專利名稱：繪制表面輪廓的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的示例性實(shí)施例涉及用于繪制表面輪廓的方法和裝置，或更具體地說，涉及用于繪制表面輪廓的非接觸式方法和非接觸式裝置。
背景技術(shù)：
已經(jīng)以各種方式研發(fā)出了各種繪制三維目標(biāo)物體的表面輪廓的非接觸式方法。在非接觸式方法中，經(jīng)常使用利用激光的方法和利用莫爾圖案(moidpattern)的方法。根據(jù)使用激光的方法或使用莫爾圖案的方法，激光或狹縫圖案光沿傾斜方向照射目標(biāo)物體。然而，當(dāng)目標(biāo)物體以大于激光或狹縫圖案光照射角度的角度突出時(shí)，可能會(huì)產(chǎn)生激光或狹縫圖案光無法到達(dá)的陰影區(qū)域。為了解決上述問題，激光或狹縫圖案光沿各種方向照射到基板上，以通過獲取基板的每個(gè)位置(X，y)的高度來獲取目標(biāo)物體的輪廓。然而，通過照射激光或狹縫圖案光所獲得的高度通常不一致，并且由于高度包含缺陷，導(dǎo)致難以獲得精確的高度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的示例性實(shí)施例提供了一種繪制表面輪廓的方法，其能夠提高高度測(cè)量的精確度。本發(fā)明的示例性實(shí)施例還提供了能夠?qū)崿F(xiàn)上述方法的裝置。本發(fā)明的附加特征將在下述說明中闡明，并且部分將從說明中明顯地得出，或者可以通過實(shí)施本發(fā)明而獲知。本發(fā)明的示例性實(shí)施例披露了一種繪制表面輪廓的方法，包括沿至少兩個(gè)方向依次地向目標(biāo)物體投射狹縫圖案光，以獲得由目標(biāo)物體反射的圖案圖像，根據(jù)方向使用圖案圖像獲得高度，獲得示出高度的最大變化方向的矢量場(chǎng)，獲得與至少兩個(gè)方向?qū)?yīng)的高度的可靠性指數(shù)，使用可靠性指數(shù)和矢量場(chǎng)獲得整合的矢量場(chǎng)，以及，使用整合的矢量場(chǎng)計(jì)算目標(biāo)物體的每個(gè)位置的高度。 例如，可靠性指數(shù)可以包括可見度指數(shù)、反射指數(shù)和陰影指數(shù)中的至少一者。
例如，當(dāng)可見度大于可見度閾值時(shí)，可見度指數(shù)可以為邏輯值真(1)；而當(dāng)可見度等于或小于可見度閾值時(shí)，可見度指數(shù)可以為邏輯值假(0)。當(dāng)通過累加大于反射閾值的強(qiáng)度的邏輯值所生成的累積強(qiáng)度大于或等于整合的反射閾值時(shí)，反射指數(shù)可以為邏輯值真 (1)；而當(dāng)累積強(qiáng)度小于整合的反射閾值時(shí)，反射指數(shù)可以為邏輯值假(0)。當(dāng)通過累加小于陰影閾值的強(qiáng)度的邏輯值所生成的累積強(qiáng)度大于或等于整合的陰影閾值時(shí)，陰影指數(shù)可以為邏輯值真(1)；而當(dāng)累積強(qiáng)度小于整合的陰影閾值時(shí)，陰影指數(shù)可以為邏輯值假(0)。與至少兩個(gè)方向?qū)?yīng)的高度的可靠性指數(shù)可以是使用可見度指數(shù)、反射指數(shù)和陰影指數(shù)獲得的。例如，與至少兩個(gè)方向?qū)?yīng)的高度的可靠性指數(shù)可以是通過將可見度指數(shù)、反射指數(shù)和陰影指數(shù)邏輯相加而獲得的。例如，與至少兩個(gè)方向?qū)?yīng)的高度的可靠性指數(shù)是通過將可見度指數(shù)與可選的邏輯值真或假相乘，將反射指數(shù)與可選的邏輯值相乘，將陰影指數(shù)與可選的邏輯值相乘，再將上述三個(gè)乘積邏輯相加而獲得的。例如，整合的矢量場(chǎng)可以是通過選擇可靠性指數(shù)的邏輯值為真的矢量場(chǎng)以及對(duì)所選擇的矢量場(chǎng)進(jìn)行取中位數(shù)操作而獲得的。例如，計(jì)算目標(biāo)物體的每個(gè)位置的高度可以是這樣執(zhí)行的列泊松方程，其中方程右側(cè)通過對(duì)整合的矢量場(chǎng)應(yīng)用散度算子而獲得，方程的左側(cè)通過對(duì)高度應(yīng)用拉普拉斯算子而獲得；以及，求解泊松方程，以得到與高度對(duì)應(yīng)的解。例如，求解泊松方程可以是這樣執(zhí)行的將具有連續(xù)算子(^fecPMy)的泊松方程轉(zhuǎn)換為具有離散算子的離散泊松方程；以及，利用傅里葉級(jí)數(shù)表示離散泊松方程的解，以得到傅里葉級(jí)數(shù)的系數(shù)。本發(fā)明的示例性實(shí)施例披露了一種繪制表面輪廓的裝置，包括支撐部分，其支撐設(shè)有目標(biāo)物體的基板；圖案圖像投射部分，其沿至少兩個(gè)方向向目標(biāo)物體投射狹縫圖案光； 圖像捕獲部分，其捕獲依次被目標(biāo)物體反射的與至少兩個(gè)方向?qū)?yīng)的圖案圖像；存儲(chǔ)單元， 其存儲(chǔ)由圖像捕獲部分捕獲的圖案圖像；以及，計(jì)算部分，其使用圖案圖像獲得與至少兩個(gè)方向?qū)?yīng)的高度，通過對(duì)高度進(jìn)行梯度操作獲得與至少兩個(gè)方向?qū)?yīng)的矢量場(chǎng)，獲得與至少兩個(gè)方向?qū)?yīng)的高度的可靠性指數(shù)，通過使用可靠性指數(shù)和矢量場(chǎng)獲得整合的矢量場(chǎng)， 并且使用整合的矢量場(chǎng)計(jì)算目標(biāo)物體的每個(gè)位置的高度。例如，計(jì)算部分可以包括高度計(jì)算單元，其依次使用圖案圖像計(jì)算與至少兩個(gè)方向?qū)?yīng)的高度；可靠性指數(shù)計(jì)算單元，其計(jì)算與至少兩個(gè)方向?qū)?yīng)的高度的可靠性指數(shù)； 存儲(chǔ)單元，其存儲(chǔ)計(jì)算出的高度和計(jì)算出的可靠性指數(shù)；矢量場(chǎng)計(jì)算單元，其計(jì)算矢量場(chǎng)； 整合的矢量場(chǎng)計(jì)算單元，其使用與至少兩個(gè)方向?qū)?yīng)的可靠性指數(shù)和矢量場(chǎng)計(jì)算整合的矢量場(chǎng)；邊界設(shè)定單元，其設(shè)定目標(biāo)物體的邊界；以及泊松方程求解單元，其通過對(duì)由邊界設(shè)定單元設(shè)定的邊界應(yīng)用邊界條件來求解泊松方程，泊松方程的右側(cè)通過對(duì)整合的矢量場(chǎng)應(yīng)用散度算子而獲得，泊松方程的左側(cè)通過對(duì)高度應(yīng)用拉普拉斯算子而獲得。應(yīng)當(dāng)理解，前述概括說明和以下的詳細(xì)說明是示例性和說明性的，其目的在于為本發(fā)明提供進(jìn)一步的說明。


為提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步的理解，本發(fā)明包含并入說明書并且構(gòu)成說明書的一部分的附圖，附圖示出本發(fā)明的實(shí)施例并且連同說明書一起用于解釋本發(fā)明的原理。圖1是示出根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的繪制表面輪廓的方法的流程圖。圖2是示出根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的繪制表面輪廓的裝置的示意圖。圖3是示出根據(jù)示例性實(shí)施例的圖2中的存儲(chǔ)單元和計(jì)算部分的框圖。
具體實(shí)施例方式在下文中，將參考示出了本發(fā)明的實(shí)施例的附圖更詳細(xì)描述本發(fā)明。然而，本發(fā)明可以體現(xiàn)為多種不同的形式，并且不應(yīng)解釋為僅局限于在此列舉的實(shí)施例。相反，提供這些示例性實(shí)施例，使得本公開完整，并且將本發(fā)明的范圍充分地傳達(dá)給本領(lǐng)域的技術(shù)人員。在附圖中，為了清晰可見，可能夸大層和區(qū)域的尺寸和相對(duì)尺寸。圖中相似的附圖標(biāo)記代表相似的元件。下面，將參考附圖詳細(xì)地描述本發(fā)明。圖1是示出根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的繪制表面輪廓的方法的流程圖。參考圖1，根據(jù)本發(fā)明的繪制表面輪廓的方法，狹縫圖案光依次沿至少兩個(gè)方向照射到目標(biāo)物體上，并且依次獲得被目標(biāo)物體反射的目標(biāo)物體的圖案圖像(步驟S110)。例如，狹縫圖案光可以沿斜角照射到目標(biāo)物體上，并且可以通過使光傳送光柵圖案來生成狹縫圖案光，該光柵圖案上選擇性地形成有透明部分和不透明部分。當(dāng)狹縫圖案光沿一個(gè)方向照射到目標(biāo)物體上以測(cè)量該目標(biāo)的高度時(shí)，狹縫圖案光可能不會(huì)到達(dá)目標(biāo)物體的相反部分，從而產(chǎn)生了陰影區(qū)域。在這種情況下，狹縫圖案光可以沿其他方向照射到目標(biāo)物體上，以便補(bǔ)償目標(biāo)物體的相反部分。因此，可以測(cè)量得到更精確的高度。在照射狹縫圖案光時(shí)，例如沿每個(gè)方向移動(dòng)光柵圖案而獲得圖案圖像。例如，在3 桶算法中，通過將光柵圖案移動(dòng)與光柵圖案的柵距的1/3相等的距離，獲得3個(gè)圖案圖像； 并且在4桶算法中，通過將光柵圖案移動(dòng)與光柵圖案的柵距的1/4相等的距離，獲得4個(gè)圖案圖像。然后，使用每個(gè)方向上的圖案圖像計(jì)算目標(biāo)物體的高度(步驟S120)。根據(jù)穿過光柵圖案的狹縫圖案光的圖案圖像可以近似為下述表達(dá)式1所示的正弦函數(shù)。表達(dá)式權(quán)利要求
1.一種繪制表面輪廓的方法，包括沿至少兩個(gè)方向依次地向目標(biāo)物體投射狹縫圖案光，以獲得由所述目標(biāo)物體反射的圖案圖像；根據(jù)所述方向使用圖案圖像獲得高度； 獲得示出高度的最大變化方向的矢量場(chǎng)； 獲得與至少兩個(gè)方向?qū)?yīng)的高度的可靠性指數(shù)； 使用所述可靠性指數(shù)和所述矢量場(chǎng)獲得整合的矢量場(chǎng)；以及使用所述整合的矢量場(chǎng)計(jì)算所述目標(biāo)物體的每個(gè)位置的高度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的繪制表面輪廓的方法，其中，所述可靠性指數(shù)包括可見度指數(shù)、反射指數(shù)和陰影指數(shù)中的至少一者。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的繪制表面輪廓的方法，其中，當(dāng)可見度大于可見度閾值時(shí)，所述可見度指數(shù)為邏輯值真(1)；而當(dāng)所述可見度等于或小于所述可見度閾值時(shí)，所述可見度指數(shù)為邏輯值假(0)，當(dāng)通過將大于反射閾值的強(qiáng)度的邏輯值累加所生成的累積強(qiáng)度大于或等于整合的反射閾值時(shí)，所述反射指數(shù)為邏輯值真(1)；而當(dāng)所述累積強(qiáng)度小于所述整合的反射閾值時(shí)， 所述反射指數(shù)為邏輯值假(0)，當(dāng)通過將小于陰影閾值的強(qiáng)度的邏輯值累加所生成的累積強(qiáng)度大于或等于整合的陰影閾值時(shí)，所述陰影指數(shù)為邏輯值真(1)；而當(dāng)所述累積強(qiáng)度小于所述整合的陰影閾值時(shí)， 所述陰影指數(shù)為邏輯值假(0)，并且與至少兩個(gè)方向?qū)?yīng)的高度的可靠性指數(shù)是使用所述可見度指數(shù)、所述反射指數(shù)和所述陰影指數(shù)獲得的。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的繪制表面輪廓的方法，其中與至少兩個(gè)方向?qū)?yīng)的高度的可靠性指數(shù)是通過將所述可見度指數(shù)、所述反射指數(shù)和所述陰影指數(shù)邏輯相加而獲得的。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的繪制表面輪廓的方法，其中，與至少兩個(gè)方向?qū)?yīng)的高度的可靠性指數(shù)是通過將所述可見度指數(shù)與可選的邏輯值真或假相乘，將所述反射指數(shù)與可選的邏輯值相乘，將所述陰影指數(shù)與可選的邏輯值相乘，再將上述三個(gè)乘積邏輯相加而獲得的。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的繪制表面輪廓的方法，其中這樣獲得所述整合的矢量場(chǎng) 選擇可靠性指數(shù)的邏輯值為真的矢量場(chǎng)；以及通過對(duì)所選擇的矢量場(chǎng)進(jìn)行取中位數(shù)操作獲得所述整合的矢量場(chǎng)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的繪制表面輪廓的方法，其中，計(jì)算所述目標(biāo)物體的每個(gè)位置的高度是這樣執(zhí)行的列泊松方程，其中方程右側(cè)通過對(duì)所述整合的矢量場(chǎng)應(yīng)用散度算子而獲得，以及方程的左側(cè)通過對(duì)所述高度應(yīng)用拉普拉斯算子而獲得；以及求解所述泊松方程，以得到與所述高度對(duì)應(yīng)的解。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的繪制表面輪廓的方法，其中，求解所述泊松方程是這樣執(zhí)行的將具有連續(xù)算子(β/5χ，的所述泊松方程轉(zhuǎn)換為具有離散算子的離散泊松方程；以及利用傅里葉級(jí)數(shù)表示所述離散泊松方程的解，以得到所述傅里葉級(jí)數(shù)的系數(shù)。
9.一種繪制表面輪廓的裝置，包括 支撐部分，其支撐設(shè)有目標(biāo)物體的基板；圖案圖像投射部分，其沿至少兩個(gè)方向朝所述目標(biāo)物體投射狹縫圖案光； 圖像捕獲部分，其捕獲依次被所述目標(biāo)物體反射的與所述至少兩個(gè)方向?qū)?yīng)的圖案圖像；存儲(chǔ)單元，其存儲(chǔ)由所述圖像捕獲部分捕獲的所述圖案圖像；以及計(jì)算部分，其使用所述圖案圖像獲得與至少兩個(gè)方向?qū)?yīng)的高度，通過對(duì)所述高度進(jìn)行梯度操作獲得與所述至少兩個(gè)方向?qū)?yīng)的矢量場(chǎng)，獲得與至少兩個(gè)方向?qū)?yīng)的高度的可靠性指數(shù)，通過使用所述可靠性指數(shù)和所述矢量場(chǎng)獲得整合的矢量場(chǎng)，并且使用所述整合的矢量場(chǎng)計(jì)算所述目標(biāo)物體的每個(gè)位置的高度。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的繪制表面輪廓的裝置，其中，所述計(jì)算部分包括高度計(jì)算單元，其依次使用所述圖案圖像計(jì)算與所述至少兩個(gè)方向?qū)?yīng)的所述高度； 可靠性指數(shù)計(jì)算單元，其計(jì)算與所述至少兩個(gè)方向?qū)?yīng)的高度的可靠性指數(shù)； 存儲(chǔ)單元，其存儲(chǔ)計(jì)算出的高度和計(jì)算出的可靠性指數(shù)； 矢量場(chǎng)計(jì)算單元，其計(jì)算所述矢量場(chǎng)；整合的矢量場(chǎng)計(jì)算單元，其使用與所述至少兩個(gè)方向?qū)?yīng)的所述可靠性指數(shù)和所述矢量場(chǎng)計(jì)算所述整合的矢量場(chǎng)；邊界設(shè)定單元，其設(shè)定所述目標(biāo)物體的邊界；以及泊松方程求解單元，其通過對(duì)由所述邊界設(shè)定單元設(shè)定的所述邊界應(yīng)用邊界條件來求解所述泊松方程，所述泊松方程的右側(cè)通過對(duì)所述整合的矢量場(chǎng)應(yīng)用散度算子而獲得，以及所述泊松方程的左側(cè)通過對(duì)所述高度應(yīng)用拉普拉斯算子而獲得。
全文摘要
本發(fā)明公開一種繪制表面輪廓的方法和裝置。該方法包括沿至少兩個(gè)方向依次地向目標(biāo)物體投射狹縫圖案光，以獲得由目標(biāo)物體反射的圖案圖像，根據(jù)方向使用圖案圖像獲得高度，獲得示出高度的最大變化方向的矢量場(chǎng)，獲得與至少兩個(gè)方向?qū)?yīng)的高度的可靠性指數(shù)，使用可靠性指數(shù)和矢量場(chǎng)獲得整合的矢量場(chǎng)，以及，使用整合的矢量場(chǎng)計(jì)算目標(biāo)物體的每個(gè)位置的高度。因此，提高了精確度。
文檔編號(hào)G01B11/25GK102538706SQ20111037653
公開日2012年7月4日 申請(qǐng)日期2011年11月21日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月19日
發(fā)明者葉夫根尼·沃羅比耶夫 申請(qǐng)人:株式會(huì)社高永科技