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研究生: 張世勳
Shih-Shun Chung
論文名稱: 以對焦尋形法為基礎之方法最佳化與量測
Method Optimization and Measurement by Shape-from-Focus(SFF)
指導教授: 林士傑
Shin-Chieh Lin
口試委員:
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 工學院 - 動力機械工程學系
Department of Power Mechanical Engineering
論文出版年: 2008
畢業學年度: 96
語文別: 中文
論文頁數: 89
中文關鍵詞: 對焦尋形法位置補償錫球高度
外文關鍵詞: Shape-from-Focus, position compensation, solderball height
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  • 本研究中,建構出一套以紅光LED環型燈為光源,針對微小工件量測之顯微量測系統。系統以CCD攝影機為取像裝置,搭配立體顯微鏡,並以步進馬達搭配分釐卡,使移動平台作上下的垂直移動。
    本研究中,利用對焦尋形法來求得待測物之三維輪廓資訊。由於光軸與移動平台並不垂直,必須經由位置補償修正其偏移的影像。Sum-Modified-Laplacian(SML)及Sum-Enhanced-Modified-
    Laplacian(SEML)運算子可計算出待測物影像在對焦與失焦間的差異,進而得到待測物輪廓之深度變化資訊。在ML及EML運算後,加入高斯平滑濾波可消除影像中的雜訊。中值濾波可消除孤立點並保留影像邊緣輪廓。高斯擬合與內插則可消除雜訊並突顯待測物的高度。藉由自定指標與重建待測物輪廓去判定方法之優劣,以其最佳方法套用至錫球輪廓重建與高度量測上。


    In this study, a novel 3D non-contact microscope system is developed. In this system, a CCD camera and microscope system are used to grab object images. A stepping motor is used to move the object vertically.
    In this study, the technology of Shape-from-Focus is adopted to estimate the 3D geometry of examined object. The images have a status of the shift that is due to the optic axis and mobility platform are not vertical. We make use of position compensation to correct the shift of the images. Sum-Modified-Laplacian(SML) and Sum-Enhanced-Modified-
    Laplacian(SEML) operator are generally used in this approach to identify object in focus. After an operation of ML and EML, we join Gaussian filter to remove noise in the images. Median filter can filter out the isolated points and preserve the edge contour of the images. Gaussian fitting and interpolation can eliminate noise and show the height of the objects. We rebuild the contour and define the index to optimize the method to reach a better result. At last, we adopt the best method to measure the height of the solderballs.

    目錄 中文摘要 I Abstract II 目錄 III 表目錄 IV 圖目錄 V 第一章 緒論 1 第二章 文獻回顧 5 2.1 打光技術 5 2.2 非接觸式量測 7 2.3 BGA 錫球三維檢測之相關文獻 10 第三章 系統量測理論及其相關原理 15 3.1 鏡頭基本光學原理 15 3.2 對焦尋形法及其測量值計算 18 3.3 高斯平滑濾波與中值濾波 21 3.4 位置補償的應用 23 3.5 高斯擬合曲線及高斯高度內插 24 3.6 影像尺寸換算 27 第四章 系統軟硬體之建構 36 4.1 系統硬體設備 36 4.2 系統軟體規劃 39 第五章 量測與實驗結果 47 5.1 系統參數調整及計算 47 5.2 實驗方法及參數比較 49 5.3 影像前處理與聚焦度測量值計算 50 5.4 高斯擬合曲線、高斯內插及中值濾波 54 5.5 量測結果與驗證 58 第六章 結論與建議 83 參考文獻 85 表目錄 表 4-1 複合式圖形產生器規格表 42 表 4-2 立體顯微鏡規格表 43 表 4-3 CCD 攝影機規格表 43 表 4-4 影像擷取卡規格表 44 表 4-5 LED紅光環型燈規格表 44 表 4-6 直流伺服馬達規格表 45 表 4-7 數位分釐卡規格表 45 表 5-1 景深與尺寸比例之計算 63 表 5-2 運算方法前處理:參數設定 63 表 5-3 運算方法前處理:半徑之量測值 64 表 5-4 高斯擬合與內插及中值濾波:參數設定 64 表 5-5 高斯擬合與內插及中值濾波:半徑之量測值 65 表 5-6 高斯擬合與內插及中值濾波:判斷指標量測 66 表 5-7 系統量測參數 67 表 5-8 倍率和偏移量(pixels)的關係 67 表 5-9 錫球高度量測值 68 圖目錄 圖 2-1 打光方式 17 圖 2-2 FSM光學系統示意圖 17 圖 3-1 對焦影像示意圖 31 圖 3-2 景深範圍示意圖 31 圖 3-3 對焦尋形法系統架構示意圖 32 圖 3-4 Laplacian 運算子相消實例 32 圖 3-5 離散式高斯平滑濾波遮罩 33 圖 3-6 影像偏移圖,由上到下依序為第1、10、20張影像 34 圖 3-7 內插法示意圖 35 圖 3-8 聚焦度測量值-影像張數之高斯擬合示意圖 36 圖 3-9 高斯分佈模型 37 圖 3-10 CCD 校準遮罩 38 圖 4-1 顯微量測系統 47 圖 4-2 定位系統,左:分配器、右上:選台器、右下:複合圖形產生器 47 圖 4-3 顯微量測系統 48 圖 4-4 照射光源,左:螢光環型燈、右: LED 紅光環型燈 48 圖 4-5 直流伺服馬達 49 圖 4-6 數位分釐卡,由上至下:聯軸器、接頭、數位分釐卡 49 圖 5-1 系統量測流程圖 70 圖 5-2 位置補償前後之形心相對位置曲線圖 71 圖 5-3 位置補償前後之雲點圖 73 圖 5-4 不同聚焦度運算子之雲點圖 74 圖 5-5 不同高斯濾波遮罩大小之雲點圖 76 圖 5-6 標準件陶瓷球之方法測試結果 78 圖 5-7 量測所用之BGA樣本 79 圖 5-8 各倍率所拍攝之錫球影像 80 圖 5-9 聚焦閥值為10下重建之雲點圖 82 圖 5-10 聚焦閥值為20下重建之雲點圖,方法:中值濾波 85

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