top

知識分享

立體視角法對微小元件之三維形貌量測

建立日期：2018/02/21
  • 作者： 蘇威宏等
  • 出處： 國立中山大學材料與光電工程學系 蘇威宏，工研院量測中心 涂鐘範、謝騄璘、藍于瀅
  • 內容： 將一二維條紋投影於待測物體上，利用兩個影像擷取系統，觀察待測物體上的二維條紋，即可以立體視覺搭配條紋投影的方式對微小物件進行三維形貌的量測。尋找兩張擷取的影像內，具有相同相位值之兩畫素，之後利用三角幾何關係，將兩組二維影像點轉換成實際的三維空間座標，重建待測物體的三維形貌。此方法具有下列優點：(1) 非接觸式不會去破壞樣本；(2) 具有高精確度，高形貌樣本密度以及較低的環境干擾因素；(3) 量測時間短，而且單次量測即可重建待測物體的三維形貌，故適用動態物體的檢測。

    立體視覺系統通常是利用兩套影像擷取裝置，對同一待測物體擷取兩張成對影像，再利用三角幾何關係，由兩張影像中，尋找同一待測點在實物座標系的位置，進而描繪出整個待測物體在實物座標系中的形貌。但是在兩張影像、尋找同一待測點的過程中，容易受到外在環境的影響而有認知上的誤差，例如影像解析度不夠、照明不均勻、物體表面有缺陷、遮擋等情況，都會在影像配對的過程中產生困難。因此，立體視覺首要解決的就是影像配對（Image Registration）問題。

    本論文提出條紋投影的方式，來解決Image Registration的問題。其原理是利用投影在待測物體上的二維條紋，經過傅利葉轉換和相位展開的技術後，兩張成對的影像皆可得到可對應配對的相位值，使擷取影像資訊得到更有效的應用，並使成對影像特徵點的配對問題上更容易達成。

    系統架構由兩套影像擷取裝置與一組條紋投影裝置所構成。量測流程中首先將二維條紋投影在待測物體上，再由兩組CCD擷取的影像，經過二維傅利葉轉換和相位展開的技術後，可得到兩張相位分佈圖。這兩張相位分佈圖中，相同的相位值即代表相同的待測點。故雙視角的條紋投影法，使立體視覺在影像點的配對問題上更容易進行。之後再利用三角幾何關係，將兩組二維影像點座標轉換成實際的三維空間座標，即可以得到三維形貌的重建模型。

    條紋相位值的萃取方式，可以採用Fourier transform method與phase-shifting method。以Fourier transform method 為例，將穿透率呈弦狀分佈的圖案，投影在待測物體表面，並由數位像機記錄。利用Fourier transform method算得之相位值介在-π與π之間，造成了相位的不連續性，必須藉由相位之展開獲得連續的相位變化關係。而將這些落差疊加的方法就稱之為相位展開技術(phase unwrapping) 。

    本論文所選定的待測物體為大小約8mm的貝殼，將二維條紋投影在待測物體上，再由兩組CCD擷取影像。經過二維傅利葉轉換和相位展開的技術後，可得到兩張相位分佈圖。藉由相位之展開獲得連續的相位分佈後，即可尋找左右兩張照片重疊的部份、並具有相同相位值之畫素。再由公式尋找待測物體每一畫素的座標。系統量測之結果，精確值約為5m。

    本實驗從利用立體視角法(stereovision method)建立一套三維形貌的量測系統。此量測系統採用非接觸式表面形貌量測，具有高精確度及對環境的適應高等優點。利用投影在待測物體上的二維條紋光柵，經由傅利葉轉換、與相位展開技術，使成對影像特徵點的配對問題上更容易達成。本實驗所需之量測時間短(<1sec.)，而且單次量測即可重建待測物體的三維形貌，可適用於動態物體的檢測。

    論文全文請詳附加檔案連結說明。
  • 檔案下載：立體視角法對微小元件之三維形貌量測
  • 下載次數：402
回上頁