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自動化光學檢測基本原理與產業應用 時間：2012/5/17 報告人：黃瑞宗
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個人檔案 姓名：黃瑞宗 學歷：逢甲大學資訊電機工程碩士 (93-98) 碩士論文： 任職：台灣暹勁股份有限公司 職稱：視覺課課長
『機器視覺應用於高速、高精度之托盤內積體電路板雷射蓋印之自動檢測』 任職：台灣暹勁股份有限公司 職稱：視覺課課長
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資料來源：104人力銀行
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2012年半導體資本支出將下降19.5% 資料來源：科技產業資訊室
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大綱 機器視覺系統簡介 機器視覺系統應用 機器視覺系統元件介紹 產業應用 專長與工作 打光與光源 鏡頭 影像處理 CCD
高速動態取像辨識系統 專長與工作 臺灣博碩士論文知識加值系統 工作分析
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機器視覺的定義 一種非接觸式感測（non-contact sensing）的裝置，能夠自動擷取與解釋（interpret）真實景物的影像，然後取得影像的資訊以控制機器或製程 “The use of devices for non-contact sensing to automatically receive and interpret an image of a real scene in order to obtain information and/or control machines or process.” The Society of Manufacturing Engineers(SME 國際製造工程協會)
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Why Machine Vision? 自動化 品質管理 降低成本 避免曝露於高危險工作環境當中 避免持續且重複性的工作傷害
快速處理即時性事件 品質管理 提升高精確的量測工作 降低成本 減少人工處理錯誤
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機械視覺系統的相關技術領域 光學 影像處理 電腦視覺 機械視覺系統 自動控制 照明工程 電子電機 機器人學 機械
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人類視覺 VS 機器視覺 人眼視覺 可見光 眼球 大腦 手、腳 水晶體 視網膜 鏡頭 CCD 電腦 軟體 Motion 機器手臂 不可見光
取像元件 影像處理器 自動化機器 機器視覺
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機器視覺系統架構 機械視覺系統 電腦視覺系統 機械人機構與 驅動單元 取像機構 影像處理單元 機械手臂 機械人介面卡 機械人驅動器 照明設備
光學裝置 攝影機 PC Frame Graber Monitor
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大綱 機器視覺系統簡介 機器視覺系統應用 機器視覺系統元件介紹 產業應用 專長與工作 打光與光源 鏡頭 影像處理 CCD
高速動態取像辨識系統 專長與工作 臺灣博碩士論文知識加值系統 工作分析
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機器視覺系統之應用 檢測(Inspection) 識別(Recognition) 量測(Measurement) 定位(Alighment)
瑕疵檢查 識別(Recognition) OCR、車牌 量測(Measurement) 長度、寬度、厚度 定位(Alighment) 取放、打線
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機器視覺的產業應用 電器電子產品 半導體業 液晶LCD 食品業 醫藥類 其他 印刷電路板檢查、二維條碼、手機 蓋印品質檢查、錫球檢查
亮點檢查、Mura檢查 食品業 米粒塞檢、土豆分類 醫藥類 藥罐日期、藥品顏色分類 其他 包裝、印刷、汽車、博奕 圖片來源：Cognex、光道視覺、OPTMV
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高速動態取像辨識系統 專長與工作 臺灣博碩士論文知識加值系統 工作分析
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打光與光源 打光是機器視覺中非常困難的部分，需要很多直覺與經驗 打光技術並無通則，但對於特定應用場合已有經驗可循
打光方法是依據待測物的光學特性來決定
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打光的目的 強化特徵的對比 使前景與背景明顯不同 強化訊噪比S/N ratio 凍結移動中物體的運動 去除反射
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可見光與電磁輻射 可見光是電磁輻射的一種，其波長在380～780nm之間 圖片來源：AEEA 天文教育資訊網
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基本的打光技術 正向打光 高角度 低角度 同軸光 背向打光 背光板 結構打光 雷射結構光 圖片來源：CCS網站、EO Edmund
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光源種類 螢光燈 鹵素燈 LED 氙氣燈 圖片來源：肯定資訊
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各種光源特性比較 Win 光源比較表 光源 螢光燈 鹵素燈 LED 氙氣燈 白光 光譜 白光(微綠) 白光(微黃) 單光譜 (微藍)
壽命(小時) 5,000~7,000 1,000~2,000 60,000~100,000 3,000~7,000 光強度 亮 非常亮 暗~亮 備註 便宜、高頻、擴散式 高熱、相對便宜 便宜 高熱 Win
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高速動態取像辨識系統 專長與工作 臺灣博碩士論文知識加值系統 工作分析
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鏡頭基本參數 視野範圍（FOV） 工作距離（WD） 景深（DOF） 解析度（Resolution） 圖片來源：EO Edmund
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薄透鏡成像公式
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鏡頭種類 依照接頭分類 依照應用分類 特殊應用 CCTV Lens C Mount Zoom Lens Filter CS Mount
Macro Lens Telecentric Lens C Mount CS Mount F Mount Filter Polarizer Prism 圖片來源：肯定資訊、碁仕科技
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高速動態取像辨識系統 專長與工作 臺灣博碩士論文知識加值系統 工作分析
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Image Process 1 Original Image Reverse Exponential Power X
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Image Process 2 Original Image Laplacian Sobel Dilate Erode
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高速動態取像辨識系統 專長與工作 臺灣博碩士論文知識加值系統 工作分析
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CCD攝影機分類 色系 形狀 感光頻譜 掃瞄方式 視訊訊號 Color Mono 面型（Area） 線型（Line） 可見光
紅外光（Infra Red） 紫外光（Ultra Violet） X-Ray 掃瞄方式 交錯式（Interlaced） 非交錯式（Progressive） 視訊訊號 類比（Analog） 數位（Digital）
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Digital Camera界面比較 CameraLink IEEE-1394a IEEE-1394b Fiber Channel
Max peed 2.38 Gbits/s Mbits/s ( Mbits/s) Mbits/s ( Gbits/s) Mbits/s No. of devices 1 63 126 Total length of able 30 m 4.5 m/segment72 m to farthest camera To 100 m 30 m-10 km Comments Point-to-point-interface Interface includes SCSI protocol
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高速動態取像辨識系統 專長與工作 臺灣博碩士論文知識加值系統 工作分析
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影片欣賞 高速動態取像辨識系統
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CCD觸發訊號來源比較 軸卡觸發 Sensor觸發
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CCD觸發訊號來源比較-結果分析 1、依照曝光時間進行分析不管是Sensor或者是8164卡均無大變異
2、不同速度下Avg會越來越小表示速度越快，收到訊號到取像的時間行走的距離越遠 3、高速取像下8164的誤差0.005μm（0.5pixel）比Sensor誤差0.02μm（2pixel）小，標準差亦較小
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高速動態取像辨識系統 專長與工作 臺灣博碩士論文知識加值系統 工作分析
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What’s On The Fly
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What’s On The Fly
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Flow Chart
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視覺關鍵參數 以目前使用較多的AVT Guppy046B(下CCD)為例 FPS：每秒傳輸張數（CCD標準規格）
Resolution：解析度（單位：μm/pixel，亦即每個像素真實大小） 解析度越小精度越高，但曝光時間內移動越多像素，畫面相對越容易模糊 Exposure Time：曝光時間 曝光時間越小，表示進光量越少，物體會越暗，但曝光時間過大時會因為相同一次曝光移動距離過大造成模糊 計算影像是否可能模糊（曝光時間移動的距離不可超過1個像素）： 曝光時移動距離＝曝光時間*速度≦1pixel * Resolution 範例(RCST)： 20μs*速度≦1 pixel * 6μm/pixel 速度≦6μm/20μs=300mm/s 當視覺系統完成後需自我驗證，使用外部Trigger進行穩定性驗證，並且確保CCD Index Time不會有Lose現象，至少持續3000次以上 CCD對外提供數據僅：CCD Index Time 單位：ms
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Progressive Scan 漸進式(progressive)相機是指取像時，影像感測器在預設的電子快門時間內，進行一次曝光與傳送，再透過暫存器，循序將影像訊號輸出，完成全畫面的擷取動作。 漸進式相機適合於高速動態取像，光源亮度固定，而不會產生拖影現象。 交錯式(Interlaces)為一般較常用靜態取像檢測，若用動態取像需搭配閃光燈源作同步取像。
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Progressive Scan
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Cell Size Cell Size越大表示單位像素可以感光的面積越多，高速移動時曝光時間極短，所需感應的亮度越高
相同解析度應該要選擇Sensor越大越好
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F-Number（以N表示） N值越小，表示進光亮越多，高速移動時曝光時間極短（約20μs）需要的亮度要更大 相對的N值越小景深便會犧牲了
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Light Source LED光源具有亮度高、壽命長、單價便宜以及可以支援Strobe(頻閃)
唯一的缺點就是害怕熱，使用頻閃剛好可以避免熱量的累積 高速動態取像因曝光時間極短（約20μs）需要更高亮度
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機構移動參數 RPM：每分鐘轉速：Revolution(s) Per Minute 螺距：螺桿每轉移動距離（mm）
Pitch：每次拍照的間隔距離（mm） 速度曲線：一般會呈現T形CCD取像，必須於穩速區段才可以取 到穩定之影像
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為何於加速段會造成取像位置不一定？
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移動距離積分 距離＝將速度以時間進行積分 故加減速段每次行走距離均不相同 於穩速段無速差故不會發生取像問題 S：距離 v：速度 t：時間
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機構設計與視覺溝通
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範例 範例1： 範例2： CCD Index Time＝50ms 吸嘴Pitch＝30mm 螺距＝10mm/rev
速度＝吸嘴Pitch/CCD Index Time＝30/50＝0.6mm/ms＝600mm/s 轉速RPM：速度/螺距＝600(mm/s)/10(mm/rev)＝60(rev/s) =3600(rev/min) 範例2： CCD Index Time＝40ms 吸嘴Pitch＝20mm 螺距＝20mm/rev 速度＝吸嘴Pitch/CCD Index Time＝20/40＝0.5mm/ms＝500mm/s 轉速RPM：速度/螺距＝500(mm/s)/20(mm/rev)＝25(rev/s) =1500(Rev/min)
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臺灣博碩士論文知識加值系統 關鍵字：Machine Vision，共2992筆 資料來源臺灣博碩士論文知識加值系統
查詢時間：2012/5/15
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工作分析 相關職缺： 機器視覺工程師 視覺工程師 影像軟體工程師 自動化檢測工程師 影像處理工程師
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