CN101287960A - 测量连续移动样品的样品表面平整度的系统与方法 - Google Patents

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Abstract

连续移动样品的样品表面平整度的测量。传送装置连续地传送在相对于传送平面以非0角度放置的光栅之下的样品。样品和倾斜光栅之间的相对距离随样品的水平平移变化。放置在样品和光栅之上的照相机以固定的时间间隔捕获图像序列，每一图像包括指示样品的表面平整度的阴影波纹条纹图。样品和光栅之间的相对距离的连续变化在每一相继图像的阴影波纹条纹图之间引入已知或未知的相位阶跃。与照相机相关联的计算机处理图像以确定样品的所选择像素位置处的像素的相位值和样品表面的相对高度。

Description

测量连续移动样品的样品表面平整度的系统与方法
相关专利申请
本专利申请根据35U.S.C§119要求2004年10月13日提交的、序列号为60/617,843、题为“Machine for Measuring Sample SurfaceFlatness of Continously Moving Parts or Sheet Material”的美国临时专利申请的优先权，通过引用将所述专利申请合并于此。
发明领域
本发明通常涉及测量对象的样品表面平整度，更具体地，本发明涉及使用阴影波纹(shadow moire)图像处理技术和相敏分析来量化连续移动样品的表面平整度。
发明背景
在众多的制造业中，表面平整度为一种公共的测量规范。例如平整度很大程度地影响着电子产品的可靠性与组装成品率、纸产品的外观与操纵特性、以及加工金属制品的机械配合与功能。由于部件的设计、材料和/或处理的不当，所以不平整或翘曲是制造过程中的常见问题。对于生产线而言，区分和去除那些其不平整度超过用户标准的部件的能力是极其重要的，这是由于这一能力使制造商或用户避免了随后制造步骤中的问题、维持了产品质量、并且可及早地识别出加工问题。
先前，人们一直在使用阴影波纹测量技术测量印刷电路板和其它电子封装部件中的表面平整度。阴影波纹是一种用于测量(半-)连续不透明表面的相对纵向位移的光方法。其为一种全场技术，即其跨越整个样品同时采集光数据。阴影波纹基于投影在样品表面的阴影光栅和平参照表面上的实际光栅的几何干涉。例如，当通过光栅观察印刷电路板，并且把光栅的阴影投射在印刷电路板的表面上时，阴影与光栅可以相互作用，从而创建了指示印刷电路板表面的翘曲度的阴影波纹条纹图。
图1说明了用于测量样品105的表面平整度的示范性系统100，其利用了传统的阴影波纹测量技术。系统100包括光源110、悬在样品105上的光栅120以及与计算机125相关联的照相机115，例如，照相机115为电荷耦合器件(CCD)照相机。光栅120为Ronchi型光栅，包括基本上平坦的透明材料板，该透明材料板包括多条跨越所述板的表面延伸的、平行且均匀间隔的不透明的线。通常，光栅120具有每英寸50～500条线的周期性。各条线之间的中心到中心的距离，即光栅的间距(“P”)为常数。光栅120通常平行于样品105。光源110为线光源型的连续或脉冲式白光源，其中，线平行于光栅120表面的各条线。
图2说明了阴影波纹技术的示范性实例200。参照图1和2，光源110沿入射斜角照射光栅120和样品105。光111把光栅120的阴影215(即光栅120的不透明的线的阴影，此处将其称为“阴影光栅”215)投影在样品105上。照相机115捕获光栅120、样品105以及阴影光栅215的一或多个图像112。照相机通常按0°角度(法线)观察一或多个图像112。在照相机115捕获一或多个图像112的周期期间，固定的支撑结构(未显示)支撑着样品105。
在一或多个图像112中的阴影光栅215和实际光栅120的重叠为它们之间距离的周期函数。当样品105的表面弯曲或翘曲时，作为参照光栅120和阴影光栅215之间所创建的几何干涉图的结果，产生一系列暗与亮条纹(波纹条纹)。波纹条纹指示样品105的翘曲度。换句话说，波纹条纹相应于样品105的上表面的拓扑的轮廓线。与照相机115相关联的计算机125包括可以根据阴影波纹条纹图量化翘曲度的软件。
图3为在以上所描述的情况中照相机115(图1)可接收的示范性阴影波纹条纹图300的示意图。阴影波纹条纹图300包括一系列暗与亮条纹305。总体上讲，样品105的翘曲度越大，条纹305的数目越大。每一个相继的条纹代表了样品表面的高度变化W，即每个条纹的高度。可以使用下列方程计算W： W = P tan a + tan b , 其中，P为光栅的间距，a为入射角，以及b为观察角。
图4，包括图4a和4b，说明了使用相位步进分析方法测量样品105的表面平整度的系统400。相位步进为一种分析方法，已将其用于提高阴影波纹技术的分辨率和跨越样品105逐条纹地自动标识高度变化的方向。如果不采用相位步进或某一等效的技术，则对于例行自动分析而言，阴影波纹的效用受到限制。
在传统的相位步进中，传送装置145传送光栅120和照相机115(图1)之下的样品105。一旦样品105处于光栅120和照相机115之下，传送装置145停止移动样品105，而且，照相机115捕获不移动的样品105的3或3个以上的图像112(图1)作为每一测量的一部分。在每一相继的图像112之间，高精度纵向移动系统(未显示)平移样品105，而且光栅120均匀地接近或远离一固定距离，或相位阶跃(phase step)。所述移动系统通常是比较昂贵的，特别是在样品和/或光栅大或重时。所述移动系统可以物理地移动样品105或光栅120，典型的距离为大约0.0025英寸。此处，一般情况下，把样品105或光栅120的每一物理移动称为“相位阶跃”。图4a说明了示范性系统400a，系统400a通过相对于样品105纵向平移光栅120而产生相位阶跃。图4b说明了示范性系统400b，系统400b通过相对于光栅120纵向平移样品105而产生相位阶跃。
在样品105表面上的每一点处，其中把一个点定义为一个照相机像素所成像的面积，计算机125(图1)测量光强度的3或3个以上的值。计算机125可以根据强度值计算相位值，如Wang的序列号为5,969,819的美国专利中所描述的，将该专利通过引用合并与此。根据相位值，计算机125可以计算样品105表面上的所有点的相对高度。所述计算假设：相位阶跃平移距离精确地为以上所定义的量W的一简分数，例如，如果采集4个图像，则相位阶跃平移距离为W的四分之一，并且假设：平移光栅120或样品105的移动系统精确地再生所述阶跃大小。如果不满足这些条件，则会在分析中引入误差。移动系统的这些精度要求通常使分析慢且昂贵。
许多制造业要求对连续移动样品的表面平整度测量。例如，在连续地形成、编织、或者挤压诸如纸等的材料的情况下，不能停止产品流来测量材料的样品，并且不可以把瑕此引入材料。另外，由于诸如重量大的样品特征，和/或生产线其余部分的要求，不易停下来，也不易启动有些样品。因为以上所描述的技术要求在数据采集和/或光栅/样品平移期间将样品固定的固定支撑结构，所以不易将它们用于测量连续移动样品的表面平整度。
鉴于以上的描述，在本技术领域中需要一种用于测量连续移动样品的表面平整度的系统与方法。另外，还需要高效且划算的这种系统与方法。
发明概述
本发明通过提供用于高效且划算地测量连续移动样品的表面平整度的系统与方法，满足了以上所描述的需求以及其它方面的需求。具体地讲，本发明能够使用阴影波纹图像处理技术和相敏分析，量化连续移动样品的表面平整度。
在本发明的一个方面中，传送装置可以沿传送平面传送样品。样品可以为希望对其进行表面平整度测量的任何对象、任何离散的对象、或者对象的任何部分或任何区域。例如，样品可以包括一卷材料或者诸如盘式纸卷的卷筒纸(web)的区域。传送装置可以传送在相对传送平面以非0角度放置的光栅之下的样品。可以为连续或脉冲光源的光源可以照射光栅和样品。光、光栅以及样品的相互作用，可以创建指示样品的表面平整度的阴影波纹条纹图。放置在光栅之上的照相机，可以按固定的间隔捕获一序列图像，其中，每一个图像都包括阴影波纹条纹图。照相机可以包括能够捕获具有提高了尖锐度的图像的电子快门。
由于光栅的倾斜放置，样品和光栅之间的相对距离随样品的水平平移而改变。相对距离的连续变化可以在每一相继的图像的阴影波纹条纹图之间引入已知或未知的相位阶跃。与照相机相关联的计算机可以对图像进行处理，以确定样品所选择像素位置处的像素的相位值和样品表面的相对高度。计算机可以例如使用Carré算法，计算相位值。计算机可以例如基于第一次图像采集期间样品的已知位置，选择像素位置。可替换地，计算机也可以通过创建包含样品的亮度图像，并且把部分位置算法应用于该亮度图像来标识相应于样品的像素，来选择像素位置。根据每一像素位置处的相对高度，计算机可以计算翘曲度估量(wrapage gauge)。
在本发明的另一个方面中，计算机可以确定开始捕获图像序列的时间。例如，计算机可以确定将样品置于预先确定的成像位置的时间。为了确定所述时间，例如，计算机可以例如使用一个或多个传感器，确定样品和成像位置之间的距离以及样品的速度。
当考虑以下示范性地描述了目前被视为实现本发明的最佳方式的所示实施例的详细描述时，本领域技术人员将会明显意识到本发明的其它方面、特点以及优点。
附图简述
图1说明了利用传统的阴影波纹测量技术来测量样品的表面平整度的示范性系统。
图2说明了阴影波纹技术的示范性实例。
图3为示范性阴影波纹条纹图的示意图。
图4a说明了通过相对于样品纵向平移光栅来产生相位阶跃的示范性系统。
图4b说明了通过相对于光栅纵向平移样品来产生相位阶跃的示范性系统。
图5说明了根据本发明的示范性实施例的、用于测量连续移动样品的表面平整度的系统的侧视图。
图6说明了根据本发明的示范性实施例的、用于测量连续移动样品的表面平整度的系统的顶视图。
图7说明了根据本发明的示范性实施例的、用于通过水平地传送在相对于传送平面以非0角度放置的光栅之下的样品来产生相位阶跃的系统。
图8为说明了根据本发明的示范性实施例的、用于测量连续移动样品的表面平整度的方法中的步骤的流程图。
图9为说明了根据本发明的可替换示范性实施例的、用于测量连续移动样品的表面平整度的方法中的步骤的流程图。
图10为说明了根据本发明的可替换示范性实施例的、用于测量连续移动样品的表面平整度的方法中的步骤的流程图。
图11说明了根据本发明的示范性实施例的、用于测量连续移动样品的表面平整度的示范性系统中所捕获的一序列图像。
图12说明了根据本发明的示范性实施例所生成的亮度图像。
图13说明了根据本发明的示范性实施例所生成的光部分位置算法结果。
图14为说明了根据本发明的可替换示范性实施例的、用于测量连续移动样品的表面平整度的方法中的步骤的流程图。
示范性实施例的详细描述
本发明着重于用于测量连续移动样品的样品表面平整度的系统与方法。生产线上的样品表面平整度的高效与划算的测量有助于各行业制造商最大化产品质量以及降低成本。其还有助于制造商容易地识别工艺缺陷。例如，制造商可以为电子、金属加工、造纸、纺织、和/或高分子膜行业中的制造商。
根据本发明的示范性实施例，传送装置连续地传送在相对于传送平面以非0角度放置的光栅之下的样品。如此处所使用的，术语“样品”指的是希望对其进行表面平整度测量的对象或对象的一部分。例如，所述样品可以包括诸如印刷电路板的机械部件、诸如纸的薄板材料、或者它们的一部分。由于光栅的倾斜放置，样品和光栅之间的相对距离随样品的水平平移连续地变化。放置在样品和光栅之上的照相机按固定时间间隔捕获一序列图像。每一个图像包括指示样品的表面平整度的阴影波纹条纹图。样品和光栅之间的相对距离的连续变化，引入了每一相继图像的阴影波纹条纹图之间的相位阶跃。相位阶跃可以为已知的或未知的。
与照相机相关联的计算机对图像进行处理，以确定样品中所选择像素位置处的像素的相位值和样品表面的相对高度。计算机可以例如基于第一次图像采集期间样品的已知位置选择像素位置。可替换地，计算机也可以通过创建包含样品的亮度图像并把部分位置算法应用于亮度图像以标识相应于样品的像素，来选择像素位置。
现在转向附图，详细描述本发明的示范性实施例，在这些附图中，始终用相同的数字表示相同的元件。
图5说明了根据本发明的示范性实施例的、用于测量连续移动样品105的表面平整度的系统500的侧视图。系统500包括光源110、安置在连续移动的传送装置145上的样品105、悬在样品105和传送装置145上的光栅120、以及诸如电荷耦合器件(CCD)的、与计算机125相关联的照相机115。由于光栅120倾斜放置，样品105和光栅120之间的相对距离随样品105的水平平移连续地变化。
光源110照射光栅120和样品105，从而把光栅120的阴影(“阴影光栅”)投影在样品105上。照相机115捕获光栅120、样品105以及阴影光栅的一序列图像。每一个图像中阴影光栅和实际光栅120的重叠为它们之间距离的周期函数。当样品105的表面弯曲或翘曲时，由于参照光栅120和阴影光栅之间所产生的几何干涉图，每一图像包括一系列暗与亮条纹(波纹条纹)。波纹条纹指示样品105的翘曲度。换句话说，波纹条纹相应于样品105上表面的表面状况的轮廓线。每一个相继的波纹条纹代表了样品表面的高度变化W，即每条纹的高度。可以使用下列方程计算W： W = P tan a + tan b , 其中，P为光栅的间距，a为入射角，以及b为观察角。
类似于以上结合图4a和4b所描述的传统的相位阶跃(其中，通过纵向平移光栅120或样品105，来创建相位阶跃)，样品105和光栅120之间的相对距离的连续变化在每一相继图像的阴影波纹条纹图之间引入了相位阶跃。与照相机115相关联的计算机125包括可用于根据阴影波纹条纹图来量化样品105的翘曲度的软件。
传送装置145可以为任何可用于把样品105从一个地方传送于另一个地方的装置。例如，传送装置145可以为传统的传动带传送装置或盘式连续传送系统。仅作为图示，传送装置145可以为具有低侧壁或者无侧壁的传动带传送装置，例如Dorner 2200系列传送装置，并且可以包括具有与样品105形成对照的暗颜色的传动带。
光栅120为Ronchi型，包括透明材料的基本上平坦的板，该板包括多条跨越该板的表面延伸的平行且均匀间隔的不透明线。通常，光栅120具有每英寸50～500条线的周期。各条线之间中心到中心的距离，即光栅的间距(“P”)为常数。相对传送装置145的移动平面以非0角度放置光栅120。通常，所述角度在0～4度之间。例如，所述角度可以为0.43度。本领域技术人员将会意识到，也可以依据光栅大小、传送装置速度以及数据采集速率，以典型的0～4度范围之外的适当角度放置光栅。光栅平面和传送装置145底座的平面中的移动轴的轴法线之间的角度不是重要特征，但假设其很小。
光源110为线源型的连续或脉冲白光源100。仅作为图示，光源110可为例如150瓦特的稳定石英卤素光源，其被聚焦于光纤光电传感头，该光纤光电传感头通过把该束光纤配置成一维阵列，来沿直线发射光。例如，可以把光源100配置为在每一图像捕获期间发射至少一个光脉冲。把光源110放置在传送装置145底座平面旁边和之上，其中线光源的轴平行于光栅120平面中的线的轴。在该位置中，当样品105沿移动轴平移时，照射角不会明显改变。照射角的变化将会导致W，即图像中每一阴影波纹条纹的高度，随位置改变，并且可能会使表面平整度测量变得非常复杂。把光源110定位在可替换的位置，例如，相对于样品105移动在光栅120的前或后方，可能会在分析中引入较大的误差。然而，在其中对光系统配置加以限制的某些应用中，该误差可能是可以接受的。
照相机115可以为任何可用于捕获光栅120和样品105的图像的设备。例如，照相机115可以为单色CCD摄像机。仅作为图示，照相机115可以为具有1380×1030分辨率和数字输出的JAI ProgressiveScan照相机。照相机115可能包括电子快门。电子快门可以控制照相机115积累来自光栅120和样品105的光的时间。可以设置每帧时间，例如设置为大约42毫秒，或者设置为如41微秒那么低的大约
Figure A20058004270500161
毫秒的其它增量。可以使用的最大快门周期为照相机115的分辨率、传送装置145的速度以及照相机115的视野的函数。例如，如果沿移动方向照相机115的分辨率为1000个像素，以及视野为125mm，则光系统分辨率为每毫米8个像素。如果传送装置145的速度为每秒250毫米，则样品105在1毫秒内移动0.25mm或2个像素宽度。为了捕获具有可接受清晰度的图像，在打开电子快门，即在该例子中打开0.5毫秒时，样品105应该移动不到1个像素宽度。
计算机125可以为任何可用于处理照相机115所捕获的图像的设备。例如，计算机125可以为传统的个人计算机。计算机125可以包括输入和输出(“I/O”)设备，其含有诸如Matrox Meteor Digital系统的数字帧抓取器。计算机125还可以包括可用于接收传感器信号的数字I/O板。
系统500还可以包括一或多个放置在样品105和传送装置145之上的传感器155、传感器1155A以及传感器2155B，而且可用于检测样品105和/或确定样品105的移动速率(速度)。每一个传感器155可为任何类型的漫射光电传感器，例如包括Ban T18SP6DQ。可以把每一个传感器155与计算机125相关联，计算机125还可用于处理从每一传感器155接收的信号。
可以使系统500的元件的大小、速度、光栅120间距以及其它定量参数相关。本领域技术人员将会意识到这些参数的关系，从而能够依据应用，在很大的范围内改变这些参数中的任何参数。作为如何确定这些参数的例子，考虑按每秒10英寸在传送装置145上移动的4英寸宽和4英寸长的样品105。照相机115具有每秒24帧的帧率，因此其能够按42毫秒的间隔捕获图像。在一序列4个图像期间，样品105移动了1.25英寸的距离。光栅120必须大于样品105的长度加所移动的距离，即为5.25英寸，并且宽于样品105的宽度，即4英寸。如果光栅120每英寸包括100线，而且光源110按25度的角度照射样品105，则全条纹周期为0.021英寸。为了实现每图像之间1/4相位周期的相位阶跃，样品至光栅的距离应该改变大约1/4条纹周期。因此，为了实现每图像之间1/4相位周期的相位阶跃，样品至光栅距离在相继的图像之间0.42英寸的水平距离上应该改变大约0.0054英寸，或者光栅120在8英寸的长度上增加了0.10英寸。
图6说明了根据本发明的示范性实施例的、用于测量连续移动样品105的表面平整度的示范性系统600的顶视图。传送装置145连续、水平地传送在传感器155、光栅120以及光源110之下的样品105。光源110通过光栅120照射样品105。把放置在光栅120和样品105之上的照相机115配置为能够捕获光栅120、样品105、以及投影在样品105上的阴影光栅的图像。每一个所捕获的图像包括指示样品105的表面平整度的阴影波纹条纹图。
图7说明了根据本发明的示范性实施例的、用于通过水平传送在相对于传送平面以非0角度放置的光栅120之下的样品105来产生相位阶跃的系统700。传送装置145连续、水平地平移光栅120之下的样品105。由于光栅120的倾斜放置，样品105和光栅120之间的相对距离随样品105的水平平移连续地变化。样品105和光栅120之间的相对距离的连续变化引入了每一相继捕获的图像的阴影波纹条纹图之间的相位阶跃。
与以上结合图4a和4b所描述的用于产生相位阶跃的传统系统不同，图7的系统700在不停止样品105的移动，或者纵向平移样品105或光栅120的情况下引入了相位阶跃。因此，系统700不需要可用于纵向平移样品105或光栅120的昂贵的高精度纵向移动系统。另外，由于不必停止样品105的移动，所以照相机可以更容易地采集样品105的图像，而且计算机也可以更容易地处理样品105的图像。
图8是说明了根据本发明的示范性实施例的、用于测量连续移动的样品105的表面平整度的方法800中的步骤的流程图。该示范性方法800仅为说明性的，并且在本发明的可替换实施例中，可以按不同的次序、互相并行地执行某些步骤，可以完全省略某些步骤，和/或可以执行某些附加的步骤。
在步骤801中，计算机125确定传感器1155A和第一成像位置之间的距离，其中把第一成像位置放置在光栅120之下并在照相机115的视野中。第一成像位置为照相机115在其处可以捕获包括指示样品105的表面平整度的阴影波纹条纹图的一序列图像中的第一个图像的位置。在步骤803中，计算机125确定样品105的速度。例如，计算机125可以通过与与传送装置145相关联的外部传感器155的交互，确定样品105的速度。在步骤805中，在第一时间，传感器1155A记录样品105的前缘，并且向计算机125传输信号。
在步骤810中，计算机125计算等于样品105按其预先确定的速度，从传感器1155A移动至第一成像位置所需时间的延迟时间。为了计算延迟时间，例如，计算机125可以把传感器1和第一成像位置之间的距离除以样品105的速度。在步骤815中，计算机125指示照相机115在延迟时间之后捕获样品105的一序列图像。换句话说，计算机125指示照相机115在等于第一时间加延迟时间的时间开始捕获样品105的一序列图像。因此，当样品105到达第一成像位置时，照相机115将开始捕获图像序列。
在步骤820中，照相机115按固定的时间间隔捕获图像序列。根据照相机115的电子快门，例如固定的时间间隔可以为42毫秒。在图像序列捕获期间，传送装置145连续、水平地平移光栅120之下的样品105。由于光栅120的倾斜放置，样品105和光栅120之间的相对距离随样品105的水平平移连续地变化。样品105和光栅120之间的相对距离的连续变化，在每一相继捕获的图像的阴影波纹条纹图之间引入了相位阶跃。对于计算机125而言，该相位阶跃既可以为已知的，也可以为未知的。
在步骤825中，计算机125在每一相继图像采集之间以像素为单位计算样品105的横向位移。例如，计算机125可以使用下列方程计算横向位移：LO＝INT(V＊Tx＊R)，其中，LO为横向位移，V为样品105的速度，Tx为每一图像之间的固定的时间间隔，R为照相机115的横向分辨率，而且INT把V、Tx、以及R的乘积四舍五入为最接近的整数值。仅作为示例，如果V为200mm/秒，Tx为0.042秒、以及R为每毫米0.95个像素，则LO将等于8个像素。在步骤830中，计算机125选择样品105中的像素位置(x，y)。例如，可以根据第一图像捕获期间样品105的已知的位置-第一成像位置，选择像素位置。例如，计算机125可以选择第一个捕获图像的样品105中的一组像素位置，然后使用横向位移，确定每一随后捕获的图像中样品105中的相应的一组像素位置。
在步骤833中，计算机125在每一所捕获的图像中确定每一所选择像素位置处的每一像素的强度值。在本发明的可替换实施例中，计算机125可以在图像捕获时或者在另一个适当的时间，确定每一个所捕获图像中每一像素的强度值。在步骤835中，计算机125通过把所确定的强度值和横向位移代入一或多个相位计算算法，计算在每一所选择像素位置处的每一像素的相位值。所述一或多个相位计算算法的形式可能随计算机125是否知道相位阶跃而有所不同。
例如，如果照相机115捕获了具有已知的90°相位阶跃的一序列4个图像，则计算机125可以把强度值和横向位移代入下列“标准相位计算算法”：
φ(x，y)＝tan-1((I2(x+LO，y)-I4(x+3*LO，y))/((I1(x，y)-I3(x+2*LO，y)))，其中，φ(x，y)为像素位置(x，y)处的像素的相位值，I1(x，y)为第一图像中的像素位置(x，y)处的像素的强度值，I2(x，y)为第二图像中的像素位置(x，y)处的像素的强度值，I3(x，y)为第三图像中的像素位置(x，y)处的像素的强度值，I4(x，y)为第四图像中的像素位置(x，y)处的像素的强度值，以及LO为横向位移。
可替换地，如果照相机115捕获了具有未知相位阶跃的一序列4个图像，则计算机125可以把强度值和横向位移代入下列算法，此处将其称为“Carré算法”：
φ = tan - 1 [ ( ( I 1 ( x , y ) - I 4 ( x + 3 * LO , y ) ) - ( I 2 ( x + LO , y ) - I 3 ( x + 2 * LO , y ) ) ( I 2 ( x + LO , y ) + I 3 ( x + 2 * LO , y ) ) - ( I 1 ( x , y ) + I 4 ( x + 3 * LO , y ) ) ) tan θ ] ,
其中，φ(x，y)为像素位置(x，y)处的像素的相位值，I1(x，y)为第一图像中的像素位置(x，y)处的像素的强度值，I2(x，y)为第二图像中的像素位置(x，y)处的像素的强度值，I3(x，y)为第三图像中的像素位置(x，y)处的像素的强度值，I4(x，y)为第四图像中的像素位置(x，y)处的像素的强度值，以及LO为横向位移，以及
θ = cos - 1 [ ( ( I 1 ( x , y ) - I 4 ( x + 3 * LO , y ) ) - ( I 2 ( x + LO , y ) - I 3 ( x + 2 * LO , y ) ) 2 ( I 2 ( x + LO , y ) - I 3 ( x + 2 * LO , y ) ) ) ]
Carré算法假设相位阶跃θ为未知的，但是为常数。于是，可以把描述4个相位阶跃的图像的像素强度值的方程写为：
I1＝I0+Acos(φ+θ)
I2＝I0+Acos(φ+2θ)
I3＝I0+Acos(φ+3θ)
I4＝I0+Acos(φ+4θ)，其中，I0为每一像素的亮度值，A为每一强度方程中的干扰项的幅度。对于每一像素位置，I0和A为不同的常数。除其它因素外，I0和A还依赖于照射强度、漫反射系数以及条纹对比度。
求解θ：
θ = cos - 1 ( ( I 1 - I 4 ) - ( I 2 - I 3 ) 2 ( I 2 - I 3 ) )
为了确定相位，φ：
φ = tan - 1 [ ( ( I 1 - I 4 ) - ( I 2 - I 3 ) ( I 2 + I 3 ) - ( I 1 + I 4 ) ) tan θ ]
可以按类似的方式计算每一像素的亮度值I0。
用于计算移动样品的相位的Carré算法的优点在于：它放松了样品105的纵向相位阶跃和水平移动之间的关系。这使得系统的构造与维护变得简单得多。如果相位阶跃必须严格为90度，如标准的相位阶跃算法中所讲授的，则要求样品105的速度、光栅120的角度、以及图像采集之间的间隔之间的精确的关系，例如，如果传送装置145的速度改变，则很难创建和维护这一关系。使用Carré算法，可以正确地计算相位，甚至是在样品105的速度或光栅120角度在宽范围内变化的情况下。
在步骤840中，计算机125根据相位值，计算每一所选择像素位置处的样品表面的相对高度。例如，计算机125可以把每一相位值代入下列算法：
Z(x，y)＝W＊(N+φ(x，y)/2π)，其中，Z(x，y)为像素位置(x，y)处的样品表面的相对高度，W为条纹值，N为条纹次序，以及φ(x，y)为位置(x，y)处的像素的相位。条纹次序是赋予特定条纹以指示其在图像中的条纹系列中的次序的任意整数。例如，可以向一系列4个条纹赋予0、1、2以及3的条纹次序。可替换地，也可以向该条纹系列赋予2、3、4以及5的条纹次序。本领域技术人员将会明显意识到：根据相位值确定像素位置处的样品表面的相对高度的其它适当的算法。特定像素的相对高度值表示相对于样品表面上的所有其它点处的高度，该像素处的样品表面的高度。
在步骤845中，计算机125根据在步骤840中所获得的Z(x，y)值集合，计算一或多种翘曲度估量。例如，翘曲度估量可以为通过下列公式所计算的共平面(COP)估量：COP＝MAX(Z(x，y))-MIN(Z(x，y))，其中，MAX(Z(x，y))确定了Z(x，y)值的最大值，而MIN(Z(x，y))确定了Z(x，y)值的最小值。其它适当的翘曲度估量，例如“弯曲”估量(通过把沿样品105的边缘的位移的大小除以边缘的长度所计算的)以及“扭曲”估量(通过将样品105的1个角(将其它3个角保持在同一平面中)的位移的大小除以样品105的对角线的长度所计算的)，在本领域是公知的。
图9是说明了根据本发明的可替换示范性实施例的、用于测量连续移动样品105的表面平整度的方法900中的步骤的流程图。该示范性方法900仅为说明性的，在本发明的可替换实施例中，可以按不同的次序、互相并行地执行某些步骤，可以完全省略某些步骤，和/或可以执行某些附加的步骤。
在步骤901中，计算机125确定传感器1155A和第一成像位置之间的距离，其中第一成像位置被放置在光栅120之下和在照相机115的视野中。第一成像位置是照相机115可以在其处捕获包括指示样品105的表面平整度的阴影波纹条纹图的一序列图像中的第一个图像的位置。在步骤903中，计算机125确定传感器1155A和传感器2155B之间的距离。在步骤905中，传感器1155A在时间T1记录样品105的前缘，并且向计算机125传输信号。在步骤910中，传感器2155B在时间T2记录样品105的前缘，并且向计算机125传输信号。
在步骤915中，计算机125根据T1和T2之间的差以及传感器1155A和传感器2155B之间的距离，计算样品105的速度。例如，为了计算样品105的速度，计算机125可以把传感器1155A和传感器2155B之间的距离除以T1和T2之间的差。在步骤920中，计算机125计算等于样品105按其预先确定的速度从传感器1155A移动至第一成像位置所需时间的延迟时间。为了计算延迟时间，例如，计算机125把传感器1和第一成像位置之间的距离除以样品105的速度。
在步骤925中，计算机125指示照相机115在延迟时间之后捕获样品105的一序列图像。换句话说，计算机125指示照相机115在等于时间T1加延迟时间的时间开始捕获样品105的一序列图像。因此，当样品105到达第一成像位置时，照相机115将开始捕获该图像序列。
在步骤930中，照相机115按固定的时间间隔捕获该图像序列。根据照相机115的电子快门，例如固定的时间间隔可以为42毫秒。在图像序列捕获期间，传送装置145连续、水平地平移光栅120之下的样品105。由于光栅120的倾斜放置，样品105和光栅120之间的相对距离随样品105的水平平移连续地变化。样品105和光栅120之间的相对距离的连续变化在每一相继捕获的图像的阴影波纹条纹图之间引入了相位阶跃。对于计算机125而言，该相位阶跃既可以为已知的，也可以为未知的。
在步骤935中，计算机125在每一相继图像采集之间以像素为单位计算样品105的横向位移。例如，计算机125可以使用下列方程计算横向位移：LO＝INT(V＊Tx＊R)，其中，LO为横向位移，V为样品105的速度，Tx为每一图像之间的固定的时间间隔，R为照相机115的横向分辨率，而且INT把V、Tx、以及R的乘积四舍五入为最接近的整数值。在步骤940中，计算机125选择样品105中的像素位置(x，y)。例如，可以根据第一图像捕获期间样品105的已知的位置-第一成像位置，选择像素位置。例如，计算机125可以选择第一所捕获图像的样品105中的一组像素位置，然后使用横向位移，确定每一随后捕获的图像中样品105中的相应的一组像素位置。
在步骤943中，计算机125在每一所捕获的图像中确定每一所选择像素位置处的每一像素的强度值。在本发明的可替换实施例中，计算机125可以确定在图像捕获时或者在另一个适当的时间，每一所捕获的图像中的每一像素的强度值。在步骤945中，计算机125通过把所确定的强度值和横向位移代入一或多个相位计算算法，计算在每一所选择像素位置处的每一像素的相位值。所述一或多个相位计算算法的形式可能随计算机125是否知道相位阶跃而有所不同。
例如，如果照相机115捕获了具有已知的90°相位阶跃的一序列4个图像，则计算机125可以把强度值和横向位移代入标准相位计算算法。可替换地，如果照相机115捕获了具有未知相位阶跃的一序列4个图像，则计算机125可以把强度值和横向位移代入Carré算法。
在步骤950中，计算机125根据相位值，计算每一所选择像素位置处的样品表面的相对高度。例如，计算机125可以把每一相位值代入下列算法：Z(x，y)＝W＊(N+φ(x，y)/2π)，其中，Z(x，y)为像素位置(x，y)处的样品表面的相对高度，W为条纹值，N为条纹次序，以及φ(x，y)为位置(x，y)处的像素的相位。条纹次序是赋予特定条纹以指示其在图像中的条纹系列中的次序的任意整数。例如，可以向一系列4个条纹赋予条纹次序0、1、2以及3。可替换地，也可以向该条纹系列赋予条纹次序2、3、4以及5。本领域技术人员将会明显意识到：根据相位值确定像素位置处的样品表面的相对高度的其它适当的算法。特定像素的相对高度值表示相对于样品表面上的所有其它点处的高度，该像素处的样品表面的高度。
在步骤955中，计算机125根据在步骤950中所获得的Z(x，y)值集合，计算一或多种翘曲度估量。例如，翘曲度估量可以为通过下列公式所计算的共面(COP)估量：COP＝MAX(Z(x，y))-MIN(Z(x，y))，其中，MAX(Z(x，y))确定了Z(x，y)值的最大值，而MIN(Z(x，y))确定了Z(x，y)值的最小值。其它适当的翘曲度估量，例如“弯曲”估量以及“扭曲”估量，在本领域中是公知的。
图10是说明了根据本发明的可替换示范性实施例的、用于测量连续移动样品105的表面平整度的方法1000中的步骤的流程图。该示范性方法1000仅为说明性的，在本发明的可替换实施例中，可以按不同的次序、互相并行地执行某些步骤，可以完全省略某些步骤，和/或可以执行某些附加的步骤。
在步骤1001中，计算机125确定传感器1155A和第一成像位置之间的距离，其中第一成像位置被放置在光栅120之下和在照相机115的视野中。第一成像位置是照相机115可以在其处捕获包括指示样品105的表面平整度的阴影波纹条纹图的一序列图像中的第一个图像的位置。在步骤1003中，计算机125确定传感器1155A和传感器2155B之间的距离。在步骤1005中，传感器1155A在时间T1记录样品105的前缘，并且向计算机125传输信号。在步骤1010中，传感器2155B在时间T2记录样品105的前缘，并且向计算机125传输信号。
在步骤1015中，计算机125根据T1和T2之间的差以及传感器1155A和传感器2155B之间的距离，计算样品105的速度。例如，为了计算样品105的速度，计算机125可以把传感器1155A和传感器2155B之间的距离除以T1和T2之间的差。在步骤1020中，计算机125计算等于样品105按其预先确定的速度从传感器1155A移动至第一成像位置所需时间的延迟时间。为了计算延迟时间，例如，计算机125把传感器1和第一成像位置之间的距离除以样品105的速度。
在步骤1025中，计算机125指示照相机115在延迟时间之后捕获样品105的一序列图像。换句话说，计算机125指示照相机115在等于时间T1加延迟时间的时间开始捕获样品105的一序列图像。因此，当样品105到达第一成像位置时，照相机115将开始捕获该图像序列。
在步骤1030中，照相机115按固定的时间间隔捕获该图像序列。根据照相机115的电子快门，例如固定的时间间隔可以为42毫秒。在该图像序列捕获期间，传送装置145连续、水平地平移光栅120之下的样品105。由于光栅120的倾斜放置，样品105和光栅120之间的相对距离随样品105的水平平移连续地变化。样品105和光栅120之间的相对距离的连续变化在每一相继捕获的图像的阴影波纹条纹图之间引入了相位阶跃。对于计算机125而言，该相位阶跃既可以为已知的，也可以为未知的。
在步骤1035中，计算机125在每一相继图像采集之间以像素为单位计算样品105的横向位移。例如，计算机125可以使用下列方程计算横向位移：LO＝INT(V＊Tx＊R)，其中，LO为横向位移，V为样品105的速度，Tx为每一图像之间的固定的时间间隔，R为照相机115的横向分辨率，而且INT把V、Tx、以及R的乘积四舍五入为最接近的整数值。
在步骤1040中，计算机125确定每一所捕获的图像中每一像素的强度值。在步骤1037中，计算机125使用强度值计算包括每一像素的亮度值的亮度图像。该亮度图像等效于包括由光源110加以照射而无任何波纹条纹的样品105的图像。例如，可以把亮度图像用于确定每一图像中样品105的准确位置。这样的确定允许计算机125更精确地确定在其处估计样品105的表面平整度的像素位置。当应用于包含波纹条纹的图像时，用于定位图像中的已知对象，例如样品105，的传统的图像处理算法不能很好地执行。一般情况下，此处把这样的算法称为“光部分位置算法”，这些算法是本领域公知的。商业可得的部分位置算法的例子是Matrox ActiveMIL PartFinder控制。通过创建无波纹条纹的亮度图像，光部分位置算法可以更精确地确定每一图像中样品105的准确位置。
为了创建亮度图像，计算机125确定每一像素位置处的亮度值B(x，y)。例如，如果在步骤1030中照相机115捕获了一序列4个图像，则计算机可以通过把每一像素位置处的每一像素的强度值代入下列方程中，计算每一像素位置处的亮度值：
B(x，y)＝(I1(x，y)+I2(x+LO，y)+I3(x+2＊LO，y)+I4(x+3＊LO，y))/4，其中，I1(x，y)为第一图像中的像素位置(x，y)处的像素的强度值，I2(x，y)为第二图像中的像素位置(x，y)处的像素的强度值，I3(x，y)为第三图像中的像素位置(x，y)处的像素的强度值，I4(x，y)为第四图像中的像素位置(x，y)处的像素的强度值，以及LO为横向位移。通常，可以在不管相位阶跃的情况下应用该亮度值方程。
在步骤1039中，计算机125应用光部分位置算法来定位亮度图像中的样品105。在步骤1040中，计算机125选择样品105中的像素位置(x，y)。可以根据光部分位置算法在步骤1039中所确定的样品105的位置，选择像素位置。计算机125标识所捕获的图像中的第一图像中的像素位置，以及在步骤1045中，计算机125通过把每一像素位置处每一像素的所确定强度值和横向位移代入一或多个相位计算算法，计算每一所选择像素位置处的每一像素的相位值。所述一或多个相位计算算法的形式可能随计算机125是否知道相位阶跃而有所不同。
例如，如果照相机115捕获了具有已知的90°相位阶跃的一序列4个图像，则计算机125可以把强度值和横向位移代入标准相位计算算法。可替换地，如果照相机115捕获了具有未知相位阶跃的一序列4个图像，则计算机125可以把强度值和横向位移代入Carré算法。
在步骤1050中，计算机125根据相位值，计算每一所选择像素位置处的样品表面的相对高度。例如，计算机125可以把每一相位值代入下列算法：Z(x，y)＝W＊(N+φ(x，y)/2π)，其中，Z(x，y)为像素位置(x，y)处的样品表面的相对高度，W为条纹值，N为条纹次序，以及φ(x，y)为位置(x，y)处的像素的相位。条纹次序是赋予特定条纹以指示其在图像中的条纹系列中的次序的任意整数。例如，可以向一系列4个条纹赋予0、1、2以及3的条纹次序。可替换地，也可以向该条纹系列赋予2、3、4以及5的条纹次序。本领域技术人员将会明显意识到：根据相位值确定像素位置处的样品表面的相对高度的其它适当的算法。特定像素的相对高度值表示相对于样品表面上的所有其它点处的高度，该像素处的样品表面的高度。
在步骤1055中，计算机125根据在步骤950中所获得的Z(x，y)值集合，计算一或多种翘曲度估量。例如，翘曲度估量可以为通过下列公式所计算的共面(COP)估量：COP＝MAX(Z(x，y))-MIN(Z(x，y))，其中，MAX(Z(x，y))确定了Z(x，y)值的最大值，而MIN(Z(x，y))确定了Z(x，y)值的最小值。其它适当的翘曲度估量，例如“弯曲”估量以及“扭曲”估量，在本领域是公知的。
图11说明了根据本发明的示范性实施例的、用于测量连续移动样品105的表面平整度的示范性系统中所捕获的序列1100图像1105～1108。传送装置145连续、水平地平移样品105。由于光栅120的倾斜放置，样品105和光栅120之间的相对距离随样品105的水平平移连续变化。照相机按固定的时间间隔，捕获连续移动的样品105的一序列图像1105～1108。每一个图像包括指示指本105的表面平整度的阴影波纹条纹图。样品105和光栅120之间的相对距离的连续变化引入了每一相继捕获的图像的阴影波纹条纹图之间的相位阶跃。
如图11中所示的，在每一相继的图像1105～1108中，相对前一图像横向位移样品105。例如，相对于第一图像1105中的样品105的位置，横向位移第二图像1106中的样品105的位置。计算机可以根据样品105的速度、每一图像之间的固定的时间间隔、以及照相机115的横向分辨率，可以以像素为单位计算横向位移。
图12说明了根据本发明的示范性实施例所生成的亮度图像1200。该亮度图像等效于包括由光源110加以照射而无任何波纹条纹的样品105(安置在传送装置145上)的图像。例如，可以把亮度图像用于确定每一图像中的样品105的准确位置。这种确定允许计算机125更精确地确定在其处估价样品105的表面平整度的像素位置。
例如，计算机125可以通过确定所捕获图像的每一像素位置处的亮度值B(x，y)，创建亮度图像1200。例如，如图11中所示的，照相机115捕获一系列4个图像，计算机125可以通过把每一像素位置处的每一像素的强度值代入下列方程，计算每一像素位置处的亮度值：
B(x，y)＝(I1(x，y)+I2(x+LO，y)+I3(x+2＊LO，y)+I4(x+3＊LO，y))/4，其中，I1(x，y)为第一图像中的像素位置(x，y)处的像素的强度值，I2(x，y)为第二图像中的像素位置(x，y)处的像素的强度值，I3(x，y)为第三图像中的像素位置(x，y)处的像素的强度值，I4(x，y)为第四图像中的像素位置(x，y)处的像素的强度值，以及LO为横向位移。通常，可以在不管相位阶跃的情况下施用该亮度值方程。
图13说明了根据本发明的示范性实施例所生成的光部分位置算法结果1300。当生成亮度图像1200时，计算机125应用光部分位置算法来定位亮度图像1200中的样品105。
图14为说明了根据本发明的可替换示范性实施例的用于测量连续移动样品105的表面平整度的方法1400中的步骤的流程图。该示范性方法1400仅为说明性的，在本发明的可选实施例中，可以按不同的次序、互相并行地执行某些步骤，可以完全省略某些步骤，和/或可以执行某些附加的步骤。
在步骤1401中，计算机125确定样品105的速度。例如，计算机125可以通过与与传送装置145相关联的外部传感器155交互，确定样品105的速度。在步骤1405中，计算机125指示照相机115捕获样品105的一序列图像。例如，计算机125指示照相机115在接收来自外部信号的信号时，或者在另一指定的事件发生时，捕获该图像序列。在本发明的一个实施例中，照相机115可以自动指示照相机115在预先确定的时间，或者按预先确定的间隔捕获该图像序列。
在步骤1410中，照相机115按固定的时间间隔捕获该图像序列。根据照相机115的电子快门，例如固定的时间间隔可以为42毫秒。在图像序列捕获期间，传送装置145连续、水平地平移光栅120之下的样品105。由于光栅120的倾斜放置，样品105和光栅120之间的相对距离随样品105的水平平移连续地变化。样品105和光栅120之间的相对距离的连续变化，在每一相继捕获的图像的阴影波纹条纹图之间引入了相位阶跃。对于计算机125而言，该相位阶跃既可以为已知的，也可以为未知的。
在步骤1415中，计算机125在每一相继图像采集之间以像素为单位计算样品105的横向位移。例如，计算机125可以使用下列方程计算横向位移：LO＝INT(V＊Tx＊R)，其中，LO为横向位移，V为样品105的速度，Tx为每一图像之间的固定的时间间隔，R为照相机115的横向分辨率，而且INT把V、Tx、以及R的乘积四舍五入为最接近的整数值。
在步骤1420中，计算机125选择样品105中的像素位置(x，y)。例如，可以根据第一图像捕获期间样品105的已知的位置-第一成像位置，选择像素位置。例如，计算机125可以选择第一所捕获图像的样品105中的一组像素位置，然后使用横向位移，确定每一随后捕获的图像中样品105中的相应的一组像素位置。
在步骤1423中，计算机125确定在每一所捕获的图像中每一所选择像素位置处的每一像素的强度值。在本发明的可替换实施例中，计算机125可以确定在图像捕获时或者在另一适当的时间，每一个所捕获的图像中的每一像素的强度值。在步骤1425中，计算机125通过把所确定的强度值和横向位移代入一或多个相位计算算法，计算在每一所选择像素位置处的每一像素的相位值。所述一或多个相位计算算法的形式可能随计算机125是否知道相位阶跃而有所不同。
例如，如果照相机115捕获了具有已知的90°相位阶跃的一序列4个图像，则计算机125可以把强度值和横向位移代入标准相位计算算法。可替换地，如果照相机115捕获了具有未知相位阶跃的一序列4个图像，则计算机125可以把强度值和横向位移代入Carré算法。
在步骤1430中，计算机125根据相位值，计算每一所选择像素位置处的样品表面的相对高度。例如，计算机125可以把每一相位值代入下列算法：
Z(x，y)＝W＊(N+φ(x，y)/2π)，其中，Z(x，y)为像素位置(x，y)处的样品表面的相对高度，W为条纹值，N为条纹次序，以及φ(x，y)为位置(x，y)处的像素的相位。条纹次序是赋予特定条纹以指示其在图像中的条纹系列中的次序的任意整数。例如，可以向一系列4个条纹的赋予0、1、2以及3的条纹次序。可替换地，也可以向该条纹系列赋予2、3、4以及5的条纹次序。本领域技术人员将会明显意识到：根据相位值确定像素位置处的样品表面的相对高度的其它适当的算法。特定像素的相对高度值表示相对于样品表面上的所有其它点处的高度，该像素处的样品表面的高度。
在步骤1435中，计算机125根据在步骤950中所获得的Z(x，y)值集合，计算一或多种翘曲度估量。例如，翘曲度估量可以为通过下列公式所计算的共面(COP)估量：COP＝MAX(Z(x，y))-MIN(Z(x，y))，其中，MAX(Z(x，y))确定了Z(x，y)值的最大值，而MIN(Z(x，y))确定了Z(x，y)值的最小值。其它适当的翘曲度估量，例如“弯曲”估量以及“扭曲”估量，在本领域是公知的。
总而言之，上述示范性实施例实现了一种测量连续移动样品的表面平整度的高效且划算的方法。应该意识到，本发明的示范性实施例克服了现有技术的限制。根据示范性实施例的描述，这一技术领域中的实践者将会明显意识到：其中所描述的元件的等效元件和构造本发明的其它实施例的方式。本领域技术人员将会明显意识到本发明的许多其它的修改、特征以及实施例。因此应该认识到，以上仅以举例的方式描述了本发明的多个方面，并且本发明的多个方面并不意指本发明所需的或必要的元件，除非特别加以陈述。所以，应该认为上述内容仅涉及本发明的某些实施例，并且在不背离以下权利要求所定义的本发明的构思与范围的情况下，可以在其中进行诸多的改变。还应该认识到，本发明并不局限于所说明的实施例，而且可以在以下权利要求的范围内对本发明进行多方面的修改。

Claims (35)

1.一种用于测量连续移动样品的表面平整度的方法，包括步骤：
在传送装置表面上传送所述样品，所述传送装置表面在相对于传送平面以非0角度放置的光栅之下延伸；
使用照相机捕获在所述光栅之下不同位置处的所述样品的图像的时间序列，每一图像包括指示所述样品的表面平整度的阴影波纹条纹图；
在每一图像采集之间，以像素为单位计算所述样品的横向位移；
在所述图像的第一图像中，选择所述样品中的一组像素位置，并且确定在每一所述像素位置处的强度值；
在其他图像的每一图像中，基于所述横向位移选择该组像素位置，并确定在每一所述像素位置处的强度值；
根据所述强度值，为每一所选择的像素位置计算相位值；以及
根据所述相位值，计算每一像素位置处所述样品表面的相对高度。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，按固定的时间间隔捕获所述图像。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述横向位移等于INT(V＊Tx＊R)，其中，V为所述样品的速度，Tx为每一图像之间的所述固定的时间间隔，R为所述照相机的横向分辨率，并且INT把V、Tx、以及R的乘积四舍五入为最接近的整数值。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，在所述图像的时间序列中的每一相继图像的所述阴影波纹条纹图之间引入相位阶跃。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述相位阶跃是已知的。
6.根据权利要求4所述的方法，其中，所述相位阶跃是未知的。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述为每一所选择的像素位置计算相位值的步骤包括：基于所述强度值应用Carré算法。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述捕获图像的时间序列的步骤包括：捕获4个图像的时间序列。
9.根据权利要求1所述的方法，还包括步骤：根据每一像素位置处所述样品的相对高度，计算翘曲度估量。
10.根据权利要求1所述的方法，还包括步骤：通过从与所述传送装置表面相关联的传感器的信号中读取所述样品的速度，确定所述样品的速度。
11.根据权利要求1所述的方法，其中，所述样品包含离散的对象。
12.根据权利要求11所述的方法，还包括步骤：通过下列动作确定所述样品的速度：
在第一时间，在第一传感器处记录所述样品的前缘；
在第二时间，在第二传感器处记录所述样品的前缘；
确定所述第一时间和所述第二时间之间的时间差；
确定所述第一传感器和所述第二传感器之间的距离；以及
使所述距离除以所述时间差。
13.根据权利要求11所述的方法，还包括步骤：
确定第一传感器和成像位置之间的距离，所述成像位置被放置在所述光栅之下且在照相机的视野之中；
在第一时间，在所述第一传感器处记录所述样品的前缘；
确定所述样品的速度；
通过使所述第一传感器和所述成像位置之间的距离除以所述样品的速度，计算延迟时间，所述延迟时间基本上等于所述样品从所述第一传感器移动至所述成像位置所需的时间；以及
在第二时间之后，向所述照相机发信号以捕获所述图像的时间序列，所述第二时间等于所述第一时间加所述延迟时间。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述确定所述样品的速度的步骤包括步骤：
在第三时间，在第二传感器处记录所述样品的前缘；
确定所述第一时间和所述第三时间之间的时间差；
确定所述第一传感器和所述第二传感器之间的距离；以及
使所述第一传感器和所述第二传感器之间的距离除以所述第一时间和所述第三时间之间的时间差。
15.根据权利要求1所述的方法，其中，所述样品包括一卷材料的区域和一卷卷筒纸的区域之一。
16.根据权利要求15所述的方法，还包括：在预先确定的时间，向所述照相机发信号以捕获所述图像的时间序列的所述第一图像。
17.一种用于测量连续移动样品的表面平整度的方法，包括步骤：
在传送装置表面上传送所述样品，所述传送装置表面在相对于传送平面以非0角度放置的光栅之下延伸，所述样品包括离散的对象；
使用照相机捕获在所述光栅之下不同位置处的所述样品的图像的时间序列，每一图像包括指示所述样品的表面平整度的阴影波纹条纹图；
在每一所述图像中，确定每一像素的强度值；
在每一图像采集之间以像素为单位计算所述样品的横向位移；
对于每一像素，基于每一图像中所述像素的强度值和所述横向位移计算亮度值；
根据所述亮度值组成亮度图像；
应用光部分位置算法以定位所述亮度图像中的所述样品；
响应于所述光部分位置算法的结果，在所述图像序列的第一图像中，选择所述样品中的一组像素位置；
基于所述横向位移，在所速图像序列的每一其它图像中，选择该组像素位置；
基于所述强度值，为每一所选择的像素位置计算相位值；以及
基于所述相位值，计算每一像素位置处的所述样品表面的相对高度。
18.根据权利要求17所述的方法，其中，按固定的时间间隔捕获所述图像。
19.根据权利要求18所述的方法，其中，所述横向位移等于INT(V＊Tx＊R)，其中，V为所述样品的速度，Tx为每一图像之间的所述固定的时间间隔，R为所述照相机的横向分辨率，并且INT把V、Tx、以及R的乘积四舍五入为最接近的整数值。
20.根据权利要求17所述的方法，其中，在所述图像的时间序列中的每一相继图像的阴影波纹条纹图之间引入相位阶跃。
21.根据权利要求20所述的方法，其中，所述相位阶跃是已知的。
22.根据权利要求20所述的方法，其中，所述相位阶跃是未知的。
23.根据权利要求17所述的方法，其中，所述为每一所选择的像素位置计算相位值的步骤包括：基于所述强度值，应用Carré算法。
24.根据权利要求17所述的方法，其中，所述捕获图像的时间序列的步骤包括：捕获4个图像的时间序列。
25.根据权利要求17所述的方法，还包括步骤：基于每一像素位置处的所述样品的相对高度，计算翘曲度估量。
26.根据权利要求17所述的方法，还包括步骤：通过从与所述传送装置表面相关联的传感器的信号中读取所述样品的速度，确定所述样品的速度。
27.根据权利要求17所述的方法，还包括步骤：通过下列动作确定所述样品的速度：
在第一时间，在第一传感器处记录所述样品的前缘；
在第二时间，在第二传感器处记录所述样品的前缘；
确定所述第一时间和所述第二时间之间的时间差；
确定所述第一传感器和所述第二传感器之间的距离；以及
使所述距离除以所述时间差。
28.根据权利要求17所述的方法，还包括步骤：
确定第一传感器和成像位置之间的距离，所述成像位置被放置在所述光栅之下且在照相机的视野之中；
在第一时间，在所述第一传感器处记录所述样品的前缘；
确定所述样品的速度；
通过使所述第一传感器和所述成像位置之间的距离除以所述样品的速度，计算延迟时间，所述延迟时间等于所述样品从所述第一传感器移动至所述成像位置所需的时间；以及
在第二时间之后，向所述照相机发信号以捕获所述图像序列，所述第二时间等于所述第一时间加所述延迟时间。
29.根据权利要求28所述的方法，其中所述确定所述样品的速度的步骤包括步骤：
在第三时间，在第二传感器处记录所述样品的前缘；
确定所述第一时间和所述第三时间之间的时间差；
确定所述第一传感器和所述第二传感器之间的距离；以及
使所述第一传感器和所述第二传感器之间的距离除以所述第一时间和所述第三时间之间的时间差。
30.一种用于测量连续移动样品的表面平整度的系统，包括：
传送装置，沿传送平面连续传送样品；
光栅，相对于所述传送平面以非0角度被放置在所述样品之上；
光源，被配置成照射所述光栅和所述样品；
照相机，被放置在所述光栅和所述样品之上，并被配置成捕获至少一个图像，所述至少一个图像包括指示所述样品的表面平整度的阴影波纹条纹图；
计算机，与所述照相机相关联，并被配置成处理所述图像，以测量所述样品的表面平整度。
31.根据权利要求30所述的系统，其中，所述光源为线源型的脉冲光源，并被配置成在每一图像捕获期间，发射至少一个光脉冲。
32.根据权利要求30所述的系统，其中，所述光源为线源型的连续光源，所述光源的线被设置成平行于所述光栅的线。
33.根据权利要求30所述的系统，其中，所述照相机包含电子快门。
34.根据权利要求30所述的系统，还包括传感器，该传感器可用于检测所述样品，以及当检测到所述样品时，把至少一个信号传输到所述计算机，其中所述计算机还被配置成处理所述信号。
35.根据权利要求30所述的系统，还包括传感器，该传感器可用于确定所述样品的传送速度，以及把包括所述速度的至少一个信号传输到所述计算机，其中所述计算机还被配置成处理所述信号。
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Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101943570A (zh) * 2009-07-03 2011-01-12 株式会社高永科技 三维形状测量设备
CN102914543A (zh) * 2011-08-03 2013-02-06 浙江中茂科技有限公司 一种三维立体影像的物件检测装置
CN103097879A (zh) * 2010-04-01 2013-05-08 法国圣戈班玻璃厂 透明基质的光学质量分析方法和装置
CN103363928A (zh) * 2012-03-28 2013-10-23 北大方正集团有限公司 用于检测pcb板件平整性的方法和装置
CN104729433A (zh) * 2013-12-23 2015-06-24 珠海格力电器股份有限公司 产品端面平整度的检验装置及方法
CN105333840A (zh) * 2015-12-03 2016-02-17 蒋福根 一种检测微小构件平直性的装置
CN108871184A (zh) * 2018-04-19 2018-11-23 江苏联恒物宇科技有限公司 基于视觉处理的射频标签尺寸检测方法
CN110402386A (zh) * 2017-03-17 2019-11-01 东丽株式会社 圆筒体表面检查装置及圆筒体表面检查方法
CN114674240A (zh) * 2022-03-25 2022-06-28 中国科学院微电子研究所 形变测量方法、装置、电子设备及存储介质
CN117213411A (zh) * 2023-11-08 2023-12-12 天津欧派集成家居有限公司 基于机器视觉的装饰板材平整度智能检测装置及检测方法

Families Citing this family (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7369253B2 (en) * 2004-10-13 2008-05-06 Akrometrix, Llc Systems and methods for measuring sample surface flatness of continuously moving samples
FI20075975L (fi) * 2007-12-31 2009-07-01 Metso Automation Oy Rainan mittaus
US8422030B2 (en) * 2008-03-05 2013-04-16 General Electric Company Fringe projection system with intensity modulating by columns of a plurality of grating elements
US8107083B2 (en) * 2008-03-05 2012-01-31 General Electric Company System aspects for a probe system that utilizes structured-light
US8272254B2 (en) * 2008-08-04 2012-09-25 Brighton Technologies Group, Inc Device and method to measure wetting characteristics
CN102673822B (zh) * 2012-05-18 2013-11-06 昆山诚业德通讯科技有限公司 屏蔽罩平面度自动检测和载带包装一体机
CN102673839B (zh) * 2012-05-18 2014-01-08 昆山诚业德通讯科技有限公司 屏蔽罩平面度自动检测和吸塑盘包装一体机
RU2502951C1 (ru) * 2012-06-15 2013-12-27 федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Научно-исследовательский радиофизический институт" Устройство контроля положения объекта нано- и субнанометровой точности
JP5956296B2 (ja) * 2012-09-14 2016-07-27 ４Ｄセンサー株式会社 形状計測装置及び形状計測方法
TWI471522B (zh) 2013-07-25 2015-02-01 Nat Univ Tsing Hua 使用陰影雲紋法線上即時檢測表面形貌與平面外變形之方法與系統
US10019815B2 (en) * 2016-03-17 2018-07-10 Plexbio Co., Ltd. Methods and systems for image differentiated multiplex assays
CN108548490B (zh) * 2018-04-17 2020-05-05 中科晶源微电子技术（北京）有限公司 用于确定光栅像在成像平面上的移位的方法和设备和用于确定物体高度的方法和设备
CN108965561A (zh) * 2018-07-18 2018-12-07 惠州市盈泰欣精密金属科技有限公司 一种手机中板检测设备及其检测系统
US11255715B2 (en) 2018-07-20 2022-02-22 Brighton technologies, LLC Method and apparatus for determining a mass of a droplet from sample data collected from a liquid droplet dispensation system
CN112097722B (zh) * 2020-08-17 2022-04-08 山东东岳高分子材料有限公司 膜材料的平整度测试方法
KR20220060792A (ko) * 2020-11-05 2022-05-12 라온피플 주식회사 제품의 휨 정도를 측정하는 방법 및 이를 수행하기 위한 장치
TWI827087B (zh) * 2022-06-07 2023-12-21 超能高新材料股份有限公司 基板的檢測方法及其檢測裝置

Family Cites Families (24)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4025195A (en) * 1974-07-22 1977-05-24 Itek Corporation Image subtraction/addition system
DE3574280D1 (en) * 1985-12-23 1989-12-21 Ibm Deutschland Method and arrangement for optically determining surface profiles
US4794550A (en) * 1986-10-15 1988-12-27 Eastman Kodak Company Extended-range moire contouring
US5085502A (en) * 1987-04-30 1992-02-04 Eastman Kodak Company Method and apparatus for digital morie profilometry calibrated for accurate conversion of phase information into distance measurements in a plurality of directions
JPS6413406A (en) 1987-07-07 1989-01-18 Toshiba Corp Body recognition device
DE3907430C1 (zh) * 1988-12-23 1991-03-21 Klaus 8206 Bruckmuehl De Pfister
GB9009110D0 (en) * 1990-04-23 1990-06-20 Europ Vision Syst Centre Improvements relating to optical measuring systems
US5309222A (en) * 1991-07-16 1994-05-03 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Surface undulation inspection apparatus
US5345514A (en) * 1991-09-16 1994-09-06 General Electric Company Method for inspecting components having complex geometric shapes
NL9200071A (nl) * 1992-01-15 1993-08-02 Stichting Science Park Maastri Inrichting voor het bepalen van de topografie van een gekromd oppervlak.
US5311286A (en) * 1992-04-01 1994-05-10 Materials Technologies Corporation Apparatus and method for optically measuring a surface
US5319445A (en) * 1992-09-08 1994-06-07 Fitts John M Hidden change distribution grating and use in 3D moire measurement sensors and CMM applications
US5307152A (en) * 1992-09-29 1994-04-26 Industrial Technology Institute Moire inspection system
US5581632A (en) * 1994-05-02 1996-12-03 Cognex Corporation Method and apparatus for ball bond inspection system
US5601364A (en) * 1994-06-14 1997-02-11 Georgia Tech Research Corporation Method and apparatus for measuring thermal warpage
JP3404134B2 (ja) * 1994-06-21 2003-05-06 株式会社ニュークリエイション 検査装置
AU728407B2 (en) * 1995-07-18 2001-01-11 Budd Company, The Moire interferometry system and method with extended imaging depth
US5835223A (en) * 1996-01-05 1998-11-10 Electronic Packaging Services, Ltd. System for measuring surface flatness using shadow moire technology
WO1998055826A2 (en) * 1997-06-05 1998-12-10 Electronic Packaging Services, Ltd. Co. Measuring surface flatness using shadow moire technology and phase-stepping image processing
US6188058B1 (en) * 1998-09-17 2001-02-13 Agilent Technologies Inc. System for taking displacement measurements having photosensors with imaged pattern arrangement
US7061628B2 (en) * 2001-06-27 2006-06-13 Southwest Research Institute Non-contact apparatus and method for measuring surface profile
US6817528B2 (en) * 2001-07-17 2004-11-16 Honeywell International Inc. Reflective apparatus and method for optically sensing relative torque employing Moirè fringes
US7369253B2 (en) * 2004-10-13 2008-05-06 Akrometrix, Llc Systems and methods for measuring sample surface flatness of continuously moving samples
US7230722B2 (en) * 2005-10-19 2007-06-12 University Of Maryland Shadow moire using non-zero talbot distance

Cited By (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101943570A (zh) * 2009-07-03 2011-01-12 株式会社高永科技 三维形状测量设备
CN103097879B (zh) * 2010-04-01 2017-01-18 法国圣戈班玻璃厂 透明基质的光学质量分析方法和装置
CN103097879A (zh) * 2010-04-01 2013-05-08 法国圣戈班玻璃厂 透明基质的光学质量分析方法和装置
CN102914543A (zh) * 2011-08-03 2013-02-06 浙江中茂科技有限公司 一种三维立体影像的物件检测装置
CN103363928A (zh) * 2012-03-28 2013-10-23 北大方正集团有限公司 用于检测pcb板件平整性的方法和装置
CN103363928B (zh) * 2012-03-28 2016-01-20 北大方正集团有限公司 用于检测pcb板件平整性的方法和装置
CN104729433A (zh) * 2013-12-23 2015-06-24 珠海格力电器股份有限公司 产品端面平整度的检验装置及方法
CN105333840A (zh) * 2015-12-03 2016-02-17 蒋福根 一种检测微小构件平直性的装置
CN110402386A (zh) * 2017-03-17 2019-11-01 东丽株式会社 圆筒体表面检查装置及圆筒体表面检查方法
CN110402386B (zh) * 2017-03-17 2021-08-06 东丽株式会社 圆筒体表面检查装置及圆筒体表面检查方法
CN108871184A (zh) * 2018-04-19 2018-11-23 江苏联恒物宇科技有限公司 基于视觉处理的射频标签尺寸检测方法
CN114674240A (zh) * 2022-03-25 2022-06-28 中国科学院微电子研究所 形变测量方法、装置、电子设备及存储介质
CN117213411A (zh) * 2023-11-08 2023-12-12 天津欧派集成家居有限公司 基于机器视觉的装饰板材平整度智能检测装置及检测方法
CN117213411B (zh) * 2023-11-08 2024-01-05 天津欧派集成家居有限公司 基于机器视觉的装饰板材平整度智能检测装置及检测方法

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WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

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