阅读说明：本技术 外部触发的线性相机检测系统及其影像均匀度处理方法 (External triggering linear camera detection system and image uniformity processing method thereof ) 是由 许立诚 陈建龙 于 2018-08-30 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种外部触发的线性相机检测系统,其包含输送装置、控制单元、具有影像感测器与影像处理器的线性相机以及光源单元。输送装置包含马达与输送带。马达具有编码器,编码器根据旋转轴的位置提供位置信号。输送带由马达驱动,以输送待检测物。控制单元接收位置信号,且根据位置信号提供相机控制信号。线性相机接收相机控制信号,对每一条影像提供相机控制信号的触发时间。影像感测器产生每一条影像的像素数据,且传送至影像处理器。影像处理器根据基准触发时间长度与相机控制信号的触发时间长度的比例值,补偿每一条影像的像素数据的亮度值。(The invention discloses an external triggering linear camera detection system, which comprises a conveying device, a control unit, a linear camera with an image sensor and an image processor and a light source unit. The conveying device comprises a motor and a conveying belt. The motor has an encoder that provides a position signal based on the position of the rotating shaft. The conveyer belt is driven by a motor to convey the object to be detected. The control unit receives the position signal and provides a camera control signal according to the position signal. The linear camera receives the camera control signal and provides the triggering time of the camera control signal for each image. The image sensor generates pixel data of each image and transmits the pixel data to the image processor. The image processor compensates the brightness value of the pixel data of each image according to the ratio of the reference triggering time length to the triggering time length of the camera control signal.)

外部触发的线性相机检测系统及其影像均匀度处理方法

技术领域

本发明有关一种相机检测系统及其影像处理方法，尤指一种外部触发的线性相机检测系统及其影像均匀度处理方法。

背景技术

自动光学检测(automated optical inspection,AOI)为一种高速高精度光学影像检测系统，其运用机器视觉做为检测标准技术，作为改良传统上以人力使用光学仪器进行检测的缺点。

一般来说，在待测物件(例如半导体晶片)制作完成后，必须经过一道检测流程，利用自动光学检测装置检测待测物件的外观，筛选排除外观具有明显瑕疵的物件。具体地，自动光学检测由光学检测机台的运作来进行，在检测过程中，以光线照射待测物件，再通过影像感测器单元撷取待测物件照射后的影像来进行瑕疵的判断。

在过去，自动光学检测大多采用面扫描(area-scan)摄影装置来截取待测物件的影像。面扫描摄影装置主要包含镜头及摄影机，镜头的视野范围将待测物件纳入而进行拍摄。然而，面扫描摄影装置的影像解析度受限于镜头和摄影机的解析度，故当视野范围愈大，影像解析度愈差，且尚具有取像速度慢的缺点，故难以满足产业需求。

相较于面扫描，线扫描(line-scan)具较佳的特色与优点包括：1、光源控制方面，线扫描较面扫描来得容易控制；2、线扫描可以作连续性的扫描，因此影像具有连续性；3、线扫描有利于高速移动或大宽度的待测物体的扫描；4、对于高解析度影像处理的应用，线扫描摄影机的成本较低；5、线扫描摄影机所撷取到的影像，具备较佳的动态取像范围。

对于无快门线性相机在外部触发模式恒亮的光源下，线性相机的影像感测器扫描触发信号会由设置于马达旋转轴上的编码器所产生。惟由于扫描平台所承受的力不同，使得扫描平台加、减速的运作导致马达转动的不稳定，而造成每一条影像曝光时间不完全相等，导致水平方向影像亮度不均匀。

请参见图1所示，其为现有技术的马达速度变化的示意图。图1所示为扫描65条影像之下，因马达不稳定的转动，使得曝光时间会有所不同。举例来说，当马达相对转速较快(与基准转速相较为负值)，使得扫描平台的水平移动速度增加，因此曝光时间变得相对比较短，而产生相对较暗的影像；反之，当马达相对转速较慢(与基准转速相较为正值)，使得扫描平台的水平移动速度降低，因此曝光时间变得相对比较长，而产生相对较亮的影像。故此，所产生的水平方向影像将呈现暗亮不均匀的状况，因此增加待测物检测的误判机会。

此外，并非所有型态的AOI光源都能够通过控制曝光时间来对水平影像的均匀度进行调整。因此如何设计出一种外部触发的线性相机检测系统及其影像均匀度处理方法，通过对影像像素进行补偿，以达到对水平影像均匀度的处理，乃为本案发明人所欲行克服并加以解决的一大课题。

发明内容

本发明的一目的在于提供一种外部触发的线性相机检测系统，解决由于马达不稳定的转动，使得所产生的水平方向影像呈现暗亮不均匀的问题。

为达成前揭目的，本发明所提出的外部触发的线性相机检测系统包含输送装置、控制单元、线性相机以及光源单元。输送装置包含马达与输送带。马达具有编码器，连接于马达的旋转轴上；其中编码器根据旋转轴的位置提供位置信号。输送带由马达驱动，以输送待检测物。控制单元接收位置信号，且根据位置信号提供相机控制信号。线性相机接收相机控制信号，对每一条影像提供相机控制信号的触发时间。线性相机包含影像感测器与影像处理器。影像感测器根据相机控制信号，对待检测物提供曝光取像的时间。影像处理器连接影像感测器。光源单元对待检测物提供足够的光源。影像感测器产生每一条影像的像素数据，且传送至影像处理器。影像处理器根据基准触发时间长度与相机控制信号的触发时间长度的比例值，补偿每一条影像的像素数据的亮度值。

于一实施例中，补偿后影像的像素数据的亮度值等于补偿前影像的像素数据的亮度值与比例值的乘积。

于一实施例中，相机控制信号的触发时间长度根据相应位置信号的马达的转速所设定。

于一实施例中，基准触发时间长度根据马达的基准转速所设定，且基准转速为马达操作于每一条影像的像素数据的亮度值为目标亮度值时的转速。

于一实施例中，控制单元为现场可编程门阵列单元、数字信号处理器、专用集成电路、微控制器、可编程系统单晶片的任一者。

于一实施例中，控制单元设置于工业电脑内。

于一实施例中，当相机控制信号的电平发生转变后，在有效时间内电平再发生转变时，相机控制信号则为无效的控制信号。

于一实施例中，影像感测器为电荷耦合元件的影像感测器、互补式金属氧化半导体的影像感测器、接触式影像感测器的任一者。

藉由所提出的外部触发的线性相机检测系统，能够使得线性相机所撷取到水平方向影像的亮度是均匀的，进而提高待检测物检测的准确度。

本发明的另一目的在于提供一种外部触发的线性相机检测系统的影像均匀度处理方法，解决由于马达不稳定的转动，使得所产生的水平方向影像呈现暗亮不均匀的问题。

为达成前揭目的，本发明所提出的外部触发的线性相机检测系统的影像均匀度处理方法，所述外部触发的线性相机检测系统包含控制单元、具有影像感测器与影像处理器的线性相机以及光源单元，所述影像均匀度处理方法包含：(a)、控制单元提供相机控制信号至线性相机，线性相机对每一条影像提供相机控制信号的触发时间；(b)、线性相机的影像感测器接收相机控制信号，且根据相机控制信号对待检测物提供曝光取像的时间；以及(c)、影像感测器产生每一条影像的像素数据，且传送至线性相机的影像处理器；影像处理器根据基准触发时间长度与相机控制信号的触发时间长度的比例值，补偿每一条影像的像素数据的亮度值。

于一实施例中，在步骤(c)中包含：将补偿前影像的像素数据的亮度值乘上比例值以获得补偿后影像的像素数据的亮度值。

于一实施例中，外部触发的线性相机检测系统更包含马达以及连接于马达的旋转轴上的编码器，编码器根据旋转轴的位置提供位置信号；其中相机控制信号的触发时间长度根据相应位置信号的马达的转速所设定。

于一实施例中，基准触发时间长度根据马达的基准转速所设定，且基准转速为马达操作于每一条影像的像素数据的亮度值为目标亮度值时的转速。

于一实施例中，在步骤(a)中包含：当相机控制信号的电平发生转变后，在有效时间内电平再发生转变时，相机控制信号则为无效的控制信号。

于一实施例中，控制单元为现场可编程门阵列单元、数字信号处理器、专用集成电路、微控制器、可编程系统单晶片的任一者。

藉由所提出的外部触发的线性相机检测系统的影像均匀度处理方法，能够使得线性相机所撷取到水平方向影像的亮度是均匀的，进而提高待检测物检测的准确度。

为了能更进一步了解本发明为达成预定目的所采取的技术、手段及功效，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图，相信本发明的目的、特征与特点，当可由此得一深入且具体的了解，然而所附图式仅提供参考与说明用，并非用来对本发明加以限制者。

附图说明

图1：为现有技术的马达速度变化的示意图。

图2：为本发明外部触发的线性相机检测系统的第一实施例的示意图。

图3：为本发明外部触发的线性相机检测系统的第二实施例的示意图。

图4：为本发明相机控制信号的控制波形示意图。

图5：为本发明外部触发的线性相机检测系统的影像均匀度处理方法的流程图。

图6：为本发明影像像素数据的亮度值补偿的示意图。

其中，附图标记：

10输送装置 11马达

12输送带 13滚轮

111编码器 112旋转轴

20控制单元 30线性相机

31影像感测器 32影像处理器

40光源单元 100待检测物

Sp位置信号 Sc1相机控制信号

T_N,T_N+1,T_N+2触发时间 S10～S30步骤

具体实施方式

兹有关本发明的技术内容及详细说明，配合图式说明如下。

请参见图2所示，其为本发明外部触发的线性相机检测系统的第一实施例的示意图。外部触发的线性相机检测系统包含输送装置10、控制单元20、线性相机30以及光源单元40。输送装置10主要包含马达11、输送带12以及滚轮13。其中马达11可为步进马达、伺服马达…等，但不以此为限制。马达11具有编码器111，编码器111装设于马达11的旋转轴112上。其中编码器111可为绝对型编码器、增量型编码器…等，但不以此为限制，用以输出旋转轴112的位置，以决定旋转轴112的旋转角度。因此，编码器111根据旋转轴112的位置提供位置信号Sp。输送带12由马达11所驱动往特定的方向移动，并且通过多个滚轮13提供承载，使待检测物100往特定的方向输送。

控制单元20接收位置信号Sp，且根据位置信号Sp提供相机控制信号Sc1。其中控制单元20可为现场可编程门阵列单元(FPGA)、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、微控制器(MCU)、可编程系统单晶片(SoC)…等具有运算处理功能的处理器或集成电路，但不以此为限制。再者，上述该些处理器或集成电路可装设于工业电脑(industrial PC,IPC)内，作为专属工业控制使用的个人电脑。控制单元20接收位置信号Sp后，可得知旋转轴112即时的位置，亦即可得知马达11旋转速度快慢的状况，例如速度、加速度的信息。因此，控制单元20根据位置信号Sp，即根据马达11旋转速度快慢的状况提供相机控制信号Sc1。

相机控制信号Sc1为多条影像的触发信号，因此相机控制信号Sc1为连续电平变化的信号，其中每一次的电平变化代表每一条影像的触发信号。配合参见图4，其为本发明相机控制信号的控制波形示意图。承前所述，由于相机控制信号Sc1的多条影像的触发信号取决于马达11旋转速度快慢，因此，图4所示相机控制信号Sc1的每一条影像的触发时间长度会有所差异，即触发时间T_N、T_N+1、T_N+2…的时间长度不同。其中N表示第N条影像，N+1表示第N+1条影像，N+2表示第N+2条影像…依此类推。若以相机控制信号Sc1直接提供线性相机30的影像感测器31进行曝光取像，将会造成曝光时间长短的不同(由于马达11转速的影响)，导致水平方向影像将呈现暗亮不均匀的状况。

此外，当相机控制信号Sc1的电平发生转变后，例如由高电平转变为低电平，在有效时间内电平再发生转变时，例如在相对短的时间内，即相机控制信号Sc1的电平由高电平转变为低电平后，又在极短的时间内再由低电平转变为高电平，或者连续的高、低电平变化，在此状况下，系统将这样的相机控制信号Sc1视为受到干扰的噪声，因此将其滤除，则为无效的控制信号。换言之，当相机控制信号Sc1的触发时间T_N、T_N+1、T_N+2的时间长度异常短时，例如小于五分之一或十分之一，这样的相机控制信号Sc1视为噪声，因此不以相机控制信号Sc1为有效的控制信号。直到下一个正确触发时间长度的相机控制信号Sc1，再提供相机控制信号Sc1对后续影像提供曝光时间。

在相机控制信号Sc1直接提供线性相机30的影像感测器31进行曝光取像后，再通过对每一条影像的像素数据进行亮度值的补偿，使得每一条影像的像素数据的亮度值不受马达11旋转速度快慢的影响，能够达到目标亮度值，具体说明如下。

光源单元40对待检测物100提供足够的光源。由于相机控制信号Sc1的每一条影像的触发时间T_N、T_N+1、T_N+2长度不同(由于马达11转速的影响)，因此线性相机30的影像感测器31对待检测物100提供每一条影像的曝光取像的曝光时间也不相同，故此线性相机30通过影像感测器31所撷取到水平方向影像的亮度是不均匀的，而使得待检测物100检测的准确度降低。其中影像感测器31可为电荷耦合元件(charge coupled device,CCD)的影像感测器、互补式金属氧化半导体(complementary metal oxide semiconductor,CMOS)的影像感测器、接触式影像感测器(contact image sensor,CIS)的任一者，然不以此为限制。

请参见图3所示，其为本发明外部触发的线性相机检测系统的第二实施例的示意图。图3所示的第二实施例与图2所示的第一实施例最主要的差异在于光源单元40的数量，后者(图2)使用两个光源单元40分别设置于影像感测器31接收影像的法线方向的两侧；而前者(图3)使用一个光源单元40设置于影像感测器31接收影像的法线方向的其中一侧，藉此可达成不同的打光效果。由于图3所示线性相机检测系统的操作方式与图2所示线性相机检测系统的操作方式相同，因此可参见相应的说明，在此不再赘述。

此外，光源单元40亦可以背光投射的方式设置于以输送带12为基准，相对线性相机30另一侧的位置，藉此，通过光源单元40向待检测物100投光，使影像感测器31撷取待检测物100的检测影像。

请参见图5所示，其为本发明外部触发的线性相机检测系统的影像均匀度处理方法的流程图。所述外部触发的线性相机检测系统包含控制单元、具有影像感测器与影像处理器的线性相机以及光源单元。由于外部触发的线性相机检测系统具体说明已记载于前，因此在此不再赘述。影像均匀度处理方法的步骤包含：首先，控制单元提供相机控制信号至线性相机，线性相机对每一条影像提供相机控制信号的触发时间(S10)。其中控制单元根据位置信号，即根据马达旋转速度快慢的状况提供相机控制信号。然后，线性相机的影像感测器接收相机控制信号，且根据相机控制信号对待检测物提供曝光取像的时间(S20)。由于相机控制信号的每一条影像的曝光时间长度不同，因此光源单元对待检测物提供每一条影像的曝光取像的曝光时间也不相同，故此线性相机所撷取到水平方向影像的亮度是不均匀的，而使得待检测物检测的准确度降低。基于此，影像感测器产生每一条影像的像素数据，且传送至线性相机的影像处理器；影像处理器根据基准触发时间长度与相机控制信号的触发时间长度的比例值，补偿每一条影像的像素数据的亮度值(S30)。通过对每一条影像的像素数据的亮度值的补偿(而非通过对曝光时间的调整)，使水平方向影像的亮度达到均匀，进而提高待检测物检测的准确度。

请参见图6所示，其为本发明影像像素数据的亮度值补偿的示意图。根据每一条影像的像素数据的亮度值为目标亮度值时的转速定义为马达的基准转速，因此，根据马达的基准转速设定基准触发时间长度。亦即若马达稳定运转在基准转速时，以基准触发时间长度曝光取像所得到每一条影像的像素数据的亮度值则为正确的目标亮度值。惟由于马达的转速非为固定，因此，若马达的实际转速偏离基准转速时，则相机控制信号的触发时间长度也相应地偏离基准触发时间长度。

为方便清楚说明，以下通过假设数据为例加以说明。假设基准转速下所对应的基准触发时间长度(Ts)为100％。若马达实际运转在基准转速时，所相应的相机控制信号的触发时间长度(Tm)也为100％。因此，通过除法运算基准触发时间长度(Ts)与相机控制信号的触发时间长度(Tm)的比例值为1，即Ts/Tm＝1，因此，将补偿前的影像像素数据的亮度值(Pin)乘上该比例值，则可得到的补偿后的影像像素数据的亮度值(Pout)。由于比例值为1，因此补偿后的影像像素数据的亮度值(Pout)等于补偿前的影像像素数据的亮度值(Pin)，换言之，由于马达实际运转在基准转速，因此曝光取像所得到每一条影像的像素数据的亮度值为目标亮度值，而得到等效于不需要亮度值补偿的效果。

再者，若马达实际运转在基准转速的125％时(即马达的实际运转偏快)，因此相机控制信号的触发时间长度(Tm)将缩短为80％。因此，通过除法运算基准触发时间长度(Ts)与相机控制信号的触发时间长度(Tm)的比例值为1.25，即Ts/Tm＝1.25，因此，将补偿前的影像像素数据的亮度值(Pin)乘上该比例值，则可得到的补偿后的影像像素数据的亮度值(Pout)为补偿前的影像像素数据的亮度值(Pin)的1.25倍。换言之，由于马达实际运转偏快，曝光取像时间变短，因此通过将影像像素数据的亮度值补偿1.25倍(变亮)，以达到等效于马达运转在基准转速时曝光取像所得到每一条影像的像素数据的目标亮度值。

反之，若马达实际运转在基准转速的80％时(即马达的实际运转偏慢)，因此相机控制信号的触发时间长度(Tm)将增长为125％。因此，通过除法运算基准触发时间长度(Ts)与相机控制信号的触发时间长度(Tm)的比例值为0.8，即Ts/Tm＝0.8，因此，将补偿前的影像像素数据的亮度值(Pin)乘上该比例值，则可得到的补偿后的影像像素数据的亮度值(Pout)为补偿前的影像像素数据的亮度值(Pin)的0.8倍。换言之，由于马达实际运转偏慢，曝光取像时间变长，因此通过将影像像素数据的亮度值补偿0.8倍(变暗)，以达到等效于马达运转在基准转速时曝光取像所得到每一条影像的像素数据的目标亮度值。

此外，由于像素数据的亮度值以二进制的方式运算，且与其位数相关，以8位(bit)的像素为例，其亮度阶数(level)为2⁸＝256，换言之，该像素最大亮度值为256阶。因此，为避免在补偿亮度值的运算发生算术溢位(overflow)而超过该像素的最大亮度所导致的错误补偿，则导入修正比例值的乘积，即将补偿后的影像像素数据的亮度值(Pout)再乘上修正比例值。亦即当补偿后的影像像素数据的亮度值(Pout)未超过该像素最大亮度值，则修正比例值为1；当补偿后的影像像素数据的亮度值(Pout)超过该像素最大亮度值，则修正比例值为小于1的数值，使得维持补偿后的影像像素数据的亮度值(Pout)在该像素最大亮度值之内。

此外，对于补偿亮度值的运算发生算术溢位所导致的错误，亦可通过将补偿后的影像像素数据的亮度值(Pout)箝位于像素最大亮度值的阶数，使得即使补偿亮度值的运算发生算术溢位，补偿后的影像像素数据的亮度值(Pout)仍能维持在该像素最大亮度值。

综上所述，本发明具有以下的特征与优点：

1、根据基准触发时间长度与相机控制信号的触发时间长度的比例值，补偿每一条影像的像素数据的亮度值，如此可使得线性相机所撷取到水平方向影像的亮度是均匀的，进而提高待检测物检测的准确度。

2、对于异常短的触发时间长度的相机控制信号予以滤除，如此可避免像素数据的亮度值的补偿受到噪声的影响，而造成错误的补偿量的运算。

3、导入修正比例值的乘积，使得维持补偿后的影像像素数据的亮度值在该像素最大亮度值之内，或者箝位于像素最大亮度值的阶数，使得维持补偿后的影像像素数据的亮度值在该像素最大亮度值。

以上所述，仅为本发明较佳具体实施例的详细说明与图式，惟本发明的特征并不局限于此，并非用以限制本发明，本发明的所有范围应以下述的申请专利范围为准，凡合于本发明申请专利范围的精神与其类似变化的实施例，皆应包含于本发明的范畴中，任何熟悉该项技艺者在本发明的领域内，可轻易思及的变化或修饰皆可涵盖在以下本案的专利范围。