TWI690692B - 外部觸發之線性相機檢測系統及其影像曝光處理方法 - Google Patents

Abstract

一種外部觸發之線性相機檢測系統，其包含輸送裝置、控制單元、線性相機以及光源單元。輸送裝置包含馬達與輸送帶。馬達具有編碼器，編碼器根據旋轉軸的位置提供位置信號。輸送帶由馬達驅動，以輸送待檢測物。控制單元接收位置信號，且根據位置信號提供相機控制信號。線性相機接收相機控制信號，根據相機控制信號的準位發生轉變時為基準，對每一條影像提供相同曝光時間的光源控制信號。光源單元接收光源控制信號，對待檢測物提供曝光取像的光線。

Description

外部觸發之線性相機檢測系統及其影像曝光處理方法

本發明係有關一種相機檢測系統及其影像處理方法，尤指一種外部觸發之線性相機檢測系統及其影像曝光處理方法。

自動光學檢測(automated optical inspection,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，必須經過一道檢測流程，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。具體地，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影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鏡頭及攝影機，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，且尚具有取像速度慢的缺點，故難以滿足產業需求。

相較於面掃描，線掃描(line-scan)具較佳的特色與優點包括：1、光源控制方面，線掃描較面掃描來得容易控制；2、線掃描可以作連續性的掃描，因此影像具有連續性；3、線掃描有利於高速移動或大寬度之待測物體的掃描；4、對於高解析度影像處理的應用，線掃描攝影機的成本較低；5、線掃描攝影機所擷取到的影像，具備較佳的動態取像範圍。

對於無快門線性相機在外部觸發模式恆亮的光源下，線性相機的影像感測器掃描觸發信號會由設置於馬達旋轉軸上的編碼器所產生。惟由於掃描平台所承受的力不同，使得掃描平台加、減速的運作導致馬達轉動的不穩定，而造成每一條影像曝光時間不完全相等，導致水平方向影像亮度不均勻。

請參見圖1所示，其係為現有技術之馬達速度變化的示意圖。圖1所示為掃描65條影像之下，因馬達不穩定的轉動，使得曝光時間會有所不同。舉例來說，當馬達相對轉速較快(與基準轉速相較為負值)，使得掃描平台的水平移動速度增加，因此曝光時間變得相對比較短，而產生相對較暗的影像；反之，當馬達相對轉速較慢(與基準轉速相較為正值)，使得掃描平台的水平移動速度降低，因此曝光時間變得相對比較長，而產生相對較亮的影像。故此，所產生的水平方向影像將呈現暗亮不均勻的狀況，因此增加待測物檢測的誤判機會。

因此如何設計出一種外部觸發之線性相機檢測系統及其影像曝光處理方法，透過每一條影像提供固定的曝光時間，以達到對水平影像均勻度的處理，乃為本案發明人所欲行克服並加以解決的一大課題。

本發明之一目的在於提供一種外部觸發之線性相機檢測系統，解決由於馬達不穩定的轉動，使得所產生的水平方向影像呈現暗亮不均勻的問題。

為達成前揭目的，本發明所提出的外部觸發之線性相機檢測系統包含輸送裝置、控制單元、線性相機以及光源單元。輸送裝置包含馬達與輸送帶。馬達具有編碼器，連接於馬達的旋轉軸上；其中編碼器根據旋轉軸的位置提供位置信號。輸送帶由馬達驅動，以輸送待檢測物。控制單元接收位置信號，且根據位置信號提供相機控制信號。線性相機接收相機控制信號，根據相機控制信號的準位發生轉變時為基準，對每一條影像提供相同曝光時間的光源控制信號。光源單元接收光源控制信號，對待檢測物提供曝光取像的光線。

於一實施例中，當相機控制信號由高準位轉變為低準位的下緣轉態時，線性相機對每一條影像提供相同曝光時間的光源控制信號。

於一實施例中，當相機控制信號由低準位轉變為高準位的上緣轉態時，線性相機對每一條影像提供相同曝光時間的光源控制信號。

於一實施例中，光源單元包含光源控制器。光源控制器接收光源控制信號，根據光源控制信號的曝光時間長度，控制光源單元所提供曝光取像的光線的時間。

於一實施例中，控制單元為現場可程式化邏輯閘陣列單元、數位信號處理器、專用積體電路、微控制器、可程式系統單晶片之任一者。

於一實施例中，控制單元設置於工業電腦內。

於一實施例中，當相機控制信號的準位發生轉變後，在有效時間內準位再發生轉變時，光源控制信號則不以有效時間前的準位發生轉變時為基準。

於一實施例中，線性相機具有影像感測器，以擷取待檢測物的檢測影像。

於一實施例中，影像感測器為電荷耦合元件的影像感測器、互補式金屬氧化半導體的影像感測器、接觸式影像感測器之任一者。

藉由所提出的外部觸發之線性相機檢測系統，能夠使得線性相機所擷取到水平方向影像的亮度是均勻的，進而提高待檢測物檢測的準確度。

本發明之另一目的在於提供一種外部觸發之線性相機檢測系統的影像曝光處理方法，解決由於馬達不穩定的轉動，使得所產生的水平方向影像呈現暗亮不均勻的問題。

為達成前揭目的，本發明所提出的外部觸發之線性相機檢測系統的影像曝光處理方法，所述外部觸發之線性相機檢測系統包含控制單元、線性相機以及光源單元，所述影像曝光處理方法包含：(a)、控制單元提供相機控制信號至線性相機；(b)、線性相機根據相機控制信號的準位發生轉變時為基準，對每一條影像提供相同曝光時間的光源控制信號至光源單元；以及(c)、光源單元接收光源控制信號，對待檢測物提供曝光取像的光線。

於一實施例中，在步驟(b)中包含：當相機控制信號由高準位轉變為低準位的下緣轉態時，線性相機對每一條影像提供相同曝光時間的光源控制信號。

於一實施例中，在步驟(b)中包含：當相機控制信號由低準位轉變為高準位的上緣轉態時，線性相機對每一條影像提供相同曝光時間的光源控制信號。

於一實施例中，在步驟(b)中包含：當相機控制信號的準位發生轉變後，在有效時間內準位再發生轉變時，光源控制信號則不以有效時間前的準位發生轉變時為基準。

於一實施例中，光源單元包含光源控制器；光源控制器根據光源控制信號的曝光時間長度，控制光源單元所提供曝光取像的光線的時間。

於一實施例中，控制單元為現場可程式化邏輯閘陣列單元、數位信號處理器、專用積體電路、微控制器、可程式系統單晶片之任一者。

藉由所提出的外部觸發之線性相機檢測系統的影像曝光處理方法，能夠使得線性相機所擷取到水平方向影像的亮度是均勻的，進而提高待檢測物檢測的準確度。

為了能更進一步瞭解本發明為達成預定目的所採取之技術、手段及功效，請參閱以下有關本發明之詳細說明與附圖，相信本發明之目的、特徵與特點，當可由此得一深入且具體之瞭解，然而所附圖式僅提供參考與說明用，並非用來對本發明加以限制者。

10:輸送裝置

11:馬達

12:輸送帶

13:滾輪

111:編碼器

112:旋轉軸

20:控制單元

30:線性相機

31:影像感測器

40:光源單元

41:光源控制器

100:待檢測物

Sp:位置信號

Sc1:相機控制信號

Sc2:光源控制信號

T_N,T_N+1,T_N+2:觸發時間

T_E:曝光時間

S10~S30:步驟

圖1：為現有技術之馬達速度變化的示意圖。

圖2：為本發明外部觸發之線性相機檢測系統的第一實施例之示意圖。

圖3：為本發明外部觸發之線性相機檢測系統的第二實施例之示意圖。

圖4：為本發明相機控制信號與光源控制信號的控制波形示意圖。

圖5：為本發明外部觸發之線性相機檢測系統的影像曝光處理方法的流程圖。

茲有關本發明之技術內容及詳細說明，配合圖式說明如下。

請參見圖2所示，其係為本發明外部觸發之線性相機檢測系統的第一實施例之示意圖。外部觸發之線性相機檢測系統包含輸送裝置10、控制單元20、線性相機30以及光源單元40。輸送裝置10主要包含馬達11、輸送帶12以及滾輪13。其中馬達11可為步進馬達、伺服馬達…等，但不以此為限制。馬達11具有編碼器111，編碼器111裝設於馬達11的旋轉軸112上。其中編碼器111可為絕對型編碼器、增量型編碼器…等，但不以此為限制，用以輸出旋轉軸112的位置，以決定旋轉軸112的旋轉角度。因此，編碼器111根據旋轉軸112的位置提供位置信號Sp。輸送帶12由馬達11所驅動往特定的方向移動，並且透過複數滾輪13提供承載，使待檢測物100往特定的方向輸送。

控制單元20接收位置信號Sp，且根據位置信號Sp提供相機控制信號Sc1。其中控制單元20可為現場可程式化邏輯閘陣列單元(FPGA)、數位信號處理器(DSP)、專用積體電路(ASIC)、微控制器(MCU)、可程式系統單晶片(SoC)…等具有運算處理功能的處理器或積體電路，但不以此為限制。再者，上述該些處理器或積體電路可裝設於工業電腦(industrial PC,IPC)內，作為專屬工業 控制使用的個人電腦。控制單元20接收位置信號Sp後，可得知旋轉軸112即時的位置，亦即可得知馬達11旋轉速度快慢的狀況，包括速度、加速度的資訊。因此，控制單元20根據位置信號Sp，即根據馬達11旋轉速度快慢的狀況提供相機控制信號Sc1。

相機控制信號Sc1為複數條影像的觸發信號，因此相機控制信號Sc1為連續準位變化的信號，其中每一次的準位變化代表每一條影像的觸發信號。配合參見圖4，其係為本發明相機控制信號與光源控制信號的控制波形示意圖。圖4上半部所示為相機控制信號Sc1，而下半部所示為光源控制信號Sc2(容後說明)。承前所述，由於相機控制信號Sc1的複數條影像的觸發信號係取決於馬達11旋轉速度快慢，因此，圖4所示相機控制信號Sc1的每一條影像的觸發時間長度會有所差異，即觸發時間T_N、T_N+1、T_N+2…的時間長度不同。其中N表示第N條影像，N+1表示第N+1條影像，N+2表示第N+2條影像…依此類推。若以相機控制信號Sc1直接提供光源單元40進行曝光取像，將會造成曝光時間長短的不同(由於馬達11轉速的影響)，導致水平方向影像將呈現暗亮不均勻的狀況。

因此，線性相機30接收相機控制信號Sc1後，不直接以相機控制信號Sc1對光源單元40進行曝光取像，而是對相機控制信號Sc1進行處理後，提供光源控制信號Sc2。具體地，線性相機30根據相機控制信號Sc1的準位發生轉變時為基準，對每一條影像提供相同曝光時間的光源控制信號Sc2。復配合參見圖4，當相機控制信號Sc1的準位由高準位轉變為低準位時，即當下緣觸發(falling-edge trigger)時，光源控制信號Sc2以此時間點為基準，開始啟動對每一條影像的曝光取像，並且設定每一條影像的曝光時間為固定。因此，圖4所示光源控制信號Sc2的每一條影像的曝光時間T_E長度皆完全相同。

此外，在相機控制信號Sc1的準位發生轉變不以上述準位變化為限制，亦即在另一實施例中，當相機控制信號Sc1的準位由低準位轉變為高準位 時，即當上緣觸發(rising-edge trigger)時，光源控制信號Sc2以此時間點為基準，開始啟動對每一條影像的曝光取像，並且設定每一條影像的曝光時間為固定，藉此，同樣能夠達到光源控制信號Sc2的每一條影像的曝光時間T_E長度皆完全相同。

值得一提，當相機控制信號Sc1的準位發生轉變後，即前述由高準位轉變為低準位的下緣觸發，在一有效時間內準位再發生轉變時，例如在相對短的時間內，即相機控制信號Sc1的準位由高準位轉變為低準位後，又在極短的時間內再由低準位轉變為高準位，或者連續的高、低準位變化，在此狀況下，系統將這樣的相機控制信號Sc1視為受到干擾的雜訊，因此將其濾除，不作為光源控制信號Sc2準位發生轉變的基準。換言之，當相機控制信號Sc1的觸發時間T_N、T_N+1、T_N+2的時間長度異常短時，例如小於五分之一或十分之一，這樣的相機控制信號Sc1視為雜訊，因此光源控制信號Sc2則不以該有效時間前的準位發生轉變時為基準。直到下一個正確觸發時間長度的相機控制信號Sc1，光源控制信號Sc2再以其準位發生轉變時為基準，對後續影像提供相同的曝光時間。

光源單元40接收光源控制信號Sc2，對待檢測物100提供曝光取像的光線。由於光源控制信號Sc2的每一條影像的曝光時間T_E長度皆完全相同，因此光源單元40對待檢測物100提供每一條影像的曝光取像的曝光時間也皆完全相同。因此線性相機30透過影像感測器31所擷取到水平方向影像的亮度是均勻的，進而提高待檢測物100檢測的準確度。其中影像感測器31可為電荷耦合元件(charge coupled device,CCD)的影像感測器、互補式金屬氧化半導體(complementary metal oxide semiconductor,CMOS)的影像感測器、接觸式影像感測器(contact image sensor,CIS)之任一者，然不以此為限制。

再者，因於光源單元40係提供高功率的光源輸出，因此光源單元40包含光源控制器41。光源控制器41接收光源控制信號Sc2，根據光源控制信 號Sc2的曝光時間長度，控制光源單元40所提供曝光取像的光線的時間。復配合參見圖4，當每一條影像的曝光取像的曝光時間T_E長度較長時，光源控制器41控制光源單元40所提供曝光取像的光線的時間亦較長；反之，當每一條影像的曝光取像的曝光時間T_E長度較短時，光源控制器41則控制光源單元40所提供曝光取像的光線的時間亦較短，藉此能夠維持曝光量的恆定。

請參見圖3所示，其係為本發明外部觸發之線性相機檢測系統的第二實施例之示意圖。圖3所示的第二實施例與圖2所示的第一實施例最主要的差異在於光源單元40的數量，後者(圖2)使用兩個光源單元40分別設置於影像感測器31接收影像的法線方向的兩側；而前者(圖3)使用一個光源單元40設置於影像感測器31接收影像的法線方向的其中一側，藉此可達成不同的打光效果。由於圖3所示線性相機檢測系統的操作方式與圖2所示線性相機檢測系統的操作方式相同，因此可參見相應的說明，在此不再贅述。

此外，光源單元40亦可以背光投射的方式設置於以輸送帶12為基準，相對線性相機30另一側的位置，藉此，透過光源單元40向待檢測物100投光，使影像感測器31擷取待檢測物100的檢測影像。

請參見圖5所示，其係為本發明外部觸發之線性相機檢測系統的影像曝光處理方法的流程圖。所述外部觸發之線性相機檢測系統包含控制單元、線性相機以及光源單元。由於外部觸發之線性相機檢測系統具體說明已記載於前，因此在此不再贅述。影像曝光處理方法的步驟包含：首先，控制單元提供相機控制信號至線性相機(S10)。其中控制單元根據位置信號，即根據馬達旋轉速度快慢的狀況提供相機控制信號。然後，線性相機根據相機控制信號的準位發生轉變時為基準，對每一條影像提供相同曝光時間的光源控制信號至光源單元(S20)。當相機控制信號的準位由高準位轉變為低準位(下緣觸發)或由低準位轉變為高準位(上緣觸發)時，光源控制信號以此時間點為基準，開始啟動對每一條 影像的曝光取像，並且設定每一條影像的曝光時間為固定。最後，光源單元接收光源控制信號，對待檢測物提供曝光取像的光線(S30)。由於光源控制信號的每一條影像的曝光時間長度皆完全相同，因此光源單元對待檢測物提供每一條影像的曝光取像的曝光時間也皆完全相同。因此線性相機所擷取到水平方向影像的亮度是均勻的，進而提高待檢測物檢測的準確度。

綜上所述，本發明具有以下之特徵與優點：

1、根據相機控制信號的準位發生轉變時為基準，提供固定的時間參考(基準)點，再對每一條影像提供相同曝光時間的光源控制信號，如此可使得線性相機所擷取到水平方向影像的亮度是均勻的，進而提高待檢測物檢測的準確度。

2、對於異常短的觸發時間長度的相機控制信號予以濾除，不以其作為光源控制信號準位發生轉變的基準，如此可避免光源控制信號準位發生轉變的時間點受到雜訊的影響，而造成錯誤的曝光時間。

以上所述，僅為本發明較佳具體實施例之詳細說明與圖式，惟本發明之特徵並不侷限於此，並非用以限制本發明，本發明之所有範圍應以下述之申請專利範圍為準，凡合於本發明申請專利範圍之精神與其類似變化之實施例，皆應包含於本發明之範疇中，任何熟悉該項技藝者在本發明之領域內，可輕易思及之變化或修飾皆可涵蓋在以下本案之專利範圍。

10:輸送裝置

11:馬達

12:輸送帶

13:滾輪

111:編碼器

112:旋轉軸

20:控制單元

30:線性相機

31:影像感測器

40:光源單元

41:光源控制器

100:待檢測物

Sp:位置信號

Sc1:相機控制信號

Sc2:光源控制信號

Claims (15)

1. 一種外部觸發之線性相機檢測系統，包含：一輸送裝置，包含：一馬達，具有一編碼器，連接於該馬達的一旋轉軸上；其中該編碼器根據該旋轉軸的位置提供一位置信號；及一輸送帶，由該馬達驅動，以輸送一待檢測物；一控制單元，接收該位置信號，且根據該位置信號提供一相機控制信號；一線性相機，接收該相機控制信號，根據該相機控制信號的準位發生轉變時為基準，當該相機控制信號的準位發生轉變時，立即地對每一條影像提供相同曝光時間的一光源控制信號；及一光源單元，接收該光源控制信號，對該待檢測物提供曝光取像的光線。
2. 如申請專利範圍第1項所述之外部觸發之線性相機檢測系統，其中當該相機控制信號由高準位轉變為低準位的下緣轉態時，該線性相機對每一條影像提供相同曝光時間的該光源控制信號。
3. 如申請專利範圍第1項所述之外部觸發之線性相機檢測系統，其中當該相機控制信號由低準位轉變為高準位的上緣轉態時，該線性相機對每一條影像提供相同曝光時間的該光源控制信號。
4. 如申請專利範圍第1項所述之外部觸發之線性相機檢測系統，其中該光源單元包含：一光源控制器，接收該光源控制信號，根據該光源控制信號的曝光時間長度，控制該光源單元所提供曝光取像的光線的時間。
5. 如申請專利範圍第1項所述之外部觸發之線性相機檢測系統，其中該控制單元為現場可程式化邏輯閘陣列單元、數位信號處理器、專用積體電路、微控制器、可程式系統單晶片之任一者。
6. 如申請專利範圍第5項所述之外部觸發之線性相機檢測系統，其中該控制單元設置於一工業電腦內。
7. 如申請專利範圍第1項所述之外部觸發之線性相機檢測系統，其中當該相機控制信號的準位發生轉變後，在一有效時間內該相機控制信號的準位再發生轉變時，該線性相機所提供的該光源控制信號則不以該有效時間前的準位發生轉變時為基準。
8. 如申請專利範圍第1項所述之外部觸發之線性相機檢測系統，其中該線性相機具有一影像感測器，以擷取該待檢測物的檢測影像。
9. 如申請專利範圍第8項所述之外部觸發之線性相機檢測系統，其中該影像感測器為電荷耦合元件的影像感測器、互補式金屬氧化半導體的影像感測器、接觸式影像感測器之任一者。
10. 一種外部觸發之線性相機檢測系統的影像曝光處理方法，該外部觸發之線性相機檢測系統包含一控制單元、一線性相機以及一光源單元，該影像曝光處理方法包含：(a)、該控制單元提供一相機控制信號至該線性相機；(b)、該線性相機根據該相機控制信號的準位發生轉變時為基準，當該相機控制信號的準位發生轉變時，立即地對每一條影像提供相同曝光時間的一光源控制信號至該光源單元；及(c)、該光源單元接收該光源控制信號，對一待檢測物提供曝光取像的光線。
11. 如申請專利範圍第10項所述之外部觸發之線性相機檢測系統的影像曝光處理方法，其中在步驟(b)中包含：當該相機控制信號由高準位轉變為低準位的下緣轉態時，該線性相機對每一條影像提供相同曝光時間的該光源控制信號。
12. 如申請專利範圍第10項所述之外部觸發之線性相機檢測系統的影像曝光處理方法，其中在步驟(b)中包含：當該相機控制信號由低準位轉變為高準位的上緣轉態時，該線性相機對每一條影像提供相同曝光時間的該光源控制信號。
13. 如申請專利範圍第10項所述之外部觸發之線性相機檢測系統的影像曝光處理方法，其中在步驟(b)中包含：當該相機控制信號的準位發生轉變後，在一有效時間內該相機控制信號的準位再發生轉變時，該線性相機所提供的該光源控制信號則不以該有效時間前的準位發生轉變時為基準。
14. 如申請專利範圍第10項所述之外部觸發之線性相機檢測系統的影像曝光處理方法，其中該光源單元包含一光源控制器；該光源控制器根據該光源控制信號的曝光時間長度，控制該光源單元所提供曝光取像的光線的時間。
15. 如申請專利範圍第10項所述之外部觸發之線性相機檢測系統的影像曝光處理方法，其中該控制單元為現場可程式化邏輯閘陣列單元、數位信號處理器、專用積體電路、微控制器、可程式系統單晶片之任一者。

Images