系統架構

由於擴散片的瑕疵種類繁多，大小也不盡相同，因此本研究依據瑕疵之大小 將瑕疵分成巨觀瑕疵(macro-defects)及微觀瑕疵(micro-defects)兩大類。巨觀瑕疵 由於其瑕疵面積較大，因此可擷取整個待測物的影像進行檢測。至於微觀瑕疵由 於其瑕疵面積較小，可將待測物分割為數個子區域做取像及檢測。

開始

結束 設定攝影機

擷取影像

校正

設定檢測參數

瑕疵偵測

檢測結束?

是

否 顯示檢測

結果

圖3.1 擴散片檢測流程

本論文針對巨觀瑕疵及微觀瑕疵分別使用線掃描與面掃描CCD 進行取像，

由於不同的類型的CCD 攝影機需搭配相對應的取像設備才可達到最佳的取像結 果，本研究藉由搭配不同的光源及打光方式期望擷取到最佳的影像以降低後續檢 測的困難度。圖3.1 所示為擴散片檢測流程，以下就流程圖中的各個步驟做說明。

I.

開始檢測前首先必需設定攝影機之快門速度、焦距、光圈、工作距離…等參 數。由於本論文使用面掃描與線掃描CCD 攝影機擷取影像，為了提升線掃描 CCD 動態取像時影像之清晰度與完整性，會依據平台之移動速度、CCD 取像速度搭 配適合的取像高度來擷取影像。取像高度的計算可參考圖 3.2。焦距、待測物件 寬度、工作距離、及感知器大小四者之關係如公式(3.1)所示。利用攝影機鏡頭之 焦距、物距、及像距之關係，即可求出攝影機所要架設的取像距離。

感知器大小

待測物件寬度 =工作距離

圖3.2 取像關係圖

II. 校正：

機器視覺中的校正是影像處理前最重要的步驟之一。一個未經校正的機器視 覺系統，它只能應用在物體輪廓以及外型的辨識上；而經過精確校正後的機器視

覺系統，才可應用在精密定位以及尺寸量測上。此步驟是用於確認攝影機之相關 參數設定是否符合要求，以便後續的影像處理工作。目前較常使用的校正方法有 下列三種：直接線性轉換法、模型校正法、及實物校正法。由於實物校正法之準 確度較其它兩者還高，因此本研究是採用實物校正法。詳細說明請見3.4 節。

III. 設定檢測參數：

一般而言，巨觀瑕疵之檢測方式係藉由檢測人員的主觀意識進行瑕疵的判 別，本研究針對巨觀瑕疵所設定之檢測參數係經由實驗求得。至於微觀瑕疵之檢 測參數則依據業界檢測的標準加以定義。圖3.3 為參數設定視窗。

圖3.3 參數設定視窗

IV. 擷取影像：

機器視覺處理的第一步，便是擷取一幅最佳的數位影像(Digit Image)。待測 物體經由黑白或是彩色CCD 攝影機的擷取後，再經由影像擷取卡把影像訊號轉 換為數位形式等候分析處理。取像時可依待測物體的大小，調整影像解析度至適 當的大小，以減少檢測所需時間。一般而言，面掃描與線掃描CCD 最大的不同 在於面掃描是以二維矩陣的方式一次擷取整個面的影像。而線掃描則是使用一維 矩陣的方式，依水平方向一列一列的掃描影像中的每個像素。藉由物體不斷的在 垂直方向移動，最後組成一個二維的影像。圖3.4 為線掃描與面掃描兩種掃描方 式之示意圖。

由於擴散片的光學特性是將光線均勻的擴散，因此取像時須注意擴散片的擺 放位置(即光澤面朝上或朝下)，不同瑕疵之取像方式並不一定相同(表 3.1 所示)，

圖 3.5 為擴散片之取像示意圖。圖 3.6 與圖 3.7 是針對塗佈不均與拉線瑕疵使用 背光照明的方式進行取像，取像時是將擴散片與背光光源間隔一段距離(48mm) 進行取像；圖3.8 與圖 3.9 則是直接將擴散片貼附於背光光源上進行取像。由取 像結果得知，使用背光光源對巨觀瑕疵進行取像，並無法獲得有效的影像。圖 3.10 為使用線掃描與面掃描 CCD 攝影機對塗佈不均瑕疵之取像結果。觀察得 知，線掃描 CCD 攝影機所擷取的影像光線分佈較均勻，這是由於線掃描 CCD 攝影機取像時光線只需均勻的打在掃描線所在之區域即可，反觀面掃描CCD 攝 影機則需將光線均勻打在整個掃描區域，掃描區域愈大打光愈不容易。有鑒於 此，本研究利用Line-Scan CCD 攝影機對巨觀瑕疵進行取像。

由於線掃描CCD 必需搭配輸送平台進行動態取像，因此取像方式會受到輸 送平台的影響。本研究初期曾嘗試以不同的打光方式進行取像，由於使用背光光 源對巨觀瑕疵進行取像，並無法獲得有效的影像，因此針對巨觀瑕疵是利用光源 側照的方式進行取像，光源入射角度為30∘(光源與法線的夾角)，背景為黑色。

至於微觀瑕疵則無上述情形，因此可採用背光光源進行取像。研究過程中曾嘗試 使用黑色背景搭配光源側照的方式對微觀瑕疵進行取像，但由於微觀檢測區域範

圍較小，影像解析度較高，因此對於背景的要求也非常高，經實驗結果得知，微 觀瑕疵易受到背景不規則紋路的影響，導致無法獲得有效的瑕疵影像。此外，受 限於現有輸送平台之限制，導致無法使用線掃描CCD 攝影機搭配背光光源進行 動態取像，因此本研究是以面掃描CCD 攝影機搭配透光式檢驗燈箱作為微觀檢 測時之取像系統。

圖3.4 線掃描與面掃描之掃描方式

(a)巨觀檢測 (b)微觀檢測 圖3.5 擴散片之取像示意圖

(a)取像方式 (b)光澤面朝上 (c)光澤面朝下 圖3.6 使用背光光源對塗佈不均瑕疵進行取像

(a)取像方式 (b)光澤面朝上 (c)光澤面朝下 圖3.7 使用背光光源對拉線瑕疵進行取像

(a)取像方式 (b)光澤面朝上 (c)光澤面朝下 圖3.8 使用背光光源對塗佈不均瑕疵進行取像

(a)取像方式 (b)光澤面朝上 (c)光澤面朝下 圖3.9 使用背光光源對拉線瑕疵進行取像

(a)Line-Scan CCD 取像結果 (b)Area-Scan CCD 取像結果 圖3.10 線掃描與面掃描 CCD 攝影機之取像結果

表3.1 取像時擴散片之擺放方式

瑕疵類型 瑕疵名稱 擴散片之擺放方式

拉線 巨觀瑕疵

塗佈不均 白點

光澤面朝上

異物 針孔 缺角 漆不均 微觀瑕疵

尺寸不良

光澤面朝下

V. 瑕疵偵測：

依據光源照射方式、CCD 架設方式及物體特性可將影像區分為亮場檢測

（Bright Field Inspection）與暗場檢測（Dark Field Inspection）兩種。亮場檢測是 利用光反射的原理，CCD 架設的位置是在光反射的路徑上，當光線照射無瑕疵 存在之物體表面時，理論上CCD 會接受最多的光線，當有瑕疵存在時，瑕疵部 分的光線會散射而導致進入CCD 的光線較少，使得影像中瑕疵的部分較暗。暗 場檢測則是利用光線的散射原理，CCD 架設位置並不在光反射的路徑上，導致 光線無法進入CCD 中，造成影像呈現黑暗的狀態，然而當有瑕疵存在時，光線

會因其表面不平整而產生散射的情形，使得CCD 接收到光線，因此影像中瑕疵 的部分較亮。

本論文利用暗場檢測的原理，對擴散片進行取像及檢測，由於其瑕疵種類繁 多，且分佈的範圍有大也有小，因此本研究依據瑕疵的大小，將瑕疵檢測分成巨 觀瑕疵檢測及微觀瑕疵檢測兩種，各別之詳細檢測流程與方式將在第四章做說 明。

VI. 顯示檢測結果：

將檢測結果顯示於螢幕上以供線上檢測人員做比對用。

3.1.1

本研究使用之硬體設備是由線/面掃描CCD 攝影機、鏡頭組(Lenses)、影像 擷取卡(Frame Grabber)、光源系統(Lighting Devices)、平台式輸送帶、步進馬達 控制器、個人電腦等設備組成。各設備之規格及用途詳述如下:

‹ Line-Scan CCD 攝影機：採用 DALSA 公司型號 spyder2 S2-12-02K40-01E 之 線掃描CCD 攝影機。影像解析度可達 2048 個像素，像素大小(Pixel Size)為 14µm，資料傳輸(Data Rate)速率為 40MHz。

‹ Area-Scan CCD 攝影機：採用日本 JAI 公司型號 CV-M70 之級進式掃描 (Progressive scan)彩色 CCD 攝影機。該 CCD 之最高解析度為 659(H)X494(V) Pixels，影像輸出格式為 RGB 彩色影像。

‹ 輸送式平台：平台之材料為鋁擠型，規格為 800 (L) x 360 (W) x 110 (H)mm。

搭配之馬達採用2 相步進馬達，步進角為 1.8∘。減速機之減速比為 1/15。

平台是藉由個人電腦之 RS232 序列埠與步進馬達控制器連接，經由程式傳 送控制字串以驅動平台做等速移動，可用來模擬實際生產線之運作情形。

‹ 鏡頭組：搭配線掃描 CCD 使用之鏡頭是採用 Nikon 公司之 Micro-Nikkor

55mm f/2.8；搭配面掃描 CCD 使用之鏡頭為 Zoom 7000 型的可變焦巨觀鏡 頭，可變焦距的範圍為18mm~108mm。

‹ 個人電腦：本研究採用之電腦 CPU 為 Intel Pentium 4 3GHz，記憶體為 512MB。

‹ 照明設備：巨觀檢測用之光源為線形光纖光源，微觀檢測用之光源為透光式 檢驗燈箱，分別搭配線掃描與面掃描 CCD 進行取像。檢驗燈箱之大小為 525 (L) x 495 (W) x 122 (H)mm，發光範圍 490 (L) x 460 (W)mm，發光頻率 40KHz，色溫 5000K∘。

‹ 影像擷取卡：影像擷取卡的主要用途是將 CCD 所擷取之類比影像訊號轉換 成數位影像訊號以供電腦進行資料的存取或處理。本研究採用的影像擷取卡 為Matrox 公司生產之 Meteor-Ⅱ/Camera Link 及 Meteor-Ⅱ/Multi-Channel，

分別搭配線掃描與面掃描CCD 使用。

‹ 步進馬達控制器：由 Parker 公司之 OEM750X 驅動器來控制輸送平台。

‹ 照度計：本研究使用台灣泰仕公司生產之 TES-1339 專業級照度計來測量光 源強度，其測量範圍0.01~999900Lux，解析度為 0.01Lux，尺寸大小為 150 (L) x 70 (W) x 35 (H)mm，光感應器尺寸為 100 (L) x 60 (W) x 27 (H)mm。

圖3.11 巨觀檢測實驗設備

圖3.12 微觀檢測實驗設備

3.1.2

在檢測軟體方面，本研究使用 Borland C++ Builder 5.0 作為軟體撰寫的工 具，並搭配Matrox 公司所發展的 MIL(Matrox Imaging Library)影像處理函式庫配 合影像擷取，以及本實驗室自行發展之影像處理函式庫，撰寫影像擷取及處理之 程式。