双模式深度测量的方法与装置制造方法及图纸

一种双模式深度测量的装置与方法，其适于测量物体的深度信息，当物体表面呈现镜面时采用散焦深度测距模式或当物体表面呈现织纹面时采用聚焦深度测距模式。该装置包括光源、控制器、处理器、发光光学系统、成像光学系统、分光器及一摄影机。控制器用以切换至散焦深度测距模式或聚焦深度测距模式，发光光学系统在散焦深度测距模式时聚焦从该光源发出的该光束在该物体表面以及在聚焦深度测距模式时以一均匀照度光束照射该物体表面。

Method and apparatus for two mode depth measurement

A device and method for measuring the depth of the dual mode, which is suitable for the measurement of the depth information of the object, when the surface has a mirror with depth from defocus ranging mode or when the surface is textured surface when the depth of focus range mode. The device comprises a light source, a controller, a processor, a luminous optical system, an imaging optical system, a light splitter and a video camera. The controller is used for switching to the depth from defocus ranging mode or focus depth ranging mode, light emitting optical system in depth from defocus ranging mode when focusing the beam emitted from the light source on the surface and in the depth of focus range mode by a uniform illumination beam of the object surface.

【技术实现步骤摘要】
双模式深度测量的方法与装置
本专利技术涉及一种双模式深度测量的方法与装置，且特别涉及一种小尺度深度测量。
技术介绍
在自动光学检测(AutomaticOpticalInspection(AOI))领域中，深度和距离测量占据了重要的地位。一些技术，利如彩色共焦光谱(chromaticconfocalspectroscopy)、白光干涉(whitelightinterferometry)、锥光全像(conoscopicholography)、三角测量、聚焦深度(depthfromfocus，DFF)、散焦深度(depthfromdefocus，DFD)等，可以执行相关的测量。基于散焦深度的深度测量是由分析一个或多个撷取影像的散焦量来获得深度信息。更进一步说，将光束聚焦成光点投射在欲测量的物体表面上，并利用光点的尺寸来推断深度信息。估算深度的精准度以及测量范围是依据光源的种类(例如发光二极体(LED)、激光等)以及用于准直及聚焦光束的光学元件的光学特性来决定。一旦选定了聚焦的透镜，则测量的范围及精准度亦得以固定。这样的方法对于需要不同的测量范围和深度精准度的测量来说是不足的。基于聚焦深度的深度测量，是利用从不同聚焦距离的物体影像中提取在聚焦范围的感兴趣区域(regionofinterest，ROI)，以获得层叠的二维切片。这些二维切片接着用于重建物体的三维模型。在此，测量系统的解析度及精确度是决定于光学系统的景深。散焦深度测量对于当欲测量物体具有较差反射率及较少的散射的状况来说是不足的，然而聚焦深度测量需要待测量物体的表面具有足够的纹理以使得聚焦的感兴趣区域能可靠的提取出来。一个系统不能够同时测量上述两种不同材质的物体，因此，如何使深度测量系统能改变测量范围以及能够同时用在具有纹理表面和镜面的物体上，实为当前亟欲解决的问题之一。
技术实现思路
本专利技术提供一种双模式深度测量的方法与装置。本专利技术提供一种双模式深度测量装置，其适于测量一物体的深度信息，其中当该物体表面呈现镜面时采用一散焦深度测距模式或当该物体表面呈现织纹面时采用一聚焦深度测距模式，此双模式深度测量装置包括一光源、一控制器、一处理器、一发光光学系统、一成像光学系统、一分光器以及一摄影机。控制器用以切换至散焦深度测距模式或聚焦深度测距模式，处理器用以处理多个影像及执行多个影像处理运算，发光光学系统适于控制光源发出的一光束，其中在散焦深度测距模式时发光光学系统聚焦光源发出的光束在物体表面及在聚焦深度测距模式时发光光学系统以一均匀照度光束照射物体表面，成像光学系统适于撷取影像且适于控制该光源发出的该光束。本专利技术提供一种双模式深度测量方法，适于测量一物体的深度信息，其中当一物体表面呈现镜面时采用一散焦深度测距模式或当一物体表面呈现纹理面时采用一聚焦深度测距模式。其包括照射一同调光至物体，分析一物体表面影像呈现的光斑数量，根据光斑数量定义物体具有一镜面或一纹理面，当该物体具有一镜面时，采用散焦深度测距模式的方法测量物体的深度信息以及当物体具有一纹理面时，采用聚焦深度测距模式的方法测量该物体的深度信息。基于上述，本专利技术的双模式深度测量装置及方法在物体具有纹理面时采用聚焦深度测距模式及在物体具有镜面时采用散焦深度测距模式，并设计检测切换模式的机制，以使本专利技术的系统可弹性地改变测量范围，并可运用在不同材质的物体测量上。为让本专利技术的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附附图作详细说明如下。附图说明图1绘示在散焦深度(DFD)测距模式时的一光源及一发光光学系统的示意图；图2绘示在聚焦深度(DFF)测距模式时的一光源与一发光光学系统的示意图；图3是校正曲线图；图4绘示本专利技术的双模式深度测量的装置；图5A至5C绘示依据不同的入射光(准直、发散及收敛)产生的不同高度的聚焦光示意图；图6是本专利技术的双模式深度测量方法的流程图；图7A及7B绘示自待检查表面反射的光强度曲线；图8绘示校正方法的流程图；图9绘示一朗奇刻度板(Ronchirulingboard)及一电聚焦可调透镜。【附图标记说明】110：光源120：控制器130：发光光学系统131、161：电聚焦可调透镜140：分光器150：摄影机160：成像光学系统170：透镜模组800：校正板910、920：物体910a：镜面表面920a：纹理表面S110、S120、S130、S140、S150、S151、S152、S210、S220、S230、S240、S250、S260：步骤具体实施方式本专利技术涉及一种双模式深度测量的装置与方法，使用者可在物体具有镜面反射的表面或是物体具有纹理的表面上进行深度测量，并且使用者可以调整希望的深度测量精准度及工作范围。本专利技术的双模式深度测量的装置与方法可以高精准度获得被检测物件的相对距离。图1及图2绘示在不同模式下光源照射物体表面的示意图，图1绘示在散焦深度(depthfromdefocus，DFD)模式时的光源110及发光光学系统130示意图。在图1中，一物体910例如是硬盘碟片或晶圆片，其具有镜面反射的表面910a，此表面910a以下称作镜面表面。如图1所示，发光光学系统130将来自光源110的光聚焦至镜面表面910a并形成一狭小的光点SP。图2绘示在聚焦深度(depthfromfocus，DFF)模式时的光源110及发光光学系统130示意图，在图2中，物体920具有纹理表面920a。任何光投射至纹理表面920a后会产生显著的散射光，而这将严重妨害使用散焦深度的测距方法。因此，对于纹理表面920的深度测量必须采用聚焦深度模式而非散焦深度模式。在图2中，自光源110发射的光被发光光学系统130转换成一均匀光束后，照射至纹理表面920a，如此一来，经过适当的照射，即可撷取到纹理表面920a的多个二维切片影像。图3是用于散焦深度模式的校正曲线C1，校正曲线C1显示了深度及光点SP尺寸之间的关系。光点SP的尺寸是由散焦量来决定，而散焦量是由于物体920的高度轮廓变化产生的。因此，根据校正曲线C1即可获得镜面表面910a的深度信息。聚焦深度模式是基于为了获得物体的三维模型而撷取物体在不同的高度的影像的原则，其包含了找出聚焦的(in-focus)感兴趣区域(regionsofinterest，ROI)的每个二维切片影像的步骤，并将一系列聚焦的ROI二维切片影像拼接起来以重建物体的三维模型。在本实施例中，聚焦深度模式的二维切片影像可通过改变成像光学系统的聚焦距离而撷取到影像，而此成像光学系统例如是图4中的成像光学系统160。选择不同高度的ROI二维切片影像例如可执行子像素边缘检测(sub-pixeledgedetection)或利用适当的滤波机制进行高通滤波，亦或可采用其他本领域已知的方法，本实施例不以此为限。图4绘示本专利技术的双模式深度测量装置100，双模式深度测量装置100包括一光源110、一控制器120、一发光光学系统130、一分光器140、一摄影机150、一成像光学系统160、一透镜模组170以及一处理器180。通过成像光学系统160及透镜模组170可获得被照射的物体表面的影像，通过成像光学系统160、透镜模组170以及发光光学系统130可控制照射至物体表面的光，因此成像光本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种双模式深度测量装置，适于测量一物体的深度信息，其中当该物体表面呈现镜面时采用一散焦深度模式或当该物体表面呈现纹理面时采用一聚焦深度模式，该双模式深度测量装置包括：一光源；一控制器，用以切换至该散焦深度模式或该聚焦深度模式；一处理器，用以处理多个影像及执行多个影像处理运算；一发光光学系统，适于控制该光源发出的一光束，其中在散焦深度模式时该发光光学系统聚焦该光源发出的该光束在该物体表面及在聚焦深度模式时该发光光学系统以一均匀照度光束照射该物体表面；一成像光学系统，适于撷取影像且适于控制该光源发出的该光束；一分光器；以及一摄影机。

【技术特征摘要】
2015.12.21 US 14/977,6281.一种双模式深度测量装置，适于测量一物体的深度信息，其中当该物体表面呈现镜面时采用一散焦深度模式或当该物体表面呈现纹理面时采用一聚焦深度模式，该双模式深度测量装置包括：一光源；一控制器，用以切换至该散焦深度模式或该聚焦深度模式；一处理器，用以处理多个影像及执行多个影像处理运算；一发光光学系统，适于控制该光源发出的一光束，其中在散焦深度模式时该发光光学系统聚焦该光源发出的该光束在该物体表面及在聚焦深度模式时该发光光学系统以一均匀照度光束照射该物体表面；一成像光学系统，适于撷取影像且适于控制该光源发出的该光束；一分光器；以及一摄影机。2.如权利要求1所述的双模式深度测量装置，其中在聚焦深度模式时，由该光源及陔发光光学系统产生的陔均匀照度光束的光场为相等或大于该成像光学系统的视场(FOV)。3.如权利要求1所述的双模式深度测量装置，其中该发光光学系统包括一电聚焦可调透镜。4.如权利要求3所述的双模式深度测量装置，其中该控制器控制施加于该电聚焦可调透镜的一电量以产生在该物体表面的一聚焦光点或以该均匀照度光束照射该物体表面。5.如权利要求1所述的双模式深度测量装置，其中该成像光学系统包含一电聚焦可调透镜。6.如权利要求5所述的双模式深度测量装置，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：安国律多，曾坤隆，周奕衡，
申请(专利权)人：财团法人工业技术研究院，
类型：发明
国别省市：中国台湾,71