專利名稱：照明贗象的圖像相減的制作方法
背景技術(shù)：
在圖像處理中，其目的是研究物體的圖像，為的是提取一些有關(guān)該物體的有用信息。通過分析圖像中空間分開單元亮度值的變化并把它們互相比較或把它們與先前確定的數(shù)值進(jìn)行比較，這是通常完成的圖像處理。
物體圖像內(nèi)亮度值的變化是很常見的，但它沒有傳遞有關(guān)物體的信息，而是傳遞有關(guān)用于照明該物體的照明系統(tǒng)或用于光學(xué)方式形成圖像到圖像傳感器的成像系統(tǒng)的虛假信息或有關(guān)物體環(huán)境的其他特征。在不可能控制環(huán)境或照明系統(tǒng)或光學(xué)系統(tǒng)以消除這些贗象的情況下，分析圖像以提取有用信息的系統(tǒng)必須妥善對(duì)付這些贗象；即，該系統(tǒng)必須從圖像中提取物體的突出特征，與此同時(shí)忽略贗象中的虛假信息。
在成像系統(tǒng)中有同軸照明裝置是眾所周知的，并首先廣泛地應(yīng)用于生物顯微鏡。一般地說，同軸照明裝置是在圖像平面與透鏡之間或在光學(xué)元件之間透鏡內(nèi)放入光源。光源與物體之間的透鏡元件可用于聚焦或準(zhǔn)直光，并使該光沿著與圖像形成光線互補(bǔ)的路徑入射到物體上。這種方法可以導(dǎo)致增大的物體圖像對(duì)比度，而且也是更緊致的組合，因?yàn)椴恍枰谕哥R與物體之間附加空間內(nèi)引入照明光。
這種成像系統(tǒng)的問題是，部分的照明光可能被照明光源與物體之間的光學(xué)元件沿著返回到圖像平面的方向反射，其中的照明光可以成為圖像的贗象。傳統(tǒng)上，對(duì)待這個(gè)問題的反映是利用仔細(xì)的光學(xué)設(shè)計(jì)實(shí)踐，其中包括加擋板和抗反射涂層，用于減小來自這種類型照明造成的贗象。

發(fā)明內(nèi)容
同軸照明產(chǎn)生的贗象是與成像的物體完全無關(guān)，而贗象與物體的圖像基本上是可加的?？梢酝耆A(yù)先地描述贗象的特征，因此，可以從物體圖像中自動(dòng)地減去贗象。本發(fā)明提供一種從物體圖像中去除贗象的方法，其中通過對(duì)物體成像和數(shù)字處理該圖像以減去以前描述的贗象。具體地說，該方法包括以下步驟利用第一贗象照度級(jí)，從成像系統(tǒng)的同軸照明裝置中得到第一贗象圖像；利用該成像系統(tǒng)對(duì)被分析的物體成像，其中同軸照明裝置是利用物體照度級(jí)；和在逐個(gè)像素尋址的基礎(chǔ)上，從物體圖像的相應(yīng)數(shù)值中減去贗象圖像的相應(yīng)像素值。贗象圖像可以是贗象的第一圖像或可以是第一圖像的按比例縮放圖像。當(dāng)然，在分析物體之前，可以在不同的照度級(jí)下攝取多個(gè)贗象圖像。然后，可以利用最接近于物體照度級(jí)的照明贗象圖像進(jìn)行減法操作，或在進(jìn)行減法操作之前，該圖像可以按比例縮放到物體的照度級(jí)。
最好是，這種數(shù)字方式去除照明贗象可以自動(dòng)地聯(lián)機(jī)發(fā)生，或在報(bào)告或觀察圖像之前，或在對(duì)圖像進(jìn)行任何隨后的圖像分析之前，可以確定被成像物體的具體特征。
通過數(shù)字方式減去同軸照明贗象，如此配置的系統(tǒng)可以對(duì)物體的特征較靈敏，因?yàn)閳D像中現(xiàn)在呈現(xiàn)的物體特征有較少來自照明贗象的干擾。此外，如此配置的系統(tǒng)可以工作在整體較高的照度級(jí)下，它沒有來自照明贗象的不適當(dāng)干擾，從而增大可以檢查的物體類型和有關(guān)物體信息類型的范圍，我們可以從圖像中提取這種信息。
在閱讀以下結(jié)合附圖實(shí)踐本發(fā)明的最佳模式之后，本領(lǐng)域?qū)I(yè)人員顯然知道本發(fā)明的其他應(yīng)用。


此處的描述是參照以下的附圖，其中相同的參考數(shù)字是指全部附圖中相同的部件，且其中 圖1是有照明贗象的機(jī)工規(guī)尺圖像； 圖2是圖1中機(jī)工規(guī)尺的圖像，其中已減去圖3所示的贗象； 圖3是包含圖像1中照明贗象的黑色絲絨圖像； 圖4是說明本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例過程的流程圖；和 圖5是與本發(fā)明結(jié)合使用的一個(gè)實(shí)施例同軸照明系統(tǒng)。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明涉及數(shù)字方式記錄與成像系統(tǒng)相關(guān)的照明贗象。然后，可以從隨后的圖像中減去這個(gè)贗象以去除這些圖像中的贗象。
最好是，本發(fā)明的利用是與同軸照明系統(tǒng)進(jìn)行組合，它可以從內(nèi)反射中得到贗象。在共同申請(qǐng)的US Patent Application SerialNo.10/373,934中描述這樣一種同軸系統(tǒng)，全文合并在此供參考。如圖5所示，這種系統(tǒng)可以包括成像儀100，成像儀100通常是由照明光源118，成像透鏡108，電子圖像檢測(cè)器，例如，視頻攝像機(jī)200，和數(shù)字計(jì)算裝置(未畫出)構(gòu)成，它能夠從電子圖像檢測(cè)器中利用電子或光學(xué)方式接收?qǐng)D像和一組用于數(shù)字處理所述圖像的指令(計(jì)算機(jī)程序)，通常是提取有關(guān)被成像物體102的信息。視頻攝像機(jī)200通?？梢园珻MOS或CCD傳感器。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，至少一種模式或特征的照明系統(tǒng)118是與成像透鏡108同軸，并在照明物體之前投影通過至少一個(gè)透鏡元件110。最好是，利用數(shù)字計(jì)算裝置控制照明。
US Patent Application Serial No.10/373,934描述的系統(tǒng)中產(chǎn)生的贗象有一些可識(shí)別的性質(zhì)，雖然其他的同軸照明裝置也具有類似的性質(zhì)。第一，在強(qiáng)度空間中贗象與物體的圖像是基本上可加的(逐個(gè)像素返回光照明強(qiáng)度的映射，它通常稱之為圖像)。第二，贗象基本上是與物體無關(guān)。這意味著，可以預(yù)先完全地描述贗象，并在操作時(shí)使用存儲(chǔ)的信息，其中可以聯(lián)機(jī)完成圖像相減。最后，不必在每個(gè)照度級(jí)下描述贗象。相反，在少量選取的照度級(jí)下描述這些贗象，可以從這些少量樣本中內(nèi)插或外插減法操作所需的特征，這是由于同軸照明強(qiáng)度與贗象特征之間有直接的關(guān)系。當(dāng)然，這種技術(shù)假設(shè)視覺系統(tǒng)知道各種照度級(jí)。
應(yīng)當(dāng)注意，上述性質(zhì)在圖像進(jìn)入飽和狀態(tài)時(shí)就不成立。即，在光強(qiáng)超出攝像機(jī)的靈敏度的情況下。若圖像確實(shí)飽和，則信息就丟失(飽和值是不定值，例如，已超出圖像傳感器動(dòng)態(tài)范圍的那些值)。若照度級(jí)是在視覺系統(tǒng)的控制之下，則可以減輕飽和。即，可以對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行編程，作為第一警戒，贗象的強(qiáng)度絕不飽和(即，可以設(shè)定限制值)。在一個(gè)較完善的系統(tǒng)中，可以對(duì)自動(dòng)照度級(jí)控制方案編程，因此，圖像中沒有哪個(gè)部分是飽和的。
在設(shè)置時(shí)，黑物體(或沒有物體)放置在成像系統(tǒng)之前。這個(gè)設(shè)置可以在制造成像系統(tǒng)時(shí)完成，或可以在利用該系統(tǒng)時(shí)完成。在成像系統(tǒng)配置成沒有來自物體的返回圖像情況下，同軸照明源從透鏡元件背反射到電子圖像檢測(cè)器的圖像是唯一成像的物品。這個(gè)贗象存儲(chǔ)在數(shù)字計(jì)算裝置中。在同軸照明源的每個(gè)照度級(jí)或僅僅少量照度級(jí)下，可以制作背反射或贗象的圖像。
參照?qǐng)D3，圖3表示贗象10是圖像中唯一內(nèi)容的圖像。圖3中的圖像是在黑色背景下拍攝的。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，確定的一個(gè)照度級(jí)是低于造成圖像飽和所需的照度級(jí)。該照度級(jí)是由數(shù)字計(jì)算裝置存儲(chǔ)，并用于設(shè)定物體同軸照明系統(tǒng)可以設(shè)定的最大照度級(jí)。最好是，在數(shù)字計(jì)算裝置中存儲(chǔ)這個(gè)最大照度級(jí)下至少一個(gè)贗象圖像，并存儲(chǔ)較低照度級(jí)下至少一個(gè)附加的贗象圖像。最好是，這個(gè)較低照度級(jí)遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于最大照度級(jí)，即，該照度級(jí)是最大照度級(jí)的四分之一或二分之一，但它高于所用傳感器/成像儀的噪聲級(jí)。傳感器/成像儀的噪聲級(jí)是隨所用的配置而變化，且它是由專業(yè)人員可以確定的一個(gè)量。利用高于噪聲級(jí)的最小照度級(jí)可以確保有足夠強(qiáng)度注冊(cè)一個(gè)可用圖像。
參照?qǐng)D1，在系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，對(duì)于每個(gè)成像的物體12，還存在一個(gè)贗象10的圖像。圖2表示減去贗象10之后得到物體12的圖像。如圖1所示，最初，物體12的圖像包含同軸照明產(chǎn)生的贗象10，而在減法操作之后，如圖2所示，從所述物體12的圖像中基本去除了贗象10。這導(dǎo)致一個(gè)很少虛假信息的改進(jìn)圖像，該虛假信息可以干擾從所述物體12圖像中提取有關(guān)物體信息的上述目的。
若沒有同軸照明贗象的圖像，該圖像對(duì)應(yīng)于得到初始物體圖像的相同照明強(qiáng)度，則按比例縮放的圖像可用于得到基本相同的結(jié)果?；叵氲酵S照明強(qiáng)度與贗象特征之間的直接關(guān)系，因此，利用贗象圖像與物體圖像的強(qiáng)度比，可以按比例縮放現(xiàn)有贗象圖像的強(qiáng)度(灰度級(jí))。這種合適縮放的贗象圖像用于減法操作。
參照?qǐng)D4，圖4表示本發(fā)明實(shí)施例的流程圖。在方框20，提供一個(gè)同軸照明裝置，最好是上述類型的同軸照明裝置。在方框22，確定和存儲(chǔ)贗象飽和點(diǎn)。在方框24，捕獲與成像系統(tǒng)相關(guān)的贗象圖像。在這個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，在不同的照度級(jí)下捕獲多個(gè)贗象。如上所述，利用成像黑色絲絨或無須給視頻攝像機(jī)充電的任何其他黑色表面可以捕獲贗象。在一個(gè)實(shí)施例中，捕獲和存儲(chǔ)兩個(gè)贗象，其中一個(gè)贗象是與飽和點(diǎn)附近的照度級(jí)相關(guān)，而另一個(gè)贗象大致是該照度級(jí)的一半。
在方框26，存儲(chǔ)贗象的圖像以及有相關(guān)強(qiáng)度級(jí)的每個(gè)贗象圖像。專業(yè)人員應(yīng)當(dāng)明白，存儲(chǔ)每個(gè)贗象圖像的像素值和像素位置。在任何具體照明條件下，上述贗象的像素值和像素位置是在隨后的圖像中再現(xiàn)，它與被成像的物體無關(guān)，只要成像裝置沒有到達(dá)飽和點(diǎn)。
在方框28，利用包含同軸照明裝置的成像系統(tǒng)得到物體的圖像。在方框30，確定捕獲圖像的強(qiáng)度或照度級(jí)。在已知強(qiáng)度級(jí)下成像該物體。在方框32，確定一個(gè)存儲(chǔ)的贗象是否有與方框28中捕獲圖像相同的照度級(jí)。若在方框32詢問的答案是“是”，則在方框34選取對(duì)應(yīng)的贗象，且該過程進(jìn)行到方框40。
若在方框32詢問餓答案是“否”，則在方框36計(jì)算方框30中捕獲圖像照度級(jí)的贗象，其中利用存儲(chǔ)贗象值的已知強(qiáng)度內(nèi)插或外插贗象。例如，若已知存儲(chǔ)的贗象照明強(qiáng)度是方框30中捕獲圖像照明強(qiáng)度的一半，則在方框36使存儲(chǔ)贗象的數(shù)值增加一倍以建立新的贗象圖像。
如上所述，方框28中捕獲的物體圖像包含其中疊加的贗象。圖1中的贗象10是在與圖3中贗象10相同的位置，并且是相同的贗象。在方框40，從方框28捕獲的圖像中減去在方框34或36中提供的贗象。這在方框50中產(chǎn)生相減的圖像，如圖2所示的圖像，其中不再存在贗象。
應(yīng)當(dāng)明白，在這個(gè)說明書中，方框28，30和32不是實(shí)踐本發(fā)明所必需的，這些方框僅僅用于提高相減圖像的精確度。
此外，還應(yīng)當(dāng)明白，此處給出的順序僅僅是完成這些步驟的一種順序。該順序可用于一次記錄贗象圖像與各種被成像和分析的物體。我們得到另一個(gè)有用的實(shí)施例，其中圖像系統(tǒng)的操作員是根據(jù)成像的具體物體設(shè)定照度級(jí)。具體地說，首先對(duì)一個(gè)物體成像。然后，替換成以上描述的零物體或暗物體，用于在該物體的照度級(jí)下捕獲贗象圖像。然后，可以從物體圖像中減去該贗象。任何類似的物體有相同的被減贗象，無須因照度級(jí)的變化而進(jìn)行調(diào)整。在分析不同的物體時(shí)，雖然這個(gè)實(shí)施例沒有以上描述實(shí)施例那樣方便，但是它在重復(fù)性任務(wù)中是十分有用的，例如，分析工業(yè)傳送帶裝置中大量類似的物體。
權(quán)利要求
1.一種從被分析物體的圖像中去除由成像系統(tǒng)的同軸照明裝置產(chǎn)生的贗象的方法，該方法包括利用第一贗象照度級(jí)，得到成像系統(tǒng)的同軸照明裝置產(chǎn)生的第一贗象圖像；利用成像系統(tǒng)對(duì)被分析物體成像，其中同軸照明裝置是利用物體照度級(jí)；和在逐個(gè)像素尋址的基礎(chǔ)上，從物體圖像的相應(yīng)數(shù)值中減去贗象圖像的相應(yīng)像素值。
2.按照權(quán)利要求1的方法，其中得到第一贗象圖像還包括在成像系統(tǒng)之前設(shè)置沒有物體和黑物體之一；和對(duì)贗象成像。
3.按照權(quán)利要求1的方法，其中贗象圖像是第一贗象圖像。
4.按照權(quán)利要求1的方法，其中物體照度級(jí)等于第一贗象照度級(jí)，且其中減去贗象圖像的相應(yīng)像素值還包括在逐個(gè)像素尋址的基礎(chǔ)上，從物體圖像的相應(yīng)數(shù)值中減去第一贗象圖像的相應(yīng)像素值。
5.按照權(quán)利要求1的方法，還包括利用第一贗象圖像，建立按比例縮放的贗象圖像；且其中減去贗象圖像的相應(yīng)像素值還包括在逐個(gè)像素尋址的基礎(chǔ)上，從物體圖像的相應(yīng)數(shù)值中減去按比例縮放的贗象圖像的相應(yīng)像素值。
6.按照權(quán)利要求5的方法，其中建立按比例縮放的贗象圖像還包括第一贗象圖像的每個(gè)像素值乘以物體照度級(jí)與第一贗象照度級(jí)之比率。
7.按照權(quán)利要求1的方法，還包括確定最大照度級(jí)，該照度級(jí)是低于造成圖像飽和所需的照度級(jí)；和利用最大照度級(jí)作為第一贗象照度級(jí)。
8.按照權(quán)利要求7的方法，還包括利用低于最大照度級(jí)的第二贗象照度級(jí)，得到由成像系統(tǒng)的同軸照明裝置產(chǎn)生的第二贗象圖像。
9.按照權(quán)利要求8的方法，還包括比較物體照度級(jí)與第一贗象照度級(jí)和第二贗象照度級(jí)中的每個(gè)照度級(jí)；在第一贗象照度級(jí)比第二贗象照度級(jí)更接近于物體照度級(jí)時(shí)，利用第一贗象圖像進(jìn)行減法操作；和在第二贗象照度級(jí)比第一贗象照度級(jí)更接近于物體照度級(jí)時(shí)，利用第二贗象圖像進(jìn)行減法操作。
10.按照權(quán)利要求1的方法，還包括利用第二贗象照度級(jí)，得到由成像系統(tǒng)的同軸照明裝置產(chǎn)生的第二贗象圖像。
11.按照權(quán)利要求10的方法，還包括比較物體照度級(jí)與第一贗象照度級(jí)和第二贗象照度級(jí)中的每個(gè)照度級(jí)；在第一贗象照度級(jí)比第二贗象照度級(jí)更接近于物體照度級(jí)時(shí)，利用第一贗象圖像作為減法操作的贗象圖像；和在第二贗象照度級(jí)比第一贗象照度級(jí)更接近于物體照度級(jí)時(shí)，利用第二贗象圖像作為減法操作的贗象圖像。
12.按照權(quán)利要求10的方法，還包括比較物體照度級(jí)與第一贗象照度級(jí)和第二贗象照度級(jí)中的每個(gè)照度級(jí)；和在物體照度級(jí)不同于第一贗象照度級(jí)和第二贗象照度級(jí)中的每個(gè)照度級(jí)時(shí)，按比例縮放第一贗象圖像和第二贗象圖像中的一個(gè)圖像。
13.按照權(quán)利要求12的方法，其中減去贗象圖像的相應(yīng)像素值還包括在逐個(gè)像素尋址的基礎(chǔ)上，從物體圖像的相應(yīng)數(shù)值中減去按比例縮放產(chǎn)生的圖像的相應(yīng)像素值。
14.按照權(quán)利要求12的方法，其中按比例縮放第一贗象圖像和第二贗象圖像中的一個(gè)圖像包括在第一贗象照度級(jí)比第二贗象照度級(jí)更接近于物體照度級(jí)時(shí)，乘以第一贗象圖像的每個(gè)像素值；和在第二贗象照度級(jí)比第一贗象照度級(jí)更接近于物體照度級(jí)時(shí)，乘以第二贗象圖像的每個(gè)像素值。
15.按照權(quán)利要求14的方法，其中減去贗象圖像的相應(yīng)像素值還包括在逐個(gè)像素尋址的基礎(chǔ)上，從物體圖像的相應(yīng)數(shù)值中減去按比例縮放產(chǎn)生的圖像的相應(yīng)像素值。
16.按照權(quán)利要求14的方法，其中第一贗象照度級(jí)的強(qiáng)度低于飽和值；且其中第二贗象照度級(jí)小于第一贗象照度級(jí)并且高于成像系統(tǒng)的噪聲級(jí)。
17.按照權(quán)利要求1的方法，還包括得到從成像系統(tǒng)的照明裝置產(chǎn)生的多個(gè)贗象圖像，其中利用相應(yīng)贗象照度級(jí)得到多個(gè)贗象圖像中的每個(gè)圖像。
18.按照權(quán)利要求17的方法，還包括選取多個(gè)贗象圖像中的一個(gè)圖像，其中與該一個(gè)圖像相關(guān)的相應(yīng)贗象照度級(jí)等于物體照度級(jí)；和在逐個(gè)像素尋址的基礎(chǔ)上，利用選取的圖像作為從物體圖像的相應(yīng)數(shù)值中減去贗象圖像中相應(yīng)像素值的贗象圖像。
19.按照權(quán)利要求17的方法，還包括比較多個(gè)贗象圖像中每個(gè)圖像的相應(yīng)贗象照度級(jí)與物體照度級(jí)；在沒有一個(gè)贗象照度級(jí)等于物體照度級(jí)的情況下，利用多個(gè)贗象圖像中的一個(gè)圖像建立按比例縮放的圖像；和在逐個(gè)像素尋址的基礎(chǔ)上，利用按比例縮放的圖像作為從物體圖像的相應(yīng)數(shù)值中減去贗象圖像的相應(yīng)像素值的贗象圖像。
20.按照權(quán)利要求19的方法，其中建立按比例縮放的圖像還包括多個(gè)贗象圖像中的一個(gè)圖像的每個(gè)像素值乘以物體照度級(jí)與多個(gè)贗象圖像中的該一個(gè)圖像的相應(yīng)贗象照度級(jí)之比率。
全文摘要
一種從物體圖像中去除成像系統(tǒng)的同軸照明裝置產(chǎn)生贗象的方法。該方法包括步驟利用第一贗象照度級(jí)得到第一贗象圖像，和利用成像系統(tǒng)對(duì)物體成像，其中照明裝置是利用物體照度級(jí)。贗象圖像與物體無關(guān)，但它有與照度級(jí)有關(guān)的像素值。因此，在逐個(gè)像素尋址的基礎(chǔ)上，從物體圖像的相應(yīng)數(shù)值中減去贗象圖像的相應(yīng)像素值可以去除贗象。不同的照度級(jí)可用于建立多個(gè)贗象圖像。用于減法操作的贗象圖像可以是一個(gè)拍攝的圖像或可以是一個(gè)按比例縮放的圖像，其中贗象圖像按比例縮放到物體照度級(jí)。
文檔編號(hào)G06K9/20GK1906633SQ200480040765
公開日2007年1月31日 申請(qǐng)日期2004年12月6日 優(yōu)先權(quán)日2004年1月23日
發(fā)明者里昂·巴爾德溫 申請(qǐng)人:電科學(xué)工業(yè)公司