KR20230158581A - 3차원 화상 생성 장치 및 3차원 화상 생성 방법 - Google Patents

3차원 화상 생성 장치 및 3차원 화상 생성 방법 Download PDF

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타카야 킨조
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야마하 로보틱스 홀딩스 가부시키가이샤
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Abstract

촬상 소자(11, 21, 31)를 사용한 복수의 카메라(10, 20, 30)와, 카메라(10, 20, 30)이 촬상한 각 화상을 처리하는 제어부(40)를 구비하며, 제어부(40)는 대상물을 포함하는 공간 내에 복수의 복셀(V)을 설정하고, 복수의 방향으로부터 복수의 복셀(V)을 촬상하며, (a) 복수의 복셀 중 하나의 복셀에 대응하는 각 촬상 소자(11, 21, 31)의 각 명도를 검출하고, (b) 검출한 각 명도 중에서 가장 작은 것을 하나의 복셀(V)의 최소 명도로서 특정하며, (c) 특정한 최소 명도가 소정의 임계값 이상인 경우에, 하나의 복셀(V)을 대상물을 포함하는 특정 복셀로서 특정하고, (a) 내지 (c)의 동작을 복수의 복셀(V) 모두에 대해 반복 실행하여, (c)에서 특정한 복수의 특정 복셀을 연결하여 대상물의 3차원 화상을 생성한다.

Description

3차원 화상 생성 장치 및 3차원 화상 생성 방법
본 발명은 카메라를 이용한 대상물의 3차원 화상 생성 장치 및 3차원 화상 생성 방법에 관한 것이다.
반도체 칩의 패드와 기판의 리드를 연결하는 본딩 와이어(이하, 와이어라고 함) 등의 대상물의 3차원 화상을 생성하는 방법이 제안되어 있다(예를 들면, 특허문헌 1 참조).
특허문헌 1에 기재된 방법은, 와이어를 링형상 조명기로 조명하고, 포커싱 심도를 얕게 한 광학계를 이용하여 포커싱 높이를 변화시키면서 와이어 화상을 촬상하며, 각 와이어 화상의 중심에 나타난 어두운 부분을 검출함으로써, 각 포커싱 높이에서의 와이어의 각 XY 좌표를 검출하고, 이들 데이터로부터 와이어 전체의 3차원 형상을 검출하여 3차원 화상을 생성하는 것이다.
특허문헌 1: 일본 특허 제3235009호 명세서
그러나, 특허문헌 1에 기재된 방법에서는 광학계의 포커싱 높이를 변화시켜 복수의 화상을 촬상하는 것이 필요하기 때문에, 3차원 화상의 생성에 걸리는 시간이 길어져 버린다고 하는 문제가 있다.
따라서, 본 발명은 단시간에 대상물의 3차원 화상을 생성하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 3차원 화상 생성 장치는 촬상 소자를 이용한 복수의 카메라와, 카메라가 촬상한 각 화상을 처리하는 제어부를 구비하며, 제어부는 대상물을 포함하는 공간 내에 복수의 복셀을 설정하고, 복수의 카메라로 복수의 방향으로부터 복수의 복셀을 촬상하며, (a) 복수의 복셀 중 하나의 복셀에 대응하는 각 카메라의 각 촬상 소자의 각 명도(明度)를 검출하고, (b) 각 카메라가 검출한 각 명도 중에서 가장 작은 것을 하나의 복셀의 최소 명도로서 특정하며, (c) 특정한 최소 명도가 소정의 임계값 이상인 경우에, 하나의 복셀을 대상물을 포함하는 특정 복셀로서 특정하고, (a) 내지 (c)의 동작을 복수의 복셀 모두에 대해 반복 실행하며, (c)에서 특정한 복수의 특정 복셀을 연결하여 대상물의 3차원 화상을 생성하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 3차원 화상 생성 방법은 촬상 소자를 이용한 복수의 카메라를 준비하고, 대상물을 포함하는 공간 내에 복수의 복셀을 설정하며, 복수의 카메라로 복수의 방향으로부터 복수의 복셀을 촬상하고, (a) 복수의 복셀 중 하나의 복셀에 대응하는 각 카메라의 각 촬상 소자의 각 명도를 검출하며, (b) 각 카메라가 검출한 각 명도 중에서 가장 작은 것을 하나의 복셀의 최소 명도로서 특정하고, (c) 특정한 최소 명도가 소정의 역치 이상인 경우에, 하나의 복셀을 대상물을 포함하는 특정 복셀로서 특정하고, (a) 내지 (c)의 동작을 복수의 복셀 모두에 대해 반복 실행하여, (c)에서 특정한 복수의 특정 복셀을 연결하여 대상물의 3차원 화상을 생성하는 것을 특징으로 한다.
이와 같이, 복수의 카메라로 촬영한 화상을 처리하여 3차원 화상을 생성하므로, 광학계의 포커싱 높이를 변화시키는 등의 하드웨어의 동작을 수반하지 않고 3차원 화상을 생성할 수 있으며, 단시간에 대상물의 3차원 화상을 생성할 수 있다.
본 발명의 3차원 화상 생성 방법에 있어서, 대상물을 상방으로부터 조명하고, 복수의 카메라는 대상물의 상방으로 설정할 수 있다.
이에 따라, 간단한 방법으로 3차원 화상의 생성을 행할 수 있다.
본 발명의 3차원 화상 생성 방법에 있어서, 대상물은 반도체 소자의 전극과 기판의 전극, 또는 반도체 소자의 하나의 전극과 반도체 소자의 다른 전극을 연결하는 와이어일 수도 있다.
이와 같이, 와이어의 3차원 화상 생성을 단시간에 행할 수 있다.
본 발명은 단시간에 대상물의 3차원 화상을 생성할 수 있다.
도 1은 실시예의 3차원 화상 생성 방법을 실행하는 3차원 화상 생성 장치의 구성을 나타내는 계통도이다.
도 2는 도 1에 도시된 y=y1 면의 복셀을 복수의 카메라로 촬상한 경우의 각 복셀 중심과 각 카메라의 촬상 소자의 위치와의 관계를 나타내는 설명도이다.
도 3은 실시예의 3차원 화상 생성 방법의 공정을 나타내는 흐름도이다.
도 4는 도 3에 도시된 공정중의 대상물을 포함하는 특정 복셀을 특정하는 처리를 나타내는 흐름도이다.
도 5는 각 복셀의 최소 명도와 특정 복셀의 특정 처리를 설명하는 표이다.
이하, 도면을 참조하면서 실시예의 3차원 화상 생성 방법을 실행하는 3차원 화상 생성 장치(100)에 대하여 설명한다. 이하의 설명에서는, 3차원 화상 생성 장치(100)는 도 1에 나타낸 바와 같이, 반도체 소자의 전극(51)과 기판의 전극(52)을 연결하는 와이어(53)의 3차원 화상을 생성하는 것으로 설명하지만, 다른 대상물의 3차원 화상을 생성하는 것도 가능하다.
3차원 화상 생성 장치(100)는 촬상 소자를 이용한 3개의 카메라(10, 20, 30)와, 카메라(10, 20, 30)가 촬상한 화상을 처리하여 대상물인 와이어(53)의 3차원 화상을 생성하는 제어부(40)와, 와이어(53)를 조명하는 광원(45)을 포함하고 있다. 본 실시예에서는, 카메라는 3개로 설명하지만, 복수이면 3개에 한정되지 않고, 2개일 수도 4개 이상일 수도 있다.
광원(45)은 와이어(53)의 상방에 배치되어 있다. 또한, 카메라(10)는 와이어(53)의 상방에 배치되어 있으며, 카메라(20, 30)는 와이어(53)의 상방에서 각 광축(20a, 30a)이 카메라(10)의 광축(10a)에 대해 경사지도록 배치되어 있다. 제어부(40)는, 내부에 정보 처리를 행하는 CPU(41)와 메모리(42)를 포함하는 컴퓨터로 구성되어 있다.
와이어(53)를 포함하는 공간에는 복수의 복셀(V)이 설정되어 있다. 복셀(V)은 와이어(53)가 존재하는 모든 공간 내에 설정되어 있다. 복셀(V)의 각 중심 좌표는 Vc(x, y, h)로 표현된다. 도 1에서는 와이어(53)를 포함하는 공간에 설정된 9개의 복셀(V1 내지 V9)을 나타낸다. 9개의 복셀(V1 내지 V9)는, 각 중심 좌표는 Vc(x, y, h)의 y방향의 좌표가 y1의 평면 내에 위치하고 있고, x좌표가 x1, x2, x3이고, 각각 높이(h)가 h1, h2, h3의 위치로 되어 있다. 또한, Vc(x2, y1, h2)에 중심이 있는 복셀(V5)에는 와이어(53)의 y=y1의 단면이 위치하고 있다.
다음으로, 도 2를 참조하면서, 도 1을 참조하여 설명한 9개의 복셀(V1 내지 V9)과 각 카메라(10, 20, 30)의 각 촬상 소자(11, 21, 31)의 각 화소의 위치와의 관계 예에 대해 설명한다.
복셀(V1)은 중심 위치(Vc(x1, y1, h1))이며, 카메라(10)의 촬상 소자(11)의 화소(P11), 카메라(20)의 촬상 소자(21)의 화소(P23), 카메라(30)의 촬상 소자(31)의 화소(P31)에 대응한다. 마찬가지로, 복셀(V2)의 중심 위치(Vc(x2, y1, h1))는 촬상 소자(11)의 화소(P12)에 대응하고, 촬상 소자(21)의 화소(P24) 및 촬상 소자(31)의 화소(P32)에 대응한다. 또한, 복셀(V3)의 중심 위치(Vc(x3, y1, h1))는 촬상 소자(11)의 화소(P13)에 대응하고, 촬상 소자(21)의 화소(P25) 및 촬상 소자(31)의 화소(P33)에 대응한다. 이하, 마찬가지로, 복셀(V4)의 중심 위치(Vc(x1, y1, h2))는 화소(P11), 화소(P22), 화소(P32)에 대응하고, 복셀(V5)의 중심 위치 (Vc(x2, y1, h2))는 화소(P12), 화소(P23), 화소(P33)에 대응하고, 복셀(V6)의 중심 위치(Vc(x3, y1, h2))는 화소(P13), 화소(P24), 화소(P34)에 대응한다. 또한, 복셀(V7)의 중심 위치(Vc(x1, y1, h3))는 화소(P11), 화소(P21), 화소(P33)에 대응하고, 복셀(V8)의 중심 위치(Vc(x2, y1, h3))는 화소(P12), 화소(P22), 화소(P34)에 대응하여, 복셀(V9)의 중심 위치(Vc(x3, y1, h3))는 화소(P13), 화소(P23) 및 화소(P35)에 대응한다.
그리고, 각 카메라(10, 20, 30)에서 복셀(V1~V9)를 촬상하면, 각 복셀(V1~V9)의 명도는 대응하는 각 카메라(10, 20, 30)의 각 촬상 소자(11, 21, 31)의 각 대응하는 화소의 명도로서 검출된다.
이어, 도 3 내지 도 5를 참조하여 3차원 화상 생성 장치(100)의 동작에 대해 설명한다.
3차원 화상 생성 장치(100)의 제어부(40)의 CPU(41)는 도 3의 S101 단계에 나타내는 바와 같이, 복수의 카메라(10, 20, 30)로 복수의 방향으로부터 복수의 복셀(V)을 촬상한다. 그리고, S102 단계에서 각 카메라(10, 20, 30)가 촬상한 화상 분석면을 y=0의 면으로 설정하고, S103 단계에서 y=0의 면 중에서 대상물인 와이어(53)를 포함하는 복셀(V)을 특정 복셀로서 특정한다. 그리고, y가 복셀(V)이 존재하는 y의 최대값인 yend가 될 때까지 S105 단계에서 y를 Δy씩 증가시켜 S103 단계를 반복 실행한다. 그리고, S104 단계에서 YES라고 판단한 경우에는, 도 3의 S106 단계로 진행하여 S103 단계에서 특정한 복수의 특정 복셀을 연결하여 대상물의 3차원 화상을 생성한다.
여기서, 제어부(40)의 CPU(41)가 실행하는 도 3의 S103 단계의 대상물을 포함하는 특정 복셀을 특정하는 처리의 예에 대해, 도 4 및 도 5를 참조하여 설명한다. 이하의 설명에서는, 도 1에 도시된 y=y1의 평면에 중심 좌표가 위치하는 복셀(V1 내지 V9)에서 대상물인 와이어(53)를 포함하는 특정 복셀을 특정하는 처리에 대하여 설명한다.
도 3을 참조하여 설명한 바와 같이, 각 카메라(10, 20, 30)로 복셀(V1 내지 V9)을 촬상하면, 각 복셀(V1 내지 V9)의 명도는 대응하는 각 카메라(10, 20, 30)의 각 촬상 소자(11, 21, 31)의 각 대응하는 화소의 명도로서 검출된다. 와이어(53)를 포함하는 복셀(V)은 와이어(53)에서 빛이 반사되기 때문에, 와이어(53)를 포함하는 복셀(V)에 대응하는 화소는 밝은 명도(1)를 검출한다. 한편, 와이어(53)를 포함하지 않는 복셀(V)은 광을 반사하지 않기 때문에 어두운 명도(0)를 검출한다. 다만, 복셀(V)과 화소의 광로 사이 또는 광로의 연장선 상에 와이어(53)를 포함하는 다른 복셀(V)이 존재하면, 그 화소는 다른 복셀(V)의 밝은 명도(1)를 검출한다.
도 4의 S201 단계에 나타낸 바와 같이, 제어부(40)의 CPU(41)는 카메라(10, 20, 30)가 촬상한 화상으로부터, 복수의 복셀 중 하나의 복셀에 대응하는 각 카메라(10, 20, 30)의 각 촬상 소자(11, 21, 31)의 각 명도를 검출한다.
CPU(41)가 복셀(V1)의 명도를 검출하는 경우에 대하여 설명한다. 도 2 및 도 5에 나타낸 바와 같이, 복셀(V1)은 와이어(53)를 포함하지 않는 복셀(V)이다. 대응하는 카메라(10, 30)의 각 촬상 소자(11, 31)의 화소(P11, P31)는 화소(P11, P31)와 복셀(V1) 사이에 와이어(53)가 존재하지 않기 때문에, 복셀(V1)의 어두운 명도(0)를 검출한다. 한편, 대응하는 카메라(20)의 촬상 소자(21)의 화소(P23)는 복셀(V1)과 화소(P23) 사이에 와이어(53)를 포함하는 복셀(V5)이 존재하므로, 복셀(V1)의 어두운 명도가 아니라, 복셀(V5)의 밝은 명도(1)를 검출한다. 이 때문에, CPU(41)는 도 5에 나타낸 바와 같이, 복셀(V1)에 대응하는 3개의 화소(P11, P23, P31)의 명도를 각각 명도 0, 1, 0으로 검출한다.
다음으로, CPU(41)는 도 4의 S202 단계로 진행하여, 각 카메라(10, 20, 30)가 검출한 각 명도 중에서 가장 작은 것을 그 복셀(V)의 최소 명도로서 특정한다. 복셀(V1)에서는, 검출한 명도는 0, 1, 0이므로, 최소 명도는 0으로 특정한다.
그리고, CPU(41)는 도 4의 S203 단계로 진행하여, 특정한 최소 명도가 소정의 역치보다 큰 경우에, 그 복셀은 대상물인 와이어(53)를 포함하는 특정 복셀로 특정한다. 역치는 0보다 큰 소정의 값으로 할 수 있으며, 예를 들어 1로 할 수도 있다. 복셀(V1)인 경우, 최소 명도가 0이기 때문에, CPU(41)는 복셀(V1)을 특정 복셀로 특정하지 않고 도 4의 S204 단계로 진행하고, y=y1의 면에 중심이 있는 모든 복셀(V)에 대해 S201~S203 단계의 처리를 행했는지 여부를 판단하고, NO인 경우, S201 단계로 되돌아가 다음 복셀(V)에 대하여 S201~S203 단계의 처리를 행한다.
CPU(41)는 복셀(V1)의 처리를 행한 후, 도 4의 S204 단계에서 "NO"로 판단하여 도 4의 S201 단계로 되돌아가, 복셀(V2)에 대해 S201 내지 S203 단계의 처리를 행한다.
CPU(41)는 도 5에 나타낸 바와 같이, 복셀(V1)과 마찬가지로, 복셀(V2)에 대응하는 3개의 화소(P12, P24, P32)의 명도를 검출한다. 이 경우, 복셀(V2)과 화소(P12) 사이에는 와이어(53)를 포함하는 복셀(V5)이 위치하고 있기 때문에, 화소(P12)는 명도 1을 검출한다. 따라서, CPU(41)는 복셀(V2)에 대응하는 3개의 화소(P12, P24, P32)의 명도를 1,0,0으로 검출한다. 그리고, CPU(41)는 S202 단계에서 복셀(V2)의 최소 명도를 0으로 특정하고, S203 단계에서 복셀(V2)를 특정 복셀로 특정하지 않고 도 4의 S204 단계로 진행하여 복셀(V3)의 처리를 수행한다.
이하, 마찬가지로 CPU(41)는 도 5에 나타낸 바와 같이, 복셀(V3 내지 V4)에 대해 각 화소의 명도를 특정하고, 최소 명도를 0으로 특정하며, 복셀(V3 내지 V4)을 특정 복셀로 하지 않는다.
CPU(41)는 복셀(V5)에 대응하는 각 화소(P12, P23, P33)의 각 명도를 검출한다. 복셀(V5)은 와이어(53)를 각각 포함하는 복셀(V)이기 때문에, 각 카메라(10, 20, 30) 중 어느 하나의 촬상 소자(11, 21, 31)의 대응하는 화소(P12, P23, P33)도 밝은 명도 1을 검출한다. 따라서, CPU(41)는 복셀(V5)의 최소 명도를 1로 특정하고, 복셀(V5)을 특정 복셀로 특정하여 복셀(V6)의 처리로 진행한다.
도 5에 나타낸 바와 같이, CPU(41)는 S201 단계에서 복셀(V6)에 대응하는 각 화소의 각 명도를 각각 0,0,0으로 특정한다. 그 후, CPU(41)는 S202 단계에서 복셀(V6)의 최소 명도를 0으로 특정하고, 복셀(V6)을 특정 복셀로 하지 않고 복셀(V7)의 처리로 진행한다.
복셀(V7)은 복셀(V7)과 카메라(30)의 대응하는 화소(P33) 사이의 광로의 연장선 상에 와이어(53)가 위치하고 있다. 이 때문에, CPU(41)는 복셀(V7)에 대응하는 각 화소(P11, P21, P31)를 각각 0, 0, 1로 특정한다. 그리고, CPU(41)는 복셀(V7)의 최소 명도를 0으로 특정하고, 복셀(V7)을 특정 복셀로 하지 않고 복셀(V8, V9)의 처리로 진행한다.
복셀(V7)과 마찬가지로, CPU(41)는 복셀(V8, V9)의 대응하는 화소의 명도를 각각 1,0,0 및 0,1,0으로 검출하고, 각 최소 명도를 0으로 특정하며, 복셀(V8, V9)을 특정 복셀로 하지 않고 도 4의 S204 단계로 진행하며, S204 단계에서 YES로 판단하여 도 3의 S103 단계에 나타낸 대상물을 포함하는 특정 복셀을 특정하는 처리를 종료한다.
이 처리에 의해, CPU(41)는 도 5에 나타낸 바와 같이 y=y1의 평면에 좌표 중심에 있는 9개의 복셀(V1 내지 V9) 중에서 와이어(53)를 포함하는 복셀(V5)만을 특정 복셀로서 특정한다.
CPU(41)는 y를 Δy씩 변화시켜, 복셀(V)이 존재하는 모든 공간에서 도 3의 S103 단계의 처리를 실행한다면, 도 3의 S104 단계에서 YES라고 판단하여 도 3의 S106 단계로 진행하여 각 평면에서의 특정 복셀을 연결함으로써, 와이어(53)의 3차원 화상을 생성한다.
이와 같이, 실시예의 3차원 화상 생성 방법은 대상물을 포함하는 공간 내에 복수의 복셀(V)을 설정하고, 복수의 복셀(V)을 서로 다른 각도로부터 복수의 카메라(10, 20, 30)로 촬상한 경우, 대상물을 포함하는 복셀(V)에 대응하는 각 카메라(10, 20, 30)의 각 화소가 검출하는 명도는 대상물에 의한 반사에 의해 모두 밝은 명도 1이 되고, 그 복셀(V)의 최소 명도는 1이 된다. 한편, 대상물이 존재하지 않는 복셀(V)에 대응하는 각 카메라(10, 20, 30)의 각 화소가 검출하는 명도 중 적어도 하나가 어두운 명도 0이 되고, 그 복셀(V)의 최소 명도는 0이 된다. 이에 따라, 최소 명도가 1이 되는 경우에 그 복셀(V)을 대상물을 포함하는 특정 복셀로 특정하고, 그 특정 복셀을 연결하여 대상물의 3차원 화상을 생성하는 것이다.
이상 설명한 바와 같이, 실시예의 3차원 화상 생성 장치(100)는 복수의 카메라(10, 20, 30)로 촬영한 화상을 처리하여 3차원 화상을 생성하므로, 광학계의 포커싱 높이를 변화시키는 등의 하드웨어의 동작을 수반하지 않고 3차원 화상을 생성할 수 있고, 단시간에 와이어(53) 등의 대상물의 3차원 화상을 생성할 수 있다.
10, 20, 30: 카메라 10a, 20a, 30a: 광축
11, 21, 31: 촬상 소자 40: 제어부
41: CPU 42: 메모리
45: 광원 51, 52: 전극
53: 와이어 100: 3차원 화상 생성 장치

Claims (5)

  1. 3차원 화상 생성 장치에 있어서,
    촬상 소자를 이용한 복수의 카메라와,
    상기 카메라가 촬상한 각 화상을 처리하는 제어부를 구비하고,
    상기 제어부는
    대상물을 포함하는 공간 내에 복수의 복셀을 설정하고,
    복수의 상기 카메라로 복수의 방향으로부터 복수의 복셀을 촬상하며,
    (a) 복수의 복셀 중 하나의 복셀에 대응하는 각 상기 카메라의 각 상기 촬상 소자의 각 명도를 검출하고,
    (b) 각 상기 카메라가 검출한 각 명도 중에서 가장 작은 것을 상기 하나의 복셀의 최소 명도로서 특정하며,
    (c) 특정한 최소 명도가 소정의 임계값 이상인 경우에, 상기 하나의 복셀을 상기 대상물을 포함하는 특정 복셀로서 특정하고,
    상기 (a) 내지 (c)의 동작을 복수의 복셀 모두에 대해 반복 실행하여,
    (c)에서 특정한 복수의 특정 복셀을 연결하여 상기 대상물의 3차원 화상을 생성하는 것을 특징으로 하는 3차원 화상 생성 장치.
  2. 3차원 화상 생성 방법에 있어서,
    촬상 소자를 이용한 복수의 카메라를 준비하고,
    대상물을 포함하는 공간 내에 복수의 복셀을 설정하며,
    복수의 상기 카메라로 복수의 방향으로부터 복수의 복셀을 촬상하고,
    (a) 복수의 복셀 중 하나의 복셀에 대응하는 각 상기 카메라의 각 상기 촬상 소자의 각 명도를 검출하며,
    (b) 각 상기 카메라가 검출한 각 명도 중에서 가장 작은 것을 상기 하나의 복셀의 최소 명도로서 특정하고,
    (c) 특정한 최소 명도가 소정의 임계치 이상인 경우에, 상기 하나의 복셀을 상기 대상물을 포함하는 특정 복셀로서 특정하며,
    상기 (a) 내지 (c)의 동작을 복수의 복셀 모두에 대해 반복 실행하여,
    (c)에서 특정한 복수의 특정 복셀을 연결하여 상기 대상물의 3차원 화상을 생성하는 것을 특징으로 하는 3차원 화상 생성 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 대상물을 상방으로부터 조명하고,
    복수의 상기 카메라는 상기 대상물의 상방으로 설정하는 것을 특징으로 하는 3차원 화상 생성 방법.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 대상물은 반도체 소자의 전극과 기판의 전극, 또는, 상기 반도체 소자의 하나의 전극과 상기 반도체 소자의 다른 전극을 연결하는 와이어인 것을 특징으로 하는 3차원 화상 생성 방법.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 대상물은 반도체 소자의 전극과 기판의 전극, 또는, 상기 반도체 소자의 하나의 전극과 상기 반도체 소자의 다른 전극을 연결하는 와이어인 것을 특징으로 하는3차원 화상 생성 방법.
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