DE10043197A1 - Verfahren zur Verarbeitung von kontrastschwachen Bildsignalen - Google Patents

Abstract

Verfahren zur Verarbeitung von kontrastschwachen Bildsignalen (100), bei welchem ein veränderliches Nutzsignal (300) durch Subtraktion eines gleichbleibenden Störsignals (200) aus dem Bildsignal (100) ermittelt wird. Das Störsignal (200) ist insbesondere das Bild eines Endeffektors (151, 152, 153) eines Handhabungsgerätes für Bestückelemente und das Nutzsignal (300) ist insbesondere das Bild eines von dem Endeffektor gehaltenen Bestückelementes (180).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verarbeitung von kontrastschwachen Bildsignalen.

In der Bildverarbeitung treten häufig Anwendungsfälle auf, bei welchen ein Bildsignal mit einem Störsignal überlagert ist. Das Auswerten eines derartigen, mit einem Störsignal überlagerten Bildsignals ist erschwert. Insbesondere bei kontrastschwachen Bildsignalen besteht ein Problem darin, daß durch die Überlagerung mit dem Störsignal das in dem Bildsignal vorhandene Nutzsignal nicht vollständig ermittelt werden kann.

In der Bildverarbeitung sind zur Aufbereitung von Bildsignalen unterschiedliche Verfahren bekannt. Beispielsweise ist es möglich, digitale Filter einzusetzen. Hierbei kommen Tiefpaßfilter, wie beispielsweise Rechteckfilter oder Gaußfilter, Hochpaßfilter, wie beispielsweise richtungsabhängige oder richtungsunabhängige Differenzenoperatoren, oder nichtlineare Filter zum Einsatz.

Mit digitalen Filtern kann jedoch ein Störsignal in einem Bildsignal nicht vollständig unterdrückt werden. Außerdem wird durch digitale Filter die ursprüngliche Bildinformation verändert. Dies ist insbesondere dann unerwünscht, wenn mittels der Bildverarbeitung aus dem Bildsignal Positionsinformationen eines in dem Bildsignal dargestellten Objektes gewonnen werden sollen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Verarbeitung von kontrastschwachen Bildsignalen anzugeben, mittels welchem aus einem Bildsignal mit gleichbleibendem Störsignal und veränderlichem Nutzsignal das Nutzsignal ermittelt werden kann.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beansprucht.

Mittels des Verfahrens nach Anspruch 1 wird durch einen elektronischen Rechner das Störsignal vorab ermittelt. Nach einem Erfassen des Bildsignals wird das Störsignal von dem Bildsignal subtrahiert, wodurch das Nutzsignal erhalten wird. Hierdurch kann beispielsweise einer Auswerteeinheit ein Signal zugeführt werden, welches im wesentlichen nur das Nutzsignal aufweist, wodurch eine vereinfachte Weiterverarbeitung möglich ist.

Das Störsignal kann hierbei beispielsweise durch Erfassen des Bildsignals von einem Bild ermittelt werden, welches lediglich die Störstruktur aufweist, welche das Störsignal hervorruft.

Hierbei ist es möglich, das Erfassen des Störsignals zyklisch oder ereignisgesteuert durchzuführen. Als Ereignis, welches das Erfassen des Störsignals auslöst, kann beispielsweise eine Fehleranhäufung einer Anlage herangezogen werden, in welcher ein Bildverarbeitungssystem verwendet wird, von welchem das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt wird. Es ist auch möglich, das Störsignal zyklisch zu erfassen, wobei ein geeignetes Zeitintervall gewählt werden kann. Ferner kann das Erfassen des Störsignals auch durch ein externes Ereignis, wie beispielsweise den Eingriff eines Bedieners, ausgelöst werden.

Ferner ist es möglich, die Subtraktion des bekannten Störsignals von dem Bildsignal nur durchzuführen, wenn für das Kontrastverhältnis des Bildsignals ein Grenzwert unterschritten wird.

Beispielsweise wird bei einem Kontrastverhältnis des Bildsignals von weniger als 10% subtrahiert.

Dies bietet den Vorteil, daß ein Bildsignal, bei welchem eine Subtraktion des Störsignals für eine erfolgreiche Weiterverarbeitung nicht erforderlich ist, selektiv, direkt und ohne zusätzlichen Aufwand weiterverarbeitet werden kann.

Der Grenzwert, ab welchem subtrahiert wird, kann aus dem Bildsignal bestimmt werden. Beispielsweise kann, abhängig von der mittleren Fehlerrate des Systems, welches des Bildverarbeitungssystem verwendet, der Grenzwert für das Subtrahieren des Störsignals von dem Bildsignal bestimmt werden.

Das Verfahren nach der Erfindung findet insbesondere Anwendung bei einem Handhabungsgerät für Bestückelemente eines Bestückautomaten. Hierbei ist das Störsignal das Bild eines Endeffektors des Handhabungsgeräts für Bestückelemente und das Nutzsignal wird aus dem Bild eines von dem Endeffektor gehaltenen Bestückelements gebildet. Der Endeffektor kann beispielsweise eine Vakuumpipette eines Vakuumpipettensystems eines Bestückautomaten sein. Während des Betriebs einer derartigen Anlage bleibt das durch das Bild der Vakuumpipette hervorgerufene Störsignal im wesentlichen gleich. Daher kann durch einmaliges Erfassen des von der Vakuumpipette hervorgerufenen Störsignals in dem Bildsignal ein effektives Entfernen des Störsignals aus dem Bildsignal erfolgen. Als Nutzsignal verbleibt nur ein Bildsignal des Bestückelements. Verändert sich das Störsignal, beispielsweise durch ein Verschmutzen der Vakuumpipette, so kann dies entweder mittels des Bildverarbeitungssystems miterfaßt werden oder anhand einer steigenden Fehlerhäufigkeit des Bestückautomaten festgestellt werden, wodurch ein erneutes Erfassen des Störsignals ausgelöst wird.

Nach Subtrahieren des Störsignals von dem Bildsignal kann das gewonnene Nutzsignal zusätzlich einer digitalen Filterung unterzogen werden. Hierdurch wird beispielsweise mit digitalen Tiefpaßfiltern, Hochpaßfiltern oder nichtlinearen Filtern der Kontrast des erhaltenen Nutzsignals weiter gesteigert.

Es ist auch möglich, das Bildsignal und/oder das Störsignal vorab mittels eines Kantenerkennungsverfahrens zu verarbeiten. Hierbei werden die gewonnenen Kantenbilder des Bildsignals und/oder des Störsignals voneinander subtrahiert.

Ferner kann das Verfahren lediglich mit einem Teilbereich oder Ausschnitt des gesamten Bildsignals durchgeführt werden. Das bietet den Vorteil, daß der Aufwand zur Abarbeitung des erfindungsgemäßen Verfahrens geringer ist, da die Bildgrößen geringer sind. Außerdem werden zu einem Zeitpunkt nicht relevante Teilbereiche des Bildsignals bei der Auswertung nicht berücksichtigt, so daß mit hoher Effizienz die Verarbeitung des Bildsignals erfolgen kann.

Die Erfindung wird anhand bevorzugter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Bildsignals, welches mit dem erfindungsgemäßen Verfahren verarbeitet wird,

Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Störsignals, welches mittels dem erfindungsgemäßen Verfahren verarbeitet wird und

Fig. 3 eine schematische Darstellung eines mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens aus dem Bildsignal ermittelten Nutzsignals.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verarbeitung von kontrastschwachen Bildsignalen eines Bildverarbeitungssystems, beispielsweise an Bestückautomaten. Derartige Bestückautomaten weisen ein Vakuumpipettensystem auf, welches als Handhabungsgerät für Bestückelemente, insbesondere SMD-Bauelemente, dient.

Das Vakuumpipettensystem weist einen Endeffektor, insbesondere eine Vakuumpipette, auf. Ein stirnseitiges Bild einer derartigen Vakuumpipette mit daran angeordnetem Bestückelement ist aus dem Bildsignal 100 nach Fig. 1 ersichtlich. Dieses Bildsignal 100 wird in das Bildverarbeitungssystem des Bestückautomaten eingelesen. Das Bildsignal 100 weist somit ein Bild des Bestückelements 180, ein Bild der Vakuumpipettenspitze 153, ein Bild des Vakuumpipettenkörpers 152, ein Bild des Schaftes 151, an welchem die Vakuumpipette angebracht ist, sowie einen im wesentlichen homogenen Hintergrund 150 auf.

Aus diesem Bildsignal 100 soll mittels des Bildverarbeitungssystems des Bestückautomaten die Lage des Bestückelementes ermittelt werden, dessen Bild 180 Bestandteil des Bildsignals 100 ist.

Hierzu wird vorab das in dem Bildsignal 100 vorhandene Störsignal 200 ermittelt, welches aus Fig. 2 ersichtlich ist. In diesem Anwendungsfall ist das Störsignal 200 der fast vollständige Inhalt des Bildsignals 100 bis auf das Bild des Bestückelements 180. Das Störsignal 200 weist somit, wie aus Fig. 2 ersichtlich, Bilder der Spitze der Vakuumpipette 153, des Körpers der Vakuumpipette 152, des Schafts 151, an welchem die Vakuumpipette angebracht ist, sowie ein Bild des im wesentlichen homogenen Hintergrunds 150 auf. Zum Erfassen des Störsignals 200 wird beispielsweise ein Bildsignal des Vakuumpipettensystems ohne daran angeordnetem Bauelement erfaßt. Ein derartiges Bild weist lediglich das Störsignal 200 auf.

Das Erfassen des Störsignals 200 kann beispielsweise nach dem Einschalten des Bestückautomaten, z. B. während einer Vorbereitungsphase des Bestückautomaten, für jede einer Mehrzahl von Vakuumpipetten des Bestückautomaten erfolgen. Ferner ist es möglich, nach dem Wechseln einer oder mehrerer der Vakuumpipetten jeweils erneut das zugehörige Störsignal zu erfassen. Außerdem kann das Erfassen des Störsignals aufgrund einer Häufung von Fehlern, insbesondere Bestückfehlern, durchgeführt werden, wenn eine oder mehrere der Vakuumpipetten beispielsweise abgenutzt, beschädigt oder verschmutzt sind.

Beim späteren Durchführen beispielsweise einer Positionserfassung des Bestückelements kann das vorab erfaßte Störsignal 200 von dem während des Betriebs des Bildverarbeitungssystems ermittelten Bildsignal 100 subtrahiert werden. Als Ergebnis verbleibt lediglich das Bild des Bestückelements 180, wie aus Fig. 3 ersichtlich, als Nutzsignal 300.

Aus dem Nutzsignal 300 können nun im Laufe der weiteren Verarbeitung durch das Bildverarbeitungssystem leicht beispielsweise die Koordinaten des Bestückelementes aus dem Bild des Bestückelements 180 in dem Nutzsignal 300 ermittelt werden.

Je nach Kontrastverhältnis des Bildsignals 100 kann es vorkommen, daß beim Subtrahieren des Störsignals 200 von dem Bildsignal 100 ein Nutzsignal 300 erhalten wird, bei welchem das Bild des Bestückelements 180 nicht mehr als homogene Fläche dargestellt wird. Hierbei kann mittels eines digitalen Filters der Kontrast des Nutzsignals 300 gesteigert werden, so daß das Erfassen der Position des Bestückelements durch Auswerten des Nutzsignals 300 noch weiter verbessert ist.

Als digitale Filter werden hierbei Tiefpaßfilter, wie zum Beispiel Rechteckfilter oder Gaußfilter, Hochpaßfilter, wie beispielsweise richtungsabhängige oder richtungsunabhängige Differenzenoperatoren, oder nichtlineare Filter verwendet.

Es ist auch möglich, vor der Subtraktion des Störsignals 200 von dem Bildsignal 100 das Störsignal 200 und/oder das Bildsignal 100 mittels eines Kantenerkennungsverfahrens oder einer anderen Art von digitalem Filter zu verarbeiten. Hierdurch wird der Einfluß von Toleranzen beispielsweise auf das Ergebnis einer Positionsmessung deutlich verringert.

Während des Bestückbetriebs des Bestückautomaten kann jeweils eine Subtraktion des akuellen Störsignals von dem Bildsignal vor dem Bestücken jedes Bestückelements mit oder ohne zusätzlichen Einsatz einer digitalen Filterung erfolgen.

Claims (10)

1. Verfahren zur Verarbeitung von kontrastschwachen Bildsignalen (100), welche ein veränderliches Nutzsignal (300) und ein gleichbleibendes Störsignal (200) aufweisen, bei welchem durch einen elektronischen Rechner
das Bildsignal (100) erfaßt wird,
das Störsignal (200) vorab ermittelt wird, und
das Störsignal (200) von dem Bildsignal (100) subtrahiert wird, wodurch im wesentlichen das Nutzsignal (300) erhalten wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Störsignal (200) durch Erfassen eines lediglich das Störsignal (200) aufweisenden Bildsignals ermittelt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Kontrastverhältnis des Bildsignals (100) ermittelt wird und abhängig von einem Grenzwert für das Kontrastverhältnis subtrahiert wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei bei einem Kontrastverhältnis von weniger als 10% subtrahiert wird.

5. Verfahren nach Anspruch 3, wobei der Grenzwert aus dem Bildsignal (100) bestimmt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Störsignal (200) das Bild eines Endeffektors (151, 152, 153) eines Handhabungsgerätes für Bestückelemente ist und das Nutzsignal (300) aus dem Bild eines von dem Endeffektor (151, 152, 153) gehaltenen Bestückelements (180) gebildet wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das erfaßte Bildsignal (100) vor dem Ermitteln des Störsignals (200) einer digitalen Filterung unterzogen wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das Bildsignal (100) und/oder das Störsignal (200) jeweils mit einem Kantenerkennungsverfahren verarbeitet werden.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das Ermitteln des Störsignals (200) nach Eintritt eines Ereignisses ausgelöst wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei nur ein Teilbereich des Bildsignals (100) erfaßt wird und als Störsignal (200) das Störsignal des Teilbereichs des Bildsignals (100) ermittelt wird.