CN1685198A - 捕捉来自摄像机的图像的设备和方法 - Google Patents

Abstract

一种高速捕捉采集图像的设备和方法。所述设备包括CCD(电荷耦合器件)摄像机用于采集置于采集区域的物体的图像并且输出所采集的图像；同步信号发生器用于在每次检测到从所述CCD摄像机输出的帧使能信号时产生照明控制信号；照明控制器用于响应于所述照明控制信号而控制在采集区域周围不同位置的光源的开启操作；以及图像捕捉单元用于在每次检测到帧使能信号时捕捉从所述CCD摄像机输出的图像，并且将所捕捉的图像发送到图像信号处理器。

Description

捕捉来自摄像机的图像的设备和方法

技术领域

本发明涉及一种光学测量物体几何形状的系统，并且尤其涉及一种高速捕捉从摄像机采集的图像的设备和方法。

背景技术

随着电子工程和机械工程的发展，电子和机械部件的小型化和精度得到了提高。为了适当地确定小尺寸的电子和机械部件的加工和制造状态，必须进行精确测量其尺寸、几何形状和表面粗糙度的操作。

例如，与半导体晶片形式的电子部件相关的尺寸、几何形状、激光标记状态和表面粗糙度以及加工IC(集成电路)的微小图案不能使用已知的非接触式测量设备而精确测量。而且，使用探针的接触式表面粗糙度测量设备的探针头会在物体表面引起微小划痕，因此不能适当地得到物体表面信息。

测量小尺寸的电子和机械部件的尺寸和几何形状的设备包括基于非接触光学方法的二维测量设备和三维测量设备。二维测量设备使用来自光源照射的光线以光学方式产生物体尺寸的数据。三维测量设备将来自光源照射的光线作为参考图案，将该光线投射到待测量物体，将所述参考图案与根据物体几何形状而变化的光线相比较，由此光学地测量物体的几何形状。集成所述二维测量设备和三维测量设备的单个单元已经被开发和应用，从而所述二维和三维设备可以选择性或替换性地使用。

然而，光学测量物体几何形状的传统设备存在问题，即从CCD(电荷耦合器件)摄像机采集的图像不能被高速捕捉，并且不能减少生产线上测试产品所需的时间。这些问题会参考图1和图2进行详细描述。

图1是显示了执行传统图像捕捉操作的光学几何测量系统的结构图。

该光学几何测量系统包括CCD摄像机10用于响应于来自下面将描述的图像捕捉单元25的触发信号输入而采集和输出物体的图像；以及安装在不同位置的多个光源40用于调节待测量和测试物体不同表面上的照度。例如，测量制造的半导体封装的光学几何测量系统包括照明支架，所述支架具有在采集区域顶部形成的圆顶，物体放置在该圆顶上。所述物体在结构底座上被采集，其中CCD摄像机10位于所述照明支架的中央，使得所述圆顶形成于所述物体的垂直方向。在传统的半导体封装的情况下，所述系统根据一定程序顺次地执行激光标记检测、通路检测(lead inspection)、引脚1检测等等。安装在所述圆顶的不同位置上的光源40的开启/关闭操作必须根据待检测或测量的物体而控制。控制光源40的操作由照明控制器30执行，并且照明控制器30响应于从计算机系统20中设置的图像捕捉单元25产生的触发信号而控制光源40。作为参考，CCD摄像机10以日本JAI生产的型号为CV-M4+的数字CCD摄像机实现，并且对应于24帧每秒采集数字图像以输出所采集的数字图像。

计算机系统20中提供的图像捕捉单元25捕捉从CCD摄像机10输出的图像，并且将所捕捉的图像发送到图像信号处理器27。图像捕捉单元25产生并输出触发信号以使照明控制器30和CCD摄像机10同步，并且捕捉从CCD摄像机10输出的图像。响应于所述触发信号，光源40被开启并且图像被捕捉。其原因在于在光源40被开启以采集待测量物体的表面图像的同时所采集的图像必须被捕捉。

作为参考，图像信号处理器27接收所捕捉的图像并且对捕捉的图像执行图像信号处理操作以输出所述图像信号处理操作的结果，从而显示单元29可以显示所捕捉的图像。控制器23通过数据输入单元21接收来自某个操作器(operator)的基于图像的测量初始化指令然后将所述测量初始化指令传送到图像捕捉单元25。

在上面描述的光学几何测量系统中，CCD摄像机10采集图像以响应于从图像捕捉单元25输入的触发信号而输出所采集的图像。图像捕捉单元25在产生所述触发信号后即捕捉并发送所述输出图像，然后重新产生后续触发信号。CCD摄像机10可以最大输出每秒24帧。然而，缺陷在于图像捕捉单元25每秒仅能捕捉16或17帧。

因此，所述光学几何测量系统不能高速捕捉所采集的图像。而且，还存在另一个问题，即对待测量物体进行测试所需的时间不能减少。

发明内容

因此，本发明致力于解决上述问题，并且本发明的一个目标是提供一种高速捕捉采集图像的设备和方法，可以提高光学几何测量系统中捕捉所采集的图像的速度。

本发明的另一个目标是提供一种高速捕捉采集图像的设备和方法，能够以图像采集设备所支持的最大帧速捕捉所采集的图像。

本发明的又一个目标是提供一种高速捕捉采集图像的设备和方法，可以减少使用光学几何测量系统对物体进行测试所需的时间。

附图说明

本发明的上述和其他目标、特性和优点可以通过下面的结合附图的详细描述而更清楚地理解，其中：

图1是显示执行传统图像捕捉操作的光学几何测量系统的结构图；

图2是显示根据本发明一个实施例的用于高速捕捉采集图像的设备的结构图；

图3是显示图2中所示的同步信号发生器56的操作的流程图；以及

图4是显示根据本发明一个实施例的高速捕捉采集图像的设备所产生的信号的时序图。

具体实施方式

根据本发明一个实施例，上述和其他目标可以通过提供一种高速捕捉采集图像的设备而实现，所述设备包括：

CCD(电荷耦合器件)摄像机用于采集放置于采集区域的物体的图像并且输出所采集的图像；

同步信号发生器用于在每次检测到从所述CCD摄像机输出的帧使能(frame enable)信号时产生照明控制信号；

照明控制器用于响应于照明控制信号而控制在采集区域周围不同位置的光源的开启操作；以及

图像捕捉单元用于在每次检测到帧使能信号时捕捉从CCD摄像机输出的图像，并且将所捕捉的图像发送到图像信号处理器。

优选地，同步信号发生器可以包括：存储映射后的照明控制数据的内部存储器，从而开启设置在不同位置的光源的操作根据帧使能信号的检测顺序而进行控制。

根据本发明另一个实施例，上述和其他目标可以通过提供在光学几何测量系统中高速捕捉采集图像的方法而实现，所述方法捕捉通过CCD(电荷耦合器件)摄像机采集的图像并且允许显示单元显示所捕捉的图像，包括步骤：

检测从CCD摄像机输出的帧使能信号；

在每次检测到从CCD摄像机输出的帧使能信号时产生照明控制信号以开启在采集区域周围不同位置的光源；

同步于照明控制信号捕捉从CCD摄像机输出的图像；以及

对所捕捉的图像执行信号处理操作并且允许显示单元显示信号处理操作的结果。

现在参考附图详细描述本发明的优选实施例。在本发明的下面的描述中，对在此结合的公知功能和结构的详细描述在其对本发明的实质造成模糊时将被略去。

图2是显示根据本发明一个实施例的用于高速捕捉采集图像的设备的结构图；图3是显示图2中所示的同步信号发生器56的操作的流程图；以及图4是显示根据本发明一个实施例的高速捕捉采集图像的设备所产生的信号的时序图。

参考图2，日本JAI生产的型号为CV-M4+的数字CCD(电荷耦合器件)摄像机10采集放置于采集区域的物体的图像然后输出所采集的数字图像。数字CCD摄像机10可以以每秒24帧的速率输出扫描图像。每次置于采集区域的物体的图像被采集时，数字CCD摄像机10产生并输出帧使能信号FEN。数字CCD摄像机10通过LVDS(低电压差分信号)协议与图像捕捉单元55进行通信。

计算机系统50包括数据输入单元51例如键盘和鼠标。操作器可以通过数据输入单元51输入对例如最终半导体封装等物体的几何测量初始化指令。该指令被输入到控制器53内。

当控制计算机系统50的总体操作的控制器53通过数据输入单元51接收到几何测量初始化指令时，控制器53将几何测量初始化指令传送到图像捕捉单元55和同步信号发生器56。

图像捕捉单元55响应于对CCD摄像机10输出的帧使能信号FEN的检测而捕捉从CCD摄像机10输出的图像，并且将所捕捉的图像输出到图像信号处理器57。帧使能信号FEN被分路到同步信号发生器56。图像捕捉单元55响应于从控制器53输入的几何测量初始化指令而被使能。图像信号处理器57接收通过图像捕捉单元55捕捉的图像，并对捕捉的图像执行图像信号处理操作以产生可以显示在例如显示器等显示单元59上的图像信号，然后输出所述图像信号。

在输入测量初始化指令之后，同步信号发生器56在检测到从CCD摄像机10输出的帧使能信号FEN之后立刻产生照明控制信号，并且发送所述照明控制信号到照明控制器30。

照明控制器30根据照明控制信号而控制采集区域周围的设置在照明支架不同位置的光源的开启/关闭操作。

在图2中，同步信号发生器56和图像捕捉单元55是分开的。可以配置单片逻辑60从而同步信号发生器56的功能可以在图像捕捉单元55内执行。

根据本发明一个实施例，图像捕捉设备顺次控制光源以对例如半导体封装等物体顺次执行激光标记检测、通路检测、引脚1检测等等。根据帧使能信号的检测顺序，映射后的照明控制数据被存储在存储器中从而设置在不同位置的光源可以被控制。所述存储器设置在同步信号发生器56中。

换句话说，在同步信号发生器56响应于从控制器53输入的几何测量初始化指令而被使能后，该同步信号发生器56在每次检测到帧使能信号时以不同的照明控制数据项目产生照明控制信号。照明控制器30可以执行控制操作从而设置在不同位置的光源被开启。照明控制信号包括待开启的光源的位置信息。所述光源的位置信息必须随着帧使能信号的检测顺序而改变。

作为所述实施例的修改，同步信号发生器56可以简单的在每次检测到帧使能信号时产生照明控制信号，并且照明控制器30可以执行控制操作从而每次输入了照明控制信号时不同光源可以被开启。

上面描述的实施例特征在于设置在不同位置的光源在每次检测到帧使能信号时被开启。

现在参考图3和图4详细描述高速捕捉采集图像的设备的操作。

需要测量物体几何形状的操作器在多个半导体封装放置在传送设备例如传送带上之后通过数据输入单元51输入几何测量初始化指令。当然，所述操作器必须提前将CCD摄像机10设置在采集模式。作为参考，所述采集模式是用于以最大帧速采集置于采集区域内的物体的图像并且输出所采集图像的操作模式。根据本发明实施例，CCD摄像机10可以以每秒24帧输出所采集的图像。当所采集的图像可以输出时，激活的帧使能信号被输出。

控制器53在所述物体放置在采集区域时响应于上述的几何测量初始化指令而将几何测量初始化指令①传送到图像捕捉单元55和同步信号发生器56。当在步骤70接收到几何测量初始化指令时，同步信号发生器56即被使能并且确定在步骤72确定是否通过图像捕捉单元55检测到了第一个帧使能信号FEN。

如果检测到了第一个帧使能信号，则同步信号发生器56在步骤74产生并输出存储在存储器中的第一个照明控制信号。所产生的照明控制信号被输入到照明控制器30中并且将用于开启设置在预定位置的光源。图像捕捉单元55同步于在几何测量初始化指令输入后检测到的帧使能信号FEN，并且开始以CCD摄像机10的帧速对所采集的图像进行捕捉。

换句话说，第一个图像是响应于第一个帧使能信号检测而被捕捉的，并且所捕捉的图像是多余的，因为该图像是在程序控制的光源被开启之前被捕捉的。然而，根据接下来的第二个帧使能信号FEN而捕捉的图像是在至少一个光源响应于第一个照明控制信号而被开启的状态下采集的正常图像。其原因在于光源是根据在检测到第一个帧使能信号FEN之后产生的照明控制信号而开启的。当物体的图像在开启时间中的某点被采集时，来自CCD摄像机10的输出图像响应于第二个帧使能信号而被捕捉。

CCD摄像机10以每秒24帧采集物体图像并且输出所采集的图像。同步信号发生器56在每次采集物体图像时检测帧使能信号FEN，然后光源以所述帧速被顺次地控制。当以CCD摄像机10的输出帧速捕捉图像时，图像捕捉操作以CCD摄像机的帧速从第二幅图像开始执行。

因此，在步骤76至80，同步信号发生器56在第一个帧使能信号之后每次检测到帧使能信号时即重复产生照明控制信号。与照明控制信号产生相关的终止时间点由待测试的检测项目数量决定。当一个半导体封装的检测项目数量为“5”时，同步信号发生器56会在预先编程的六个照明控制信号完全产生之后进行到步骤82。

在上述步骤82，控制器53被告知一个半导体封装已经完全测量完毕，从而新的物体通过传送设备被传送到采集区域。如果在步骤84没有接收到终止指令，则同步信号发生器56返回上述步骤70。上述步骤72至82根据是否接收到几何测量初始化指令的确定结果而反复执行。

作为参考，图4中所示的FEN信号指示从CCD摄像机10输出的帧使能信号。符号②和③分别指示照明控制信号和图像捕捉时间点。如图4所示，可以看到产生照明控制信号②的操作和图像捕捉操作同步于检测帧使能信号FEN的操作而执行。而且，可以看到光源通过照明控制信号②而开启，然后在检测到照明控制信号②之后立刻产生的后续帧使能信号时捕捉了采集图像。

因此，本发明允许光源以CCD摄像机10的帧速而顺次开启。而且，本发明允许捕捉采集图像的操作以CCD摄像机10的帧速执行。因此，本发明的系统与传统系统相比可以高速捕捉图像，其中开启光源的操作和捕捉图像的操作根据同步信号而执行。

工业适用性

从上述描述显见，本发明可以提高对以CCD(电荷耦合器件)摄像机的帧速采集的图像的捕捉速度，因为开启光源的操作和捕捉采集图像的操作同步于帧使能信号而被控制。

而且，本发明由于可以提高捕捉采集图像的速度而可以减少测试物体的时间并且提高制造产量。

尽管为了示例目的公开了本发明的优选实施例，本领域技术人员可以理解，各种修改、添加和替换均是可能的，而并不背离本发明的范围。因此，本发明并不限于上述实施例，本发明及其全部等价物仅由所附权利要求书限定。

Claims (7)

1.一种高速捕捉采集图像的设备，包括：

CCD(电荷耦合器件)摄像机，用于采集置于采集区域的物体的图像并且输出所采集的图像；

同步信号发生器，用于在每次检测到从所述CCD摄像机输出的帧使能信号时产生照明控制信号；

照明控制器，用于响应于所述照明控制信号而控制在采集区域周围不同位置的光源的开启操作；以及

图像捕捉单元，用于在每次检测到所述帧使能信号时捕捉从所述CCD摄像机输出的图像，并且将所捕捉的图像发送到图像信号处理器。

2.根据权利要求1所述的设备，其中所述同步信号发生器包括：

内部存储器，其内存储了映射后的照明控制数据，从而根据帧使能信号的检测顺序而控制对设置在不同位置的光源的开启操作。

3.根据权利要求1或2所述的设备，其中所述同步信号发生器和图像捕捉单元响应于几何测量初始化指令而被使能。

4.一种在光学几何测量系统中高速捕捉采集图像的设备，包括：

CCD(电荷耦合器件)摄像机，用于采集置于采集区域的物体的图像并且输出所采集的图像；

图像捕捉单元，用于在每次检测到从所述CCD摄像机输出的帧使能信号时产生照明控制信号，并且同步于所述照明控制信号捕捉从所述CCD摄像机输出的图像；

照明控制器，用于响应于所述照明控制信号而控制在采集区域周围不同位置的光源的开启操作；以及

图像信号处理器，用于对所述图像捕捉单元捕捉到的图像执行信号处理操作，并且输出所述信号处理操作的结果到显示单元。

5.根据权利要求4所述的设备，其中所述图像捕捉单元包括：

内部存储器，其内存储了映射后的照明控制数据，从而根据帧使能信号的检测顺序而控制对设置在不同位置的光源的开启操作。

6.一种在光学几何测量系统中高速捕捉采集图像的方法，所述方法捕捉通过CCD(电荷耦合器件)摄像机采集的图像并且允许显示单元显示所捕捉的图像，包括步骤：

检测从所述CCD摄像机输出的帧使能信号；

在每次检测到从所述CCD摄像机输出的帧使能信号时产生照明控制信号以开启在采集区域周围不同位置的光源；

同步于所述照明控制信号捕捉从所述CCD摄像机输出的图像；以及

对所捕捉的图像执行信号处理操作并且允许显示单元显示所述信号处理操作的结果。

7.根据权利要求6所述的方法，其中所述照明控制信号包括待开启光源的位置信息，所述光源的位置信息随着帧使能信号的检测顺序而改变。

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