CN105716522B - 差分式三角测量系统及其方法 - Google Patents
差分式三角测量系统及其方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN105716522B CN105716522B CN201510446484.7A CN201510446484A CN105716522B CN 105716522 B CN105716522 B CN 105716522B CN 201510446484 A CN201510446484 A CN 201510446484A CN 105716522 B CN105716522 B CN 105716522B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- slit
- light intensity
- intensity signal
- light
- differential type
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 45
- 238000010606 normalization Methods 0.000 claims description 38
- 238000012937 correction Methods 0.000 claims description 15
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 8
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 6
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 4
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 claims description 4
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims description 4
- 230000008878 coupling Effects 0.000 claims description 3
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 claims description 3
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 claims description 3
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 abstract description 24
- 239000000523 sample Substances 0.000 abstract description 8
- 206010070834 Sensitisation Diseases 0.000 abstract 1
- 230000008313 sensitization Effects 0.000 abstract 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 15
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 5
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 239000003086 colorant Substances 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 2
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 238000011088 calibration curve Methods 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 238000003709 image segmentation Methods 0.000 description 1
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 1
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 230000013011 mating Effects 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 238000012797 qualification Methods 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 238000002310 reflectometry Methods 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 230000001629 suppression Effects 0.000 description 1
Abstract
本发明公开了一种差分式三角测量系统及其方法，该测量系统包括：探头单元、感光单元及计算单元。该探头单元用以投射出二狭缝光束至一待测物的同一位置上。该感光单元用以接收该二狭缝光束的反射光，以取得二影像。该计算单元用以转换该二影像为二光强信号，并对该二光强信号进行差分运算，以取得一差分光强信号，其中，该差分光强信号的全半高宽值(FWHM)小于该二光强信号的全半高宽值。通过本发明所得的差分光强信号，可得到更细微的测量线宽，以抑制噪声的影响，同时提高测量精度。
Description
技术领域
本发明涉及一种测量系统及其方法，尤指一种利用差分运算以提高测量精度的差分式三角测量系统及其方法。
背景技术
一般常见的测量待测物尺寸方式为接触式测量，其主要利用探针接触待测物表面的方式取得待测物的尺寸与形貌。此接触式测量方式的精准度较高，可取得精确的尺寸。然而，接触式测量受限于机台结构的设计，在测量不同外形的待测物时，必须更换适合的测量探头，才能正确测量出待测物的尺寸。在更换测量探头的时间及测量的过程，将消耗大量的时间，使得测量多种不同的待测物时，可能需要非常久的时间才能完成。此外，使用接触式测量时，是以探针实际触碰待测物表面的方式来取得待测物的尺寸。然而，在接触的过程中，待测物的表面可能会因为探针的接触，而遭受到破坏。
另一种为非接触式测量法是利用光源投射至待测物，再利用感光元件接收待测物反射的光进行测量，以取得待测物的尺寸与形貌。然而，现有的非接触式测量法的精度不高，可能无法达到目前业界需求。
因此，如何克服上述议题，实为本领域技术人员亟待解决的课题之一。
发明内容
本发明提供一种差分式三角测量系统及其方法，通过本发明所得的差分光强信号，可得到更细微的测量线宽，以抑制噪声的影响，同时提高测量精度。
本发明的差分式三角测量系统，包括：一探头单元，包括：一第一光源及一第二光源，其用以分别射出一第一光束及一第二光束，其中，该第一光束与该第二光束具有不同波长；一第一狭缝，用以使该第一光束通过后形成一第一狭缝光束；一第二狭缝，用以使该第二光束通过后形成一第二狭缝光束；及一第一分光镜，用以接收该第一狭缝光束及该第二狭缝光束，以将该第一狭缝光束及该第二狭缝光束投射至一待测物的同一位置上；一感光单元，用以接收该第一狭缝光束及该第二狭缝光束投射至该待测物的同一位置上后的一反射光，以取得对应该第一狭缝光束的一第一狭缝图样以及对应该第二狭缝光束的一第二狭缝图样；以及一计算单元，其与该感光单元相连接，以取得该第一狭缝图样及该第二狭缝图样，该计算单元包含：一转换模块，用以转换该第一狭缝图样为一第一光强信号，以及转换该第二狭缝图样为一第二光强信号；及一差分运算模块，用以对该第一光强信号及该第二光强信号进行差分运算，以取得一差分光强信号。
本发明另提供一种差分式三角测量方法，其包括以下步骤：利用一第一光源及一第二光源分别射出一第一光束及一第二光束，该第一光束及该第二光束分别通过一第一狭缝及一第二狭缝，以分别形成一第一狭缝光束及一第二狭缝光束；提供一第一分光镜，以将该第一狭缝光束及该第二狭缝光束投射至一待测物的同一位置上；利用一感光单元接收该第一狭缝光束及该第二狭缝光束投射至该待测物的同一位置上后的一反射光，以取得对应该第一狭缝光束的一第一狭缝图样以及对应该第二狭缝光束的一第二狭缝图样；将该第一狭缝图样转换为一第一光强信号，以及将该第二狭缝图样转换为一第二光强信号；以及对该第一光强信号及该第二光强信号进行差分运算，以取得一差分光强信号。
附图说明
图1为本发明的第一实施例的差分式三角测量系统的示意图；
图2为本发明的差分式三角测量系统的探头单元的出光路径与感光单元的接收光路径的示意图；
图3为本发明的第二实施例的差分式三角测量系统的示意图；
图4为本发明的第三实施例的差分式三角测量系统的示意图；
图5A为本发明的第一狭缝图样的示意图；
图5B为本发明的第一光强分布图的示意图；
图5C为本发明的正规化后的第一光强分布图的示意图；
图6A为本发明的第二狭缝图样的示意图；
图6B为本发明的第二光强分布图的示意图；
图6C为本发明的正规化后的第二光强分布图的示意图；
图7为本发明的正规化后的第一、二光强信号差分运算后所得的差分光强分布图的示意图；
图8为本发明的差分光强分布图的另一实施例的示意图；
图9为本发明的差分式三角测量方法的步骤流程图；以及
图10为本发明的差分式三角测量方法的校正步骤流程图。
其中，附图标记：
1 测量系统
100 探头单元
110 第一光源
111 第一光束
112 第一狭缝
113 第一狭缝光束
114 第一镜组
120 第二光源
121 第二光束
122 第二狭缝
123 第二狭缝光束
124 第二镜组
130 第一分光镜
131 第三镜组
200 感光单元
201 第四镜组
202 第二分光镜
210 黑白感光元件
212 第一滤光元件
220 黑白感光元件
222 第二滤光元件
211 第一狭缝图样
221 第二狭缝图样
300 计算单元
301 转换模块
302 差分运算模块
303 中心线计算模块
304 校正模块
310 第一光强分布图
311 第一光强信号
311’ 正规化后的第一光强信号
320 第二光强分布图
321 第二光强信号
321’ 正规化后的第二光强信号
330 差分光强分布图
331 差分光强信号
332 中心线
333 区域
400 待测物
500 夹角
θ1 入射角
θ2 反射角
ΔR 高度
ΔD 景深
S101-S107 步骤
S201-S203 步骤。
具体实施方式
以下通过特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技艺的人士可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。
须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技艺的人士的了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“第一”及“第二”等用语，也仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当也视为本发明可实施的范畴。
请参阅图1，其为说明本发明的差分式三角测量系统的示意图。如图所示，本发明提供一种测量系统1，包括：探头单元100、感光单元200以及计算单元300。
探头单元100包括：第一光源110、第二光源120、第一狭缝112、第二狭缝122及第一分光镜130。第一光源110用以射出第一光束111，第二光源120用以射出第二光束121，其中，第一光源110所发射出的第一光束111与第二光源120所发射出的第二光束121为不同的波长。于一实施例中，第一光源110可为红光二极管，第二光源120可为绿光二极管，但本发明并不限制光源种类。
第一狭缝112设置于第一光束111所行进的路径上，且第一狭缝112具有第一狭缝宽度，以使第一光束111通过第一狭缝112后形成第一狭缝光束113。第二狭缝122设置于第二光束121所行进的路径上，且第二狭缝122具有第二狭缝宽度，以使第二光束121通过第二狭缝122后形成第二狭缝光束123。于一实施例中，第一狭缝光束113与第二狭缝光束123可为线性狭缝，但本发明并不以此为限。于另一实施例中，第一狭缝宽度与第二狭缝宽度为具有不同的狭缝宽度，也可为具有相同的狭缝宽度，但本发明并不以此为限。
第一分光镜130用以接收该第一狭缝光束113及该第二狭缝光束123，并将第一狭缝光束113及第二狭缝光束123重叠成一道光束射出，其中，第一分光镜130由玻璃材质制成，且重叠后的光束同时具有第一狭缝光束113及第二狭缝光束123的性质。而第一分光镜130将第一狭缝光束113及第二狭缝光束123重叠成一道光束后，将该道光束以一入射角投射至一待测物400的同一位置上。
感光单元200用以接收该第一狭缝光束113及该第二狭缝光束123投射至一待测物400的同一位置上后的反射光。于一实施例中，该感光单元200可为彩色感光耦合元件CCD或彩色互补性氧化金属半导体CMOS，但本发明并不以此为限。感光单元200包括有多个彩色滤光片及多个感光像素(即硅光电二极管)，该彩色滤光片可筛出单一原色(如R、G、B)的光束。由于这些感光像素前皆分别设置有这些彩色滤光片，使得该感光像素可针对不同颜色的光源进行感光，例如具有红色滤光片的感光像素可针对红光进行感光，具有绿色滤光片的感光像素可针对绿色进行感光。藉此，例如为红光的第一狭缝光束113及为绿光的第二狭缝光束123，该感光单元200可依据具有红色滤光片的感光像素分离取得对应该第一狭缝光束113的第一狭缝图样211(如图5A所示)，以及依据具有绿色滤光片的感光像素分离取得对应该第二狭缝光束123的第二狭缝图样221(如图6A所示)。
于一实施例中，该探头单元100的出光路径与该感光单元200的接收光路径之间具有夹角500，该夹角500的范围介于30度至180度之间，常用为45度或90度，但不以此为限。进一步参阅图2，该探头单元100的出光路径具有入射角θ1，该感光单元200的接收光路径具有反射角θ2，其中，该入射角θ1加上该反射角θ2为该夹角500，且其中，该夹角500越大，则可测量的高度ΔR范围越大，反之，该夹角500越小，则可测量的高度ΔR范围越小。于一实施例中，该入射角θ1与该反射角θ2为相同角度，但本发明并不以此为限。于另一实施例中，该景深ΔD与该可测量的高度ΔR之间的关系式为：ΔR＝ΔD/cos(θ1)。
计算单元300与感光单元200相连接，以取得感光单元200所拍摄的第一狭缝图样211与第二狭缝图样221，其中，该计算单元300可为电脑，或是具有运算功能的计算机器件，该计算单元300包含：转换模块301、差分运算模块302、中心线计算模块303以及校正模块304。
转换模块301用以将第一狭缝图样211(如图5A中箭头方向的横切面)转换为第一光强信号311，而该第一光强信号311是以第一光强分布图310(如图5B所示)的方式呈现，以及将第二狭缝图样221(如图6A中箭头方向的横切面)转换为第二光强信号321，该第二光强信号321是以第二光强分布图320(如图6B所示)的方式呈现，其中，第一光强分布图310与第二光强分布图320为直角坐标图，其横轴为像素，纵轴为灰阶值。
于一实施例中，该转换模块301将该第一、二狭缝图样211、221分别转换为该第一、二光强信号311、321之前，可对第一、二狭缝图样211、221进行二值化后再转换。所谓的二值化为图像分割的一种方法，即将图像中大于某个临界灰度值的像素灰度设为灰度最大值，把小于某个临界灰度值的像素灰度设为灰度最小值，以实现二值化。本发明并不限定二值化的演算方法，如双峰法、P参数法、迭代法等皆可适用。
于一实施例中，第一、二狭缝图样211、221于二值化后，将会出现黑色部份及白色部份的影像图档，而白色部份即代表待测物。后续即是选取此一白色部份将其分别转换为该第一、二光强信号311、321。
差分运算模块302用以对第一光强信号311及第二光强信号321进行差分运算，差分运算是将第一光强信号311与第二光强信号321先各自进行光强度正规化(Normalize)处理，以得到正规化后的第一光强信号311’(如图5C所示)与正规化后的第二光强信号321’(如图6C所示)，再将此两组数值进行相减，其中，正规化后的第一光强信号311’可乘上一个强化常数K，其关系式如下：
Idiff＝(K×I'1)-I'2＝(K*Normalize(I1))-Normalize(I2)
其中，Idiff为差分光强信号331，K为强化常数，I'1为正规化后的第一光强信号311’，I'2为正规化后的第二光强信号321’，I1为第一光强信号311，I2为第二光强信号321，且其中，K可为任何自然数，本发明并不以此为限。据此取得差分光强信号331，而该差分光强信号331是以差分光强分布图330(如图7所示，其中，K＝2)的方式呈现，其中，差分光强信号331的全半高宽值(Full width at half maximum,FWHM)小于正规化后的该第一光强信号311’或正规化后的该第二光强信号321’的全半高宽值。于一实施例中，差分光强信号331的全半高宽值也可同时小于正规化后的该第一光强信号311’及正规化后的该第二光强信号321’的全半高宽值，本发明并不以此为限。
另所谓的光强度正规化处理，是指将图5B的第一光强分布图310及图6B的第二光强分布图320的纵轴的灰阶值(范围为0至255)予以转换至同一特定范围(如图5C、图6C所示纵轴为0至1的范围)，其计算公式为：以利后续计算。如图6B所示，曲线最高灰阶值为100，最低灰阶值为0，灰阶值为80的点的正规化值即为0.8，将图6B的曲线各点经上述公式转换，即可绘制图6C的曲线。
于另一实施例中，正规化后的第一光强信号311’也可不乘上强化常数K，即进行上述差分光强信号的计算。详言之，将第一光强信号311与第二光强信号321先各自进行光强度正规化(Normalize)处理，以得到正规化后的第一光强信号311’与正规化后的第二光强信号321’，再将此两组数值进行相减，其关系式如下：
Idiff＝I'1-I'2＝Normalize(I1)-Normalize(I2)
其中，Idiff为差分光强信号331，I'1为正规化后的第一光强信号311’，I'2为正规化后的第二光强信号321’，I1为第一光强信号311，I2为第一光强信号321，据此取得差分光强信号331。
于另一实施例中，如图8所示，该差分运算模块302也可直接以光强信号的灰阶值进行差分运算，而不先进行光强度正规化处理。详言之，例如第一狭缝光束113为低波长，第二狭缝光束123为高波长，经感光单元200取得第一狭缝图样211及第二狭缝图样221后，计算单元300的差分运算模块302即可撷取低波长的第一狭缝图样211的灰阶值作为第一光强信号311、撷取高波长的第二狭缝图样221的灰阶值作为第二光强信号321，并以第一、二光强信号311、321的灰阶值进行差分运算，将差分运算结果强化后，再进行内插计算，以得到差分光强信号331。
该中心线计算模块303用以接收差分运算模块302的差分光强信号331的差分运算结果，进一步取得该差分光强信号331的中心线332。取得该中心线332的演算方法可利用重心法，也可使用其他演算法，本发明并不以此为限。如图8所示，左侧的狭缝图样具有中心线332，经撷取区域333的狭缝图案则可取出对应该狭缝图案的差分光强分布图330(如图8右侧所示)，为了避免光源中的狭缝两端的影响，该中心线计算模块303会将该差分光强信号331的头尾两端信号去除，再输出结果。
于一实施例中，该计算单元300更包括一校正模块304，用以通过一校正函式对该中心线332进行校正。通过该校正函式可有效计算出待测物400的高度测量值，即可针对加工件或无论高或低反射率的待测物400，能有效执行三维高度差测量。校正函式的取得步骤，将详细叙述如后。
图3为本发明的第二实施例的差分式三角测量系统的示意图。本实施例与上述第一实施例的系统大致相同，差别在于本实施例还多了第一镜组114、第二镜组124、第三镜组131及第四镜组201。
如图3所示，于第一光源110与第一狭缝112之间设有第一镜组114，该第一镜组114用以将第一光源110所射出的第一光束111聚焦至第一狭缝112上，以及于第二光源120与第二狭缝122之间设有第二镜组124，该第二镜组124用以将第二光源120所射出的第二光束121聚焦至第二狭缝122上。
又如图3所示，第一分光镜130与待测物400之间还设有第三镜组131，用以聚焦所投射至该待测物400的同一位置上的该第一狭缝光束113及该第二狭缝光束123，以及待测物400与感光单元200之间还设有第四镜组201，用以将该第一狭缝光束113及该第二狭缝光束123投射至一待测物400的同一位置上后的反射光反射至感光单元200之前先行聚焦。
前述的第一镜组114、第二镜组124、第三镜组131及第四镜组201可为球面透镜、柱面透镜或多层片聚焦透镜，但不以此为限。
于本实施例中，第一光源110所射出的第一光束111在到达第一狭缝112之前，会先经过第一镜组114而聚焦到第一狭缝112上，随后聚焦过后的第一光束111穿过第一狭缝112以形成第一狭缝光束113并且投射至第一分光镜130上。同样地，第二光源120使用前述方法以形成第二狭缝光束123并且投射至第一分光镜130上。第一分光镜130将射入的第一狭缝光束113与第二狭缝光束123重叠成一道光束，并投射至待测物400上，其中，介于第一分光镜130与待测物400之间具有第三镜组131，该第三镜组131用以将重叠后的第一狭缝光束113与第二狭缝光束123聚焦至待测物400上。随后，感光单元200接收待测物400反射的第一狭缝光束113与第二狭缝光束123，并且分离该第一狭缝光束113以取得第一狭缝图样211，以及分离该第二狭缝光束123以取得第二狭缝图样221，其中，感光单元200与待测物400之间具有第四镜组201，其用以聚焦待测物400反射的第一狭缝光束113与第二狭缝光束123。后续步骤中与第一实施例相同，于计算单元300中，利用转换模块301进行转换、差分运算模块302进行差分运算、中心线计算模块303进行中心线332计算，以及校正模块304对该中心线332进行校正，以得到待测物400的高度测量值。
图4为本发明的第三实施例的差分式三角测量系统的示意图。本实施例与前述实施例的系统大致相同，差别在于本实施例的感光单元200为包括二黑白感光元件210、220、第一滤光元件212、第二滤光元件222与第二分光镜202。
如图4所示，探头单元100的架构与前述实施例探头单元100的架构相同，故不再赘述。当待测物400将同一位置上的该第一狭缝光束113及该第二狭缝光束123反射至感光单元200前，会先经过第二分光镜202，该第二分光镜202用以将该第一狭缝光束113及该第二狭缝光束123皆射入黑白感光元件210、220中。第二分光镜202与黑白感光元件210之间具有第一滤光元件212，使得第二狭缝光束123被第一滤光元件212过滤去除，而仅有第一狭缝光束113能通过第一滤光元件212而射入黑白感光元件210。另第二分光镜202与黑白感光元件220之间具有第二滤光元件222，使得第一狭缝光束113被第二滤光元件222过滤去除，而仅有第二狭缝光束123射入黑白感光元件220。最后，黑白感光元件210可将接收到的第一狭缝光束113转换成第一狭缝图样211，以及黑白感光元件220可将接收到的第二狭缝光束123转换成第二狭缝图样221。后续步骤中与前述实施例相同，于计算单元300中，利用转换模块301进行转换、差分运算模块302进行差分运算、中心线计算模块303进行中心线332计算，以及校正模块304对该中心线332进行校正，最后可得到待测物400的高度测量值。本实施例旨在说明感光单元200可使用单一的彩色感光耦合元件或彩色互补性氧化金属半导体，或是使用二黑白感光元件搭配滤光元件，来取得二狭缝图样，据此可计算得到差分光强信号。本发明并不限制感光单元200的种类。
为了进一步了解正规化后的第一光强信号311’与正规化后的第二光强信号321’经过差分运算后与差分光强信号331之间的关系，将其结果绘制成图7以进行说明。
请参阅图7，其为说明本发明的正规化后的第一、二光强信号差分运算后所得的差分光强分布图330。如图7所示，图中横轴为像素，纵轴为正规化值，例如第一狭缝的狭缝宽度小于第二狭缝的狭缝宽度时，分别通过该第一狭缝与该第二狭缝后所产生的第一狭缝光束及第二狭缝光束，将该第一狭缝光束及第二狭缝光束所得的第一光强信号311及第二光强信号321进行正规化，而正规化后的第一光强信号311’及正规化后的第二光强信号321’再进行差分运算，运算后得到的差分光强信号331的全半高宽值(FWHM)的缩减比例相当明显，故可利用差分光强信号331以取代未正规化的第一光强信号311或第二光强信号321作为测量的依据，进而得到更细微的测量线宽，同时提高测量系统的测量精度。
于另一实施例中，是利用灰阶值进行差分计算，请参阅图8，针对Y轴的每一像素(pixel)皆进行差分运算，以得到对应于每一像素的差分光强信号，再计算出中心线332，之后即可取得欲分析的线段区段来进行分析，例如取得区域333的差分光强信号331进行后续分析，或是据此测量出待测物的高度值。
请参阅图9，其为说明本发明差分式三角测量方法的流程。
于步骤S101中，利用第一光源110及第二光源120分别射出第一光束111及第二光束121，该第一光束111及第二光束121分别通过第一狭缝112及第二狭缝122，以分别形成第一狭缝光束113及第二狭缝光束123。
于步骤S102中，提供第一分光镜130，以将该第一狭缝光束113及该第二狭缝光束123投射至一待测物400的同一位置上。
于步骤S103中，利用感光单元200接收该第一狭缝光束113及该第二狭缝光束123投射至该待测物400的同一位置上后的反射光，以取得对应该第一狭缝光束113的第一狭缝图样211以及对应该第二狭缝光束123的第二狭缝图样221。
于步骤S104中，将该第一狭缝图样211转换为第一光强信号311，以及将该第二狭缝图样221转换为第二光强信号321。
于步骤S105中，对该第一光强信号311及该第二光强信号321进行差分运算，以取得一差分光强信号331。
于步骤S106中，依据该差分光强信号331以取得中心线332。
于步骤S107中，对该中心线332进行校正，以取得待测物的高度值。
请参阅图10，其为说明本发明差分式三角测量方法的校正流程。
于步骤S201中，提供多个已知高度值的对照物。详而言之，多个该对照物之间具有固定高度差值，例如，提供一组具有三个的对照物，其中，第一对照物的高度为1mm、第二对照物的高度为1.5mm及第三对照物的高度为2mm。
于步骤S202中，执行上述步骤S101-S106以取得多个该对照物的差分光强信号331的中心线332。
于步骤S203中，将多个该对照物的高度值与多个该对照物的差分光强信号331的中心线332进行校正计算，以取得一校正函式。详而言之，将测量得到的多个该对照物的差分光强信号331的中心线332与多个该对照物的高度值进行校正曲线(calibration curve)计算，以取得一校正函式，该校正函式为：
y＝Ax+b
其中x为上一阶段计算的数值，为一个自变数，y为函式的依变数，A为校正函式的斜率项，b为校正函式的常数项，且其中，校正函数的相关系数R2为0.9994，以统计量解释表示该值越接近1，此校正函式的指标与相关数越高。
因此，在步骤S107中，即可将部分该中心线332带入校正函式进行校正，以取得该待测物400的高度值，进而能有效执行三维高度差测量。
综上所述，通过本发明的差分式三角测量系统及其方法，以不同波长的光源行经不同狭缝宽度的狭缝所取得的第一光强信号及第二光强信号，并将之进行正规化处理后再进行差分运算，使得运算过后得到的差分光强信号的全半高宽值可小于第一或第二光强信号的全半高宽值。通过此差分光强信号作为测量的依据，进而得到更细微的测量线宽，以抑制噪声的影响，同时提高系统的测量精度，也进而提高检测范围宽度。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟习此项专业的人士均可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰与改变。因此，举凡所属技术领域中具有此项专业知识者，在未脱离本发明所揭示的精神与技术原理下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由权利要求书所涵盖。
Claims (32)
1.一种差分式三角测量系统，其特征为，该系统包括：
一探头单元，包括：
一第一光源及一第二光源，其用以分别射出一第一光束及一第二光束，其中，该第一光束与该第二光束具有不同波长；
一第一狭缝，用以使该第一光束通过后形成一第一狭缝光束；
一第二狭缝，用以使该第二光束通过后形成一第二狭缝光束；及
一第一分光镜，用以接收该第一狭缝光束及该第二狭缝光束，以将该第一狭缝光束及该第二狭缝光束投射至一待测物的同一位置上；
一感光单元，用以接收该第一狭缝光束及该第二狭缝光束投射至该待测物的同一位置上后的一反射光，以取得对应该第一狭缝光束的一第一狭缝图样以及对应该第二狭缝光束的一第二狭缝图样；以及
一计算单元，其与该感光单元相连接，以取得该第一狭缝图样及该第二狭缝图样，该计算单元包含：
一转换模块，用以转换该第一狭缝图样为一第一光强信号，以及转换该第二狭缝图样为一第二光强信号；及
一差分运算模块，用以对该第一光强信号及该第二光强信号进行差分运算，以取得一差分光强信号。
2.如权利要求1所述的差分式三角测量系统，其特征为，该差分光强信号的全半高宽值小于该第一光强信号或该第二光强信号的全半高宽值。
3.如权利要求1所述的差分式三角测量系统，其特征为，该探头单元的出光路径与该感光单元的接收光路径之间的夹角范围为30度至180度。
4.如权利要求1所述的差分式三角测量系统，其特征为，该第一光源为红光二极管，该第二光源为绿光二极管。
5.如权利要求1所述的差分式三角测量系统，其特征为，该第一狭缝与该第二狭缝的狭缝宽度为不同。
6.如权利要求1所述的差分式三角测量系统，其特征为，该系统更包括一第一镜组及一第二镜组，该第一镜组设于该第一光源与该第一狭缝之间，且该第二镜组设于该第二光源与该第二狭缝之间。
7.如权利要求1所述的差分式三角测量系统，其特征为，该系统更包括一第三镜组，设于该分光镜与该待测物之间。
8.如权利要求1所述的差分式三角测量系统，其特征为，该系统更包括一第四镜组，设于该待测物与该感光单元之间。
9.如权利要求1所述的差分式三角测量系统，其特征为，该感光单元为彩色感光耦合元件或彩色互补性氧化金属半导体。
10.如权利要求1所述的差分式三角测量系统，其特征为，该感光单元包括：二黑白感光元件、一第一滤光元件及一第二滤光元件，该第一、二滤光元件分别设置于该二黑白感光元件前，其中，该第一滤光元件用以使该第一狭缝光束投射至该待测物后的反射光通过，该第二滤光元件用以使该第二狭缝光束投射至该待测物后的反射光通过，俾使该二黑白感光元件分别取得该第一狭缝图样及该第二狭缝图样。
11.如权利要求10所述的差分式三角测量系统，其特征为，该系统更包括一第二分光镜，设置于该二黑白感光元件与该待测物之间，以将该第一狭缝光束及该第二狭缝光束分别导入该二黑白感光元件。
12.如权利要求1所述的差分式三角测量系统，其特征为，该转换模块将该第一、二狭缝图样分别转换为该第一、二光强信号之前，先对该第一、二狭缝图样进行二值化。
13.如权利要求1所述的差分式三角测量系统，其特征为，该差分运算模块将该第一光强信号及该第二光强信号进行差分运算之前，先对该第一光强信号及该第二光强信号进行正规化处理，以得到正规化后的第一光强信号及正规化后的第二光强信号，再对该正规化后的第一光强信号及正规化后的第二光强信号进行差分运算，以取得该差分光强信号。
14.如权利要求1所述的差分式三角测量系统，其特征为，该差分运算模块是以该第一、二光强信号的灰阶值进行该差分运算。
15.如权利要求1所述的差分式三角测量系统，其特征为，该计算单元还包括中心线计算模块，用以取得该差分光强信号的中心线，以及在取得该差分光强信号的中心线的同时，去除该差分光强信号的头尾两端信号。
16.如权利要求15所述的差分式三角测量系统，其特征为，该计算单元还包括校正模块，用以通过一校正函式从该中心线取得该待测物的高度值，其中，该校正函式为通过多个对照物的高度值与该多个对照物的差分光强信号的中心线进行校正计算所得者。
17.一种差分式三角测量方法，其特征为，该方法包括以下步骤：
利用一第一光源及一第二光源分别射出一第一光束及一第二光束，该第一光束及该第二光束分别通过一第一狭缝及一第二狭缝，以分别形成一第一狭缝光束及一第二狭缝光束；
提供一第一分光镜，以将该第一狭缝光束及该第二狭缝光束投射至一待测物的同一位置上；
利用一感光单元接收该第一狭缝光束及该第二狭缝光束投射至该待测物的同一位置上后的一反射光，以取得对应该第一狭缝光束的一第一狭缝图样以及对应该第二狭缝光束的一第二狭缝图样；
将该第一狭缝图样转换为一第一光强信号，以及将该第二狭缝图样转换为一第二光强信号；以及
对该第一光强信号及该第二光强信号进行差分运算，以取得一差分光强信号。
18.如权利要求17所述的差分式三角测量方法，其特征为，该差分光强信号的全半高宽值小于该第一光强信号或该第二光强信号的全半高宽值。
19.如权利要求17所述的差分式三角测量方法，其特征为，该第一光束与该第二光束具有不同波长。
20.如权利要求17所述的差分式三角测量方法，其特征为，该第一光源为红光二极管，该第二光源为绿光二极管。
21.如权利要求17所述的差分式三角测量方法，其特征为，该第一狭缝与该第二狭缝的狭缝宽度为不同。
22.如权利要求17所述的差分式三角测量方法，其特征为，该第一光束到达该第一狭缝之前是通过一第一镜组先行聚焦，该第二光束到达该第二狭缝之前是通过一第二镜组先行聚焦。
23.如权利要求17所述的差分式三角测量方法，其特征为，该第一狭缝光束及该第二狭缝光束投射至该待测物的同一位置上之前，是通过一第三镜组先行聚焦。
24.如权利要求17所述的差分式三角测量方法，其特征为，该反射光被该感光单元接收前，是通过一第四镜组进行聚焦。
25.如权利要求17所述的差分式三角测量方法，其特征为，该感光单元为彩色感光耦合元件或彩色互补性氧化金属半导体。
26.如权利要求17所述的差分式三角测量方法，其特征为，该感光单元包括：二黑白感光元件、一第一滤光元件及一第二滤光元件，该第一、二滤光元件分别设置于该二黑白感光元件前，其中，该第一滤光元件用以使该第一狭缝光束投射至该待测物后的反射光通过，该第二滤光元件用以使该第二狭缝光束投射至该待测物后的反射光通过，以使该二黑白感光元件分别取得该第一狭缝图样及该第二狭缝图样。
27.如权利要求26所述的差分式三角测量方法，其特征为，该第一狭缝光束及该第二狭缝光束投射至一待测物的同一位置上后的反射光是通过第二分光镜而将该第一狭缝光束及该第二狭缝光束分别导入该二黑白感光元件。
28.如权利要求17所述的差分式三角测量方法，其特征为，将该第一、二狭缝图样分别转换为该第一、二光强信号之前，还包含将该第一、二狭缝图样进行二值化的步骤。
29.如权利要求17所述的差分式三角测量方法，其特征为，对该第一光强信号及该第二光强信号进行差分运算之前，先对该第一光强信号及该第二光强信号进行正规化处理，以得到正规化后的第一光强信号及正规化后的第二光强信号，再对该正规化后的第一光强信号及正规化后的第二光强信号进行差分运算，以取得该差分光强信号。
30.如权利要求17所述的差分式三角测量方法，其特征为，该差分运算是以该第一、二光强信号的灰阶值进行差分，以取得该差分光强信号。
31.如权利要求17所述的差分式三角测量方法，其特征为，取得该差分光强信号之后，还包括取得该差分光强信号的中心线的步骤，并在取得该差分光强信号的中心线的同时，去除该差分光强信号的头尾两端信号。
32.如权利要求31所述的差分式三角测量方法，其特征为，取得该差分光强信号之后，还包括利用一校正函式从该中心线取得该待测物的高度值的步骤，其中，该校正函式为通过多个对照物的高度值与该多个对照物的差分光强信号的中心线进行校正计算所得者。
Applications Claiming Priority (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US201462095379P | 2014-12-22 | 2014-12-22 | |
| US62/095,379 | 2014-12-22 | ||
| TW104120687 | 2015-06-26 | ||
| TW104120687A TWI565928B (zh) | 2014-12-22 | 2015-06-26 | 差分式三角量測系統及其方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN105716522A CN105716522A (zh) | 2016-06-29 |
| CN105716522B true CN105716522B (zh) | 2018-04-27 |
Family
ID=56144802
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201510446484.7A Active CN105716522B (zh) | 2014-12-22 | 2015-07-27 | 差分式三角测量系统及其方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN105716522B (zh) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112798608B (zh) * | 2021-04-14 | 2021-07-23 | 常州微亿智造科技有限公司 | 手机摄像头支架内腔侧壁的光学检测装置及光学检测方法 |
| CN114543706A (zh) * | 2022-02-28 | 2022-05-27 | 徐亦新 | 一种基于非相干光源多角度投射的差分光切线扫轮廓术 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3924290A1 (de) * | 1989-07-22 | 1991-01-31 | Fraunhofer Ges Forschung | Vorrichtung zur optischen abstandsmessung |
| CN101109699A (zh) * | 2007-07-28 | 2008-01-23 | 中国科学院安徽光学精密机械研究所 | 大气成分垂直分布探测的多轴差分吸收光谱方法与装置 |
| CN101532825A (zh) * | 2009-04-27 | 2009-09-16 | 天津大学 | 基于差分激光三角法的海面溢油油膜厚度测量方法 |
| CN102506735A (zh) * | 2011-10-28 | 2012-06-20 | 上海大学 | 基于三色激光的瞬态三维变形测量系统 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010192470A (ja) * | 2009-02-13 | 2010-09-02 | Canon Inc | 計測装置、露光装置及びデバイスの製造方法 |
-
2015
- 2015-07-27 CN CN201510446484.7A patent/CN105716522B/zh active Active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3924290A1 (de) * | 1989-07-22 | 1991-01-31 | Fraunhofer Ges Forschung | Vorrichtung zur optischen abstandsmessung |
| CN101109699A (zh) * | 2007-07-28 | 2008-01-23 | 中国科学院安徽光学精密机械研究所 | 大气成分垂直分布探测的多轴差分吸收光谱方法与装置 |
| CN101532825A (zh) * | 2009-04-27 | 2009-09-16 | 天津大学 | 基于差分激光三角法的海面溢油油膜厚度测量方法 |
| CN102506735A (zh) * | 2011-10-28 | 2012-06-20 | 上海大学 | 基于三色激光的瞬态三维变形测量系统 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN105716522A (zh) | 2016-06-29 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US10043290B2 (en) | Image processing to enhance distance calculation accuracy | |
| EP2307852B1 (en) | Method and device for optically measuring the surface of a product | |
| CN101865679B (zh) | 一种基于数字图像技术的平面面积测量方法 | |
| CN106824806B (zh) | 基于机器视觉的小模数塑料齿轮的检测方法 | |
| CN104568963A (zh) | 一种基于rgb结构光的在线式三维检测装置 | |
| WO2002082009A1 (en) | Method and apparatus for measuring the three-dimensional surface shape of an object using color informations of light reflected by the object | |
| CN106841237A (zh) | 一种电子显示屏玻璃盖板表面缺陷检测系统及方法 | |
| CN104296968B (zh) | 多通道ccd的调制传递函数测试方法 | |
| CN104024793A (zh) | 形状检查方法及其装置 | |
| CN112001917A (zh) | 一种基于机器视觉的圆形有孔零件形位公差检测方法 | |
| CN102685544A (zh) | 用于检测图像传感器的装置及检测方法 | |
| CN108088381A (zh) | 一种基于图像处理的非接触式微小间隙宽度测量方法 | |
| CN114331924B (zh) | 大工件多相机视觉测量方法 | |
| CN112462349A (zh) | 一种光谱共焦位移传感器波长计算方法、系统、服务器及存储介质 | |
| CN105043720A (zh) | 基于单摄像机的红外滤光片折射率的测量方法 | |
| CN105716522B (zh) | 差分式三角测量系统及其方法 | |
| CN110402577A (zh) | 图像处理系统、图像处理装置、图像处理方法及图像处理程序 | |
| CN103234483B (zh) | 一种相机芯片平行度的检测方法及装置 | |
| CN204287060U (zh) | 一种基于rgb结构光的在线式三维检测装置 | |
| CN107392948B (zh) | 一种分振幅实时偏振成像系统的图像配准方法 | |
| CN107091729B (zh) | 一种无机械运动的透镜焦距测试方法 | |
| KR101697036B1 (ko) | 분광광도 데이터의 통계적 측정 제어를 위한 시스템 및 방법 | |
| CN105807580B (zh) | 一种工件六自由度位置和姿态测量传感器装置 | |
| JP7319083B2 (ja) | 光学式変位計 | |
| Lin et al. | An automatic optical inspection system for assembly and evaluation of an optical encoder |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |