基於相似度辨识之工业级视觉定位技术-AOIEA自动光学检测设备联盟.PDFVIP

基於相似度辨識之工業級視覺定位技術 陳金聖 黃建量 葉郡維 薛名凱 高俊豪 國立台北科技大學 國立台北科技大學 University of 致茂電子股份有限公司致茂電子股份有限公司 自動化科技研究所 自動化科技研究所 Birmingham Electronic, Electrical and Computer Engineering saint@.tw t7669026@.tw CXY907@bham.ac.uk hsueh.mingkai@chroma dennis.kao@chroma .com.tw .com.tw 摘要 本研究旨在發展工業級視覺定位技術，以具穩定性及即時性需求之工業應用案例為主要目標。在相似度辨 識方面，可選擇應用灰階或彩色影像相關係數法或邊緣梯度向量相關係數法，來分析參考影像與檢測影像 之相似性。延續先前之研究 (2012 AOI Forum) 優化搜尋策略，此優化策略目標為使此演算法更適合於工 業檢測上使用。優化策略包含金字塔策略、Box-filter techniques 、旋轉及縮放匹配搜尋路徑最佳化及SSE2 多媒體指令集加速等四個部份。本研究著眼於新增加之縮放辨識功能，並提出在不同案例下選擇適合的相 似度係數，使本視覺定位技術可以在物件具有位移、旋轉及縮放或遮蔽之情況下，有效辨識並定位待測物。 關鍵字：視覺定位技術 、相關係數法 、搜尋路徑最佳化 壹、前言 工廠自動化已經是一種趨勢，在各領域的製程中，需要透過自動化來增加產能及節省人力成本。近年 來，台灣半導體產業、機械、電子零件代工業蓬勃發展，創造了上、中、下游完整的垂直與水平分工 之產業鏈。由於產業發展迅速，引入自動化技術已經為必然之趨勢 。近年來，自動化光學檢測(AOI) 已大量使用在國內各產業中，不管在半導體產業、傳統產業、電子零件業中，皆已透過自動化技術增 加其產能及節省人力成本，然而自動化光學檢測設備主要仰賴國外引進關鍵零組件，像是硬體設備、 軟體函式庫及光學模組等，其投資成本相當的昂貴。如此具有重要性、技術性與高價值之檢測設備， 完全被國外廠商所掌握，不僅令國內相關業者必須斥資巨額資金購置使用，且在實際應用上，需要調 整設備以適應製程時，往往因地緣關係而得不到立即且完善的技術服務，不止會降低產能及良率，更 嚴重耽誤產品交貨時機及提高製造成本。 如上所述，雖然目前自動光學檢測(Automatic Optical Inspection, AOI)在台灣蓬勃發展，但其劣勢在於 未能掌握關鍵性零組件及關鍵性技術，目前商業軟體主要關鍵技術皆掌握於國外廠商中，要突破此舊 有商業之架構，勢必得開創出技術自主之技術。因此，開發一套速度及精度均符合產業界需求之機器 視覺函式庫，應為目前產學界在AOI 領域努力的方向之一，此函式庫更可以進一步提升國內中小企業 之競爭力及其產品之附加價值。本研究基於 Intel 處理器所提供之多媒體指令集，將基於相似度辨識 之視覺定位演算法，以SIMD (Single Instruction Multi-Data)指令進行設計及加速。 視覺定位技術大致可分為兩大類：(1)樣板比對 (Template Matching)及(2)幾何特徵比對 (Geometrical Feature Matching) 。樣板比對中的正規化相關係數法(Normalized Cross Correlation, NCC)被大量運用在 圖像比對上，採用參考影像直接於檢測影像上以逐點方式計算參考影像與待測影像的相似度，取最大 相關係數值為其比對結果。正規化相關係數法在具表面紋理(texture)之待測物，以及僅受非線性之光 源變化的情況下，具有