CN102346021A - 电子电路的三维检测设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种电子电路的三维检测设备。一种集成电路等的光学检测设备包括：拍摄系统，所述拍摄系统位于由第一方向和第二方向限定的平面中的场景的上方，所述拍摄系统包括多个数字摄像机，每一数字摄像机包括正交阵列的像素，所有摄像机的各自光轴相对于与所述第一方向和第二方向垂直的第三方向倾斜第一角度；以及具有确定图样的两个投影仪，这些图样使得由所述投影仪中的每一投影仪投影的两条直线在由所述第一方向和所述第二方向限定的所述平面中对齐并且与将所述两个投影仪的光学中心互连的直线共面。

Description

电子电路的三维检测设备
技术领域
本发明总体涉及光学检测系统，且更具体地涉及用于在线分析电子电路的系统。本发明更具体地涉及配备有数字摄像机的系统。
背景技术
作为示例，图1示意性地示出作为示例的本发明所适用的类型的设备。例如由印刷电路板ICC支撑的电子电路IC放置在例如在线光学检测设备的传送带1上。这样的设备包括数字摄像机系统2，该系统2连接到图像处理计算机系统3。传送带1能够在平面XY(大体水平)中移动，对于一连串照片而言，只能够沿所述两个方向中的一个方向即方向X移动。
为了降低处理成本，通常希望通过对图像进行数字处理来弥补这些图像的有限质量。具体而言，已提供了通过拍摄在平面的两个方向上彼此略微偏移的若干图像以及通过实施所谓的超分辨率技术来弥补相机分辨率低。
例如，文献WO2009/090633描述了利用若干数字摄像机的阵列网络的检测设备，所述检测设备与拍摄对象相对放置以实施超分辨率技术。为了通过这样的系统来提高平面的两个方向中的图像分辨率，必须使用摄像机网络，且该摄像机网络沿着平面的两个方向移动或者沿着相对于传送方向倾斜的方向移动。由于需要驱动电机的准确性高，这使得此系统机制复杂并且增大其成本。
一些光学检测系统的另一目的是获得三维图像。像上述文献中描述的设备不适于重建三维图象。
期望具有用于通过图像处理来分析集成电路类型的对象的设备，其允许比传统系统使用较少数量的摄像机，而不损失分辨率。
还期望具有适于三维分析的设备。
还期望具有与已知解决方案相比而成本低的系统。
发明内容
本发明的实施方式的目的是提供一种通过图像分析来检测的设备，其解决了已知方法和已知设备的所有或部分缺点。
根据第一方面，本发明的实施方式的目的是提供特别适用于在线处理且简化移位的解决方案。
根据此第一方面，本发明的另一实施方式的另一目的是提供一种用于二维分析的特别简单的解决方案。
根据第二方面，本发明的实施方式的目的是提供一种适于获得三维图像的解决方案。
实施方式的另一目的是提供与两个方面相容的解决方案。
为了获得所有或部分这些或其他目的，本发明提供了一种集成电路等的光学检验设备，所述设备包括：
拍摄系统，所述拍摄系统位于由第一方向和第二方向限定的平面中的场景的上方，所述拍摄系统包括多个数字摄像机，每一数字摄像机包括像素的正交阵列，所有摄像机的各自光轴相对于与所述的两个方向垂直的第三方向倾斜第一角度；以及
具有确定图样的两个投影仪，这些图样使得由所述投影仪中的每一投影仪投影的两条直线在由所述第一方向和所述第二方向限定的所述平面中对齐并且与将所述两个投影仪的光学中心互连的直线共面。
根据本发明的实施方式，所述第一角度在15度与25度之间。
根据本发明的实施方式，四个摄像机与每一投影仪相关联且定向成对准此投影仪的视轴上的同一点。
根据本发明的实施方式，所述图样使得由所述投影仪中的每一投影仪投影的所述两条直线在由所述第一方向和所述第二方向限定的平面中对齐并且与将所述两个投影仪的所述光学中心互连的直线共面。
根据本发明的实施方式，所述图像处理系统能够将超分辨率处理应用于所述拍摄系统提供的一连串图像。
根据本发明的实施方式，所述设备还包括在所述平面的第一方向上待分析的对象的传送带，所述拍摄系统位于所述传送带的区域上方并且相对于传送带位于固定位置中，所述摄像机分配成沿着与所述第一方向不同的第二方向对齐的两组摄像机，所述摄像机全部定向成使得它们的像素阵列的所述正交方向中的一个方向与所述第一方向形成第二角度(α)。
根据本发明的实施方式，所述第二方向垂直于所述第一方向。
根据本发明的实施方式，不同摄像机的像素与所述第二方向对齐。
根据本发明的实施方式，所述第二角度在3度到20度之间
本发明还提供可以一种用于控制这样的光学检验设备的方法。
结合附图，将在以下具体实施方式的非限制性描述中详细描述本发明的上述和其他目的、特征和优势。
附图说明
先前描述的图1示意性地示出了本发明所适用的类型的集成电路检测设备的示例，
图2是根据本发明的第一方面的实施方式的数字传感器的简化图，
图2A是根据本发明的第一方面的另一实施方式的数字传感器的简化图，
图3示出了图2的电路的操作，
图4是根据本发明的第二方面的实施方式的简化透视图，
图5和图5A示出了具有两个投影仪(比如图4中所示)的实施方式的操作，
图6是根据本发明的第二方面的设备的另一实施方式的简化透视图，以及
图7是示出图6的设备中所考虑的角度的简化图。
具体实施方式
在不同的附图中，利用相同的附图标记表示相同的元件，这些元件是不按比例绘制的。为了清楚，仅示出并且将仅描述对理解本发明有用的那些步骤和元件。具体而言，本发明所使用的图像处理算法本身是已知的且将不作详细描述。而且，未详述数字图像传感器的可行实现方式，本发明与任何常见的黑白阵列摄像机或彩色阵列摄像机相容，例如电荷耦合器件(CCD)或CMOS传感器。
首先将参照第一方面描述本发明，本发明的第一方面适用于二维摄影设备的实施方式。
图2是示出根据本发明的第一方面的实施方式的分析设备的图像传感器22的组2的简化俯视图。规定拍摄对象(例如，图1的集成电路)相对于传感器系统移动且规定传感器是固定的。对于二维摄影设备，所有传感器22在与电路传送带的平面(X，Y)平行的的平面上共面。
在图2的实施方式中，定位图像传感器使得它们的各个像素222沿着与轴X和轴Y不一致的正交方向形成阵列。这相当于将每一传感器绕竖直轴Z旋转相同角度α，使得像素沿着与轴X’、Y’平行的方向对齐，轴X’、Y’定义的参考系与参考系X、Y成角度α。然而传感器22在此处沿着方向Y对齐，即垂直于输送方向X。当摄像机系统2下面的对象沿着平行于轴X的方向F移动时，该对象的一点沿着传感器的两个方向从一个像素到另一像素，即在像素的不同位置中。
图2A示出了一变型，根据该变型，传感器22与轴Y’对齐。传感器的行与轴Y成角度α地对齐。与图5的实施方式相比，优势在于角度α的设定较简单，因为对所有传感器只需执行一次。
图3是示出传感器阵列拍摄的四个图像I以及这些图像上的物点的各个位置的简化俯视图。物点沿方向X的移位导致一旦图像重叠，该物点要被复制四次，且其位置沿着方向X和Y有偏移。应当注意到，此复制不需要增加方向X中的摄像机的数目。
图像分辨率的提高是通过由对象移动引起的传感器拍摄的连续图像的重叠。通过所谓的超分辨率方法的图像处理本身很常见。根据本发明，图像在与移位垂直的方向(Y)上相对于彼此的位置是不变的。而且，在另一方向(X)中，此位置与角度α(对所有传感器而言不变且共用)以及两个图像之间的平移步长有关。在逐步移动或连续移动中，此平移步长取决于针对超分辨率而选择的图像的数目。选择传送带的前进速度以及图像拍摄频率以遵守此平移步长。
超分辨率图像中的像素密度尤其取决于图像的数目和摄像机的旋转角度α。
而且，角度α影响对图像中的对象的抽样均匀性。此均匀性可以基于常见的图像处理方法确定。例如，可以参考Hoa Nguyen、John Burkardt、MaxGunzburger、Lili Ju、Yuki Saka在2008年发表在Elsevier B.V.上的ComputationalGeometry：Theory and Applications第8页中的文献“Constrained CVT meshes anda comparison of triangular mesh generators”(http://www.sciencedirect.com/science？_ob＝ArticleURL&_udi＝B6TYS-4SCKRTM- 1&_user＝10&_coverDate＝01％2F31％2F2009&_rdoc＝1&_fmt＝high&_orig＝search &_sort＝d&_docanchor＝&view＝c&_searchStrId＝1379367209&_rerunOrigin＝google &_acct＝C000050221&_version＝1&_urlVersion＝0&_userid＝10&md5＝b7992740587 38c6fb4d1b52dfdd44ee7)，其描述了不同的图象均匀性确定方法，例如“规律性测量(regularity measure)”。
发明人已发现在期望的应用中，3度到20度之间的角α获得令人满意的结果。
所提供的解决方案的优势在于，改变角度α改变了平移参数(两个图像之间的步长)，且因此改变了两个方向上的分辨率。作为一变型，提前确定适用于若干数量的图像的相同角度α。则可以仅通过改变步长(且因此改变图像数目)来改变分辨率。
作为具体实施方式，可以借助于像素分辨率为52微米的300万像素传感器获得直径约为十几微米(例如13微米)的物点的分辨率。利用六个图像，获得的分辨率相当于具有用于21微米的物点的可接受的分辨率的1800万像素传感器。
已设计出将待在传送带上检查的对象旋转并使具有各自像素的光学摄像机沿着与传送方向垂直的方向对齐，如惯用的解决方案。然而，该解决方案无法利用单行摄像机实现功能性超分辨率处理。
根据本发明的第一方面的上述实施方式的优势在于，它们能够降低超分辨率操作中的摄像机的数目，因此较便宜。而且，避免拍摄系统机动化且因此提高了焦点深度。
下文将描述本发明的第二方面。此方面的目的在于获得三维图像。
关于应用于三维图象，常见的是利用若干摄像机拍摄大片点并使不同摄像机的图像匹配以在将确定的图样投影在场景上。美国专利6545512中描述了三维图象处理技术的示例。
优选地利用所谓的“相移”技术，该“相移”技术包括将正弦图样投射到待检查的场景上。这些图样在图像上的表现形式用来推断场景的不同物点的高度。
为了获得三维图象，若干个摄像机必须观察场景的相同部分。因此问题在于，由单一配准投影仪投射的光具有产生阴影区域的风险，因为摄像机正好在投影仪的区域中。
为了解决此问题，已设计出利用两个投影仪按不同角度照射场景。然而，引起了使投影边缘形成角度的区域发生重叠的问题。可能的解决方案是使不同投影仪依次发光。然而，这将产生图像处理时间损耗(时间乘以依次照射的次数)。另一问题在于这需要高分辨率的投影仪，且因此昂贵并且当前不可用。
根据本发明的此方面，选择能够容易解决投影仪之间的区域发生重叠的问题的被投影图像的特定图样。
图4是根据本发明的实施方式的摄像机和投影仪的各个位置的简化透视图。在此示例中，提供了场景中的图像的两个投影仪24和沿着方向Y中的两个平行直线对齐的具有四个摄像机22的两组2’。两组2’位于投影仪24的每一侧，并且沿着与方向Y平行的线对齐。摄像机被定位成使它们各自的视点沿着方向Y对齐并且配对，每一组的摄像机与相对于轴Y与该组摄像机对称的另一组摄像机对准相同点。这相当于使所有摄像机相对于垂直方向Z倾斜角度β。对所有摄像机22而言角度β可以相同(具有不同的符号)。
两个投影仪24设置成将确定的图样投影在场景(在拍摄区域中)中，该图样将在下文予以描述并且由处理系统识别。了解到图样后，接着可以获得投影仪的参数和摄像机的参数、场景高度。
传送带上的被检测对象的高度不准确。当该对象低于参考高度时，位于投影仪之间的区域由两个投影仪照射。然而，如果对象高于参考高度，则该对象的部分可能不再被照射到，则需要引入预防重叠的区域来解决此问题。在所有情况下，必须处理重叠区域。
在被投影图像中引入编码以保护源(例如波长)，或者在重叠区域中投影的图案使得与此重叠区域有关的图像处理与投影仪无关。本发明适用于第二解决方案。施加到图样上的限制是，灰度级沿着由投影仪的图像平面和包括使两个投影仪的光学中心互连的线的平面之间的交叉限定的曲线不变。
图5和图5A示出了这样的实施方式。图5示意性地示出了具有两个投影仪的设备。图5A按相对于重叠区域的位置来示意性地示出投影成的图像的强度(亮度)。为了清楚，以下说明没有与摄像机系统关联。
两个图像I1、I2通过两个投影仪24L、24R投影在场景S上，场景S相当于被拍摄区域。例如，这些图像是平行线(狭槽)。从图5看到，被投影图像I1、I2和包括线242的任一平面P之间的交叉提供了平行曲线244和246。而且，曲线244和246投影在所述场景上提供了两个对齐的直线248L和248R。如图5A中所示，为了在重叠区域A中遵守系统的光度平衡，在此区域中调整待投影的图像轮廓。例如，调整来自每一图像的标准亮度级(一端降低，另一端提高)，使得两个图像在场景上的重叠提供了恒定亮度级。
以上实施方式符合超分辨率图像处理。
例如，可以应用包括以下的常见超分辨率处理：在平面的方向X和方向Y中移动该场景(或拍摄场)。
根据优选示例，合并以上描述的两个方面以将超分辨率方法应用于3D拍摄系统。
图6是适于获得超分辨率的三维(3D)图像的另一实施方式的拍摄系统的透视图。为了简化，未示出与处理系统的连接。
图7是示出图6的设备中涉及的角度的几何图。
与图4的实施方式相比，摄像机22定位成四个一组地对准同一点。这相当于添加了一定的自由范围，如图7所示。优选地，除了针对所有摄像机倾斜绝对值相等的角度β外，使摄像机旋转角度γ以将它们各自的视轴四个一组地朝向同一点。
而且，为了遵守第一方面的特征，所有摄像机绕Z轴旋转角度α。
与图2的实施方式相比，两序列2”摄像机22沿着与方向Y平行的两条线布置。在图4和图6的示例中，每一序列2’和2”包括沿方向Y对齐的四个摄像机22，但是此数目可以根据要拍摄的场景在与对象的移动方向垂直的方向Y上的宽度而不同。
考虑到焦点深度，根据沿场景中的方向Z的预期准确度来选择角度β、角度γ和视点。
作为具体实施方式，提供了角度α在3到6度之间、角度β在15度到25度之间的系统。
已描述各种实施方式。本领域的专业技术人员可以想到各种替代和改动。具体而言，摄像机的位置和角度的选择取决于期望的分辨率和待分析的物点的尺寸。可以提供与例如关于图4和图6描述的结构不同的其它结构，该其它结构可以在摄像机和投影仪的数目方面或位置方面不同
而且，每个摄像机选择的像素数目对在给定传输带速度下获得的分辨率有影响。而且，可以使用阵列传感器，而非方形传感器。
最后，基于上文提供的功能性指示并通过利用惯用的图像处理算法，应用于获得的图像的处理在本领域的专业技术人员的能力内。
这样的替代、改动和改善用来作为本公开案的一部分且用来在本发明的精神和范围内。因此，以上描述仅是示例且不是限制性的。本发明仅局限于以下权利要求及其等同物定义的内容。

Claims (9)

1.一种集成电路等的光学检测设备，所述设备包括：
拍摄系统，所述拍摄系统位于由第一方向和第二方向限定的平面中的场景的上方，所述拍摄系统包括多个数字摄像机(22)，每一数字摄像机包括正交阵列的像素，所有摄像机的各自光轴相对于与所述第一方向和第二方向垂直的第三方向(Z)倾斜第一角度(β)；以及
具有确定图样的两个投影仪(24)，这些图样使得由所述投影仪中的每一投影仪投影的两条直线在由所述第一方向(X)和所述第二方向(Y)限定的所述平面中对齐并且与将所述两个投影仪的光学中心互连的直线(242)共面。
2.如权利要求1所述的设备，其中所述第一角度(β)在15度与25度之间。
3.如权利要求1所述的设备，其中四个摄像机与每一投影仪相关联且定向成对准所述投影仪的视轴上的同一点。
4.如权利要求1所述的设备，其中所述图样使得由所述投影仪中的每一投影仪投影的所述两条直线在由所述第一方向(X)和所述第二方向(Y)限定的平面中对齐并且与将所述两个投影仪的所述光学中心互连的直线(242)共面。
5.如权利要求1所述的设备，其中图像处理系统能够将超分辨率处理应用于由所述拍摄系统提供的一连串图像。
6.如权利要求1所述的设备，所述设备还包括在所述平面的第一方向(X)上具有待分析的对象的传送带，所述拍摄系统(2)位于所述传送带的区域上方并且相对于传送带位于固定位置中，所述摄像机分配成沿着与所述第一方向不同的第二方向(Y，Y’)对齐的两组(2)摄像机，所述摄像机全部定向成使得它们的像素阵列的所述正交方向中的一个方向与所述第一方向形成第二角度(α)。
7.如权利要求6所述的设备，其中所述第二方向垂直于所述第一方向。
8.如权利要求6所述的设备，其中不同摄像机的像素与所述第二方向对齐。
9.如权利要求5所述的设备，其中所述第二角度(α)在3度到20度之间。
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