TWI570399B - 可校正光源之檢測系統及其光源校正方 法 - Google Patents

可校正光源之檢測系統及其光源校正方 法 Download PDF

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Description

可校正光源之檢測系統及其光源校正方 法
本發明是有關於一種檢測系統之光源校正方法。
檢測系統係以光源照射待測物，並擷取待測物之影像而檢測待測物之品質。目前大多藉由鏡頭來擷取待測物之影像。然而因光線於通過鏡頭後之亮度會隨著越靠近鏡頭之視野邊緣而減弱，因此成像於視野邊緣之影像細節便難以進行後序分析。雖然此影像可透過軟體之暗角校正功能以補償邊緣之亮度，然而如此一來也同時增加了邊緣影像的雜訊，其訊雜比(S/N ratio)實際上並無法改善。隨著科技的進步與產品的更迭，檢測系統之照度與穩定度的要求隨之增加。因此如何設計檢測系統以改善上述之缺點為業界需解決的問題之一。
本發明之一態樣提供一種檢測系統之光源校正方法。檢測系統包含光源、影像擷取裝置以及控制器。光源具有照射區域，影像擷取裝置具有擷取視野。光源校正方法包含調整擷取視野於照射區域之內。輪流開啟光源之複數個發光單元。影像擷取裝置於每一發光單元開啟時擷取一校正影像，以取得複數個校正影像。根據校正影像之亮度分布，控制器分別調整發光單元之發光亮度，使得擷取視野內之檢測影像具有特定之亮度分布。
本發明之另一態樣提供一種可校正光源之檢測系統，包含光源、影像擷取裝置與控制器。光源包含複數個發光單元。光源具有照射區域。影像擷取裝置具有擷取視野。擷取視野小於照射區域。控制器電性連接影像擷取裝置與光源。當檢測系統校正光源時，控制器控制影像擷取裝置於每一發光單元開啟時擷取一校正影像，以取得複數個校正影像，並根據校正影像之亮度分布，分別調整發光單元之發光亮度，使得擷取視野內之檢測影像具有特定之亮度分布。
上述實施方式之檢測系統與其光源校正方法能夠分別控制發光單元之亮度，配合影像擷取裝置之擷取視野，使得擷取視野內之檢測影像具有特定之亮度分布。
110‧‧‧光源
112‧‧‧發光單元
115‧‧‧照射區域
120‧‧‧影像擷取裝置
125‧‧‧擷取視野
130‧‧‧控制器
140‧‧‧量測平台
910、920、930、960、970、980‧‧‧線段
C1、C2‧‧‧中心
CI‧‧‧校正影像
DI‧‧‧檢測影像
S10、S12、S14、S16、S20、S22、S23、S24、S30、S40、S42、S44‧‧‧步驟
第1圖為本發明一實施方式之可校正光源之檢測系統的立體示意圖。
第2圖為應用第1圖之檢測系統之光源校正方法之一實施方式的流程圖。
第3A圖為本發明一實施例之照射區域於校正前、後的亮度分布圖。
第3B圖為本發明一實施例之擷取視野於校正前、後的歸一化亮度分布圖。
第4圖為應用第1圖之檢測系統之光源校正方法之另一實施方式的流程圖。
第5圖為應用第1圖之檢測系統之光源校正方法之又一實施方式的流程圖。
以下將以圖式揭露本發明的複數個實施方式，為明確說明起見，許多實務上的細節將在以下敘述中一併說明。然而，應瞭解到，這些實務上的細節不應用以限制本發明。也就是說，在本發明部分實施方式中，這些實務上的細節是非必要的。此外，為簡化圖式起見，一些習知慣用的結構與元件在圖式中將以簡單示意的方式繪示之。
第1圖為本發明一實施方式之可校正光源之檢測系統的立體示意圖。如圖所示，可校正光源之檢測系統包含光源110、影像擷取裝置120與控制器130。光源110包含複數個發光單元112。光源110具有照射區域115，其中照射區域115之形心定義為照射區域115之中心C1。影像擷取裝置120具有擷取視野125，其中擷取視野125之形心定義 為擷取視野125之中心C2。擷取視野125小於照射區域115。控制器130電性連接影像擷取裝置120與光源110。當檢測系統校正光源110時，控制器130控制影像擷取裝置120於每一發光單元112開啟時擷取一校正影像CI，以取得複數個校正影像CI，並根據校正影像CI之亮度分布，分別調整發光單元112之發光亮度，使得擷取視野125內之檢測影像DI具有特定之亮度分布(例如均勻之亮度分布)。另外，為了清楚起見，第1圖之發光單元112以實線表示。其中檢測影像DI係指檢測系統於檢測樣品時，影像擷取裝置120所擷取的影像。
簡言之，本實施方式之檢測系統能夠分別控制發光單元112之亮度，配合影像擷取裝置120之擷取視野125，使得擷取視野125內之檢測影像DI具有特定之亮度分布。以形成均勻之亮度分布為例，因影像擷取裝置120的暗角之故，於擷取視野125邊緣之影像亮度會較擷取視野125之中心C2之影像亮度低，因此控制器130可分別調整各發光單元112之發光亮度，例如照射至擷取視野125邊緣之發光單元112具有較照射至擷取視野125之中心C2之發光單元112高的發光亮度，藉此以補償因影像擷取裝置120之暗角而變暗的檢測影像DI，使得擷取視野125內之檢測影像DI具有均勻之亮度分布，如此一來即能改善邊緣部分之檢測影像DI的訊雜比(S/N ratio)。另外因控制器130能夠分別控制發光單元112，因此即使影像擷取裝置120之擷取視野125的位置有變更或擷取視野125之尺寸有改變，控制器 130仍然能夠依照擷取視野125之位置與尺寸以分別調整發光單元112的發光亮度，讓擷取視野125內之檢測影像DI具有特定(例如均勻)之亮度分布。也就是說，本實施方式之檢測系統不必更換光源110即可適用於不同暗角效應之影像擷取裝置120。
在本實施方式中，光源110例如為線光源，亦即發光單元112係沿一直線而排列，而檢測系統例如為線掃描系統。換句話說，待測物(未繪示)可放置於一量測平台140上，光源110可斜向照射待測物。在完成光源110的校正後，可藉由移動待測物而分時擷取於擷取視野125內之部分待測物的檢測影像DI。若待測物需照射特定亮度分布的光，則光源110亦可根據其目標亮度分布而分別控制每一發光單元112，以使得擷取視野125內之檢測影像DI具有特定之亮度分布，因此本實施方式之檢測系統亦具有彈性控制檢測影像DI之亮度分布的好處。另外，每一發光單元112可為單顆或複數顆發光二極體。影像擷取裝置120可包含鏡頭，因其暗角所減弱的影像亮度可藉由控制器130調整發光單元112之亮度而補償。之後，檢測系統即可進行待測物之檢測。具體而言，當檢測系統進行檢測時，控制器130將發光單元112全部開啟，並控制影像擷取裝置120擷取檢測影像DI。
接著請一併參照第1圖與第2圖，其中第2圖為應用第1圖之檢測系統之光源校正方法之一實施方式的流程圖。首先，如步驟S10所示，調整擷取視野125於照射區 域115之內。接著，如步驟S20所示，輪流開啟光源110之複數個發光單元112。之後，如步驟S30所示，影像擷取裝置120於每一發光單元112開啟時擷取一校正影像CI，以取得複數個校正影像CI。而後，如步驟S40所示，根據校正影像CI之亮度分布，控制器130分別調整發光單元112之發光亮度，使得擷取視野125內之檢測影像DI具有特定之亮度，例如具有均勻之亮度。
在本實施方式中，照射區域115意指當光源110之所有發光單元112皆處於開啟狀態時於量測平台140上所照射之區域。因此首先需調整擷取視野125於照射區域115中，如步驟S10所示，如此才能於後序藉由改變各發光單元112之亮度而調整影像擷取裝置120於擷取視野125中所擷取之影像亮度。
接著，如步驟S20所示，輪流開啟光源110之複數個發光單元112，並且如步驟S30所示，影像擷取裝置120於每一發光單元112開啟時擷取一校正影像CI，以取得複數個校正影像CI。具體而言，當開啟一發光單元112時，影像擷取裝置120即擷取一校正影像CI，此校正影像CI即為該發光單元112對於擷取視野125所貢獻之亮度分布。而不同之校正影像CI(對應不同之發光單元112)則對於擷取視野125皆有不同的亮度分布。另外，以相同發光亮度而言，當開啟照射至擷取視野125之中心C2之發光單元112時，所擷取的影像I具有較高的亮度；而當開啟照射至擷取視野125邊緣 之發光單元112時，因受影像擷取裝置120之暗角影響，所擷取的影像I具有較低的亮度。
之後，如步驟S40所示，根據校正影像CI之亮度分布，控制器130分別調整發光單元112之發光亮度，使得擷取視野125內之檢測影像DI具有特定之亮度分布。以形成均勻之亮度分布(亦即改善暗角效應)為例，對應至擷取視野125邊緣的發光單元112的發光亮度可較對應之擷取視野125之中心C2的發光單元112為高，以補償影像擷取裝置120之暗角影響，進而使得擷取視野125內之檢測影像DI具有均勻之亮度。
雖然上述內容以改善暗角效應為例，然而在其他的實施方式中，光源校正方法亦可依待測物的不同而使得檢測影像DI具有特定的亮度分布。
接下來以實施例說明上述之光源校正方法的校正效果。請先參照第3A圖，其為本發明一實施例之照射區域115於校正前、後的亮度分布圖。在本實施例中，照射區域115之長度為約200毫米，而第3A圖之橫軸的原點表示照射區域115之中心C1，其中中心C1可定義為照射區域115之形心。請一併參照第1圖，線段910表示於校正前，當光源110之發光單元112全部開啟時，照射區域115內的亮度分布。此亮度分布於照射區域115之中心C1具有最大的亮度值，而越遠離中心C1，因受限於光源110之工作距離則亮度越低。
接著控制器130分別調整發光單元112之發光亮度，使得光源110之照射區域115具有如線段920或930的亮度分布，亦即對應照射區域115之中心C1之發光單元112具有較低之亮度，而對應照射區域115邊緣之發光單元112則具有較高的亮度。其中線段920或930分別表示在不同情況下光源110校正後所得到之亮度分布，例如線段930表示在照射區域115之中心C1的最大照度下，暗角修正之最大補償值。另外線段920與930之最高點與於中心C1的區域最低點之差即為光源110的亮度補償能力。
接著請參照第3B圖，其為本發明一實施例之擷取視野125於校正前、後的歸一化(normalized)亮度分布圖。在本實施例中，擷取視野125之長度為約150毫米，而第3B圖之橫軸的原點表示擷取視野125之中心C2。請一併參照第1圖，在本實施例中，光源110未校正前，影像擷取裝置120所擷取之影像歸一化亮度分布如線段960所示。具體而言，擷取視野125邊緣的影像亮度會因鏡頭暗角與光源110之工作距離的關係而減弱，如此的亮度分布會造成擷取視野125邊緣的影像訊雜比過小。
藉由控制器130分別調整發光單元112之發光亮度，以補償擷取視野125邊緣過低之亮度，其歸一化之光源亮度分布如第3B圖之線段970所示。線段980表示光源110經過校正後，影像擷取裝置120所擷取之影像歸一化亮度分布(即線段960與970之乘積)，其具有均勻之亮度，因此可有效改善於擷取視野125邊緣之影像的訊雜比。
接著請一併參照第1圖與第4圖，其中第4圖為應用第1圖之檢測系統之光源校正方法之另一實施方式的流程圖。在本實施方式中，第2圖之步驟S10之細節可先如步驟S12所示，將發光單元112全部開啟，因此可在量測平台140上定義出照射區域115的位置。接著如步驟S14所示，將擷取視野125之中心C2與照射區域115之中心C1重疊，以決定擷取視野125的位置。而步驟S14例如可藉由移動光源110與影像擷取裝置120之間的相對位置、改變光源110的照射方式或者改變影像擷取裝置120之擷取視野125的位置來達成。
之後，第2圖之步驟S20之細節可先如步驟S22所示，開啟對應照射區域115之中心C1之發光單元112。其中對應中心C1之發光單元112對於照射區域115之亮度分布具有最大的影響，且因中心C1與C2重疊，因此對應中心C1之發光單元112對於擷取視野125亦具有最大的影響。接著如步驟S24所示，輪流開啟其他發光單元112。舉例而言，因在本實施方式中，越靠近中心C1之發光單元112對於擷取視野125的影響越大，因此可依序自中心C1往兩端開啟對應之發光單元112，以分別取得每一發光單元112對於擷取視野125之亮度影響，如步驟S30所示。然而上述步驟僅為例示，在其他的實施方式中，亦可不需先開啟對應中心C1之發光單元112再開啟別的發光單元112。基本上，只要能夠取得每一發光單元112之校正影像CI，皆在本發明之範疇中。
接著，第2圖之步驟S40之細節可先如步驟S42所示，將發光單元112全部開啟，並以對應擷取視野125之中心C2之影像亮度作為基準值。之後如步驟S44所示，當此影像邊緣之亮度小於基準值之亮度時，根據校正影像CI以增加對應之發光單元112之發光亮度。如前所述，因影像擷取裝置120之暗角之故，越遠離中心C1，其所取得之影像I的亮度越低，因此可分別根據該些校正影像CI與基準值之間的亮度分布而決定對應之發光單元112應增加之發光亮度。
接著請一併參照第1圖與第5圖，其中第5圖為應用第1圖之檢測系統之光源校正方法之又一實施方式的流程圖。在本實施方式中，第2圖之步驟S10之細節可先如步驟S12所示，將發光單元112全部開啟，因此可在量測平台140上定義出照射區域115的位置。接著如步驟S16所示，調整擷取視野125於照射區域115，以決定擷取視野125之位置。亦即，在本實施方式中，擷取視野125之中心C2不必然會與照射區域115之中心C1重疊，如此一來可增加光源110與影像擷取裝置120設置的自由度，舉例而言，若待測物無法置於照射區域115之中心C1亦能適用於此檢測系統。而步驟S16例如可藉由移動光源110與影像擷取裝置120之間的相對位置、改變光源110的照射方式或者改變影像擷取裝置120之擷取視野125的位置來達成。
之後，第2圖之步驟S20之細節可先如步驟S23所示，開啟對應擷取視野125之中心C2之發光單元112。其 中對應中心C2之發光單元112對於擷取視野125具有最大的影響。接著如步驟S24所示，輪流開啟其他發光單元112。舉例而言，因在本實施方式中，越靠近中心C2之發光單元112對於擷取視野125的影響越大，因此可依序自中心C2往兩端開啟對應之發光單元112，以分別取得每一發光單元112對於擷取視野125之亮度影響，如步驟S30所示。然而上述步驟僅為例示，基本上，只要能夠取得每一發光單元112之校正影像CI，皆在本發明之範疇中。
接著，第2圖之步驟S40之細節可先如步驟S42所示，將發光單元112全部開啟，並以對應擷取視野125之中心C2之影像亮度作為基準值。之後如步驟S44所示，當影像邊緣之亮度小於基準值之亮度時，根據校正影像CI以增加對應之發光單元112之發光亮度。如前所述，因影像擷取裝置120之暗角之故，越遠離中心C2，其所取得之影像I的亮度越低，因此可分別根據該些影像I與基準影像之間的亮度差而決定對應之發光單元112應增加之發光亮度。
綜合上述，上述實施方式之檢測系統能夠分別控制發光單元之亮度，配合影像擷取裝置之擷取視野，使得擷取視野內之檢測影像具有特定之亮度分布。具體而言，在決定擷取視野的位置後，控制器可分別根據各發光單元對於擷取視野的影響而調整各發光單元之發光亮度，藉此以補償因影像擷取裝置之暗角而變暗的影像，使得擷取視野內之檢測影像具有特定之亮度分布。另外因控制器能夠分別控制發光單元，因此即使影像擷取裝置之擷取視野的位置有變更或 擷取視野之尺寸有改變，控制器仍然能夠依照擷取視野之位置與尺寸以調整發光單元的發光亮度，以讓光源於擷取視野具有特定之亮度分布。也就是說，上述實施方式之檢測系統可適用於不同暗角像差之影像擷取裝置，或者依待測物所需之要求而調整檢測影像之亮度分布，也能讓光源與影像擷取裝置之設置位置有更大的自由度。
雖然本發明已以實施方式揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
S10、S20、S30、S40‧‧‧步驟

Claims (6)

  1. 一種可校正光源之檢測系統，包含：一光源，包含複數個發光單元，該光源具有一照射區域；一影像擷取裝置，具有一擷取視野，該擷取視野小於該照射區域；以及一控制器，電性連接該影像擷取裝置與該光源，其中當該檢測系統校正該光源時，該控制器控制該影像擷取裝置取得一校正影像，該校正影像具有該影像擷取裝置之暗角，並根據具有該暗角之該校正影像之亮度分布，分別調整該些發光單元之發光亮度，使得該擷取視野內之一檢測影像具有特定之亮度分布。
  2. 如請求項1所述之檢測系統，其中該檢測影像具有均勻之亮度分布。
  3. 如請求項1所述之檢測系統，其中當該檢測系統進行檢測時，該控制器將該些發光單元全部開啟，並控制該影像擷取裝置擷取該檢測影像。
  4. 如請求項1所述之檢測系統，其中該控制器將該些發光單元全部開啟並以對應該擷取視野中心之之影像亮度作為一基準值，當該影像邊緣之亮度小於該基準 值之亮度時，根據該些校正影像以增加對應該些發光單元之發光亮度。
  5. 如請求項1所述之檢測系統，其中該校正影像為複數個，該控制器控制該影像擷取裝置於每一發光單元開啟時擷取一之該些校正影像，以取得該些校正影像，並根據該些校正影像之亮度分布，分別調整該些發光單元之發光亮度，使得該擷取視野內之該檢測影像具有特定之亮度分布。
  6. 如請求項1所述之檢測系統，其中該影像擷取裝置對一待測物擷取該校正影像，該控制器根據該校正影像分別調整該些發光單元之發光亮度，使得該待測物之該檢測影像具有特定之亮度分布。
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