CN112712478A - 一种数字微镜工作角度误差的修正方法及设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种数字微镜工作角度误差的修正方法及设备，通过数据处理子系统的FPGA模块对图像数据按照事先设定的算法进行修正处理；本发明的数字微镜工作角度误差的修正方法，在不调整实际工作角度的情况下，将工作角度误差e'分解成两个部分e'＝e+ε'，e为可修正部分的误差，ε'为不可修正的误差。通过FPGA对图像数据进行必要修正处理，提前抵消可修正部分的误差，改变拼接位置，使最终的拼接结果满足要求，大大节省了装配角度调整时间或系统恢复时间。

Description

一种数字微镜工作角度误差的修正方法及设备

技术领域

本发明涉及激光直接成像技术领域，具体涉及一种数字微镜工作角度误差的修正方法及设备。

背景技术

数在激光直接成像系统中，在数字微镜器件(Digital Micromirror Device，简称DMD)的安装面的长边方向与曝光的步进方向理论上需要保持一个理想的工作角度θ，才能使曝光的图形的左右相邻条带间不存在上下错位的误差。事实上，在DMD被安装固定后，DMD的实际装配角度θ'与理想工作角度θ之间总存在一个工作角度误差e，e＝θ'-θ，该角度误差e可通过测量的手段获得，如图1-图4所示。

以下介绍下相关参数符号定义：

设d是拼接处上下错位最大容许的误差限，一般为图形处理时数据像素的宽度，W是曝光时扫描条带宽度。有效工作角度

可接受的角度区间范围为：

ε＝atan(d/W)，ε为最大可接受工作角度误差，有效工作角度误差

的取值范围为：

设拼接处上下错位最大容许的误差限为2um，扫描条带宽度为54mm，则最大可接受工作角度误差为ε＝atan(d/W)＝atan(0.002/54)＝0.000037(rad)＝0.002(deg)。

其中，[]，表示闭区间，∈，表示属于区间，

表示不属于区间。

因为最大可接受工作角度误差ε非常小，为了使工作角度误差e小于最大可接受工作角度误差ε,传统的方法是通过人工的方式进行调整，即先通过工具测量到装配角度后，再人工向误差减少的方向调整，然后再测量，反复尝试与微调，该过程非常耗时。随着时间和温度的变化，实际装配角度θ'也可能超出有效工作角度

的范围，即

即工作角度误差

此时曝光将会产生上下错位现象，维修该问题必将影响到生产。

发明内容

本发明提出的一种数字微镜工作角度误差的修正方法及设备，可解决背景技术中涉及的技术问题。

为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种数字微镜工作角度误差的修正方法，包括以下步骤：通过数据处理子系统的FPGA模块对图像数据按照事先设定的算法进行修正处理；

其中，所述算法包括：

设在扫描过程中，栅格化图像的宽度w和工作角度误差e，工作角度错位误差n＝[w·tane]，这里[]表示取整，包括向上取整、向下取整或四舍五入取整，误差残项δ＝w·tane-n，δ＝w·tanε'<w·tanε，即

因为角度有正有负，故工作角度错位误差n是或大于零或小于零或等于零的整数；

考虑到从0到|n|(|n|表示n取绝对值)，共有m＝|n|+1个数，故将宽度w的图像分割成m区块；当n>0，从左到右每个区块依次递增1个像素，当n<0时，从左到右每个区块依次递减1个像素；

即在图像处理过程中，如果从0递增到n，或n<0时，递减，图像中心会发生

个像素的平移，则引入新的平移误差，所述平移误差的计算规则如下：

在区间划分时，当n为偶数时，m＝|n|+1，当n为奇数时，m＝|n|；

当n>0，这m区段图像高度从左至右依次增加的数是：

最终图像效果是左低右高；

当n<0，这m区段图像高度从左至右依次增加的数是：

最终图像效果是左高右低。

进一步的，所述修正处理包括以下步骤：

STEP1：曝光系统利用栅格化子系统完成了条带矢量图的栅格化，并将栅格化的图像发送到了数据处理子系统的内存中，包括栅格化图像的高度h和栅格化图像的宽度w；

STEP2：曝光系统根据栅格化图像的宽度w和工作角度误差e，则工作角度错位误差n＝[w·tane]，这里[]表示取整，包括向上取整、向下取整或四舍五入取整，工作角度错位误差残项δ＝w·tane-n，δ＝w·tanε'<w·tanε，即

因为角度有正有负，故n是或大于零或小于零或等于零的整数；

STEP3：曝光系统将整数化的工作角度错位误差n传入到数据处理子系统中；

STEP4：数据处理子系统计算区段个数和区段宽度：在区段划分时，当n为偶数时，m＝|n|+1，当n为奇数时，m＝|n|；然后再计算每个区段的宽度

表示向上取整，最后一个区段的宽度l＝w-|n|·d；

STEP5：数据处理子系统计算出每个区段图像的上下平移量，当n>0时，这m区段图像高度从左至右高度补偿序列为：A＝[0,1,...,m-2,m-1]，最终图像效果是左低右高，当n<0时，这m区段图像高度从左至右的高度补偿序列为：A＝[0,-1,....,-m+2,-m+1]，最终图像效果是左高右低；

STEP6：在高度方向上引入平移误差，计算规则如下：

当n>0，这m区段图像高度从左至右的高度补偿序列为：

最终图像效果是左低右高；

当n<0，这m区段图像高度从左至右的高度补偿序列为：

最终图像效果是左高右低；

STEP7：数据处理子系统对栅格化的图像按列进行划分成m区段的图像，各段宽度[w₀,...,w_m-1]分别为：w_i＝d,w_m-1＝l,(i＝0,...,m-2)；

按高度补偿序列为A中的值分别对这m区段的图像进行高度补偿；

补偿方法：像素的新列号不变，新行号由原行号加上该区段的高度补偿值，即x'＝x；y'＝y_i+A_i(i＝0,...,m-2)，即将位于原图像(x_i,y_i)处的像素值填入到新图像第y'行第x'列处；

STEP6：数据处理子系统进行后序处理并投影，以完成曝光。

进一步的，所述d是8的整数倍，取整的计算方法是：

表示向下取整。

另一方面，本发明还公开一种计算设备，包括FPGA模块，所述FPGA模块用于存储计算程序，所述计算程序被执行时，使得FPGA模块执行如上述方法的步骤。

由上述技术方案可知，本发明的数字微镜工作角度误差的修正方法，在不调整实际工作角度的情况下，将工作角度误差e'分解成两个部分e'＝e+ε'，e为可修正部分的误差，ε'为不可修正的误差。通过FPGA对图像数据进行必要修正处理，提前抵消可修正部分的误差，改变拼接位置，使最终的拼接结果满足要求，大大节省了装配角度调整时间或系统恢复时间。

附图说明

图1为实际工作角度θ'和理想工作角度θ之间的关系；

图2为实际工作角度θ'超出有效工作角度

限制时的曝光结果；

图3为实际工作角度θ'满足工作角度

限制时的曝光结果；

图4为不包含工作角度误差修正的数据处理过程示意图；

图5是本发明的图形处理过程示意图及对应的阶段效果图；

图6是本发明的错位补偿的效果图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

如图5所示，本发明本实施例所述的数字微镜工作角度误差的修正方法，包括以下步骤：

由于对栅格化后的图形进行错位误差修正，计算机计算能力达不到要求，则本发明实施例使用数据处理子系统中的FPGA，即在数据处理子系统中的FPGA中使用栅格化的位图形进行误差修正；

设在扫描过程中，栅格化图像的宽度w和工作角度误差e，工作角度错位误差n＝[w·tane]，这里[]表示取整，可以是向上取整、向下取整或四舍五入取整，误差残项δ＝w·tane-n，δ＝w·tanε'<w·tanε，即

因为角度有正有负，故工作角度错位误差n是或大于零或小于零或等于零的整数。

考虑到从0到|n|，|n|表示n取绝对值，共有m＝|n|+1个数，故将宽度w的图像分割成m区块。当n>0，这样从左到右每个区块依次递增1个像素，如图6所示。当n<0时，从左到右每个区块依次递减1个像素。

在图像处理过程中，如果从0递增(n<0时，递减)到n，图像中心会发生

个像素的平移，会引入新的平移误差，所述平移误差的计算规则如下：

在区间划分时，当n为偶数时，m＝|n|+1，当n为奇数时，m＝|n|；

在区间划分时，当n为偶数时，m＝|n|+1，当n为奇数时，m＝|n|。

当n>0，这m区段图像高度从左至右依次增加的数是：

最终图像效果是左低右高。

当n<0，这m区段图像高度从左至右依次增加的数是：

最终图像效果是左高右低。

以下具体说明：

前置步骤：

STEP1：曝光系统已经利用栅格化子系统完成了条带矢量图的栅格化，并将栅格化的图像发送到了数据处理子系统的内存中(包括栅格化图像的高度h和栅格化图像的宽度w)。

数据处理：

STEP2：曝光系统根据栅格化图像的宽度w和工作角度误差e，则工作角度错位误差n＝[w·tane]，这里[]表示取整，可以是向上取整、向下取整或四舍五入取整，工作角度错位误差残项δ＝w·tane-n，δ＝w·tanε'<w·tanε，即

因为角度有正有负，故n是或大于零或小于零或等于零的整数。

STEP3：曝光系统将整数化的工作角度错位误差n传入到数据处理子系统中；

STEP4：数据处理子系统计算区段个数和区段宽度：在区段划分时，当n为偶数时，m＝|n|+1，当n为奇数时，m＝|n|。然后再计算每个区段的宽度

(

表示向上取整)。最后一个区段的宽度l＝w-|n|·d，优先地，d是8的整数倍，便于字节对齐，取整的计算方法是：

(

表示向下取整)。

STEP5：数据处理子系统计算出每个区段图像的上下平移量。当n>0时，这m区段图像高度从左至右高度补偿序列为：A＝[0,1,...,m-2,m-1]，最终图像效果是左低右高。当n<0时，这m区段图像高度从左至右的高度补偿序列为：A＝[0,-1,....,-m+2,-m+1]，最终图像效果是左高右低。

STEP6：STEP提供的计算规则，会在高度方向上引入平移误差，优选的计算规则如下：

当n>0，这m区段图像高度从左至右的高度补偿序列为：

最终图像效果是左低右高。

当n<0，这m区段图像高度从左至右的高度补偿序列为：

最终图像效果是左高右低。

STEP7：数据处理子系统对栅格化的图像按列进行划分成m区段的图像，各段宽度[w₀,...,w_m-1]分别为：w_i＝d,w_m-1＝l,(i＝0,...,m-2)。按的高度补偿序列为A中的值分别对这m区段的图像进行高度补偿。补偿方法：像素的新列号不变，新行号由原行号加上该区段的高度补偿值，即x'＝x；y'＝y_i+A_i(i＝0,...,m-2)，即将位于原图像(x_i,y_i)处的像素值填入到新图像第y'行第x'列处。

后序步骤：

STEP6：数据处理子系统进行后序处理并投影，以完成曝光。

本发明的误差补偿的理想结果是线性倾斜的，但最终图像是位图，是离散化的，如图6所示。根据这个现象，图像从左到右的补偿值不是连续增加的，而是被分成了若干个等大小的区间(最后一个区间除外)，相邻区间之间的有效图像高度差1个像素(多一个像素或小一个像素)。

由上可知，本发明实施例提出了一种数字微镜角度误差的修正方法，在不调整实际工作角度的情况下，将工作角度误差e'分解成两个部分e'＝e+ε'，e为可修正部分的误差，ε'为不可修正的误差。通过FPGA对图像数据进行必要修正处理，提前抵消可修正部分的误差，改变拼接位置，使最终的拼接结果满足要求，大大节省了装配角度调整时间或系统恢复时间。

另一方面，本发明还公开一种计算设备，包括FPGA模块，所述FPGA模块用于存储计算程序，所述计算程序被执行时，使得FPGA模块执行如上述方法的步骤。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (4)

1.一种数字微镜工作角度误差的修正方法，其特征在于：通过数据处理子系统的FPGA模块对图像数据按照事先设定的算法进行修正处理；

其中，所述算法包括：

设在扫描过程中，栅格化图像的宽度w和工作角度误差e，工作角度错位误差n＝[w·tane]，这里[]表示取整，包括向上取整、向下取整或四舍五入取整，误差残项δ＝w·tane-n，δ＝w·tanε'<w·tanε，即

因为角度有正有负，故工作角度错位误差n是或大于零或小于零或等于零的整数；

考虑到从0到|n|，其中，|n|表示n取绝对值，共有m＝|n|+1个数，故将宽度w的图像分割成m区块；当n>0，从左到右每个区块依次递增1个像素，当n<0时，从左到右每个区块依次递减1个像素；

即在图像处理过程中，如果从0递增到n，或n<0时，递减，图像中心会发生

个像素的平移，则引入新的平移误差，所述平移误差的计算规则如下：

在区间划分时，当n为偶数时，m＝|n|+1，当n为奇数时，m＝|n|；

当n>0，这m区段图像高度从左至右依次增加的数是：

最终图像效果是左低右高；

当n<0，这m区段图像高度从左至右依次增加的数是：

最终图像效果是左高右低。

2.根据权利要求1所述的数字微镜工作角度误差的修正方法，其特征在于，所述修正处理包括以下步骤：

STEP1：曝光系统利用栅格化子系统完成了条带矢量图的栅格化，并将栅格化的图像发送到了数据处理子系统的内存中，包括栅格化图像的高度h和栅格化图像的宽度w；

STEP2：曝光系统根据栅格化图像的宽度w和工作角度误差e，则工作角度错位误差n＝[w·tane]，这里[]表示取整，包括向上取整、向下取整或四舍五入取整，工作角度错位误差残项δ＝w·tane-n，δ＝w·tanε'<w·tanε，即

因为角度有正有负，故n是或大于零或小于零或等于零的整数；

STEP3：曝光系统将整数化的工作角度错位误差n传入到数据处理子系统中；

STEP4：数据处理子系统计算区段个数和区段宽度：在区段划分时，当n为偶数时，m＝|n|+1，当n为奇数时，m＝|n|；然后再计算每个区段的宽度

表示向上取整，最后一个区段的宽度l＝w-|n|·d；

STEP5：数据处理子系统计算出每个区段图像的上下平移量，当n>0时，这m区段图像高度从左至右高度补偿序列为：A＝[0,1,...,m-2,m-1]，最终图像效果是左低右高，当n<0时，这m区段图像高度从左至右的高度补偿序列为：A＝[0,-1,....,-m+2,-m+1]，最终图像效果是左高右低；

STEP6：在高度方向上引入平移误差，计算规则如下：

当n>0，这m区段图像高度从左至右的高度补偿序列为：

最终图像效果是左低右高；

当n<0，这m区段图像高度从左至右的高度补偿序列为：

最终图像效果是左高右低；

STEP7：数据处理子系统对栅格化的图像按列进行划分成m区段的图像，各段宽度[w₀,...,w_m-1]分别为：w_i＝d,w_m-1＝l,i＝0,...,m-2；

按高度补偿序列为A中的值分别对这m区段的图像进行高度补偿；

补偿方法：像素的新列号不变，新行号由原行号加上该区段的高度补偿值，即x'＝x；y'＝y_i+A_i(i＝0,...,m-2)，即将位于原图像(x_i,y_i)处的像素值填入到新图像第y'行第x'列处；

STEP6：数据处理子系统进行后序处理并投影，以完成曝光。

3.根据权利要求2所述的数字微镜工作角度误差的修正方法，其特征在于：所述d是8的整数倍，取整的计算方法是：

表示向下取整。

4.一种计算设备，包括FPGA和存储模块，所述存储模块用于存储计算程序，所述计算程序被执行时，使得FPGA模块执行如权利要求1所述方法的步骤。

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