其中用戶可以選擇該“使用單一光水平”單選按鈕以強制多點Z高度工具操作使用單一光水平和單一圖像棧。這種模式選擇可以適于檢查能夠在單一圖像的關注區(qū)域中良好曝光的工件。這種模式的一些實施例當前可以在可商購獲得的機器視覺檢查系統(tǒng)中得到，以及/或者可以基于本發(fā)明進行理解，并且將不針對“使用單一光水平”單選按鈕進行更詳細的說明。選項卡部SlOd還可以包括“使用多個光水平”單選按鈕，其中用戶可以選擇該“使用多個光水平”單選按鈕以強制多點Z高度工具操作使用包括全部使用所公開的實施例的以下操作的模式，其中使用多個光水平來獲取相應的多個圖像棧，以及多點Z高度測量值基于多個圖像棧的分析。這種模式選擇適于對在單一圖像的關注區(qū)域中無法良好地曝光的工件(例如，諸如圖3和4所示工件等的工件)的檢查。
[0108]圖8D所示的實施例包括“最優(yōu)化精度”單選按鈕和“最優(yōu)化速度”單選按鈕，其中在選擇“使用多個光水平”單選按鈕的情況下，用戶可以對這兩個單選按鈕進行選擇。在一些實施例中，除了選擇“使用多個光水平”單選按鈕的情形以外，可以使這些元件“變灰”和/或無效?！白顑?yōu)化精度”單選按鈕可以強制“使用多個光水平”模式使用兩個或三個光水平和相應的圖像棧來確定多點Z高度測量值。
[0109]例如，在一個實施例中，可以如關于圖13所述的照明水平L2和L3的概述和所述來確定僅兩個光水平，其中以可以針對盡可能多的子區(qū)域使亮度和對比度最優(yōu)化的方式來確定亮度限制光水平。在另一實施例中，可以如關于圖12或圖13的照明水平L2和L3的概述和所述來確定兩個光水平，并且第三個光水平可以是LI和L3之間的標稱光水平的光水平(例如，光水平L1、或者L2和L3之間的自動確定的平均光水平等)。這種實施例可以提供如下的圖像棧，其中在中間光水平下的第三圖像棧中，一部分子區(qū)域具有良好的Z高度質量，由此針對這些子區(qū)域產(chǎn)生更加精確的Z高度測量值。
[0110]如針對這里的各種實施例所公開的，“最優(yōu)化速度”單選按鈕使得“使用多個光水平”模式能夠使用兩個甚至一個光水平，只要這些光水平足以滿足針對關注區(qū)域中的像素的亮度限制標準和針對關注區(qū)域中的像素的暗度限制標準即可。例如，在一些特定關注區(qū)域中，圖12的照明水平LI可以滿足這兩個標準，并且可以使用利用該光水平的單個圖像棧來確定所有子區(qū)域的Z高度測量值?？梢岳斫?，除了使用該模式的確定是基于由視頻工具操作所進行的自動分析以外，這基本等同于使用“單一光水平”模式。在另一示例中，在一些特定關注區(qū)域中，圖12的照明水平L2和L3可能不如利用圖13的方法將確定的那樣最佳，但可以滿足這兩個標準，并且可以使用利用這兩個光水平的兩個圖像棧來確定所有子區(qū)域的Z高度測量值。
[0111]可以使用選項卡部810d中示出的Z高度質量閾值滑塊來調(diào)整Z高度測量值的拒絕閾值。也就是說，如這里針對各種實施例所公開的，各子區(qū)域Z高度測量值選自該子區(qū)域被判斷為具有最佳Z高度質量指標的圖像棧。在一些應用中，在各Z高度測量值具有基于不可靠的或含噪聲的焦點曲線數(shù)據(jù)而表明其可能是不可靠的測量值的Z高度質量指標(例如，低Z高度質量指標)的情況下，可以抑制該Z高度測量值或利用警告或錯誤指示符來標記該Z高度測量值。用戶可以調(diào)整Z高度質量閾值滑塊，從而通過這樣的方式改變抑制或標記Z高度測量值的Z高度質量指標拒絕閾值。然而，應當理解，選項卡部810c和SlOd僅是示例性而非限制性的。更一般地，這兩者可以根據(jù)需要調(diào)整以支持落入這里所公開的實施例的范圍內(nèi)的任何期望實現(xiàn)。
[°112] 圖9A和9B是例不用于利用多個圖像棧和多個照明矢量來進行Z聞度測量的不例例程900的流程圖。如圖9A所示，在塊910中，提供精密機器視覺檢查系統(tǒng)和當前工件。該精密機器視覺檢查系統(tǒng)可以包括用戶界面、包括照相機的攝像部、可控照明部、調(diào)焦部和包括圖像處理器的控制部。在塊920中，操作該精密機器視覺檢查系統(tǒng)來定義工件上進行對焦點操作的關注區(qū)域。
[0113]在塊930中，操作精密機器視覺檢查系統(tǒng)進來定義與N個圖像棧相關聯(lián)的各自的N個照明矢量，其中N個圖像棧包括在所定義的Z高度范圍內(nèi)具有不同的焦點Z高度的圖像，N至少為2，并且其中定義各自的N個照明矢量包括至少兩個步驟。如至少在具有Z高度范圍內(nèi)的相應焦點Z高度并且具有與各自的第一照明矢量相對應的圖像曝光水平的第一個圖像中所確定的那樣，用于定義N個照明矢量的第一步驟包括定義各自的第一個照明矢量以使得滿足第一亮度標準，以及使得將關注區(qū)域中亮度值為亮度上限以上的亮度像素位置的第一數(shù)量限制為關注區(qū)域中的像素位置的第一小比例，其中在第一亮度標準中，關注區(qū)域中的最亮像素位置包括在照相機的亮度范圍的上部25%內(nèi)的亮度值。
[0114]如至少在具有Z高度范圍中的焦點Z高度并且具有與第二照明矢量相對應的圖像曝光水平的第二圖像中所確定的，用于定義N個照明矢量的第二步驟包括定義第二個照明矢量，以使得滿足第二亮度標準，其中在第二亮度標準中，將關注區(qū)域中的亮度值為亮度下限以下的第二數(shù)量的最暗像素位置限制為關注區(qū)域中的第二小比例的像素位置(例如，
0.1% )0然后，例程900A繼續(xù)進入如在圖9B中繼續(xù)的點A。
[0115]如圖9B所示，從點A起，例程900B繼續(xù)進入判定塊974。在判定塊974中，判斷是否正進行用于當前以學習模式創(chuàng)建部分程序的操作。如果沒有進行用于當前以學習模式創(chuàng)建部分程序的操作(例如，如果當前正在執(zhí)行運行模式)，則例程繼續(xù)進入如以下將更詳細地說明的塊980。如果在判定塊974中判斷為正進行用于當前以學習模式創(chuàng)建部分程序的操作，則例程繼續(xù)進入塊975。
[0116]在塊975中，將各自的N個照明矢量與隨后在檢查相應工件上的相應關注區(qū)域時所使用的部分程序相關聯(lián)地進行存儲，其中該部分程序包括用于進行至少三個操作的指令。第一個部分程序操作包括基于各自的N個照明矢量來獲取N個圖像棧。第二個部分程序操作包括判斷N個圖像棧中的哪個圖像棧在各對焦點數(shù)據(jù)點位置處具有最佳Z高度質量指標。第三個部分程序操作包括提供從圖像棧所獲得的Z高度測量數(shù)據(jù)，以使得在各對焦點數(shù)據(jù)點位置處，將與具有最佳Z高度質量指標的圖像棧相關聯(lián)的Z高度測量值識別為該對焦點數(shù)據(jù)點位置處的Z高度測量值。
[0117]在塊980中(例如，在當前正在執(zhí)行運行模式的情況下)，操作精密機器視覺檢查系統(tǒng)來基于各自的N個照明矢量獲取N個圖像棧。在塊990中，判斷N個圖像棧中的哪個圖像棧在各對焦點數(shù)據(jù)點位置處具有最佳Z高度質量指標。在塊995中，提供從圖像棧所獲得的Z高度測量數(shù)據(jù)，以使得在各對焦點數(shù)據(jù)點位置處，Z高度測量值基于在該對焦點數(shù)據(jù)點位置處具有最佳Z高度質量指標的圖像棧。
[0118]關于圖9A和9B，應當理解，在不同的實現(xiàn)中，可以在不同的時間或按不同的序列進行所述操作。例如，圖9A所述的第一照明矢量和第二照明矢量的定義在搜索期望的照明水平時可能需要一定量的處理時間，其中如上所述，在特定實現(xiàn)中，在運行模式期間可能不進行該定義，從而提高算法的速度?？梢詫⑦@種運行模式稱為“靜態(tài)”運行模式，其中利用在學習模式期間所確定并保存的第一照明矢量和第二照明矢量作為該運行模式期間的第一照明矢量和第二照明矢量。然而，在替代實施例中，可以利用“動態(tài)”運行模式，其中在該運行模式期間確定第一照明矢量和第二照明矢量。在特定情形中可能期望這種實現(xiàn)，諸如需要較高精度、或者根據(jù)在學習模式期間所存儲的第一照明矢量和第二照明矢量在運行模式期間是否產(chǎn)生滿意結果進行評價等在后者中，如果沒有產(chǎn)生滿意結果，則運行模式可以進行附加動態(tài)搜索以重新確定第一照明矢量和第二照明矢量。
[0119]關于圖9B的操作，通常將進行作為學習模式的一部分的照明矢量的存儲，盡管在特定實現(xiàn)中，在學習模式期間仍可以獲取圖像棧以使得用戶可以瀏覽這些結果。換句話說，在學習模式期間，一旦確定了照明矢量，代替簡單地存儲照明矢量，可以進行用以獲取圖像棧并確定由此得到的Z高度測量值的操作，以使得用戶可以瀏覽這些結果以判斷這些結果是否良好。如果用戶判斷為這些結果令人滿意，則將照明矢量存儲作為部分程序的一部分，而如果結果不令人滿意，則可以不存儲照明矢量。
[0120]圖10是示出用于在僅利用單個圖像和單個Z高度的情況下搜索多個照明矢量的示例例程1000的流程圖。如以下將更詳細地所述，利用單個代表性Z位置來進行照明調(diào)整以確定期望的照明水平提高了算法的速度。如圖10所示，在塊1010中，定義Z高度范圍，并且以初始用戶選擇的或標準的中間范圍光設置來獲取包括該Z高度范圍內(nèi)的多個相應焦點Z高度處的多個圖像的初步圖像棧。
[0121]在塊1020中，基于初步圖像棧來確定峰值焦點Z高度，并且使臺移動至該峰值焦點位置。在一個實施例中，根據(jù)為了從初步圖像棧中找出代表性圖像所應用的標準銳度(例如，對比度)測量來進行峰值焦點Z高度的確定。在該處理中，(與僅小的局部關注區(qū)域相對比)可以使用整個圖像來計算該度量。在塊1030中，在臺處于峰值焦點位置處的情況下，調(diào)整照明以確定第一照明矢量。在塊1040中，在臺仍處于峰值焦點位置的情況下，調(diào)整照明以確定第二照明矢量。
[0122]應當理解，進行單個圖像(B卩，臺的單個Z位置)的此確定以最佳地表示圖像棧是為了提高算法的速度。換句話說，在特定實現(xiàn)中，各照明調(diào)整之后的圖像棧整體的拍攝和分析將相對變慢。作為代替，可以依賴單個圖像(即，使臺移動至的單個Z位置)以判斷照明調(diào)整如何改變表面的照度。然后，在該算法的調(diào)整循環(huán)中，可以重復且快速地拍攝并分析指定Z位置處的單個“實時”照相機圖像。該單個圖像的利用在以下方面是有效的:在特定實現(xiàn)中，已通過實驗確定了整體銳度測量值較高的圖像趨于最佳地表示圖像棧。這是由于以下事實:這些圖像趨于使對比度最大化，由此得到各種實施例的光調(diào)整例程所利用的最大數(shù)量的過暗和/或過亮像素(在存在的情況下)。
[0123]圖1lA和IlB是示出包括例程部分1100A和1100B的示例例程的流程圖，其中這些例程部分1100A和1100B用于利用多個圖像棧和多個照明矢量來進行Z高度測量。在各種實施例中，可以使用在本申請中所公開的以及/或者如所并入的文獻中所公開的特征的各種組合和教導來進行例程1100的操作。
[0124]如圖1IA所示，在塊1110中，提供如下的機器視覺檢查系統(tǒng)，其中該機器視覺檢查系統(tǒng)包括:攝像部，其包括照相機；可控照明部；調(diào)焦部；控制部，其包括圖像處理器;第一測量模式，用于對工件進行基于多點對焦的Z高度測量，并且包括基于單個圖像棧來確定針對關注區(qū)域內(nèi)的多個子區(qū)域的基于多點對焦的Z高度測量值的操作，其中該單個圖像棧是針對該圖像棧中的各圖像使用相同的照明參數(shù)所獲取到的；第二測量模式，用于對工件進行基于多點對焦的Z高度測量，并且包括基于多個圖像棧來確定針對關注區(qū)域內(nèi)的多個子區(qū)域的基于多點對焦的Z高度測量的操作，其中第一圖像棧是使用滿足關注區(qū)域中的圖像像素的暗度限制標準并且針對該第一圖像棧中的各圖像相同的暗度限制照明參數(shù)所獲取到的，并且第二圖像是使用滿足關注區(qū)域中的圖像像素的亮度限制標準并且針對該第二圖像棧中的各圖像相同的亮度限制照明參數(shù)所獲取到的；用戶界面，其包括圖像顯示器和圖像用戶界面(GUI);以及多點Z高度測量工具，其包括:第二測量模式、針對關注區(qū)域中的圖像像素的亮度限制標準、針對關注區(qū)域中的圖像像素的暗度限制標準、以及包括關注區(qū)域指示器的多點GUI元件。
[0125]在塊1120中，獲取代表性工件上的特定關注區(qū)域的圖像，并且將所獲取的物體的圖像顯示在圖像顯示器上。
[0126]在塊1130中，啟動多點Z高度測量工具的實例，并且在所獲取圖像中定義其關注區(qū)域。然后，例程1100A繼續(xù)進入如圖1lB中所繼續(xù)的點A。
[0127]如圖1lB所示，從點A起，例程1100B繼續(xù)進入塊1140。在塊1140中，進行與第二測量模式相對應的多點Z高度測量工具的該實例的、使攝像部自動聚焦于該關注區(qū)域的全局最佳焦點高度處的自動操作，其中全局最佳焦點高度是基于使用一組初步的照明參數(shù)所獲取到的圖像棧并且基于根據(jù)整個關注區(qū)域所確定的焦點指標來確定的。
[0128]在塊1150中，進行與第二測量模式相對應的多點Z高度測量工具的實例的包括如下操作的自動操作:分析在全局最佳焦點高度處所獲取到的圖像并調(diào)整照明參數(shù)以確定滿足關注區(qū)域中的圖像像素的亮度限制標準的亮度限制照明參數(shù)；以及分析在全局最佳焦點高度處所獲取到的圖像并調(diào)整照明參數(shù)以確定滿足關注區(qū)域中的圖像像素的暗度限制標準的暗度限制照明參數(shù)。
[0129]應當理解，上述例程1100僅是示例性的而非限制性的。在一些實施例中，該例程還可以包括:獲取包括關注區(qū)域的多個圖像棧，其中這多個圖像棧至少包括使用所確定的暗度限制照明參數(shù)所獲取到的第一圖像棧和使用所確定的亮度限制照明參數(shù)所獲取到的第二圖像棧；以及基于這多個圖像棧來確定針對關注區(qū)域內(nèi)的多個子區(qū)域各自的基于多點對焦的Z高度測量值。在一些實施例中，多個圖像?？梢园ㄊ褂门c第一圖像棧和第二圖像棧所使用的照明參數(shù)相比提供中間水平的照度的一組照明參數(shù)所獲取到的一個或多個附加圖像棧。在一些實施例中，多個圖像棧包括使用一組初步的照明參數(shù)所獲取到的圖像棧。
[0130]在一些實施例中，該例程還可以包括基于多個圖像棧來確定針對關注區(qū)域內(nèi)的多個子區(qū)域的基于多點對焦的Z高度測量值的操作，并且這些操作可以包括針對多個子區(qū)域各自:確定該子區(qū)域針對多個圖像棧各自的Z高度質量指標；以及基于多個圖像棧中的提供最佳Z高度質量指標的圖像棧來確定該子區(qū)域的基于調(diào)焦的Z高度測量值。
[0131]在一些實施例中，該例程可以包括在運行模式期間在部分程序指令的控制下進行該例程的至少一部分。
[0132]在一些實施例中，該例程可以包括在學習模式期間進行該例程的至少一部分，并且還可以包括記錄與多點Z高度測量工具的當前實例相對應的部分程序指令，其中該部分程序指令可用于進行以下操作，包括:獲取包括關注區(qū)域的多個圖像棧，這多個圖像棧至少包括使用所確定的暗度限制照明參數(shù)所獲取到的第一圖像棧和使用所確定的亮度限制照明參數(shù)所獲取到的第二圖像棧；以及基于這多個圖像棧來確定針對關注區(qū)域內(nèi)的多個子區(qū)域各自的基于多點對焦的Z高度測量值，其中該確定操作針對各子區(qū)域包括:針對多個圖像棧各自確定該子區(qū)域的Z高度質量指標；以及基于多個圖像棧中的提供最佳Z高度質量指標的圖像棧來確定該子區(qū)域的基于對焦的Z高度測量值。
[0133]在一些實施例中，該方法可以包括在學習模式期間進行機器視覺檢察系統(tǒng)的操作，其中:在獲取特定關注區(qū)域的圖像的步驟中，該工件是代表性工件并且該步驟包括將所獲取圖像顯示在圖像顯示器上；啟動多點Z高度測量工具的實例的步驟包括將其多點⑶I元件顯示在圖像顯示器中；并且在所獲取圖像中定義關注區(qū)域的步驟包括通過將多點GUI元件的關注區(qū)域指示器定位成包圍特定關注區(qū)域來定義所顯示圖像中的關注區(qū)域。受益于本發(fā)明的本領域技術人員將明白該例程的其它可能添加和變化。
[0134]圖12是示出(例如，圖9、10或11的例程內(nèi)的)用于確定適應數(shù)量的照明水平的示例例程1200的流程圖。如以下將更詳細地所述，與以上關于圖11的塊1110?1140所述的更為一般的操作相比，塊1210、1220以及塊1230和1240的組示出特定更詳細的功能(例如，其中所保存的光水平的數(shù)量是可調(diào)整的)。如圖12所示，在塊1210中，以用戶所指定的(標準、初始)照明水平組LI來拍攝圖像棧SI。假定用戶所指定的(標準、初始)照明水平組LI是良好地示出表面、但可能無法成功移除所有過暗或過亮區(qū)域的合理的中間范圍的平均照明設置。
[0135]在塊1220中，在圖像棧SI中，確定銳度測量值最高的圖像I。然后，將臺定位在圖像I的Z高度處，并且利用實時照相機圖像IL來進一步搜索附加照明水平。在一個實施例中，在對堆棧SI中的圖像進行評價以判斷哪個圖像將表示堆棧的情況下，(與僅使用小的局部關注區(qū)域來計算銳度測量值相對比)使用各整體圖像來計算銳度測量值。如上所述，確定最佳地表示圖像棧的單個圖像(和臺的相應Z高度位置)是有利的，這是因為該確定使得算法能夠高速工作。換句話說，拍攝并分析各光調(diào)整之后的整個圖像棧將相對變慢。作為代替，可以依賴單個實時照相機圖像來確定照明調(diào)整如何改變表面的照度，其中可以在該算法的調(diào)整循環(huán)中重復且快速地拍攝并分析這種實時照相機圖像。
[0136]如以下將更詳細地所述，塊組1230(包括塊1231?1235)確定照明水平集L2(在一個實施例中，其與圖11的塊1130的第一照明矢量相對應)，并且判斷是否將要存儲照明水平集L2。在判定塊1231中，判斷圖像IL中當前是否存在過多的亮像素。在一個實施例中，如果像素的灰度大于閾值(例如，灰度為230)，則將該像素定義為亮?？梢愿鶕?jù)亮像素是否構成圖像中的總像素數(shù)的閾值分數(shù)(例如，圖像像素的總數(shù)的0.001)以上來判斷是否存在過多的亮像素。
[0137]如果在判定塊1231中判斷為在圖像IL中不存在過多的亮像素，則如以下將更詳細地所述，例程繼續(xù)進入塊1236。如果判斷為在圖像IL中存在過多的亮像素，則例程繼續(xù)進入判定塊1232，其中在該判定塊1232中，判斷是否可以進行附加光調(diào)整。通常，只要所有的照明變量尚未全部被調(diào)至最低，則認為附加光調(diào)整仍是可以的。如果在判定塊1232中判斷為不再能夠進行光調(diào)整，則如以下將更詳細地所述，例程繼續(xù)進入判定塊1234。如果判斷為仍可以進行光調(diào)整，則在塊1233中，使所有的工作光減少一級。在各替代實施例中，與共同進行調(diào)整相對比，光的減少量可以改變或可以針對各光而不同。不再對已調(diào)至最低并且設置為零的光進行調(diào)整。然后，例程返回至判定塊1231。
[0138]如前面所述，如果在判定塊1231中判斷為在圖像IL中不存在過多的亮像素，則例程繼續(xù)進入塊1236。在塊1236中，所有的工作光增加一級。不再對已達到最大設置的光進行調(diào)整。然后，例程繼續(xù)進入判定塊1237，其中在該塊1237中，判斷圖像IL中當前是否存在過多的亮像素。如果在判定塊1237中判斷為圖像IL中不存在過多的亮像素，則例程繼續(xù)返回至塊1236。如果在判定塊1237中判斷為在圖像IL中存在過多的亮像素，則例程繼續(xù)進入塊1238。在塊1238中，所有的工作光減少一級(以返回到不存在過多的亮像素的光水平)，并且例程繼續(xù)進入判定塊1234。應當理解，塊1236?1238的操作的結果是在初始光水平至少不如“過多亮像素標準”所容許的那樣亮的情況下、在不會產(chǎn)生過多亮像素的狀態(tài)下提供盡可能高的光水平，這在一些實施例中可能是有利的。
[0139]在判定塊1234中，判斷當前照明水平集L2是否不同于初始照明水平集LI。如果當前照明水平集L2沒有不同于照明水平集LI，則如以下將更詳細地所述，例程繼續(xù)進入塊1241。如果當前照明水平集L2不同于照明水平集LI，則例程繼續(xù)進入塊1235，其中在該塊1235中，將照明水平集L2存儲作為部分程序的一部分，之后例程進入塊1241。
[0140]如以下將更詳細地所述，塊組1240(包括塊1241?1246)確定照明水平集L3(其在一個實施例中與圖11的塊1140的第二照明矢量相對應)，并且判斷是否將存儲照明水平集L3。在塊1241中，作為初始步驟，使光設置返回至初始照明水平集LI，從而開始在相反方向上搜索滿足所指定的一組標準的較高的照明水平。在判定塊1242中，判斷圖像IL中是否存在過多的暗像素。在一個實施例中，如果像素的灰度小于指定閾值(例如，灰度為50)，則將像素定義為暗。另外，根據(jù)暗像素的數(shù)量是否大于圖像中的總像素數(shù)的閾值分數(shù)(例如，圖像像素的總數(shù)的0.001)來判斷是否存在“過多”的暗像素。
[0141]如果在判定塊1242中判斷為圖像IL中不存在過多的暗像素，則如以下將更詳細地所述，例程繼續(xù)進入判定塊1245。如果判斷為在圖像IL中存在過多的暗像素，則例程繼續(xù)進入判定塊1243，其中在該判定塊1243中，判斷是否可以進行進一步的光調(diào)整。只要尚未將所有的照明變量調(diào)至最高，則認為仍可以進行照明調(diào)整的附加增加。
[0142]如果在判定塊1243中、判斷為不能進行附加光調(diào)整(由此表示可調(diào)整的照明設置已全部調(diào)至最高)，則如以下將更詳細地所述，例程繼續(xù)進入判定塊1245。如果在判定塊1243中、判斷為仍可以進行光調(diào)整，則例程繼續(xù)進入塊1244，其中在該塊1244中，工作光增加一級。在各種替代實施例中，與共同進行光調(diào)整的情況相對比，光的增加量可以針對各光而改變或不同。不再對已達到最大設置的各個光進行調(diào)整。然后，例程返回至判定塊1242。
[0143]在判定塊1245中，判斷當前照明水平集L3是否不同于初始照明水平集LI和L2。如果判斷為當前照明水平集L3不同于照明水平集LI和L2，則例程進入塊1246，其中在該塊1246中，將照明水平集L3存儲在部分程序中。如果判斷為當前照明水平集L3沒有不同于照明水平集LI和L2，則例程在無需存儲照明水平集L3的情況下結束。
[0144]如上所述，根據(jù)照明水平集L2和L3的評價(即，照明水平集L2和L3是否充分不同于初始照明集LI以及/或者是否彼此不同)，可以存儲該評價或可以不存儲該評價。因而，根據(jù)照明條件，可以存儲并使用兩個、一個或無附加照明水平集(如果用戶指定的照明集LI提供充足的表面照度，則算法可能不保存任何附加照明水平集)。
[0145]圖13是示出機器視覺檢查系統(tǒng)用戶界面顯示器1300的一個實施例的圖，其中該機器視覺檢查系統(tǒng)用戶界面顯示器1300包括與利用多個光設置和圖像棧的Z高度測量工具相關聯(lián)的各種特征。在圖13所示的示例狀態(tài)中，用戶界面顯示器1300包括視場窗口1303，其中該視場窗口 1303顯示工件圖像1310。用戶界面1300還包括諸如選擇欄1320和1340、實時X-Y-Z(位置)坐標窗口 1330和光控制窗口 1350的各種測量和/或操作選擇欄。
[0146]視場窗口 1303包括示例性的多點Z高度工具窗口小部件1314、以及由該小部件1314的外邊界所定義的并且疊加在要檢查的當前工件特征1312上的相應的全局關注區(qū)域1314’。如圖13所示，將全局關注區(qū)域1314’再分割成10X 10個關注子區(qū)域SROI (k)(例如，其中k = I?100)。各子區(qū)域SROI (k)可以與代表中央位置(Xk，Yk)相關聯(lián)，并且可以包括與多個像素行和多個像素列相對應的區(qū)域。在基于(例如，如前面所述的)關注子區(qū)域來確定最佳焦點Z高度Zpk的情況下，可以利用三維坐標(Xk，Yk, Zpk)來表示與該關注子區(qū)域相對應的點云元素。在各種實施例中，可以使子區(qū)域的代表位置間隔開幾個像素、或者間隔開小至一個像素。因而，在一些這種實施例中，用于針對各子區(qū)域確定最佳焦點Z高度Zpk的像素區(qū)域可以彼此局部重疊。在一些實現(xiàn)中，各子區(qū)域的面積可能相對較小(例如，9X9個像素、13X7個像素、3X3個像素、3X5個像素等)。應當理解，在各種實施例中，與趨于產(chǎn)生可能包括相對大的噪聲分量的”焦點信號”或焦點指標的小的焦點關注區(qū)域相關聯(lián)地，根據(jù)選擇用于針對子區(qū)域確定Z高度測量值的最佳圖像棧來使用Z高度質量指標是特別有價值的。
[0147]在各種實施例中，用戶可以通過從顯示各種替代工具和/或模式選擇按鈕的選擇欄707中選擇相應的“Z高度工具”按鈕740來選擇專用多點Z高度工具或包括多點模式的通用Z高度工具。經(jīng)由Z高度工具或模式按鈕740周圍的“有效”框745，工具選擇欄707可以表示Z高度工具或模式是有效的。
[0148]在這種選擇時，在一個實施例中，如圖13所示，用戶界面可以自動顯示諸如前面所述的參數(shù)對話框800等的Z高度工具參數(shù)對話框，其中如前面在這里所公開的，該Z高度工具參數(shù)對話框用于選擇多點測量模式以及針對所選擇的多點測量模式配置各種參數(shù)。在一個實施例中，可以將窗口小部件1314自動顯示在用戶界面中以使得用戶能夠以圖形方式定義Z高度工具的該實例的關注區(qū)域1314’(例如，通過使用計算機鼠標和屏幕光標拖動位于窗口小部件1314的邊界的正方形手柄)。應當理解，針對窗口小部件1314所示出的1X 10個小區(qū)域與圖13中的選項卡部810c所示的特定“多點”參數(shù)設置相對應。
[0149]圖14是例示示出如下操作的一個實施例的示例例程1400的流程圖，其中這些操作可用于對利用這里所公開的多點Z高度測量工具所分析的多個圖像棧各自進行分析。例如，可以使用圖14所示的“Z高度指標”作為圖9或11的例程內(nèi)的Z高度質量指標。在包括基本相同的附圖的所并入的’ 054公開中說明了例程1400的大部分操作?；凇?054公開的相關教導以及本發(fā)明中其它地方的教導，本領域技術人員可以通過檢查來理解圖14。
[0150]在塊1405中，針對k = I?P定義或選擇一組關注區(qū)域ROI (k)，其中要確定Z高度和相應的Z高度質量指標。應當理解，在一些實施例中，根據(jù)用于將估計的3-D坐標數(shù)據(jù)(點云數(shù)據(jù))提供至對包括關注區(qū)域ROI (k)的表面區(qū)域進行形狀擬合的形狀擬合算法的期望目標，各關注區(qū)域(或子區(qū)域)ROI (k)可能相對較小(例如，小至9 X 9個像素、7 X 7個像素或甚至更少)，并且可能與個體坐標位置(例如，代表性的x-y像素坐標位置)相對應。
[0151]在塊1410中，定義包括image⑴的圖像的圖像棧集，其中i = I?N。圖像棧集的視場可以包括關注區(qū)域ROI (k)的集合，并且圖像棧集的Z范圍通常跨越針對關注區(qū)域ROI (k)的集合所預期的Z高度。在塊1415中，開始用以在相應的Z高度Z(i)處獲取圖像棧集image(i)的組成部分的操作。Z高度Z(i)是機器視覺檢查系統(tǒng)在獲取image (i)時所表示的Z高度，并且與該圖像的對焦被攝體面的位置相對應，而與工件表面是否實際位于該對焦被攝體面無關。
[0152]在一些實施例中，使其它塊(例如，塊1417?1443)的操作與塊1415并行執(zhí)行可以是有利的，即圖像分析操作可以在已獲取到一個或多個初始圖像的一個或多個區(qū)域之后的任何方便時間開始，從而節(jié)約操作時間和/或存儲器。因而，在塊1417中，針對第一個/下一個image⑴的圖像分析操作的處理循環(huán)可以在已獲取到第一個/下一個image (i)的一個或多個區(qū)域或子區(qū)域之后的任何方便時間開始。
[0153]在塊1420中，嵌套處理循環(huán)開始處理與當前image (i)中的第一個/下一個關注區(qū)域ROI (k)有關的操作，其中k = I?P。在塊1430中，針對當前image (i)中的當前關注區(qū)域ROI (k)確定焦點指標fm(k，i)，并且將各個這種焦點指標fm(k，i)和相應的Z高度Z(i)添加至當前關注區(qū)域ROI (k)的焦點峰值確定數(shù)據(jù)集(例如，焦點曲線數(shù)據(jù)集)。在判定塊1443中，判斷嵌套處理循環(huán)中是否存在針對當前image(i)要處理的更多關注區(qū)域ROI (k)。如果存在，則操作返回至塊1420，否則操作繼續(xù)進入判定塊1444。
[0154]在判定塊1444中，判斷在塊1417中開始的處理循環(huán)中是否存在要處理的其它image (?) ο如果存在，則操作返回至塊1417，否則操作繼續(xù)進入塊550。在圖14所示的實施例中，在完整焦點峰值確定數(shù)據(jù)集針對各關注區(qū)域ROI (k)可用的情況下，操作繼續(xù)進入塊1450。然而，在其它實施例中，塊1450的操作可以針對特定關注區(qū)域在充足的焦點峰值確定數(shù)據(jù)集針對該特定關注區(qū)域可用之后的任何方便時間開始。在塊1450中，針對各關注區(qū)域ROI (k)(例如，k = I?P)，基于通過塊1430的操作針對該ROI (k)所建立的焦點峰值確定數(shù)據(jù)集針對該ROI (k)確定(例如，如前面所述估計)最佳焦點Z高度Zp (k)。在一些實施例中，可以將各最佳焦點Z高度Zp (k)存儲在存儲器140中。
[0155]然后，操作繼續(xù)進入塊1460，其中在該塊1460中，針對各關注區(qū)域ROI (k)(例如，對于k = I?P)，確定該關注區(qū)域ROI (k)的相應的Z高度質量指標ZQM(k)?；谟糜诖_定針對該關注區(qū)域ROI (k)的最佳焦點Z高度Zp (k)的數(shù)據(jù)，Z高度質量指標ZQM(k)可以采用表示相應的估計Z高度Zp (k)的可靠性或不確定性的任何方便的Z高度質量指標。
[0156]在一個實施例中，Z高度質量指標ZQM (k)可以有利地且便利地基于通過塊1430的操作針對關注區(qū)域ROI (k)所建立的相應峰值焦點確定數(shù)據(jù)集(例如，如以上參考等式I所述)。然而，應當理解，各峰值焦點確定數(shù)據(jù)集最終基于以上要參考的圖像棧中所包括的基礎圖像數(shù)據(jù)。因而，在各種其它實施例中，可以根據(jù)關注區(qū)域ROI(k)的圖像棧集中所包括的數(shù)據(jù)、或者根據(jù)源自于該圖像數(shù)據(jù)的其它數(shù)據(jù)來推導Z高度質量指標ZQM (k)。前面已經(jīng)概述了確定Z高度質量指標ZQM(k)的各種方法(例如，以上參考等式I所述)。
[0157]然后操作繼續(xù)進入塊1470，其中在該塊1470中，針對各ROI (k)，使Z高度質量指標與該ROI (k)的相應最佳焦點Z高度Zp (k)相關聯(lián)，以使得可使用Z高度質量指標ZQM(k)來從多個圖像棧結果中選擇最佳Z高度測量值(Zheight (Zp (k))。例如，在一些實施例中，將Z高度質量指標ZQM(k)與其相應的最佳焦點Z高度Zp (k)相關聯(lián)地存儲在存儲器140中。如’054公開所述，可以將Z高度質量指標ZQM(k)存儲作為元數(shù)據(jù)。在其它實施例中，將Z高度質量指標ZQM(k)與它們的相應最佳焦點Z高度Zp (k)相關聯(lián)地直接傳送或應用于表面表示擬合操作(例如，2維“分布”擬合操作或3維點云擬合操作)。在塊1470之后，例程結束。
[0158]盡管這里已經(jīng)例示和說明了本發(fā)明的各實施例，但基于本公開內(nèi)容，所例示和說明的特征配置和操作序列的多種變形對于本領域技術人員將是明顯的。因而，應當理解，可以在沒有背離本發(fā)明的精神和范圍的情況下在本發(fā)明中進行各種改變。
[0159]例如，在各種實施例中，可以基于前面并入的’ 180專利中所公開的照明調(diào)整工具以及共同受讓并通過引用全部包含于此的美國專利6，627，863，(’863專利)中所包括的操作來實現(xiàn)識別滿足各種照明標準的照明參數(shù)的光調(diào)整。在另一示例中，并入的’ 054公開中所述的方法可以用于對利用這里所公開的多點Z高度測量工具分析后的多個圖像棧進行分析，并且根據(jù)’ 054公開的方法所確定的“Z高度元數(shù)據(jù)”可用作用于確定視頻工具分析后的多個圖像棧中的哪一個提供子區(qū)域的最佳Z高度質量指標的Z高度質量指標，并且應用于確定該子區(qū)域的基于焦點的Z高度測量值。通過引用全部包含于此的共同受讓的美國授權前公開2011/0103679(公開’ 679)的教導也可適用于提供各種實施例中可使用的方法、例如提供關注區(qū)域的全局最佳焦點圖像。
[0160]應當理解，這里所公開的方法可以以直接方式用于白光干涉儀(WLI)測量工具或方法。在一個這種實施例中，根據(jù)這里所公開的教導來確定經(jīng)由WLI元件投射至工件的光水平和所使用的圖像棧的數(shù)量。在一些實施例中，測量得到的WLI信號的振幅(例如，歸一化WLI峰值信號振幅)可用作Z高度質量指標的角色。
【權利要求】
1.一種用于操作精密機器視覺檢查系統(tǒng)以確定一組多點Z高度測量數(shù)據(jù)的方法，其中所述一組多點Z高度測量數(shù)據(jù)包括工件上的特定關注區(qū)域中的基于對焦的Z高度測量值，所述精密機器視覺檢查系統(tǒng)包括: 攝像部，其包括照相機； 可控照明部； 調(diào)焦部； 控制部，其包括圖像處理器； 第一測量模式，用于對工件進行基于多點對焦的Z高度測量，并且包括基于單個圖像棧來針對關注區(qū)域內(nèi)的多個子區(qū)域確定基于多點對焦的Z高度測量值的操作，其中所述單個圖像棧是針對所述單個圖像棧中的各圖像使用相同照明參數(shù)而獲取到的； 第二測量模式，用于對工件進行基于多點對焦的Z高度測量，并且包括基于多個圖像棧來針對關注區(qū)域內(nèi)的多個子區(qū)域確定所述基于多點對焦的Z高度測量值的操作，其中第一圖像棧是使用滿足所述關注區(qū)域中的圖像像素的暗度限制標準并且對于所述第一圖像棧中的各圖像均相同的暗度限制照明參數(shù)所獲取到的，并且第二圖像棧是使用滿足所述關注區(qū)域中的圖像像素的亮度限制標準并且對于所述第二圖像棧中的各圖像均相同的亮度限制照明參數(shù)而獲取到的； 用戶界面，其包括圖像顯示器和圖形用戶界面即⑶I;以及 多點Z高度測量工具，其包括: 所述第二測量模式； 所述關注區(qū)域中的圖像像素的所述亮度限制標準； 所述關注區(qū)域中的圖像像素的所述暗度限制標準；以及 多點GUI元件，其包括關注區(qū)域指示器；以及 所述方法包括以下步驟: 進行所述精密機器視覺檢查系統(tǒng)的操作，包括: 獲取工件上的所述特定關注區(qū)域的圖像； 啟動多點Z高度測量工具的實例；以及 在所獲取圖像中定義關注區(qū)域； 進行所述多點Z高度測量工具的所述實例的與所述第二測量模式相對應的自動操作，包括: (a)使所述攝像部自動聚焦于所述關注區(qū)域的全局最佳焦點高度處的操作，其中所述全局最佳焦點高度是基于使用一組初步照明參數(shù)所獲取到的圖像棧并且基于根據(jù)整個關注區(qū)域所確定的焦點指標而確定的， (b)對在所述全局最佳焦點高度處所獲取到的圖像進行分析以及對所述照明參數(shù)進行調(diào)整以確定滿足所述關注區(qū)域中的圖像像素的所述亮度限制標準的亮度限制照明參數(shù)的操作，以及 (c)對在所述全局最佳焦點高度處所獲取到的圖像進行分析以及對所述照明參數(shù)進行調(diào)整以確定滿足所述關注區(qū)域中的圖像像素的所述暗度限制標準的暗度限制照明參數(shù)的操作。
2.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中，所述方法包括在運行模式期間在部分程序指令的控制下進行所述精密機器視覺檢查系統(tǒng)的操作，并且所述方法還包括以下步驟: 獲取包括所述關注區(qū)域的多個圖像棧，其中所述多個圖像棧至少包括使用所確定的暗度限制照明參數(shù)所獲取到的第一圖像棧和使用所確定的亮度限制照明參數(shù)所獲取到的第二圖像棧；以及 基于所述多個圖像棧來針對所述關注區(qū)域內(nèi)的多個子區(qū)域各自確定基于多點對焦的Z高度測量值。
3.根據(jù)權利要求2所述的方法，其中，針對所述多個子區(qū)域各自確定所述基于多點對焦的Z高度測量值包括以下步驟: 針對所述多個圖像棧各自確定該子區(qū)域的Z高度質量指標；以及 基于所述多個圖像棧中的提供最佳Z高度質量指標的圖像棧來確定該子區(qū)域的基于對焦的Z高度測量值。
4.根據(jù)權利要求2所述的方法，其中，所述多個圖像棧包括使用所述一組初步照明參數(shù)所獲取到的圖像棧。
5.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中，所述方法包括在學習模式期間進行所述精密機器視覺檢查系統(tǒng)的操作，其中: 在獲取所述特定關注區(qū)域的圖像的步驟中，所述工件是代表性的工件，并且該步驟包括將所獲取圖像顯示在所述圖像顯示器上； 啟動多點Z高度測量工具的實例的步驟包括將所述多點Z高度測量工具的多點GUI元件顯示在所述圖像顯示器中；以及 在所述所獲取圖像中定義關注區(qū)域的步驟包括通過將所述多點GUI元件的關注區(qū)域指示器定位成包圍所述特定關注區(qū)域來在所顯示的圖像中定義關注區(qū)域。
6.根據(jù)權利要求5所述的方法，其中，所述方法還包括記錄針對所述多點Z高度測量工具的實例的部分程序指令，其中所述部分程序指令進行包括以下步驟的操作: 獲取包括所述關注區(qū)域的多個圖像棧，其中所述多個圖像棧至少包括使用所確定的暗度限制照明參數(shù)所獲取到的第一圖像棧和使用所確定的亮度限制照明參數(shù)所獲取到的第二圖像棧；以及 基于所述多個圖像棧來針對所述關注區(qū)域內(nèi)的多個子區(qū)域各自確定基于多點對焦的Z高度測量值，其中該確定針對各子區(qū)域包括: 針對所述多個圖像棧各自確定該子區(qū)域的Z高度質量指標；以及 基于所述多個圖像棧中的提供最佳Z高度質量指標的圖像棧來確定該子區(qū)域的基于對焦的Z高度測量值。
7.根據(jù)權利要求6所述的方法，其中，所述Z高度質量指標包括由根據(jù)所述多個圖像棧所推導出的焦點峰值確定數(shù)據(jù)集所表示的代表性峰值高度與由所述焦點峰值確定數(shù)據(jù)集所表示的代表性噪聲水平或“噪聲高度”之間的關系。
8.一種用于操作精密機器視覺檢查系統(tǒng)來確定包括對工件的基于對焦的Z高度測量值的一組Z高度測量數(shù)據(jù)的方法，所述精密機器視覺檢查系統(tǒng)包括用戶界面、包含照相機的攝像部、可控照明部、調(diào)焦部以及包含圖像處理器的控制部，所述方法包括以下步驟: (a)操作所述精密機器視覺檢查系統(tǒng)來定義所述工件上的用于進行對焦點操作的關注區(qū)域； (b)操作所述精密機器視覺檢查系統(tǒng)來定義與N個圖像棧相關聯(lián)的各自的N個照明矢量，其中所述N個圖像棧包括包含所述關注區(qū)域并且具有在所定義的Z高度范圍內(nèi)的不同的焦點Z高度的圖像，其中N至少為2，并且定義各自的所述N個照明矢量包括以下步驟: (bl)定義各自的第一照明矢量以使得滿足第一亮度標準，其中在第一亮度標準中，所述關注區(qū)域中的最亮像素位置包括所述照相機的亮度范圍的上部25%內(nèi)的亮度值；以及使得如在具有所述Z高度范圍中的各自的焦點Z高度并且具有與各自的所述第一照明矢量相對應的圖像曝光水平的至少第一圖像中所確定的，將所述關注區(qū)域中的亮度值為亮度上限以上的最亮像素位置的第一數(shù)量限制為所述關注區(qū)域中的像素位置的第一小比例；以及(b2)定義各自的第二照明矢量以使得滿足第二亮度標準，其中在第二亮度標準中，如在具有所述Z高度范圍中的各自的焦點Z高度并且具有與各自的所述第二照明矢量相對應的圖像曝光水平的至少第二圖像中所確定的，將所述關注區(qū)域中的亮度值為亮度下限以下的最暗像素位置的第二數(shù)量限制為所述關注區(qū)域中的像素位置的第二小比例；以及 (c)進行操作(Cl)和(c2)的組中的至少一個操作，其中: (cl)包括以下步驟: 在檢查相應工件上的相應關注區(qū)域的情況下，將各自的所述N個照明矢量與部分程序相關聯(lián)地進行存儲以供隨后使用，其中所述部分程序包括用于進行包括以下步驟的操作的指令: 基于各自的所述N個照明矢量來獲取N個圖像棧； 判斷所述N個圖像棧中的哪個圖像棧在各對焦點數(shù)據(jù)點位置處具有最佳Z高度質量指標；以及 提供根據(jù)所述圖像棧推導出的Z高度測量數(shù)據(jù)，以使得在各對焦點數(shù)據(jù)點位置處，將與具有最佳Z高度質量指標的圖像棧關聯(lián)的Z高度測量值識別為在該對焦點數(shù)據(jù)點位置處的Z高度測量值；以及(c2)包括以下步驟: 操作所述精密機器視覺檢查系統(tǒng)來基于各自的所述N個照明矢量獲取N個圖像棧； 判斷所述N個圖像棧中的哪個圖像棧在各對焦點數(shù)據(jù)點位置處具有最佳Z高度質量指標；以及 提供根據(jù)所述圖像棧所推導出的Z高度測量數(shù)據(jù)，以使得在各對焦點數(shù)據(jù)點位置處，所述Z高度測量值基于在該對焦點數(shù)據(jù)點位置處具有最佳Z高度質量指標的圖像棧。
9.根據(jù)權利要求8所述的方法，其中， 在步驟(bl)中，如在具有所述Z高度范圍中的各自的焦點Z高度并且具有與各自的第一照明矢量相對應的圖像曝光水平的多個第一圖像中所確定的，將所述關注區(qū)域中的亮度值為亮度上限以上的最亮像素位置的第一數(shù)量限制為所述關注區(qū)域中的像素位置的第一小比例；以及 在步驟(b2)中，如在具有所述Z高度范圍中的各自的焦點Z高度并且具有與各自的所述第二照明矢量相對應的圖像曝光水平的多個第二圖像中所確定的，將所述關注區(qū)域中的亮度值為亮度下限以下的最暗像素位置的第二數(shù)量限制為所述關注區(qū)域中的像素位置的第二小比例。
10.根據(jù)權利要求8所述的方法，其中，在步驟(bl)中，所述至少第一圖像由所述第一圖像構成，并且在步驟(b2)中，所述至少第二圖像由所述第二圖像構成。
11.根據(jù)權利要求10所述的方法，其中，所述第一圖像和所述第二圖像各自的焦點Z高度是不同的。
12.根據(jù)權利要求10所述的方法，其中，所述第一圖像和所述第二圖像各自的焦點Z高度是相同的。
13.根據(jù)權利要求8所述的方法，其中，步驟(b)包括進行包括以下步驟的操作: 定義所述Z高度范圍； 使用初步照明矢量獲取初步圖像棧，所述初步圖像棧包括在所述Z高度范圍內(nèi)的多個相應焦點Z高度處的多個圖像； 基于所述初步圖像棧來確定峰值焦點Z高度；以及 使用所述峰值焦點Z高度作為所述第一圖像和所述第二圖像各自的焦點Z高度。
14.根據(jù)權利要求13所述的方法，其中， 定義各自的所述第一照明矢量包括:使用各自的照明矢量來迭代地分析在所述峰值焦點Z高度處所獲取到的各圖像，直到識別出滿足所述第一亮度標準的各自的至少第一圖像為止，以及使用與各自的該至少第一圖像相對應的各照明矢量作為各自的所述第一照明矢量；以及 定義各自的第二照明矢量包括:使用各自的照明矢量來迭代地分析在所述峰值焦點Z高度處所獲取到的各圖像，直到識別出滿足所述第二亮度標準的至少第二圖像為止，以及使用與各自的該至少第二圖像相對應的各照明矢量作為各自的所述第二照明矢量。
15.根據(jù)權利要求8所述的方法，其中，包括與部分程序所管理的所述精密機器視覺檢查系統(tǒng)的操作的運行模式相關聯(lián)地進行步驟(c2)的操作。
16.根據(jù)權利要求15所述的方法，其中， 在操作的運行模式期間，在步驟(c2)中，操作所述精密機器視覺檢查系統(tǒng)來基于各自的所述N個照明矢量獲取N個圖像棧包括以下步驟: 從所述部分程序再調(diào)用Z高度范圍； 從所述部分程序再調(diào)用各自的所述N個照明矢量；以及 使用再調(diào)用的Z高度范圍和各自的所述N個照明矢量來獲取所述N個圖像棧。
17.根據(jù)權利要求15所述的方法，其中， 在操作的運行模式期間，在步驟(c2)中，操作所述精密機器視覺檢查系統(tǒng)來基于各自的所述N個照明矢量獲取N個圖像棧包括以下步驟: 從所述部分程序再調(diào)用Z高度范圍； 獲取初步圖像棧，其中所述初步圖像棧包括所述Z高度范圍中的多個相應焦點Z高度處的多個圖像； 基于所述初步圖像棧來確定峰值焦點Z高度； 針對代表性的所述第一圖像和所述第二圖像，使用所述峰值焦點Z高度作為運行模式焦點Z高度；以及 使用各自的所述N個照明矢量來獲取所述N個圖像棧。
18.根據(jù)權利要求8所述的方法，其中，所述Z高度質量指標包括由根據(jù)多個圖像棧所推導出的焦點峰值確定數(shù)據(jù)集表示的代表性峰值高度與由所述焦點峰值確定數(shù)據(jù)集表示的代表性噪聲水平或噪聲高度之間的關系。
19.根據(jù)權利要求18所述的方法，其中，所述Z高度質量指標基于一組焦點曲線數(shù)據(jù)，所述一組焦點曲線數(shù)據(jù)包括針對各自的工件圖像棧中的各X-Y位置處的對比度值對Z高


{MAX ^ttAS)度，并且所述z高度質量指標根據(jù)如下等式0 =使用了最大對比度值MAX、作為各自的對比度曲線中的所有對比度值的中值的基線對比度值BAS、以及所述對比度曲線的第i個對比度值Ci和所述基線對比度值BAS之差的絕對偏差的中值。
【文檔編號】G01N21/00GK104137147SQ201280070653
【公開日】2014年11月5日 申請日期:2012年12月21日 優(yōu)先權日:2011年12月23日
【發(fā)明者】R·K·布林爾, S·R·坎貝爾 申請人:株式會社三豐