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WO2002019699A1 - Verfahren zur verarbeitung von kontrastschwachen bildsignalen - Google Patents

Verfahren zur verarbeitung von kontrastschwachen bildsignalen Download PDF

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WO2002019699A1
WO2002019699A1 PCT/DE2001/003315 DE0103315W WO0219699A1 WO 2002019699 A1 WO2002019699 A1 WO 2002019699A1 DE 0103315 W DE0103315 W DE 0103315W WO 0219699 A1 WO0219699 A1 WO 0219699A1
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WO
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signal
image
interference signal
image signal
interference
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PCT/DE2001/003315
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English (en)
French (fr)
Inventor
Günther WITTMANN
Original Assignee
Siemens Aktiengesellschaft
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Filing date
Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N5/00—Details of television systems
    • H04N5/14—Picture signal circuitry for video frequency region
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T5/00—Image enhancement or restoration
    • G06T5/50—Image enhancement or restoration using two or more images, e.g. averaging or subtraction

Definitions

  • the invention relates to a method for processing low-contrast image signals.
  • low-pass filters such as rectangular filters or Gaussian filters
  • high-pass filters such as direction-dependent or direction-independent difference operators, or non-linear filters are used.
  • the invention is based on the object of specifying a method for processing low-contrast image signals, by means of which the useful signal can be determined from an image signal with a constant interference signal and a variable useful signal. This object is achieved by a method with the features of the independent claim. Preferred embodiments of the invention are claimed in the dependent claims.
  • the interference signal is determined in advance by an electronic computer. After the image signal has been detected, the interference signal is subtracted from the image signal, as a result of which the useful signal is obtained. In this way, for example, a signal can be fed to an evaluation unit, which essentially only has the useful signal, so that simplified further processing is possible.
  • the interference signal can be determined, for example, by capturing the image signal from an image which only has the interference structure which produces the interference signal.
  • An event that triggers the detection of the interference signal can be, for example, an accumulation of errors in a system in which an image processing system is used, from which the method according to the invention is carried out. It is also possible to record the interference signal cyclically, it being possible to choose a suitable time interval. Furthermore, the detection of the interference signal can also be triggered by an external event, such as the intervention of an operator.
  • the limit value from which subtraction is carried out can be determined from the image signal. For example, depending on the average error rate of the system using the image processing system, the limit value for subtracting the interference signal from the image signal can be determined.
  • the method according to the invention is used in particular in a handling device for placement elements of an automatic placement machine.
  • the interference signal is the image of an end effector of the handling device for placement elements and the useful signal is one of those from the image
  • the end effector can be, for example, a vacuum pipette of a vacuum pipette system of an automatic placement machine.
  • the interference signal caused by the image of the vacuum pipette remains essentially the same. Therefore, by capturing the interference signal caused by the vacuum pipette in the image signal once, the interference signal can be effectively removed from the image signal. Only an image signal of the placement element remains as the useful signal. Does that change
  • Interference signal for example due to contamination of the vacuum pipette, can either be detected by means of the image processing system or can be determined on the basis of an increasing frequency of errors in the placement machine, which triggers a renewed detection of the interference signal.
  • the useful signal obtained can additionally be subjected to digital filtering. This further increases the contrast of the useful signal obtained, for example with digital low-pass filters, high-pass filters or non-linear filters.
  • the method can only be carried out with a partial area or section of the entire image signal. This has the advantage that the effort for processing the method according to the invention is less, since the image sizes are smaller. In addition, partial areas of the image signal that are not relevant are not taken into account in the evaluation, so that the image signal can be processed with high efficiency.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of an image signal which is processed using the method according to the invention
  • FIG. 2 shows a schematic representation of an interference signal which is processed using the method according to the invention
  • FIG useful signal shows a schematic representation of an interference signal which is processed using the method according to the invention
  • a preferred embodiment of the invention relates to a method for processing low-contrast image signals of an image processing system, for example on placement machines.
  • placement machines have Vacuum pipette system, which serves as a handling device for placement elements, in particular SMD components.
  • the vacuum pipette system has an end effector, in particular a vacuum pipette.
  • An end image of such a vacuum pipette with a placement element arranged thereon can be seen from the image signal 100 according to FIG. 1.
  • This image signal 100 is read into the image processing system of the placement machine.
  • the image signal 100 thus has an image of the placement element 180, an image of the vacuum pipette tip 153, an image of the vacuum pipette body 152, an image of the shaft 151 to which the vacuum pipette is attached, and an essentially homogeneous background 150.
  • the position of the placement element whose image 180 is part of the image signal 100 is to be determined by means of the image processing system of the placement machine.
  • the interference signal 200 present in the image signal 100 is determined in advance.
  • the interference signal 200 is the almost complete content of the image signal 100 except for the image of the placement element 180.
  • the interference signal 200 thus has images of the tip of the vacuum pipette 153, the body of the vacuum pipette 152, and the shaft 151 , on which the vacuum pipette is attached, and an image of the essentially homogeneous background 150.
  • an image signal of the vacuum pipette system is acquired without a component arranged thereon. Such an image only has the interference signal 200.
  • the detection of the interference signal 200 can, for example, after switching on the placement machine, for example during a preparation phase of the placement machine, for each one A plurality of vacuum pipettes of the placement machine take place. Furthermore, it is possible to detect the associated interference signal again after changing one or more of the vacuum pipettes. In addition, the detection of the interference signal may occur, in particular due to an accumulation of errors
  • Assembly errors are carried out when one or more of the vacuum pipettes are worn, damaged or soiled, for example.
  • the previously detected interference signal 200 can be subtracted from the image signal 100 determined during operation of the image processing system. As a result, only the image of the placement element 180 remains, as can be seen in FIG. 3, as the useful signal 300.
  • the coordinates of the placement element can easily be determined from the useful signal 300 from the image of the placement element 180 in the useful signal 300.
  • the contrast ratio of the image signal 100 it can happen that when the interference signal 200 is subtracted from the image signal 100, a useful signal 300 is obtained in which the image of the placement element 180 is no longer displayed as a homogeneous surface.
  • the contrast of the useful signal 300 can be increased by means of a digital filter, so that the detection of the position of the placement element is further improved by evaluating the useful signal 300.
  • Low-pass filters such as rectangular filters or Gaussian filters
  • high-pass filters such as direction-dependent or direction-independent difference operators, or non-linear filters are used as digital filters. It is also possible to process the interference signal 200 and / or the image signal 100 before the subtraction of the interference signal 200 from the image signal 100 by means of an edge detection method or another type of digital filter. This significantly reduces the influence of tolerances, for example on the result of a position measurement.
  • the current interference signal can be subtracted from the image signal before the placement of each placement element with or without the additional use of digital filtering.

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  • Physics & Mathematics (AREA)
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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 Bestückelements (180).

Description

Beschreibung
Verfahren zur Verarbeitung von kontrastschwachen Bildsignalen
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 Figur 1 eine schematische Darstellung eines Bildsignals, welches mit dem erfindungsgemäßen Verfahren verarbeitet wird, Figur 2 eine schematische Darstellung eines Störsignals, welches mittels dem erfindungsgemäßen Verfahren verarbeitet wird und Figur 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 Figur 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 Figur 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 Figur 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 Figur 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

Patentansprüche
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.
PCT/DE2001/003315 2000-09-01 2001-08-29 Verfahren zur verarbeitung von kontrastschwachen bildsignalen WO2002019699A1 (de)

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