KR102320174B1 - Surface Inspecting System Using Fringe Metric Method - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 프린지 메트릭 방법을 이용하여 제품의 표면의 형태를 분석하는 기술에 속한다.The present invention belongs to a technique for analyzing the shape of the surface of a product using a fringe metric method.
스마트폰의 종류가 많아지고, 스마트폰의 사용 주기가 짧아 짐에 따라, 다양하고 많은 스마트폰을 신속하고 정확하게 검사하는 시스템에 대한 산업이 성장하고 있다. 이에 따라, 스마트폰 커버 글라스의 결함의 검출 시스템에 대한 시장 또한 점차 커지고 있다.As the types of smartphones increase and the usage cycle of the smartphone shortens, the industry for a system that quickly and accurately inspects various and many smartphones is growing. Accordingly, the market for the detection system for defects in the smartphone cover glass is also gradually increasing.
현재, 물체의 표면의 형태를 표현하는 기술은 대표적으로 필름 프린지 방식과 패턴투영방식이 있다.Currently, technologies for expressing the shape of the surface of an object include a film fringe method and a pattern projection method.
먼저, 필름 프린지 방식은 조명 앞에 줄(Stripe) 무늬의 필름(Film)을 이용해 프린지(Fringe)무늬를 만들고, 피에조를 이용해 필름을 적정위치로 이동시켜 프린지(Fringe)를 옮겨 위상천이를 시키는 방식이 있다. 이 방식은 필름으로 인해 조명의 밝기를 크게 저하시켜, 일반적으로 높은 휘도의 조명을 써야 한다. 그리고 측정높이의 해상도를 변경시키기 위해 프린지의 간격을 변화시키려면 필름을 교환해야 하고, 교환 후에는 복잡한 캘리브레이션 과정을 거쳐야 하는 문제를 가진다. 또한, 이러한 방식은 다른 조명의 수명에 비해 수명이 짧은 Metal Halide 조명을 사용해, 조명의 교체 주기가 짧다는 문제를 가지고 있다.First, in the film fringe method, a fringe pattern is made by using a film with a stripe pattern in front of the lighting, and the film is moved to an appropriate position using a piezo to move the fringe to make a phase shift. have. This method greatly reduces the brightness of the light due to the film, and generally requires the use of a high-brightness light. And to change the fringe spacing in order to change the resolution of the measurement height, the film must be exchanged, and after the exchange, a complicated calibration process must be performed. In addition, this method has a problem in that the replacement cycle of the light is short because it uses a metal halide light with a shorter lifespan compared to other lights.
다음으로, 패턴투영방식은 다양한 간격의 패턴을 투영해 대상물체를 3차원으로 측정하는 방식이다. 그러나 이 방식은 패턴을 기계적으로 이동시켜야 하며 이때 기계에서 발생하는 기계적 진동이 정밀도에 영향을 받는 문제가 있다. 그리고 패턴의 산란광을 이용하므로 투명물체에 대해서는 측정이 어려운 단점이 있다.Next, the pattern projection method is a method of measuring the target object in three dimensions by projecting patterns at various intervals. However, in this method, the pattern must be moved mechanically, and there is a problem in that the mechanical vibration generated by the machine is affected by the precision. And since the scattered light of the pattern is used, there is a disadvantage in that it is difficult to measure a transparent object.
본 발명은 검사체의 표면을 검사하기 위해 프린지 무늬의 패턴을 사용으로 발생되는 문제, 고휘도의 조명을 써야하는 문제, 패턴의 이동 시 발생되는 문제를 해결하고자 한다. 또한 기존의 기술에서는 측정높이 해상도를 변경하기 위해서는 필름을 교환해야 하는 어려움이 있다.An object of the present invention is to solve a problem caused by using a fringe pattern to inspect the surface of a test object, a problem that requires high-brightness lighting, and a problem that occurs when the pattern is moved. In addition, in the existing technology, there is a difficulty in that the film needs to be exchanged in order to change the measurement height resolution.
본 발명을 이러한 문제를 해결하기위해, 다양한 간격의 Fringe Pattern을 조명을 제어하는 FPGA등의 프로그램에 파라메터의 변경만으로 간단히 변환이 가능하도록 구성하여, 측정대상의 높이 분해능을 실시간으로 변경가능한 도록 하여 이러한 문제를 해결하고자 한다.In order to solve this problem, the present invention is configured so that the fringe pattern of various intervals can be converted simply by changing a parameter in a program such as an FPGA that controls lighting, so that the height resolution of the measurement object can be changed in real time. We want to solve the problem.
본 발명의 기술적 과제는 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The technical problems of the present invention are not limited to the problems mentioned above, and other technical problems not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 프린지 메트릭 방법을 이용한 표면 검사 시스템은 회전 가능한 프레임모듈과, 프레임모듈의 내부에 일직선 상에 순차적으로 배치된 제1조명 내지 제8조명이 설치된 조명모듈을 포함하여 검사체에 빛을 조사하는 프린지조명부, 검사체를 촬영하여 프린지이미지를 획득하는 카메라부, 설정된 주기에 설정된 위상 차 간격으로 복수 개의 조명을 Nano second 단위로 제어하고, 복수 개의 조명 가운데 최 일측에 위치한 조명을 설정 시간 온(On) 시킨 후, 턴-오프(Turn-Off) 시키는 제1위상신호, 제1위상신호에 의해 턴-온 된 조명의 타측에 위치하며 제1위상신호에 의해 턴-온 된 조명의 개수와 동일한 개수만큼 턴-오프 되어 있는 조명을 턴-온 시키는 제2위상신호를 출력하여 조명모듈에 인가하는 제어기부를 포함한다. 여기서, 제어기부는 적어도 두 개의 조명을 동시에 턴-온 그리고 턴-오프 시킨 후, 턴-오프 된 조명의 타측에 위치하여 오프 된 적어도 두 개의 조명을 동시에 턴-온 시키며, 제1위상신호를 출력할 때 마다 카메라부에서 획득한 복수 개의 제1프린지이미지를 시간 순서에 따라 일렬 종대로 정렬하고, 제2위상신호를 출력할 때 마다 카메라부에서 획득한 복수 개의 제2프린지이미지를 시간 순서에 따라 일렬 종대로 정렬하는 프린지이미지수신모듈과, 순차적으로 수신된 복수 개의 제1프린지이미지를 일렬 종대로 배치시켜 하나의 제1정렬이미지를 생성하고, 복수 개의 제2프린지이미지를 일렬 종대로 배치시켜 하나의 제2정렬이미지를 생성하는 얼라인모듈과, 제1정렬이미지 내지 제2정렬이미지를 기 설정된 산식으로 연산한 후 합성하여 합성이미지를 생성하는 합성이미지생성모듈을 포함한다.The surface inspection system using the fringe metric method of the present invention for achieving the above technical problem includes a rotatable frame module, and a lighting module in which the first to eighth lights sequentially arranged on a straight line inside the frame module are installed. The fringe lighting unit that irradiates light to the test object, the camera unit that acquires a fringe image by photographing the object, and controls a plurality of lights at the set phase difference interval at a set period in nanosecond units, and one side of the plurality of lights After turning on the positioned lighting for a set time, it is located on the other side of the first phase signal, which turns off the first phase signal, and is turned on by the first phase signal, and is turned on by the first phase signal. and a controller for outputting a second phase signal for turning on the turned-off lights by the same number as the number of turned-on lights and applying the second phase signal to the lighting module. Here, after simultaneously turning on and off at least two lights, the controller turns on at least two lights that are turned off at the other side of the turned off lights at the same time, and outputs a first phase signal. Each time, the plurality of first fringe images acquired by the camera unit are arranged in a row according to the time sequence, and the plurality of second fringe images acquired by the camera unit are arranged in chronological order whenever the second phase signal is output. A fringe image receiving module arranged in a column, and a plurality of sequentially received first fringe images are arranged in a row to generate one first aligned image, and a plurality of second fringe images are arranged in a row to form one It includes an alignment module for generating a second aligned image, and a composite image generating module for generating a composite image by synthesizing the first aligned image to the second aligned image by calculating a preset equation.
제어기부는 제2위상작동 시 턴-온 된 조명의 타측에 위치해 오프 되어 있는 조명을 턴-온 시키며 제3위상작동 시키는 제3위상신호, 제3위상작동 시 턴-온 된 조명의 타측에 위치해 오프 되어 있는 조명을 턴-온 시키며 제4위상작동 시키는 제4위상신호를 순차적으로 반복하여 출력할 수 있다.The controller unit is located on the other side of the turned-on light during the second phase operation and turns on the off light and turns on the third phase signal, which operates the third phase, and is located on the other side of the turned-on light during the third phase operation It is possible to sequentially and repeatedly output the fourth phase signal that turns on the light and operates the fourth phase.
제어기부는 제3위상작동 될 때 마다 제3프린지이미지를 획득하고 제4위상작동 될 때 마다 제4프린지이미지를 획득하며 복수 개의 제1프린지이미지 내지 복수 개의 제4프린지이미지를 획득하고, 복수 개의 제1프린지이미지를 일렬 종대로 배치시켜 하나의 제1정렬이미지를 생성하고, 복수 개의 제2프린지이미지를 일렬 종대로 배치시켜 하나의 제2정렬이미지를 생성하고, 복수 개의 제3프린지이미지를 일렬 종대로 배치시켜 하나의 제3정렬이미지를 생성하고, 복수 개의 제4프린지이미지를 일렬 종대로 배치시켜 하나의 제4정렬이미지를 생성하여, 제1프린지이미지 내지 제4프린지이미지를 합성해 표면의 높이 차를 나타내는 합성이미지를 생성할 수 있다.The controller unit acquires a third fringe image every time the third phase is activated, obtains a fourth fringe image every time the fourth phase is activated, obtains a plurality of first fringe images to a plurality of fourth fringe images, One fringe image is arranged in a row to generate one first aligned image, a plurality of second fringe images are arranged in a row to create one second aligned image, and a plurality of third fringe images are arranged in a row to create one third aligned image, and arranging a plurality of fourth fringe images in a row to create a fourth aligned image, synthesizing the first to fourth fringe images to create a surface height A composite image representing a car can be created.
프린지이미지수신모듈은 카메라부에서 촬영된 복수 개의 제1프린지이미지 내지 복수 개의 제4프린지이미지를 순차적으로 수신하고, 얼라인모듈은 순차적으로 수신된 복수 개의 제3프린지이미지를 일렬 종대로 배치시켜 하나의 제3정렬이미지를 생성하고, 복수 개의 제4프린지이미지를 일렬 종대로 배치시켜 하나의 제4정렬이미지를 생성하고, 복수 개의 제4프린지이미지를 일렬 종대로 배치시켜 하나의 제4정렬이미지를 생성하고, 합성이미지생성모듈은 제3정렬이미지 내지 제4정렬이미지를 기 설정된 산식으로 연산한 후 합성하여 합성이미지를 생성할 수 있다.The fringe image receiving module sequentially receives a plurality of first fringe images to a plurality of fourth fringe images photographed by the camera unit, and the alignment module arranges a plurality of sequentially received third fringe images in a row to form one Create a third aligned image of , arrange a plurality of fourth fringe images in a row to create a fourth aligned image, and arrange a plurality of fourth fringe images in a row to form a single fourth aligned image generated, and the composite image generating module may generate a composite image by synthesizing the third aligned image to the fourth aligned image using a preset formula.
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본 발명은 일정 시간으로 촬영된 프린지 이미지를 동일한 위상의 프린지 이미지로 정렬한 후, 정렬된 이미지를 합성하여 검사체의 높이 차가 있는 합성이미지를 생성한다. 이러한 합성이미지를 통해 생산 공정에서 검출하기 어려웠던, Dimple, 스크래치, Edge 부분 크랙 등에 대해 높은 검출력을 나타낼 수 있다.In the present invention, after aligning fringe images taken for a predetermined time into fringe images of the same phase, the aligned images are synthesized to generate a composite image having a height difference of a test object. Through these composite images, high detection power can be exhibited for dimples, scratches, and cracks in the edge part, which were difficult to detect in the production process.
아울러, 본 발명은 고휘도의 조명대신 LED이 조명을 사용하여, 조명의 수명을 연장시킬 수 있는 장점을 가진다. 또한 조명과 카메라의 위치를 자유롭게 하며, 라인스캔으로의 시스템구성을 통해 고속 측정이 가능하도록 하며 프린지이미지를 생성하도록 한다.In addition, the present invention has the advantage of extending the life of the lighting by using the LED lighting instead of the high-brightness lighting. In addition, the position of the lighting and the camera is free, and the high-speed measurement is possible through the system configuration of the line scan, and a fringe image is generated.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 프린지 메트릭 방법을 이용한 표면 검사 시스템의 사용 상태도이다.
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 프린지조명부를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 제2실시예에 따른 프린지조명부를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 제3실시예에 따른 프린지조명부를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 제어기부의 구성요소를 나타낸 블록도이다.
도 6은 도 3의 제2실시예에 따른 프린지조명부의 작동 상태를 나타낸 도면이다.
도 7 내지 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 프린지 메트릭 방법을 이용한 표면 검사 시스템을 통해 프린지 이미지를 획득하고, 획득한 프린지 이미지를 변환 및 합성한 이미지이다.
도 10 내지 도 12는 서로 다른 주기에 맞춰 작동하는 제3실시예의 프린지조명부에 포함된 조명모듈의 작동 상태를 나타낸 도면이다.
도 13은 복수 개의 조명모듈이 하나의 조명모듈그룹으로 형성되어 작동되는 상태를 나타낸 도면이다.1 is a state diagram of a surface inspection system using a fringe metric method according to an embodiment of the present invention.
2 is a view showing a fringe lighting unit according to a first embodiment of the present invention.
3 is a view showing a fringe lighting unit according to a second embodiment of the present invention.
4 is a view showing a fringe lighting unit according to a third embodiment of the present invention.
5 is a block diagram showing the components of the controller of the present invention.
6 is a view showing an operating state of the fringe lighting unit according to the second embodiment of FIG.
7 to 9 are images obtained by obtaining a fringe image through a surface inspection system using a fringe metric method according to an embodiment of the present invention, converting and synthesizing the obtained fringe image.
10 to 12 are views showing the operating state of the lighting module included in the fringe lighting unit of the third embodiment that operates according to different cycles.
13 is a view showing a state in which a plurality of lighting modules are formed and operated as one lighting module group.
본 명세서 상에 도시된 도면 및 도면에 기초한 설명은 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 쉽게 이해할 수 있도록 하는 하나의 예시이다.The drawings shown in the present specification and the description based on the drawings are one example that allows those of ordinary skill in the art to easily understand the present invention.
따라서, 본 발명의 도면 및 발명을 실시하기 위한 구체적인 설명이 본 발명의 청구 범위를 한정하는 것은 아니다. 본 발명의 청구 범위는 오로지 청구항에 의해서만 정의될 수 있다.Accordingly, the drawings of the present invention and the detailed description for carrying out the invention do not limit the scope of the claims of the present invention. The claims of the present invention may be defined solely by the claims.
이하, 본 발명의 하기의 실시예의 도면을 참조하여 본 발명의 프린지 메트릭 방법을 이용한 표면 검사 시스템에 대해 설명한다. 다만, 본 발명에 대한 설명이 명확하고 간결해질 수 있도록, 먼저 도 1 내지 도 5를 참조하여 프린지 메트릭 방법을 이용한 표면 검사 시스템에 대해 개괄적으로 설명한다. 이후, 도 6 내지 도 13을 참조하여 프린지 메트릭 방법을 이용한 표면 검사 시스템을 구성하는 구성요소에 대해 설명한다.Hereinafter, a surface inspection system using the fringe metric method of the present invention will be described with reference to the drawings of the following examples of the present invention. However, in order to make the description of the present invention clear and concise, first, a surface inspection system using the fringe metric method will be generally described with reference to FIGS. 1 to 5 . Hereinafter, components constituting the surface inspection system using the fringe metric method will be described with reference to FIGS. 6 to 13 .
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 프린지 메트릭 방법을 이용한 표면 검사 시스템의 사용 상태도이고, 도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 프린지조명부를 나타낸 도면이고, 도 3은 본 발명의 제2실시예에 따른 프린지조명부를 나타낸 도면이고, 도 4는 본 발명의 제3실시예에 따른 프린지조명부를 나타낸 도면이다. 그리고 도 5는 본 발명의 제어기부의 구성요소를 나타낸 블록도이다.1 is a state diagram of a surface inspection system using a fringe metric method according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a view showing a fringe lighting unit according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a first embodiment of the present invention. It is a view showing a fringe lighting unit according to a second embodiment, and FIG. 4 is a view showing a fringe lighting unit according to a third embodiment of the present invention. And Figure 5 is a block diagram showing the components of the controller unit of the present invention.
본 발명의 프린지 메트릭 방법을 이용한 표면 검사 시스템(1)은 이동하는 검사체(B)에 대해서도 검사 가능하도록 한 라인씩 이미지를 얻고 각 개별 라인에 대해 조명 밝기, 위상 및 주기를 제어하여 1회 스캔에 위상 차가 있는 이미지들을 동시에 획득할 수 있다. 이와 같은 본 발명의 프린지 메트릭 방법을 이용한 표면 검사 시스템(1)은 일정 시간으로 촬영된 프린지 이미지를 동일한 위상의 프린지 이미지로 정렬한 후, 정렬된 이미지를 합성하여 검사체의 높이 차가 있는 합성이미지를 생성한다. 이를 통해, 본 발명은 생산 공정에서 검출하기 어려웠던, Dimple, 스크래치, Edge 부분 크랙 등에 대해 높은 검출력을 나타낼 수 있다.The
아울러, 본 발명은 고휘도의 조명대신 LED이 조명을 사용하여, 조명의 수명을 연장시킬 수 있는 장점을 가진다. 이러한 본 발명의 프린지 메트릭 방법을 이용한 표면 검사 시스템(1)은 TDM(Time Division Multiplexing) 적용한 조명 교차 제어 1회 스캔으로 여러 위상의 Fringe 이미지 획득하는 1단계 그리고 FPGA or GPU 이용한 복수의 위상 차 이미지 합성 Differential Fringe로 이미지 변환, 합성 및 전 처리 진행하는 2단계 그리고 FFT, AI 적용 이미지 트레이닝 불량 검출 및 미검 및 과검 획기적으로 향상되는 3단계로 진행되며 전술한 특징을 나타낼 수 있다.In addition, the present invention has the advantage of extending the life of the lighting by using the LED lighting instead of the high-brightness lighting. The
본 발명은 전술 한 특징을 나타낼 수 있도록 프린지조명부(10), 카메라부(20) 및 제어기부(30)를 구성요소로 포함한다.The present invention includes the
이하, 본 발명을 포함되는 구성요소에 대해 구체적으로 설명한다. 프린지조명부(10)는 카메라부(20)가 검사체(B)를 촬영할 수 있도록 검사체(B)에 다양한 각도로 빛을 조사할 수 있는 장치가 된다. 이러한 프린지조명부(10)는 프레임모듈(11)과 조명모듈(12)을 포함한다. 여기서, 프레임모듈(11)은 하단면이 개구 된 직육면체의 형상으로 형성된 프레임이 된다. 그리고 조명모듈(12)은 프레임모듈(11)의 내부에 길이 방향을 따라 각각 제어되는 복수 개의 조명을 포함하여 검사체(B)에 빛을 조사하는 장치가 된다. 프린지조명부(10)는 프레임모듈(11)이 외부의 고정모듈(미도시)에 설치되어 바닥면(A)에 직선 방향 내지 사선 방향으로 회전하며 검사체(B)에 빛을 조사할 수 있다.Hereinafter, components included in the present invention will be described in detail. The
이와 같은 프린지조명부(10)의 조명모듈(12-1)은 도 2에 도시된 바와 같이 제1조명(01) 내지 제8조명(08)을 포함하는 프린지조명부(10-1)로 형성될 수 있다. 또는, 프린지조명부(10-1)는 도 2에 도시된 바와 같은 형성으로 한정되지 않고, 필요에 따라 도 3에 도시된 바와 같이 제1조명(01) 내지 제16조명(16)을 포함하는 조명모듈(12-2)을 포함하는 프린지조명부(10-2)로 변형되어 형성될 수 있다. 아니면 도 4에 도시된 바와 같이 도 3에 도시된 조명모듈(12-2)이 일직선 상으로 3개가 배열된 조명모듈(12-3)로 형성될 수 있다.As shown in FIG. 2, the lighting module 12-1 of the
이와 같이, 프린지조명부는 복수 개의 조명을 포함하여 다양하게 변형되어 형성될 수 있다. 여기서, 조명모듈(12-1~12-3)은 LED로 형성되어 고휘도의 할로겐 조명 보다 장시간 일정한 빛을 출력할 수 있다.In this way, the fringe lighting unit may be formed by being variously deformed including a plurality of lights. Here, the lighting modules 12-1 to 12-3 are formed of LEDs to output constant light for a longer period of time than high-brightness halogen lighting.
프린지조명부(10)는 복수 개의 조명을 순서대로 이동시켜가며 점등 및 소등하여 특정 조명에서 빛이 출력될 수 있도록 한다. 프린지조명부(10)가 빛을 출력할 때, 카메라부(20)는 검사체(B)를 촬영하여 프린지조명부(10)의 작동에 따라 프린지를 갖는 프린지이미지를 획득한다. 이와 같은 작동하는 카메라부(20)는 제어기부(30)에서 출력되는 제어신호에 의해 작동될 수 있다. 보다 구체적으로, 카메라부(20)는 조명모듈(12-1~12-3)의 복수 개의 조명이 이동하며 점등 및 소등되는 작동과 동기화 되어 작동하며 조명모듈(12-1~12-3)이 턴-온 될 때만 작동하며 검사체(B)를 촬영할 수 있다.The
제어기부(30)는 제어신호를 발생시키며 데이터를 수신해 처리한다. 제어기부(30)는 데이터를 수신 및 처리하는 컴퓨터가 된다. 이러한 제어기부(30)는 Line Scan 이용한 교차조명 제어 시 조명시간, 지연시간을 nano second 단위로 제어할 수 있도록 구성하였다. 이를 통해, 제어기부(30)는 측정대상의 높이 분해능을 실시간으로 변경가능한 도록 한다.The
이와 같은 제어기부(30)는 기존의 Microcontroller CPU를 이용한 컨트롤로 제어보드의 한계로 FPGA칩을 탑재한 별도의 제어 보드를 포함한다. 또한, 제어기부(30)는 프린지이미지수신모듈(310), 얼라인모듈(320) 및 합성이미지생성모듈(330)을 포함할 수 있다. 여기서, 프린지이미지수신모듈(310)은 카메라부(20)에서 촬영된 복수 개의 제1프린지이미지(C1) 내지 복수 개의 제4프린지이미지(C4)를 순차적으로 수신할 수 있다. 그리고 얼라인모듈(320)은 순차적으로 수신된 복수 개의 제1프린지이미지(C1) 내지 복수 개의 제4프린지이미지(C4) 중 복수 개의 제2프린지이미지(C2)를 일렬 종대로 배치시켜 하나의 제2정렬이미지(D2)를 생성하고, 복수 개의 제1프린지이미지(C1)를 일렬 종대로 배치시켜 하나의 제1정렬이미지(D1)를 생성할 수 있다. 그리고 복수 개의 제4프린지이미지(C4)를 일렬 종대로 배치시켜 하나의 제4정렬이미지(D4)를 생성할 수 있다.Such a
그리고 합성이미지생성모듈(330)은 제1정렬이미지(D1) 내지 제4정렬이미지(D4)를 기 설정된 과정 및 기 설정된 산식으로 연산한 후 합성하여 2.5D 또는 3D의 입체 이미지로 합성이미지(E)를 생성할 수 있다. 여기서, 2.5D로 합성이미지(E)가 생성될 때는 아래와 같은 산식에 기초하여 진행될 수 있다.In addition, the composite
그리고 2.5D로 합성이미지(E)가 생성될 때는 Image를 Segmentation하여 불필요한 영역 제거하고 관심영역 추출하는 (A)단계, 관심영역에 대해서 X 방향으로 주위 픽셀과의 Phase의 차 계산하는 (B)단계, Phase의 차가 보다 작으면 차가 보다 클 때까지 를 더 하는 (C)단계, Phase의 차가 보다 크면 보다 작을 때까지 를 빼는 (D)단계, 관심영역에 대해서 Y 방향으로 주위 픽셀과의 Phase의 차를 계산하는 (E)단계, Phase의 차가 보다 작으면 차가 보다 클 때까지 를 더 하는 (F)단계 및 Phase의 차가 보다 크면 보다 작을 때까지 를 빼는 (G)단계로 진행될 수 있다. And when a composite image (E) is created in 2.5D, the image is segmented to remove unnecessary regions and extract the region of interest (A), and the phase difference with the surrounding pixels in the X direction is calculated for the region of interest (B) , the difference of the phase If less than the car until bigger (C) step of adding , the difference of the phase greater than until less than (D) step of subtracting , (E) step of calculating the difference of the phase with the surrounding pixels in the Y direction for the region of interest, the phase difference If less than the car until bigger The difference between the (F) step and the phase of adding greater than until less than It may proceed to step (G) of subtracting .
여기서, 3D로 합성이미지(E)가 생성될 때는 아래와 같은 산식에 기초하여 진행될 수 있다.Here, when the composite image E is generated in 3D, it may proceed based on the following equation.
여기서, 밝는 부분에서 어두운 부분의 간격을 I주기로 정의하고 대상물의 위치(x,y)에서의 밝기 값 I(x,y)라 하고, 는 Phase이고, n개의 위상으로 이동하여 번째 프린지 패턴이 된다.Here, the interval between the bright part and the dark part is defined as I period, and the brightness value I(x,y) at the position (x,y) of the object is is a Phase, and by moving to n phases, It becomes the second fringe pattern.
아래의 표는 pixel (x,y)의 신뢰도 R을 계산하기 위한 Pixel (x,y)주변의 Pixel은 다음과 같다.In the table below, the pixels around the pixel (x,y) for calculating the reliability R of the pixel (x,y) are as follows.
본 위상 펼침 알고리즘은 이웃한 픽셀들과 이차미분의 합S의 역수를 계산하여 각 픽셀의 신뢰도 R을 계산한다.This phase spreading algorithm calculates the reliability R of each pixel by calculating the reciprocal of the sum S of the neighboring pixels and the second derivative.
여기서, H는 수평방향, V는 수직방향, D는 대각선 방향의 미분값이 된다. 는 각 픽셀의 위상 값이고, 은 연속한 픽셀의 위상 값 간의 위상 불연속성을 제거하는 위상 펼침 계산을 나타낸다.Here, H is the horizontal direction, V is the vertical direction, and D is the differential value in the diagonal direction. is the phase value of each pixel, denotes a phase spread calculation that removes the phase discontinuity between phase values of successive pixels.
위와 같은 계산을 각 픽셀에 대해서 수행하고, 의 역수로 각 픽셀의 신뢰도를 계산한다.The above calculation is performed for each pixel, Calculate the reliability of each pixel as the reciprocal of .
위상 펼침 경로를 결정하기 위해서 우선 가로 세로 방향으로 이웃한 픽셀들의 신뢰도의 합을 계산하고 신뢰도의 합이 가장 큰 경계면에서부터 위상 펼침을 위상 펼침을 수행한다. To determine the phase unfolding path, first, the sum of the reliability of neighboring pixels in the horizontal and vertical directions is calculated, and the phase unfolding is performed from the interface with the largest sum of reliability.
그리고 3D로 합성이미지(E)가 생성될 때는 전 픽셀에 대해서 신뢰도 R 계산(테두리 제외)하는 (A)단계, 경계에 대한 신뢰도만 수집하는 (B)단계, 경계에 대해 신뢰도 값을 내림차순으로 정렬하는 (C)단계, (C)단계 이후 경계에 대한 신뢰도만 수집하여 작은 영역에 속한 픽셀은 위상 펼침을 한 뒤, 두 영역을 병합하는 (D-1)단계, 양 픽셀 모두 영역에 속하지 않는 경우 양 픽셀용 위상 펼침하여 새로운 영역을 형성하는 (D-2)단계 또는 한 픽셀만 영역에 속한 경우 영역에 속하지 않는 픽셀을 위상 펼쳐 영역에 포함시키는 (D-3) 단계 중 어느 하나의 단계로 진행될 수 있다. 이후, 모든 경계에 대해서 수행하고 테두리는 마지막으로 수행하는 (E)단계로 진행될 수 있다.And when a composite image (E) is created in 3D, the reliability R is calculated for all pixels (excluding the border) in (A) step, (B) only the reliability is collected for the boundary (B), and the reliability value is arranged in descending order for the boundary After step (C) and step (C), only the reliability of the boundary is collected and the pixels belonging to a small area are phase-expanded, and then the two areas are merged (D-1), when both pixels do not belong to the area Either step (D-2) of forming a new area by phase-extending for both pixels or step (D-3) of including pixels not belonging to the area in the area when only one pixel belongs to the area can After that, it may proceed to step (E) in which all borders are performed and borders are performed last.
전술 한 산식 및 과정을 통해 합성이미지를 생성하는 제어기부(30)는 검사 대상에 따라 조명 순서, 주파수 분주, 노이즈 제거 등 현장에서 문제되는 상황을 실시간으로 반영하며 합성이미지(E)를 생성할 수 있다.The
이하, 도 6 내지 도 13을 참조하여 본 발명의 프린지 메트릭 방법을 이용한 표면 검사 시스템의 작동에 대해 구체적으로 설명한다.Hereinafter, the operation of the surface inspection system using the fringe metric method of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 6 to 13 .
다만, 본 발명의 프린지 메트릭 방법에 대한 설명이 간결하고 명확해질 수 있도록, 제1실시예, 제2실시예와 제3실시예의 프린지조명부 가운데 제2실시예의 프린지조명부를 기준으로 하여, 본 발명의 작동에 대해 구체적으로 설명한다.However, in order for the description of the fringe metric method of the present invention to be concise and clear, based on the fringe lighting part of the second embodiment among the fringe lighting parts of the first, second and third embodiments, the present invention The operation will be described in detail.
도 6은 도 3의 제2실시예에 따른 프린지조명부의 작동 상태를 나타낸 도면이고, 도 7 내지 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 프린지 메트릭 방법을 이용한 표면 검사 시스템을 통해 프린지 이미지를 획득하고, 획득한 프린지 이미지를 변환 및 합성한 이미지이고, 도 10 내지 도 12는 서로 다른 주기에 맞춰 작동하는 제3실시예의 프린지조명부에 포함된 조명모듈의 작동 상태를 나타낸 도면이다. 그리고 도 13은 복수 개의 조명모듈이 하나의 조명모듈그룹으로 형성되어 작동되는 상태를 나타낸 도면이다.6 is a view showing an operating state of the fringe lighting unit according to the second embodiment of FIG. 3, and FIGS. 7 to 9 are a fringe image obtained through a surface inspection system using a fringe metric method according to an embodiment of the present invention. And, it is an image obtained by converting and synthesizing the fringe image, and FIGS. 10 to 12 are views showing the operating state of the lighting module included in the fringe lighting unit of the third embodiment that operates according to different cycles. And FIG. 13 is a view showing a state in which a plurality of lighting modules are formed and operated as one lighting module group.
프린지조명부(10)는 전술한 바와 같이 제1조명(01) 내지 제16조명(16)을 포함한다. 이러한 프린지조명부(10)는 제어기부(30)에서 출력되는 제1위상신호 내지 제4위상신호에 따라 작동될 수 있다.The
제어기부(30)는 프린지조명부(10)에 위상신호를 인가하여, 복수 개의 조명 중 일부 조명을 설정 시간 온 시킨 후, 턴-오프 시켜가면서 작동시킨다. 여기서, 제어기부(30)는 4개의 조명을 위상 이동의 한 주기로 하여 90도의 위상차를 갖도록 이동시키며 프린지조명부(10)가 90도의 위상차에서 조명이 턴-온 되도록 한 예이다. 구체적으로는, 제어기부(30)는 제1위상신호를 통해 0도의 위상각에서 제1조명, 제5조명, 제9조명 및 제13조명을 턴-온 시키고, 제2위상신호를 통해 90도의 위상각에서 제2조명, 제6조명, 제10조명 및 제14조명을 턴-온 시키고, 제3위상신호를 통해 180도의 위상각에서 제3조명, 제7조명, 제11조명 및 제15조명을 턴-온 시키고, 제4위상신호를 통해 270도의 위상각에서 제4조명, 제8조명, 제12조명 및 제16조명을 턴-온 시킨다. 이러한 제어기부(30)의 구성은 그림에서 보여준 4개의 조명 이외에도 3개의 조명, 5개의 조명등 여러가지 구성으로 위상 변화를 가질 수 있으며, 위상간격이 90도 이외에도 360도/n의 각도로도 구성이 가능하다.The
즉, 제어기부(30)는 프린지조명부(10)가 제1위상신호를 수신하였을 때 도 6의 (a)에 도시된 바와 같이 복수 개의 조명을 턴-온 시키고, 제2위상신호를 수신하였을 때 도 6의 (b)에 도시된 바와 같이 복수 개의 조명을 턴-온 시키고, 제3위상신호를 수신하였을 때 도 6의 (c)에 도시된 바와 같이 복수 개의 조명을 턴-온 시키고, 제4위상신호를 수신하였을 때 도 6의 (d)에 도시된 바와 같이 복수 개의 조명을 턴-온 시킨다.That is, when the
제어기부(30)는 프린지조명부(10)가 전술한 바와 같이 작동되도록 하며, 도 7의 좌측에 도시된 바와 같이, C1, C2, C3, C4, C1, C2, C3, C4, C1, C2, C3, C4 … C1, C2, C3, C4 순서로 90도의 위상차를 갖는 4개의 이미지를 연속해서 획득한다. 여기서, 제1프린지이미지(C1)는 프린지조명부(10)가 제1위상작동 될 때, 즉, 제1조명(01), 제5조명(05), 제9조명(09), 제13조명(13)이 턴-온 되었을 때, 카메라부(20)에서 획득한 프린지이미지가 된다. 그리고 제2프린지이미지(C2)는 프린지조명부(10)가 제2위상작동 될 때, 즉, 제2조명(02), 제6조명(06), 제10조명(10), 제14조명(14)이 턴-온 되었을 때, 카메라부(20)에서 획득한 프린지이미지가 된다. 그리고 제3프린지이미지(C3)는 프린지조명부(10)가 제3위상작동 될 때, 즉, 제3조명(03), 제7조명(07), 제11조명(11), 제15조명(15)이 턴-온 되었을 때, 카메라부(20)에서 획득한 프린지이미지(C3)가 된다. 그리고 제4프린지이미지(C4)는 프린지조명부(10)가 제4위상작동 될 때, 즉, 제4조명(04), 제8조명(08), 제12조명(12), 제16조명(16)이 턴-온 되었을 때, 카메라부(20)에서 획득한 프린지이미지가 된다.The
그리고 제어기부(30)는 복수 개의 제1프린지이미지(C1)를 시간 순서에 따라 일렬 종대로 정렬하여 도 7의 (a) 및 도 8의 (a)에 도시된 바와 같은 제1정렬이미지(D1)를 생성한다. 그리고 복수 개의 제2프린지이미지(C2)를 시간 순서에 따라 일렬 종대로 정렬하여 도 7의 (b) 및 도 8의 (b)에 도시된 바와 같은 제2정렬이미지(D2)를 생성한다. 그리고 생성한 제1정렬이미지(D1)와 제2정렬이미지(D2)를 합성하여 합성이미지(E)를 생성한다.In addition, the
또한, 제어기부(30)는 복수 개의 제3프린지이미지(C3)를 시간 순서에 따라 일렬 종대로 정렬하여 도 7의 (c) 및 도 8의 (c)에 도시된 바와 같은 제3정렬이미지(D3)를 생성한다. 그리고 복수 개의 제4프린지이미지(C4)를 시간 순서에 따라 일렬 종대로 정렬하여 도 7의 (d) 및 도 8의 (d)에 도시된 바와 같은 제4정렬이미지(D4)를 생성한다.In addition, the
아울러 제어기부(30)는 전술한 제1정렬이미지(D1), 제2정렬이미지(D2), 제3정렬이미지(D3) 그리고 제4정렬이미지(D4)를 생성하였을 때, 생성한 정렬이미지 모두를 합성하여 도 9에 도시된 바와 같은 합성이미지(E)를 생성한다.In addition, when the
제어기부(30)는 총 4개의 정렬이미지 즉, 제1정렬이미지(D1) 내지 제4정렬이미지(D4)를 합성하여, 각 정렬이미지에 존재하는 손상부분의 높이차를 파악할 수 있도록 한다.The
이때, 제어기부(30)는 도 8의 각 정렬이미지의 빨간색 네모로 표시된 구겨진 부분을 도 9의 합성이미지에 빨간색 네모로 표시된 바와 같이 구겨짐이 높이치가 명확하게 나타나도록 할 수 있다. At this time, the
이와 같은 제어기부(30)는 제1위상신호 내지 제4위상신호 간 위상차를 변경하고, 변경된 위상을 한 주기로 하여 복수 개의 조명을 턴-온 및 턴-오프 하며 전술한 특징을 보다 명확히 나타낼 수 있도록 한다.Such a
일례로, 제어기부(30)는 한 주기를 도 10에 도시된 바와 같이 λ 또는 도 11에 도시된 바와 같이 λ/2 또는 도 12에 도시된 바와 같이 λ/4 중 어느 하나를 한 주기로 설정할 수 있다. 제어기기부(30)는 설정된 각 주기에 대응해 조명을 동시에 켤 수 있다. 그리고 제어기부(30)는 설정된 각 주기에 설정된 위상 차 일례로, λ, λ/2 및 λ/4의 주기에서π/16 간격 내지 π/4 간격으로 복수 개의 조명을 켤 수 있다.As an example, the
아울러, 제어기부(30)는 조명모듈그룹에 속해 있는 적어도 두 개 이상의 조명을 동시에 턴-온 그리고 턴-오프 시킨 후, 턴-오프 된 조명의 타측에 위치하여 오프 된 적어도 두 개의 조명을 동시에 턴-온 시킬 수 있다. 일례로, 제어기부(30)는 도 13의 (a)에 도시된 바와 같이 제1조명(01)과 제2조명(02) 그리고 제5조명(05)과 제6조명(06) 그리고 제9조명(09)과 제10조명(10) 그리고 제13조명(13)과 제14조명(14)이 λ/4의 주기 내에서 동시에 턴-온 및 턴-오프 될 수 있다. 제어기부(30)는 도 13의 (b)에 도시된 바와 같이, 제1조명(01), 제2조명(02), 제3조명(03) 그리고 제7조명(07), 제8조명(08), 제9조명(09) 그리고 제13조명(13), 제14조명(14), 제15조명(15)이 λ/3의 주기 내에서 동시에 턴-온 및 턴-오프 될 수 있다.In addition, the
본 발명은 이동하는 검사체에 대하여도 라인씩 이미지 즉, 프린지이미지를 얻고 각 개별 라인에 대해 조명 밝기, 위상 및 주기를 제어하여 위상 차가 있는 이미지들을 동시에 획득한다. 그리고 획득한 이미지를 합성하여 검사체의 불량을 정확하게 검출할 수 있다.According to the present invention, images with a phase difference are obtained at the same time by obtaining an image line by line, that is, a fringe image, and controlling the brightness, phase, and period of illumination for each individual line even for a moving test object. And by synthesizing the acquired images, it is possible to accurately detect a defect in the test object.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 기술이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시 적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야 한다.Although embodiments of the present invention have been described above with reference to the accompanying drawings, those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains will understand that the present invention may be embodied in other specific forms without changing the technology or essential features. will be able Therefore, it should be understood that the embodiments described above are illustrative in all respects and not restrictive.
1: 프린지 메트릭 방법을 이용한 표면 검사 시스템
10, 10-1, 10-2: 프린지조명부
11: 프레임모듈 12, 12-1, 12-2: 조명모듈
20: 카메라부 30: 제어기부
A: 바닥면 B: 검사체
C1: 제1프린지이미지 C2: 제2프린지이미지
C3: 제3프린지이미지 C4: 제4프린지이미지
D1: 제1정렬이미지 D2: 제2정렬이미지
D3: 제3정렬이미지 D4: 제4정렬이미지
E: 합성이미지1: Surface inspection system using fringe metric method
10, 10-1, 10-2: fringe lighting unit
11:
20: camera unit 30: control unit
A: Bottom surface B: Inspection object
C1: 1st fringe image C2: 2nd fringe image
C3: 3rd fringe image C4: 4th fringe image
D1: first alignment image D2: second alignment image
D3: 3rd alignment image D4: 4th alignment image
E: Composite image
Claims (5)
검사체(B)를 촬영하여 프린지이미지를 획득하는 카메라부(20);
설정된 주기에 설정된 위상 차 간격으로 복수 개의 조명을 Nano second 단위로 제어하고,
복수 개의 조명 가운데 최 일측에 위치한 조명을 설정 시간 온(On) 시킨 후, 턴-오프(Turn-Off) 시키는 제1위상신호,
제1위상신호에 의해 턴-온 된 조명의 타측에 위치하며 제1위상신호에 의해 턴-온 된 조명의 개수와 동일한 개수만큼 턴-오프 되어 있는 조명을 턴-온 시키는 제2위상신호를 출력하여 조명모듈(12)에 인가하는 제어기부(30)를 포함하고,
제어기부(30)는,
적어도 두 개의 조명을 동시에 턴-온 그리고 턴-오프 시킨 후, 턴-오프 된 조명의 타측에 위치하여 오프 된 적어도 두 개의 조명을 동시에 턴-온 시키며,
제1위상신호를 출력할 때 마다 카메라부(20)에서 획득한 복수 개의 제1프린지이미지(C1)를 시간 순서에 따라 일렬 종대로 정렬하고, 제2위상신호를 출력할 때 마다 카메라부(20)에서 획득한 복수 개의 제2프린지이미지(C2)를 시간 순서에 따라 일렬 종대로 정렬하는 프린지이미지수신모듈(310)과,
순차적으로 수신된 복수 개의 제1프린지이미지(C1)를 일렬 종대로 배치시켜 하나의 제1정렬이미지(D1)를 생성하고, 복수 개의 제2프린지이미지(C2)를 일렬 종대로 배치시켜 하나의 제2정렬이미지(D2)를 생성하는 얼라인모듈(320)과,
제1정렬이미지(D1) 내지 제2정렬이미지(D2)를 기 설정된 산식으로 연산한 후 합성하여 합성이미지(E)를 생성하는 합성이미지생성모듈(330)을 포함하는, 프린지 메트릭 방법을 이용한 표면 검사 시스템.A test object ( B) a fringe lighting unit 10 for irradiating light;
a camera unit 20 for obtaining a fringe image by photographing the test object (B);
Controls a plurality of lights in nanosecond units at a set phase difference interval at a set period,
A first phase signal that turns on and then turns off the light located on the one side of the plurality of lights for a set time,
It is located on the other side of the lights turned on by the first phase signal and outputs a second phase signal that turns on the lights that are turned on by the same number as the number of lights turned on by the first phase signal and a controller unit 30 applied to the lighting module 12,
The control unit 30,
At least two lights are turned on and off at the same time, and then located on the other side of the turned-off lights to turn on at least two lights that are turned off at the same time,
Each time the first phase signal is output, the plurality of first fringe images C1 acquired by the camera unit 20 are arranged in a row according to the time sequence, and whenever the second phase signal is outputted, the camera unit 20 ) and a fringe image receiving module 310 for arranging a plurality of second fringe images C2 obtained in a row and column according to the time sequence;
A plurality of sequentially received first fringe images (C1) are arranged in a row to generate one first aligned image (D1), and a plurality of second fringe images (C2) are arranged in a row to form one second image (C2). 2 an alignment module 320 for generating an alignment image D2;
Surface using a fringe metric method, comprising a composite image generation module 330 that generates a composite image E by synthesizing the first aligned image D1 to the second aligned image D2 with a preset formula inspection system.
제2위상신호에 의해 턴-온 된 조명의 타측에 위치해 제2위상신호에 의해 턴-온 된 조명의 개수와 동일한 개수만큼 턴-오프되어 있는 조명을 턴-온 시키는 제3위상신호,
제3위상신호에 의해 턴-온 된 조명의 타측에 위치해 제3위상신호에 의해 턴-온 된 조명의 개수와 동일한 개수만큼 턴-오프되어 있는 조명을 턴-온 시키는 제4위상신호를 순차적으로 반복하여 출력하는, 프린지 메트릭 방법을 이용한 표면 검사 시스템.The method of claim 1, wherein the controller 30,
A third phase signal that is located on the other side of the lights turned on by the second phase signal and turns on the lights that are turned off by the same number as the number of lights turned on by the second phase signal;
The fourth phase signal is located on the other side of the lights turned on by the third phase signal and sequentially turns on the lights that are turned off by the same number as the number of lights turned on by the third phase signal. A surface inspection system using a fringe metric method that repeatedly outputs.
제3위상신호가 출력할 때 마다 제3프린지이미지(C3)를 획득하고 제4위상신호가 출력될 때 마다 제4프린지이미지(C4)를 획득하며 복수 개의 제1프린지이미지(C1) 내지 복수 개의 제4프린지이미지(C4)를 획득하고,
복수 개의 제3프린지이미지(C3)를 일렬 종대로 배치시켜 하나의 제3정렬이미지(D3)를 생성하고,
복수 개의 제4프린지이미지(C4)를 일렬 종대로 배치시켜 하나의 제4정렬이미지(D4)를 생성하여,
제1프린지이미지(C1) 내지 제4프린지이미지(C4)를 합성해 표면의 높이 차를 나타내는 합성이미지(E)를 생성하는, 프린지 메트릭 방법을 이용한 표면 검사 시스템.The method of claim 2, wherein the controller 30,
Each time the third phase signal is output, a third fringe image C3 is obtained, each time the fourth phase signal is output, a fourth fringe image C4 is obtained, and a plurality of first fringe images C1 to a plurality of fringe images C1 are obtained. Obtaining the fourth fringe image (C4),
A plurality of third fringe images (C3) are arranged in a row to generate one third aligned image (D3),
By arranging a plurality of fourth fringe images (C4) in a row, one fourth aligned image (D4) is generated,
A surface inspection system using a fringe metric method for synthesizing the first fringe image (C1) to the fourth fringe image (C4) to generate a composite image (E) representing the height difference of the surface.
프린지이미지수신모듈(310)은,
카메라부(20)에서 촬영된 복수 개의 제1프린지이미지(C1) 내지 복수 개의 제4프린지이미지(C4)를 순차적으로 수신하고,
얼라인모듈(320)은,
순차적으로 수신된 복수 개의 제3프린지이미지(C3)를 일렬 종대로 배치시켜 하나의 제3정렬이미지(D3)를 생성하고, 복수 개의 제4프린지이미지(C4)를 일렬 종대로 배치시켜 하나의 제4정렬이미지(D4)를 생성하고, 복수 개의 제4프린지이미지(C4)를 일렬 종대로 배치시켜 하나의 제4정렬이미지(D4)를 생성하고,
합성이미지생성모듈(330)은,
제3정렬이미지(D3) 내지 제4정렬이미지(D4)를 기 설정된 산식으로 연산한 후 합성하여 합성이미지(E)를 생성하는, 프린지 메트릭 방법을 이용한 표면 검사 시스템.
4. The method of claim 3,
The fringe image receiving module 310,
Sequentially receiving a plurality of first fringe images (C1) to a plurality of fourth fringe images (C4) photographed by the camera unit 20,
The alignment module 320 is
A plurality of sequentially received third fringe images (C3) are arranged in a row to generate one third aligned image (D3), and a plurality of fourth fringe images (C4) are arranged in a row to form one second image (C4). A fourth aligned image (D4) is generated, and a plurality of fourth fringe images (C4) are arranged in a row to generate one fourth aligned image (D4),
Composite image generation module 330,
A surface inspection system using a fringe metric method for generating a composite image (E) by synthesizing the third aligned image (D3) to the fourth aligned image (D4) using a preset formula.
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