基于图像高频信息的标定方法, 从单轴的电机步长和聚焦系统的机械回差角度进行标定, 同时结合不同聚焦函数的特性, 进一步讨论和探索视觉系统的标定方法。利用倾斜载片聚焦位置的改变, 测量电机步长。通过测量两聚焦函数的移位差得到机械回差, 两聚焦函数分别从高到低或者从左到右接近电机, 然后返回到起点得到的。通过与测微仪得到的实验数据进行比较, 表明该标定方法有效地避免了误差的影响, 效果好, 精度高。实验证明该标定方法具有的优越性。

直线图像特征在实际中应用很多,且多数情况下要求对其快速测量。传统标准互相关算子(NCCO)匹配方法计算量大、速度较慢。分析了NCCO匹配搜索方法的本质,以图像特征概率分布的形式给出了NCCO在二值图像匹配下的相似函数计算式。通过设计特殊模板,并利用直线特征的自身特点,从原理上推导并证明了求解直线型图像特征参数的计算公式,据此提出直线型图像特征的快速测量方法。中等噪声强度的仿真图像实验结果表明,直线特征倾角α的测量正确度在0.24°-0.98°。最后,将测量算法应用于微对准装配系统中标记图像的粗定位,实测该算法在实时性上要远优于传统模板匹配方法,甚至高于传统拟合方法约2.5倍。

针对显微视觉中需要反复自动聚焦与自动照明调节以获取高质量图像,降低了微操作效率,提出一种图像特征测量方法.该方法建立在二值图像标准互相关计算模型的基础上.首先,通过设计特殊模板图像,简化该计算模型;通过反推该计算模型,可以在不作预处理基础上,得到目标图像的面积特征参量.利用误差补偿原理,设计两种模板求解两次面积参量,而后求平均值,提高了算法对比度及鲁棒性.强噪音仿真图像实验结果表明：改进方法的测量正确度比常规方法高约20倍;强离焦退化仿真实验表明：改进方法的测量正确度可提高一个数量级.实际图像实验中,改进方法可以在严重离焦以及弱照明条件下有效对图像面积特征进行测量,测量精密度比常规方法高3～5倍.结果表明,该方法在低质量图像面积特征测量中具有实用价值.

对用于图像特征定位的标准互相关算子灰度无关特性展开了研究.由于在显微视觉中的大多数图像灰阶较低，接近于三值甚至二值图像；可籍此灰度无关特性对模板匹配的算法进行优化.实验结果表明，标准互相关的灰度无关特性可以在实际中指导设计模板图像，降低相关运算计算速度，以及指导改善照明条件.

针对手工调节照明强度、人为评测图像质量给全自动微装配/微操作带来功能局限,本文从图像高频信息分析(IHFA)的角度提出图像质量评测方法。该方法利用基于时域的梯度函数或基于频域的傅里叶变换对图像的高频能量进行计算,从而实现最佳照明强度寻优。开发了照明自动调控系统,并以此硬件为基础进行显微视觉照明实验。实验表明,图像平均亮度相应变化的平均线性度可达1.3%;在适当的照明强度下,显微图像的高频信息最大;另外,传统的图像质量评价(IQA)体系侧重于评测人类视觉感知的效果,而基于IHFA的测度函数则更好地反映了图像的信息传感功能。

提出了一种基于SUSAN算法和Hough变换的直线边缘亚像素定位方法。在该方法中,给出了SUSAN算法模板选择的依据,同时定义了直线边缘响应函数并引入加权Hough变换。首先,利用直线边缘响应函数对直线边缘进行提取;然后对具有响应值的灰度点进行Hough变换并将该响应值作为权值记入参数空间累加器,得到粗定位;在粗定位的基础上对映射区进行局部细化,并对区域内点进行拟合,最终得到直线边缘精定位。实验证明:直线边缘定位精度可达0.3pixels,同时为解析曲线亚像素定位提供了一种新的思路。

讨论了照明强度对自动聚焦的影响。开发了照明自动调控系统,为显微视觉照明问题的研究提供了物质前提。利用快速傅里叶变换对离焦图像序列以及不同照明强度图像序列进行频谱分析,证明照明强度条件对图像高频能量影响显著。提出了对图像特征高频能量有效度量的评价函数。自动聚焦实验表明,照明强度对于聚焦曲线的特性产生很大影响,经照度优化后的自动聚焦具有更高的聚焦精度,可达0.857μm,证明照明强度优化对于提高自动聚焦精度具有实用价值。

理想规则图像特征经标准互相关函数匹配后,相似函数C*(x)可用确定的解析式Z(x)表达。但是对于含噪声图像,相似函数C(x)较之C*(x)发生了变化,但存在“零相似不变性”。将此原理应与于显微视觉中图像物面分辨率的在线标定,推导了矩形图像特征的一维相似函数解析式Z(x);求解C(x)=0作为Z(x)的近似,并给出了具体标定算法;通过仿真图像实验,给出标定算法的正确度在0.1～0.2 pixel;最后,将标定算法应用于可连续变焦的微对准装配系统,实测算法的精密度可达为0.08 pixel。实验结果表明,基于“零相似不变性”的标定算法是具有实用性的亚像素标定方法。

根据显微图像的几何特点,提出了基于HT (Hough Transform) 十字显微图像亚像素定位算法(SLACHT) 和基于HT近似圆显微图像亚像素定位算法(SLARHT),对显微图像特征中的直线和近似圆的亚像素定位做了深入的研究.通过与经典直线HT定位算法和经典随机HT圆定位算法进行实验对比,验证了该定位算法的优越性;通过与Matlab中的直线HT定位算法和圆HT定位算法进行实验对比,验证了该算法的可靠性.大量实验表明,该算法的定位精度优于0.01像素,具有运行速度快、鲁棒性强的特点.

提出一种评估空域聚焦函数的方法。从计算时间与聚焦曲线变化率两个方面,提出四个参量作为评估依据,可从多个函数中筛选出最佳聚焦测度。针对研制的微对准装配自动聚焦系统的评估结果表明:灰度熵函数是适合于该系统的最佳聚焦测度。为克服聚焦搜索运动中的机械传动回差,提出不同于传统聚焦策略的“定位法”。该方法的核心是建立聚焦函数值与离焦量之间的函数关系,提出采用多项式拟合、高斯函数拟合以及样条插值拟合的方法可以构建这种函数关系;并给出了计算结果。最后综合灰度熵函数与定位法策略进行自动聚焦实验,得到自动聚焦精度为3.4 μm;完成一次自动聚焦平均时间为3.3 s。实验结果证明所述方法可以实现准确、实时地自动聚焦。