TW201910748A - 光學檢測系統及影像處理方法 - Google Patents

Abstract

一種光學檢測系統，包含至少一光源模組、複數影像感測器單元及一編輯運算單元。每個光源模組供產生一光線以照射一物件；每個影像感測器單元用以擷取該物件之一檢測影像，其中在相鄰二影像感測器單元所擷取之檢測影像中具有一重覆影像；編輯運算單元接收影像感測器單元所截取之檢測影像，並以檢測影像中之重覆影像來定位該等檢測影像，並對定位後之檢測影像進行重組來產生一全幅檢測影像。

Description

光學檢測系統及影像處理方法

本創作是關於以光學方法為特徵之計量設備，且特別是有關於影像處理系統及影像處理方法。

自動光學檢測(Automated Optical Inspection；簡稱AOI)為一種高速高精度光學影像檢測系統，其運用機器視覺做為檢測標準技術，作為改良傳統上以人力使用光學儀器進行檢測的缺點。

一般來說，在待測物件(例如：半導體晶片)製作完成後，必須經過一檢測流程，利用自動光學檢測裝置檢測待測物件的外觀，篩選排除外觀具有明顯瑕疵的物件。更明確地說，自動光學檢測係由光學檢測機台的運作來進行，在檢測過程中，係以光線照射待測物件，再透過影像感測器單元擷取待測物件照射後的圖像來進行瑕疵的判斷。

在過去，自動光學檢測大多採用面掃描(area-scan)攝影裝置來截取待測物件的影像。面掃描攝影裝置主要包含一鏡頭及一攝影機，鏡頭的視野範圍將待測物件納入而進行拍攝；然而，面掃描攝影裝置的影像解析度受限於鏡頭和攝影機的解析度，故當視野範圍愈大，影像解析度愈差，且其還具有取像速度慢的缺點，故難以滿足產業需求。

依據本發明提供一種光學檢測系統，其包含至少一光源模組、複數影像感測器單元及一編輯運算單元；每個光源模組供產生一光線以照射一物件；每個影像感測器單元用以擷取物件之一檢測影像，其中在相鄰二影像感測器單元所擷取之檢測影像中具有一重覆影像；編輯運算單元接收影像感測器單元所截取之檢測影像，並以檢測影像中之重覆影像來定位該等檢測影像，並對定位後之檢測影像進行重組來產生一全幅檢測影像。

在本創作之一實施方式中，其中編輯運算單元依據檢測影像之定位，將影像感測器單元中之一者形成之檢測影像，以及其它影像感測器單元形成之複數局部影像的重組來產生全幅檢測影像，各局部影像為檢測影像不包含重覆影像之部分。

在本創作之一實施方式中，編輯運算單元依據檢測影像之定位，將影像感測器單元形成之複數局部影像的重組來形成全幅檢測影像，局部影像為檢測影像不包含與排列在前或排列在後之影像感測晶片具重覆影像之部分。

在本創作之一實施方式中，編輯運算單元以一暗影像及一亮影像來對全幅檢測影像進行均勻度補償。

在本創作之一實施方式中，光學檢測系統更包含一非揮發性記憶體、一揮發性記憶體及一類比數位轉換單元，非揮發性記憶體耦接於編輯運算單元並供儲存暗影像及亮影像，揮發性記憶體耦接於編輯運算單元並用以儲存檢測影像；類比數位轉換單元電連接影像感測器單元及編輯運算單元之間，用以將影像感測器單元擷取之類比形式之檢測影像轉換為數位形式之檢測影像以利於編輯運算及儲存。

在本創作之一實施方式中，影像處理模組更包含一驅動單元，耦接於編輯運算單元並用以將全幅檢測影像輸出至一電腦。

在本創作之一實施方式中，光源模組及影像感測器單元設於物件的一側，每個影像感測器單元用以擷取物件反射光線產生之檢測影像。

在本創作之一實施方式中，光源模組及影像感測器單元分設於物件的相反兩側，每個影像感測器單元用以擷取光線中穿透物件之部分所形成之檢測影像。

在本創作之一實施方式中，光學檢測系統更包含一分光鏡，位於光源模組產生之光線之行徑路徑及檢測影像之行徑路徑之交會處。

在本創作之一實施方式中，光學檢測系統可包含複數光源模組，這些光源模組分設於該物件的相反兩側，並個別供產生一光線以照射物件；每個影像感測器單元同時擷取物件反射光線產生之檢測影像及穿透物件之部分光線所形成之檢測影像。

依據本發明提供一種影像處理方法，適用於一光學檢測系統，該影像處理方法包含下列步驟：擷取不同來源之複數檢測影像；偵測影像之複數重覆影像；依據重覆影像定位該等檢測影像；以及依據檢測影像之定位產生一全幅檢測影像。

在本創作之一實施方式中，其中偵測該檢測影像之複數共同特徵之步驟更包含：於檢測影像進行一影像前處理操作，以將類比形式的複數檢測影像轉換為數位形式的複數檢測影像。

在本創作之一實施方式中，更包含以一暗影像及一亮影像對該全幅檢測影像或檢測影像進行均勻度補償。

請參見圖1及圖2，其等分別繪示依照本創作之光學檢測系統之立體圖及側視圖。光學檢測系統(未另標號)用以檢測一待測物件O，其包含一輸送裝置20及一光學檢測裝置30；輸送裝置20的一輸送帶22將待測物件O輸送至光學檢測裝置30處，使光學檢測裝置30對待測物件O進行檢測來判斷待測物件O的表面使否有異物、刮痕等瑕疵。前述的待測物件O可例如，但不限制，為印刷電路板、半導體晶片、面板、紡織、布疋、鋼板、玻璃、印材。

輸送裝置20還包含複數滾輪24，輸送帶22呈圍繞狀地纏繞於滾輪24；滾輪24可受馬達(圖中未示)驅動而旋轉，使得輸送帶22可沿著預定的一第一方向Y帶動待測物件O移動。申言之，輸送裝置20用以帶動放置在輸送帶22上的每一待測物件O移動。

請同時參見圖3，其繪示依照本創作之影像處理模組之電路方塊圖；為了方便說明，圖3同時繪示出影像感測器單元340。光學檢測裝置30包含至少一光源模組32、一影像擷取模組34及一影像處理模組36。光源模組32朝輸送帶22的方向投射光線，以提供影像擷取模組34擷取影像的足夠光源。在圖2中，光源模組32配置在待測物件O的一側以提供單側光。

光源模組32提供的光線可以是具有特定發光角度以涵蓋整個待測物件O的線性光源，其可以複數發光二極體(light emitting diode, LED)、燈管或燈泡來實現；再者，光源模組32可供產生白光、特定波長的可見光或不可見光。

影像擷取模組34具有特定視角(view angle)，以對照亮後的待測物件O進行影像擷取。影像處理模組36接收來自於影像擷取模組34擷取的檢測影像，並將前述的檢測影像進行重組來產生一全幅檢測影像，以供辨別待測物件O為良品或具有瑕疵的不良品。

在圖2中，光源模組32的光軸及影像擷取模組34的光軸間可具有一夾角θ，其滿足下列條件： 1° ≤ θ＜ 90°。

其次，影像擷取模組34的光軸可平行於待測物件O之一底表面(或一頂表面)的法線N。再者，光源模組32在垂直於第一方向Y之一第二方向X的長度可大於影像擷取模組34在第二方向X的長度，藉以提供得以照整個待測物件O的光線。

影像擷取模組34包含複數影像感測器單元340，其等可為電荷耦合元件(Charge-coupled Device；簡稱CCD)或互補式金屬氧化物半導體(Complementary Metal-Oxide-Semiconductor；簡稱CMOS)元件；其中，影像感測器單元340的數量可視待測物件O的尺寸來調整，一般來說，待測物件O的尺寸愈大，則影像感測器單元340的數量亦愈多。影像擷取模組34還可包含至少一鏡頭342，其配置在待測物件O及影像感測器單元340之間，用以將檢測影像聚焦於影像感測器單元340；鏡頭342可例如是放大倍率等於或大於1的鏡頭。

影像感測器單元340可沿著垂直於第二方向X排列；每個影像感測器單元340用以擷取待測物件O局部的檢測影像，且相鄰二影像感測器單元340所擷取之檢測影像彼此具有重疊區。換言之，相鄰二影像感測器單元340擷取到的檢測影像中含有一重覆影像。影像擷取模組36接收來自於每個影像感測器單元340提供的局部的檢測影像，並將這些檢測影像進行重組來產生全幅檢測影像。

每個影像感測器單元340可包含複數像素，其等用於將待測物件O因反射光線而產生的影像光線經光電轉換效應轉換成以類比形式表示之檢測影像以利於傳送。在本創作中，每個影像感測器單元340可例如包含P個像素(如圖3所示)。

為了讓相鄰二影像感測器單元340所擷取之檢測影像中含有重疊影像，可選擇讓相鄰二影像感測器單元340在第一方向Y呈錯位配置，且此二影像感測器單元340的部分像素位在第二方向X的相同位置來讓其等的擷取的檢測影像具有重疊區。舉例來說，在圖3中，位於最左側的第一個影像感測器單元340中的第P-n像素至第P像素可與位於中間的第二個影像感測器單元340中的第1像素至第n+1像素擷取相同的檢測影像；同樣地，第二個影像感測器單元340中的第P-n像素至第P像素可與最右側的第三個影像感測器單元340中的第1像素至第n+1像素擷取相同的檢測影像，以此類推。申言之，在圖3中，除了排列在最左側的第一個影像感測器單元340外，其餘的每個影像感測器單元340之第1至n+1像素會擷取與排列在前之影像感測器單元340之第P-n至P像素相同的檢測影像(即前述的重覆影像)，藉此來避免全幅檢測影像出現影像不相連(或稱不連續)的問題。

在此要特別說明的是，讓相鄰二影像感測器單元340所擷取之檢測影像彼此間包含有重疊區的方法並不侷限於前段所述的讓相鄰二影像感測器單元340呈錯位配置來實現。在實際實施時，可選擇讓所有的影像感測器單元340沿著第二方向X呈線性排列，再透過設在影像感測器單元340及待測物件O之間之至少一透鏡來增加各影像感測器單元340所擷取到的檢測影像的範圍，進而讓實現相鄰二影像感測器單元340所擷取的檢測影像彼此具有重疊區之效果。

此外，要特別說明的是，如在圖3所示，非位於影像擷取模組34邊緣(即非位於最左側或最右側)的影像感測器單元340所擷取之檢測影像會包含兩個重疊影像，意即第二影像感測器單元340之第1至n+1像素擷取之檢測影像會分別相同於第一影像感測器單元340第P-n至P像素所擷取之檢測影像，同時第二影像感測器單元340之第P-n至P像素擷取之檢測影像會分別相同於第三影像感測器單元340第1至n+1像素所擷取之檢測影像。

請同時參見圖4，其繪示依照本創作之影像處理模組之電路方塊圖；為了方便說明，圖4同時繪示出影像感測器單元340。影像處理模組36包含一類比數位轉換單元360、一編輯運算單元362、一驅動單元364、一揮發性記憶體366及一非揮發性記憶體368。影像感測器單元340分別電連接於類比數位轉換單元360，編輯運算單元362電連接於類比數位轉換單元360、驅動單元364、揮發性記憶體366及非揮發性記憶體368。驅動單元364可透過至少一實體線(physical line)連接至一電腦C，以將全幅檢測影像傳遞至電腦C。

類比數位轉換單元360接收來自於影像感測器單元340之以類比形式的檢測影像(以下稱類比檢測影像)，並將類比檢測影像轉換成以數位形式表示的檢測影像(以下稱數位檢測影像)；數位檢測影像接著會傳遞至編輯運算單元362。

編輯運算單元362可為現場可程式邏輯閘陣列(Field Programmable Gate Array；縮寫為FPGA)。編輯運算單元362接收數位影像資料，並用以提供資料處理及運算之功能。更具體言之，編輯運算單元362可讓數位檢測影像進行重組及均勻度補償來產生一全幅檢測影像。

編輯運算單元362可優先把數位檢測影像儲存於揮發性記憶體366中，之後再進行數位檢測影像的重組及均勻度補償。歸因於揮發性記憶體366具有可定址之特性，故可讓來自於不同影像感測器單元340的數位檢測影像在揮發性記憶體366中的空間相對位置對應於各影像感測器單元340的實際排列位置，以利於影像重組及均勻度補償。當然，在實際實施時，編輯運算單元362也可以直接把接收到的數位檢測影像進行重組及均勻度補償(意即可對不是已儲存於揮發性記憶體366中數位檢測影像進行重組及均勻度補償)。

在進行資料重組時，編輯運算單元362會接收來自於不同影像感測器單元340之數位檢測影像；這些數位檢測影像可以是來自於影像感測器單元340即時擷取並經過類比數位轉換單元360轉換後的數位檢測影像，或是儲存於揮發性記憶體366中的數位檢測影像。

接著，編輯運算單元362會在所有的數位檢測影像中，找出重覆影像，並以重覆影像來定位其它的數位檢測影像。更具體言之，相鄰二影像感測器單元340擷取到的檢測影像中含有重覆影像以如前述，因此，當編輯運算單元362找到重覆影像資料時，表示具有重覆影像資料的數位檢測影像應比鄰排列，如此即可完成相鄰二影像感測器單元340擷取的數位檢測影像的定位。編輯運算單元362可藉由一或多次比對數位檢測影像以找出重覆影像，並完成所有數位檢測影像的定位。

之後，編輯運算單元362會對定位完成之數位檢測影像進行重組來產生該全幅檢測影像。復參見圖3；編輯運算單元362可使用最左側第一影像感測器單元340之第1至P像素擷取之數位檢測影像，以及中間第二影像感測器單元340之第n+2至P像素擷取之數位檢測影像的重組來產生全幅檢測影像。申言之，編輯運算單元362使用影像擷取模組34中之第一個影像感測器單元340擷取之數位檢測影像，以及其它影像感測器單元340所擷取之不包含與排列在前之影像感測器單元340具重覆影像之數位檢測影像來產生全幅檢測影像。

編輯運算單元362也可使用第一及第二影像感測器單元340之第1至P-n-1像素擷取之數位檢測影像，以及第三影像感測器單元340之第1至P像素擷取到的數位檢測影像的重組來產生全幅影像。申言之，編輯運算單元362使用影像擷取模組34中之最後一個影像感測器單元340擷取之數位檢測影像，以及其它影像感測器單元340所擷取之不包含與排列在後之影像感測器單元340具重覆影像之數位檢測影像來產生全幅檢測影像。

當然，編輯運算單元362也不排除是使用每個影像感測器單元340之第1至P-n-1像素擷取之數位檢測影像的重組來產生全幅檢測影像。申言之，編輯運算單元362使用影像擷取模組34中各影像感測器單元340所擷取之不包含與排列在前或排列在後之影像感測器單元340具重覆影像之數位檢測影像的重組來產生全幅檢測影像。

此外，編輯運算單元362可進一步對各數位檢測影像或全幅檢測影像進行均勻度補償。在進行均勻度補償時，編輯運算單元362會於非揮發性記憶體368擷取其所儲存之暗影像(dark image)及亮影像(bright image)，並接著使各數位檢測影像或全幅檢測影像分別與暗影像及亮影像進行明暗度對比後調整由全幅檢測影像的亮度；其中，暗影像為影像擷取模組34擷取全黑物件時產生的影像，亮影像為影像擷取模組34擷取全白物件時所產生影像。

請參見圖5，其繪示依照本創作第二實施方式之光學檢測系統之示意圖。圖5所繪示之光學檢測系統與圖2所繪示的光學檢測系統類似，兩者的差異在於圖5所繪示的光學檢測系統是以同軸光檢測待測物件O。

在圖5中，光學檢測系統更包含一分光鏡35，其配置在光源模組32產生之光線之行進路徑及待測物件O反射前述光線形成之檢測影像之行進路徑的交會處，用以反射光源模組32產生之光線並讓檢測影像通過。圖5所繪示的光學檢測系統的其它構件的功用與相關說明，實際上與第一實施方式的光學檢測系統相同，在此不予贅述。圖5所繪示的光學檢測系統至少可達到與圖2所繪示之光學檢測系統相同的功能。

請參見圖6，其繪示依照本創作第三實施方式之光學檢測系統之示意圖。圖6所繪示之光學檢測系統與圖2所繪示的光學檢測系統類似，兩者的差異在於圖6所繪示的光學檢測系統包含二光源模組32。

此二光源模組32排列在影像擷取模組34在Y軸方向的兩側，且每個光源模組32的光軸與影像擷取模組34的光軸間具有夾角θ，藉此可產生不同的打光效果。圖6所繪示的光學檢測系統的其它構件的功用與相關說明，實際上與第一實施方式的光學檢測系統相同，在此不予贅述。圖6所繪示的光學檢測系統至少可達到與圖2所繪示之光學檢測系統相同的功能。

請參見圖7，其繪示依照本創作第四實施方式之光學檢測系統之示意圖。圖7所繪示之光學檢測系統與圖2所繪示的光學檢測系統類似，兩者的差異在於圖7所繪示的影像擷取模組34的光軸與待測物件O之底表面的法線間具有一夾角α；同時，光源模組32的光軸也與待測物件O之底表面的法線間具有一夾角β，且夾角β相同於夾角α。

圖7所繪示的光學檢測系統的其它構件的功用與相關說明，實際上與第一實施方式的光學檢測系統相同，在此不予贅述。圖7所繪示的光學檢測系統至少可達到與圖2所繪示之光學檢測系統相同的功能。

在圖1及圖2中，光源模組32與影像擷取模組34係配置在待測物件O的一側，故光學檢測系統可應用於對不具透光性的待測物件O進行檢測。在實際實施時，光學檢測系統也不排除可對具透光性的待測物件O進行檢測。

當光學檢測系統應用於對具透光性的待測物件O進行檢測時，待測物件O可直接擺設於滾輪24上，當滾輪24受馬達驅動而旋轉時，可帶動待測物件O沿著第一方向Y移動，如圖8或圖9所示。換言之，當光學檢測系統應用於對具透光性的待測物件O進行檢測時，輸送裝置20不需包含輸送帶22。

在圖8中，光源模組32及影像擷取模組34分設在待測物件O的相反兩側以提供背向的單側光(簡稱背光)，光源模組32產生之部分光線可穿透待測物件O形成檢測影像；影像擷取模組34中的每一影像感測器單元340用以擷取穿透待測物件O之光線形成的檢測影像。

在圖9中，光學檢測系統包含多個光源模組32，其等分設於待測物件O的相反兩側並分別對待測物件O投射光線以提供雙側光；影像擷取模組34設於待測物件O的一側。其中之一光源模組32產生之部分光線可穿透待測物件O並形成檢測影像，另一光源模組32產生之部分光線受到待測物件O反射而產生檢測影像；影像擷取模組34中的每一影像感測器單元340同時擷取穿透待測物體O的光線形成之檢測影像及受待測物體O反射後產生的檢測影像。

雖然本創作已以實施方式揭露如上，然其並非用以限定本創作，任何熟習此技藝者，在不脫離本創作的精神和範圍內，當可作各種的更動與潤飾，因此本創作的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。

20‧‧‧輸送裝置

22‧‧‧輸送帶

24‧‧‧滾輪

30‧‧‧光學檢測裝置

32‧‧‧光源模組

34‧‧‧影像擷取模組

340‧‧‧影像感測器單元

342‧‧‧鏡頭

35‧‧‧分光鏡

36‧‧‧影像處理模組

360‧‧‧類比數位轉換單元

362‧‧‧編輯運算單元

364‧‧‧驅動單元

366‧‧‧揮發性記憶體

368‧‧‧非揮發性記憶體

C‧‧‧電腦

N‧‧‧法線

O‧‧‧待測物件

X‧‧‧第二方向

Y‧‧‧第一方向

α、β、θ‧‧‧夾角

圖1繪示依照本創作第一實施方式之光學檢測系統之立體圖；

圖2繪示依照本創作第一實施方示之光學檢測系統之側視圖；

圖3繪示依照本創作之第一實施方式排列之影像感測器單元之局部放大圖；

圖4繪示依照本創作第一實施方式之影像處理模組之電路方塊圖；

圖5繪示依照本創作第二實施方式之光學檢測系統之示意圖；

圖6繪示依照本創作第三實施方式之光學檢測系統之示意圖；

圖7繪示依照本創作第四實施方示之光學檢測系統之側視圖；

圖8繪示依照本創作第五實施方示之光學檢測系統之側視圖；以及

圖9繪示依照本創作第六實施方示之光學檢測系統之側視圖。

Claims (13)

1. 一種光學檢測系統，包含： 至少一光源模組，各該光源模組供產生一光線以照射一物件； 複數影像感測器單元，各該影像感測器單元用以擷取該物件之一檢測影像，其中在相鄰二影像感測器單元所擷取之該等檢測影像中具有一重覆影像；以及 一編輯運算單元，接收該等影像感測器單元所截取之該等檢測影像，並以該等檢測影像中之該等重覆影像來定位該等檢測影像，並對定位後之該等檢測影像進行重組來產生一全幅檢測影像。
2. 如請求項第1項所述之光學檢測系統，其中該編輯運算單元依據該等檢測影像之定位，將該等影像感測器單元中之一者形成之該檢測影像，以及其它影像感測器單元形成之複數局部影像的重組來產生該全幅檢測影像，各該局部影像為各該檢測影像不包含該重覆影像之部分。
3. 如請求項第1項所述之光學檢測系統，其中該編輯運算單元依據該等檢測影像之定位，將該等影像感測器單元形成之複數局部影像的重組來形成該全幅檢測影像，各該局部影像為各該檢測影像不包含與排列在前或排列在後之該影像感測晶片具該重覆影像之部分。
4. 如請求項第2項或第3項所述之光學檢測系統，其中該編輯運算單元以一暗影像及一亮影像來對該全幅檢測影像進行均勻度補償。
5. 如請求項第4項所述之光學檢測系統，更包含： 一非揮發性記憶體，耦接於該編輯運算單元並供儲存該暗影像及該亮影像； 一揮發性記憶體，耦接於該編輯運算單元並用以儲存該等檢測影像；以及 一類比數位轉換單元，電連接該等影像感測器單元及該編輯運算單元之間，用以將該影像感測器單元擷取之類比形式之該檢測影像轉換為數位形式之該檢測影像以利於編輯運算及儲存。
6. 如請求項第5項所述之光學檢測系統，其中該影像處理模組更包含一驅動單元，耦接於該編輯運算單元並用以將該全幅檢測影像輸出至一電腦。
7. 如請求項第1項所述之光學檢測系統，其中該光源模組及該等影像感測器單元設於該物件的一側，各該影像感測器單元用以擷取該物件反射該光線產生之該檢測影像。
8. 如請求項第1項所述之光學檢測系統，其中該光源模組及該等影像感測器單元分設於該物件的相反兩側，各該影像感測器單元用以擷取穿透該物件之部分光線所形成之該檢測影像。
9. 如請求項第1項所述之光學檢測系統，更包含一分光鏡，位於該光源模組產生之光線之行徑路徑及該檢測影像之行徑路徑之交會處。
10. 如請求項第1項所述之光學檢測系統，其包含複數光源模組，該等光源模組分設於該物件的相反兩側，並個別供產生一光線以照射該物件，各該影像感測器單元同時擷取該物件反射該光線產生之該檢測影像及穿透該物件之部分光線所形成之該檢測影像。
11. 一種影像處理方法，適用於一光學檢測系統，該影像處理方法包含下列步驟： 擷取不同來源之複數檢測影像； 偵測該等影像之複數重覆影像； 依據該等重覆影像定位該等檢測影像；以及 依據該等檢測影像之定位產生一全幅檢測影像。
12. 如請求項第11項所述之影像處理方法，其中該偵測該檢測影像之複數共同特徵之步驟更包含： 於該等檢測影像進行一影像前處理操作，以將類比形式的複數檢測影像轉換為數位形式的複數檢測影像。
13. 如請求項第12項所述之影像處理方法，更包含以一暗影像及一亮影像對該全幅檢測影像或檢測影像進行均勻度補償。