CN109425617A - 光学检测系统及图像处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种光学检测系统及图像处理方法，该光学检测系统包含至少一光源模块、数个影像传感器单元及一编辑运算单元；光源模块产生一光线以照射一对象；影像传感器单元用以撷取该对象的一检测影像，其中在相邻二个影像传感器单元所撷取的二个检测影像中具有一重复影像；编辑运算单元接收影像传感器单元所撷取的检测影像，并以检测影像中的重复影像来定位该些检测影像，并对定位后的该些检测影像进行重组以产生一全幅检测影像；由本技术方案的光学检测系统及图像处理方法所得到的全幅检测影像不受视野范围的限制，且撷取待测对象的检测影像的速度较快，影像清晰，可极大地满足产业需求。

Description

光学检测系统及图像处理方法

技术领域

本发明是关于以光学方法为特征的计量设备，特别是有关于一种光学检测系统及图像处理方法。

背景技术

自动光学检测(Automated Optical Inspection；简称AOI)为一种高速高精度光学影像检测系统，其运用机器视觉作为检测标准技术，作为改良传统上以人力使用光学仪器进行检测的缺点。

一般来说，在待测对象(例如：半导体芯片)制作完成后，必须经过一检测流程，利用自动光学检测装置检测待测对象的外观，筛选排除外观具有明显瑕疵的对象。更明确地说，自动光学检测系统由光学检测机台的运作来进行，在检测过程中，是以光线照射待测对象，再通过影像传感器单元撷取待测对象照射后的图像来进行瑕疵的判断。

在过去，自动光学检测大多采用面扫描(area-scan)摄影装置来撷取待测对象的影像。面扫描摄影装置主要包含一镜头及一摄影机，镜头的视野范围将待测对象纳入而进行拍摄；然而，面扫描摄影装置的影像分辨率受限于镜头和摄影机的分辨率，因此当视野范围越大，影像分辨率越差，且其还具有取像速度慢的缺点，因此难以满足产业需求。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的技术问题是提供一种检测影像不受视野范围的限制，且撷取待测对象的检测影像速度较快，影像清晰的光学检测系统及图像处理方法。

依据本发明要解决的技术问题，本发明提供一种光学检测系统，其包含至少一光源模块、数个影像传感器单元及一编辑运算单元；光源模块产生一光线以照射一对象；影像传感器单元用以撷取对象的一检测影像，其中在相邻二个影像传感器单元所撷取的二个检测影像中具有一重复影像；编辑运算单元接收该数个影像传感器单元所撷取的数个检测影像，并以数个检测影像中的重复影像来定位该数个检测影像，并对定位后的数个检测影像进行重组以产生一全幅检测影像。

在本发明的一实施方式中，其中编辑运算单元对检测影像的定位，是将数个影像传感器单元中之一形成的检测影像，以及其余影像传感器单元形成的数个局部影像的重组以产生全幅检测影像，各局部影像为各检测影像中不包含重复影像的部分。

在本发明的一实施方式中，编辑运算单元对检测影像的定位，是将数个影像传感器单元形成的数个局部影像的重组以形成全幅检测影像，各局部影像为各检测影像中不包含与排列在前或排列在后的影像传感器单元所撷取的具有重复影像的部分。

在本发明的一实施方式中，编辑运算单元以一暗影像及一亮影像来对全幅检测影像进行均匀度补偿。

在本发明的一实施方式中，光学检测系统还包含一只读存储器、一随机存储器及一模拟数字转换单元，只读存储器耦接于编辑运算单元并用以储存暗影像及亮影像，随机存储器耦接于编辑运算单元并用以储存检测影像；模拟数字转换单元电连接该数个影像传感器单元及编辑运算单元之间，用以将影像传感器单元撷取的模拟形式的检测影像转换为数字形式的检测影像以利于编辑运算及储存。

在本发明的一实施方式中，还包含一驱动单元，耦接于编辑运算单元并用以将全幅检测影像输出至一计算机。

在本发明的一实施方式中，光源模块及数个影像传感器单元设置于对象的一侧，影像传感器单元用以撷取对象反射光线产生的检测影像。

在本发明的一实施方式中，光源模块及数个影像传感器单元分设于对象的正反两侧，影像传感器单元用以撷取穿透对象的部分光线所形成的检测影像。

在本发明的一实施方式中，光学检测系统还包含一分光镜，位于光源模块产生的光线的行进路径及检测影像的行进路径的交会处。

在本发明的一实施方式中，光学检测系统可包含数个光源模块，这些光源模块分设于该对象的正反两侧，并分别产生一光线以照射对象；数个影像传感器单元同时撷取对象反射光线产生的检测影像及穿透对象的部分光线所形成的检测影像。

依据本发明要解决的技术问题，本发明提供一种图像处理方法，适用于一光学检测系统，该图像处理方法包含下列步骤：撷取不同来源的数个检测影像；侦测数个检测影像的数个重复影像；依据数个重复影像定位该些检测影像；以及对该些检测影像的定位产生一全幅检测影像。

在本发明的一实施方式中，其中侦测该些检测影像的数个重复影像的步骤还包含：于该些检测影像进行一影像前处理操作，以将模拟形式的数个检测影像转换为数字形式的数个检测影像。

在本发明的一实施方式中，还包含以一暗影像及一亮影像对该全幅检测影像或检测影像进行均匀度补偿。

由本发明的光学检测系统及图像处理方法所得到的全幅检测影像不受视野范围的限制，且撷取待测对象的检测影像的速度较快，影像清晰，可极大地满足产业需求。

附图说明

图1为本发明光学检测系统的第一实施方式的立体图；

图2为本发明光学检测系统的第一实施方式的的侧视图；

图3为本发明光学检测系统的第一实施方式中排列的影像传感器单元的局部放大图；

图4为本发明光学检测系统的第一实施方式的图像处理模块的电路方块图；

图5为本发明光学检测系统的第二实施方式的示意图；

图6为本发明光学检测系统的第三实施方式的示意图；

图7为本发明光学检测系统的第四实施方式的侧视图；

图8为本发明光学检测系统的第五实施方式的侧视图；

图9为本发明光学检测系统的第六实施方式的侧视图。

附图中的符号说明：

20 输送装置；22 输送带；24 滚轮；30 光学检测装置；32 光源模块；34 影像撷取模块；340 影像传感器单元；342 镜头；35 分光镜；36 图像处理模块；360 模拟数字转换单元；362 编辑运算单元；364 驱动单元；366 随机存储器；368 只读存储器；C 计算机；N 法线；O 待测对象；X 第二方向；Y 第一方向；α、β、θ夹角。

具体实施方式

参见图1及图2所示，其分别为本发明的光学检测系统的立体图及侧视图。光学检测系统(图未另标号)用以检测一待测对象O，其包含一输送装置20及一光学检测装置30；输送装置20的一输送带22将待测对象O输送至光学检测装置30处，使光学检测装置30对待测对象O进行检测来判断待测对象O的表面是否有异物、刮痕等瑕疵。前述的待测对象O可例如，但不限制为印刷电路板、半导体芯片、面板、纺织、布疋、钢板、玻璃、印材。

输送装置20还包含数个滚轮24，输送带22呈围绕状地缠绕于滚轮24；滚轮24可受马达(图中未示)驱动而旋转，使得输送带22可沿着预定的一第一方向Y带动待测对象O移动。输送装置20用以带动放置在输送带22上的每一待测对象O移动。

参见图3所示，其为本发明光学检测系统的第一实施方式中排列的影像传感器单元的局部放大图；为了方便说明，图3同时绘示出影像传感器单元340。光学检测装置30包含至少一光源模块32、一影像撷取模块34及一图像处理模块36。光源模块32朝输送带22的方向投射光线，以提供影像撷取模块34撷取影像的足够光源。在图2中，光源模块32配置在待测对象O的一侧以提供单侧光。

光源模块32提供的光线可以是具有特定发光角度以涵盖整个待测对象O的线性光源，其可以数个发光二极管(light emitting diode, LED)、灯管或灯泡来实现；再者，光源模块32可供产生白光、特定波长的可见光或不可见光。

影像撷取模块34具有特定视角(view angle)，以对照亮后的待测对象O进行影像撷取。图像处理模块36接收来自于影像撷取模块34撷取的检测影像，并将前述的检测影像进行重组以产生一全幅检测影像，以供辨别待测对象O为良品或具有瑕疵的不良品。

在图2中，光源模块32的光轴及影像撷取模块34的光轴间可具有一夹角θ，其满足下列条件：

1°≤θ<90°。

其次，影像撷取模块34的光轴可平行于待测对象O的一底表面(或一顶表面)的法线N。再者，光源模块32在垂直于第一方向Y的一第二方向X的长度可大于影像撷取模块34在第二方向X的长度，以提供得以照射整个待测对象O的光线。

影像撷取模块34包含数个影像传感器单元340，该些影像传感器单元340可为电荷耦合组件(Charge-coupled Device；简称CCD)或互补式金属氧化物半导体(ComplementaryMetal-Oxide-Semiconductor；简称CMOS)组件；其中，影像传感器单元340的数量可视待测对象O的尺寸来调整，一般来说，待测对象O的尺寸越大，则影像传感器单元340的数量也越多。影像撷取模块34还可包含至少一镜头342，其配置在待测对象O及影像传感器单元340之间，用以将检测影像聚焦于影像传感器单元340；镜头342可例如是放大倍率等于或大于1的镜头。

影像传感器单元340可沿着垂直于第二方向X排列；每个影像传感器单元340用以撷取待测对象O局部的检测影像，且相邻二个影像传感器单元340所撷取的检测影像彼此具有重叠区。换言之，相邻二个影像传感器单元340撷取到的检测影像中含有一重复影像。影像撷取模块34接收来自于每个影像传感器单元340提供的局部的检测影像，并将这些检测影像进行重组以产生全幅检测影像。

每个影像传感器单元340可包含数个像素，该些像素用于将待测对象O因反射光线而产生的影像光线经光电转换效应转换成以模拟形式表示的检测影像以利于传送。在本发明中，每个影像传感器单元340可例如包含P个像素(如图3所示)。

为了让相邻二个影像传感器单元340所撷取的检测影像中含有重叠影像，可选择让相邻二个影像传感器单元340在第一方向Y呈错位配置，且此二个影像传感器单元340的部分像素位于第二方向X的相同位置以让该些撷取的检测影像具有重叠区。举例来说，在图3中，位于最左侧的第一个影像传感器单元340中的第P-n像素至第P像素可与位于中间的第二个影像传感器单元340中的第1像素至第n+1像素撷取相同的检测影像；同样地，第二个影像传感器单元340中的第P-n像素至第P像素可与最右侧的第三个影像传感器单元340中的第1像素至第n+1像素撷取相同的检测影像，以此类推。在图3中，除了排列在最左侧的第一个影像传感器单元340外，其余的每个影像传感器单元340的第1至n+1像素会撷取与排列在前的影像传感器单元340的第P-n至P像素相同的检测影像(即前述的重复影像)，由此来避免全幅检测影像出现影像不相连(或称不连续)的问题。

在此要特别说明的是，让相邻二个影像传感器单元340所撷取的检测影像彼此间包含有重叠区的方法并不局限于前段所述的让相邻二个影像传感器单元340呈错位配置来实现。在实际实施时，可选择让所有的影像传感器单元340沿着第二方向X呈线性排列，再通过设在影像传感器单元340及待测对象O之间的至少一透镜来增加各影像传感器单元340所撷取到的检测影像的范围，进而实现相邻二个影像传感器单元340所撷取的检测影像彼此具有重叠区的效果。

此外，要特别说明的是，如在图3中所示，非位于影像撷取模块34边缘(即非位于最左侧或最右侧)的影像传感器单元340所撷取的检测影像会包含两个重叠影像，即第二影像传感器单元340的第1至n+1像素撷取的检测影像会分别相同于第一影像传感器单元340第P-n至P像素所撷取的检测影像，同时第二影像传感器单元340的第P-n至P像素撷取的检测影像会分别相同于第三影像传感器单元340第1至n+1像素所撷取的检测影像。

参见图4所示，其为本发明的图像处理模块的电路方块图；为了方便说明，图4同时绘示出影像传感器单元340。图像处理模块36包含一模拟数字转换单元360、一编辑运算单元362、一驱动单元364、一随机存储器366及一只读存储器368。影像传感器单元340分别电连接于模拟数字转换单元360，编辑运算单元362电连接于模拟数字转换单元360、驱动单元364、随机存储器366及只读存储器368。驱动单元364可通过至少一实体线(physical line)连接至一计算机C，以将全幅检测影像传递至计算机C。

模拟数字转换单元360接收来自于影像传感器单元340的以模拟形式的检测影像(以下称模拟检测影像)，并将模拟检测影像转换成以数字形式表示的检测影像(以下称数字检测影像)；数字检测影像接着会传递至编辑运算单元362。

编辑运算单元362可为现场可程序逻辑门阵列(Field Programmable GateArray；缩写为FPGA)。编辑运算单元362接收数字影像数据，并用以提供数据处理及运算的功能。更具体言之，编辑运算单元362可让数字检测影像进行重组及均匀度补偿以产生一全幅检测影像。

编辑运算单元362可优先把数字检测影像储存于随机存储器366中，之后再进行数字检测影像的重组及均匀度补偿。归因于随机存储器366具有可寻址的特性，因此可让来自于不同影像传感器单元340的数字检测影像在随机存储器366中的空间相对位置对应于各影像传感器单元340的实际排列位置，以利于影像重组及均匀度补偿。当然，在实际实施时，编辑运算单元362也可以直接把接收到的数字检测影像进行重组及均匀度补偿(即可对不是已储存于随机存储器366中的数字检测影像进行重组及均匀度补偿)。

在进行数据重组时，编辑运算单元362会接收来自于不同影像传感器单元340的数字检测影像；这些数字检测影像可以是来自于影像传感器单元340实时撷取并经过模拟数字转换单元360转换后的数字检测影像，或是储存于随机存储器366中的数字检测影像。

接着，编辑运算单元362会在所有的数字检测影像中，找出重复影像，并以重复影像来定位其它的数字检测影像。更具体言之，相邻二个影像传感器单元340撷取到的检测影像中含有重复影像以如前述，因此，当编辑运算单元362找到重复影像数据时，表示具有重复影像数据的数字检测影像应比邻排列，如此即可完成相邻二个影像传感器单元340撷取的数字检测影像的定位。编辑运算单元362可由一次或多次比对数字检测影像以找出重复影像，并完成所有数字检测影像的定位。

之后，编辑运算单元362会对定位完成的数字检测影像进行重组以产生该全幅检测影像。参见图3所示，编辑运算单元362可使用最左侧第一影像传感器单元340的第1至P像素撷取的数字检测影像，以及中间第二影像传感器单元340的第n+2至P像素撷取的数字检测影像的重组以产生全幅检测影像。编辑运算单元362使用影像撷取模块34中的第一个影像传感器单元340撷取的数字检测影像，以及其它影像传感器单元340所撷取的不包含与排列在前的影像传感器单元340具有重复影像的数字检测影像以产生全幅检测影像。

编辑运算单元362也可使用第一及第二影像传感器单元340的第1至P-n-1像素撷取的数字检测影像，以及第三影像传感器单元340的第1至P像素撷取到的数字检测影像的重组以产生全幅检测影像。编辑运算单元362使用影像撷取模块34中的最后一个影像传感器单元340撷取的数字检测影像，以及其它影像传感器单元340所撷取的不包含与排列在后的影像传感器单元340具有重复影像的数字检测影像以产生全幅检测影像。

当然，编辑运算单元362也不排除是使用每个影像传感器单元340的第1至P-n-1像素撷取的数字检测影像的重组以产生全幅检测影像。编辑运算单元362使用影像撷取模块34中各影像传感器单元340所撷取的不包含与排列在前或排列在后的影像传感器单元340具有重复影像的数字检测影像的重组以产生全幅检测影像。

此外，编辑运算单元362可进一步对各数字检测影像或全幅检测影像进行均匀度补偿。在进行均匀度补偿时，编辑运算单元362会于只读存储器368撷取其所储存的暗影像(dark image)及亮影像(bright image)，并接着使各数字检测影像或全幅检测影像分别与暗影像及亮影像进行明暗度对比后调整全幅检测影像的亮度；其中，暗影像为影像撷取模块34撷取全黑对象时产生的影像，亮影像为影像撷取模块34撷取全白对象时所产生影像。

参见图5所示，其为本发明光学检测系统的第二实施方式的示意图。图5所绘示的光学检测系统与图2所绘示的光学检测系统类似，两者的差异在于图5所绘示的光学检测系统是以同轴光检测待测对象O。

在图5中，光学检测系统还包含一分光镜35，其配置在光源模块32产生的光线的行进路径及待测对象O反射前述光线形成的检测影像的行进路径的交会处，用以反射光源模块32产生的光线并让检测影像通过。图5所绘示的光学检测系统的其它构件的功用与相关说明，实际上与第一实施方式的光学检测系统相同，在此不予赘述。图5所绘示的光学检测系统至少可达到与图2所绘示的光学检测系统相同的功能。

参见图6所示，其为本发明光学检测系统的第三实施方式的示意图。图6所绘示的光学检测系统与图2所绘示的光学检测系统类似，两者的差异在于图6所绘示的光学检测系统包含二个光源模块32。

此二个光源模块32排列在影像撷取模块34在Y轴方向的两侧，且每个光源模块32的光轴与影像撷取模块34的光轴间具有夹角θ，由此可产生不同的打光效果。图6所绘示的光学检测系统的其它构件的功用与相关说明，实际上与第一实施方式的光学检测系统相同，在此不予赘述。图6所绘示的光学检测系统至少可达到与图2所绘示的光学检测系统相同的功能。

参见图7所示，其为本发明光学检测系统的第四实施方式的示意图。图7所绘示的光学检测系统与图2所绘示的光学检测系统类似，两者的差异在于图7所绘示的影像撷取模块34的光轴与待测对象O的底表面的法线N间具有一夹角α；同时，光源模块32的光轴也与待测对象O的底表面的法线N间具有一夹角β，且夹角β相同于夹角α。

图7所绘示的光学检测系统的其它构件的功用与相关说明，实际上与第一实施方式的光学检测系统相同，在此不予赘述。图7所绘示的光学检测系统至少可达到与图2所绘示的光学检测系统相同的功能。

在图1及图2中，光源模块32与影像撷取模块34是配置在待测对象O的一侧，因此光学检测系统可应用于对不具有透光性的待测对象O进行检测。在实际实施时，光学检测系统也不排除可对具有透光性的待测对象O进行检测。

当光学检测系统应用于对具有透光性的待测对象O进行检测时，待测对象O可直接摆设于滚轮24上，当滚轮24受马达驱动而旋转时，可带动待测对象O沿着第一方向Y移动，如图8或图9所示。换言之，当光学检测系统应用于对具有透光性的待测对象O进行检测时，输送装置20不需包含输送带22。

在图8中，光源模块32及影像撷取模块34分设在待测对象O的正反两侧以提供背向的单侧光(简称背光)，光源模块32产生的部分光线可穿透待测对象O形成检测影像；影像撷取模块34中的每一影像传感器单元340用以撷取穿透待测对象O的光线形成的检测影像。

在图9中，光学检测系统包含多个光源模块32，该些光源模块32分设于待测对象O的正反两侧并分别对待测对象O投射光线以提供双侧光；影像撷取模块34设置于待测对象O的一侧。其中之一光源模块32产生的部分光线可穿透待测对象O并形成检测影像，另一光源模块32产生的部分光线受到待测对象O反射而产生检测影像；影像撷取模块34中的每一影像传感器单元340同时撷取穿透待测物体O的光线形成的检测影像及受待测物体O反射后产生的检测影像。

虽然本发明已以实施方式公开如上，然而其并非用以限定本发明，任何熟知此技术者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视所附的申请专利范围所界定的为准。

Claims (13)

1.一种光学检测系统，其特征在于，包含：

至少一光源模块，所述光源模块产生一光线以照射一对象；

数个影像传感器单元，所述影像传感器单元用以撷取所述对象的一检测影像，其中在相邻二个影像传感器单元所撷取的二个所述检测影像中具有一重复影像；以及

一编辑运算单元，所述编辑运算单元接收所述数个影像传感器单元所撷取的数个所述检测影像，并以数个所述检测影像中的所述重复影像来定位数个所述检测影像，并对定位后的数个所述检测影像进行重组以产生一全幅检测影像。

2.如权利要求1所述的光学检测系统，其特征在于，其中所述编辑运算单元对所述检测影像的定位是将所述数个影像传感器单元中之一形成的所述检测影像，以及其余影像传感器单元形成的数个局部影像的重组以产生所述全幅检测影像，各所述局部影像为各所述检测影像中不包含所述重复影像的部分。

3.如权利要求1所述的光学检测系统，其特征在于，其中所述编辑运算单元对所述检测影像的定位，是将所述数个影像传感器单元形成的数个局部影像的重组以形成所述全幅检测影像，各所述局部影像为各所述检测影像中不包含与排列在前或排列在后的所述影像传感器单元所撷取的具有所述重复影像的部分。

4.如权利要求2或3所述的光学检测系统，其特征在于，其中所述编辑运算单元以一暗影像及一亮影像来对所述全幅检测影像进行均匀度补偿。

5.如权利要求4所述的光学检测系统，其特征在于，还包含：

一只读存储器，耦接于所述编辑运算单元并用以储存所述暗影像及所述亮影像；

一随机存储器，耦接于所述编辑运算单元并用以储存所述检测影像；以及

一模拟数字转换单元，电连接所述数个影像传感器单元及所述编辑运算单元之间，用以将所述影像传感器单元撷取的模拟形式的所述检测影像转换为数字形式的所述检测影像以利于编辑运算及储存。

6.如权利要求5所述的光学检测系统，其特征在于，还包含一驱动单元，耦接于所述编辑运算单元并用以将所述全幅检测影像输出至一计算机。

7.如权利要求1所述的光学检测系统，其特征在于，其中所述光源模块及所述数个影像传感器单元设置于所述对象的一侧，所述影像传感器单元用以撷取所述对象反射所述光线产生的所述检测影像。

8.如权利要求1所述的光学检测系统，其特征在于，其中所述光源模块及所述数个影像传感器单元分设于所述对象的正反两侧，所述影像传感器单元用以撷取穿透所述对象的部分光线所形成的所述检测影像。

9.如权利要求1所述的光学检测系统，其特征在于，还包含一分光镜，所述分光镜位于所述光源模块产生的光线的行进路径及所述检测影像的行进路径的交会处。

10.如权利要求1所述的光学检测系统，其特征在于，包含数个光源模块，所述数个光源模块分设于所述对象的正反两侧，并分别产生一光线以照射所述对象，所述数个影像传感器单元同时撷取所述对象反射所述光线产生的所述检测影像及穿透所述对象的部分光线所形成的所述检测影像。

11.一种图像处理方法，适用于一光学检测系统，其特征在于，所述图像处理方法包含下列步骤：

撷取不同来源的数个检测影像；

侦测所述数个检测影像的数个重复影像；

依据所述数个重复影像定位所述数个检测影像；以及

对所述数个检测影像的定位产生一全幅检测影像。

12.如权利要求11所述的图像处理方法，其特征在于，其中所述侦测所述数个检测影像的数个重复影像的步骤还包含：

于所述数个检测影像进行一影像前处理操作，以将模拟形式的数个检测影像转换为数字形式的数个检测影像。

13.如权利要求12所述的图像处理方法，其特征在于，还包含以一暗影像及一亮影像对所述全幅检测影像或检测影像进行均匀度补偿。