TWI398619B - Orthogonal correction method - Google Patents

Description

正交校正方法

本發明係關於一種正交校正方法，特別是指一種運算圖像之幾何比例關係之正交校正方法。

習知技術中，許多正交校正方法係藉由一操作員利用角規等硬體工具，進行一校正作業。其係利用一掃描系統對一校準片進行掃描，並取得一擷取影像。再藉由操作員對該擷取影像進行目測後，並判斷出掃描系統是否具有一偏移角度，再藉由角規等硬體工具對掃描系統進行校正。然而，藉由操作員利用目測方式與角規等硬體工具，進行掃描系統之校正的方式，往往會因為人為疏失而導致校正不準確。

因此，習知技術中會因為校正不準確而無法快速完成掃描系統之校正，且往往必須花費更多時間來重複進行校正。因此如何提升校正之準確度與速度，便是相當重要之議題。

在此前提下，本案發明人深感實有必要開發出一種新的正交校正方法藉以同時改善上述種種問題。

有鑒於習知技術中，利用人工目測判斷出掃描系統之偏移角度，並藉由角規等硬體工具，進行掃描系統之校正。往往會因為操作人員之疏失，而導致校正之不準確，進而花費更多時間來重複進行校正。

緣此，本發明之主要目的在於提供一種正交校正方法，其係利用一校正片對一掃描檢測系統進行校正，其中，該校正片與掃描檢測系統沿一設定方向相對移動。藉由掃描檢測系統對校正片沿一線掃描方向進行一線掃描作業，並取得一掃描幾何圖像，再透過該掃描幾何圖像與一已知幾何圖像進行幾何比例之比對，藉以求得一校正角度。最後，根據該校正角度調整設定方向與該線掃描方向中之至少一者，使該設定方向與該線掃描方向相互正交。

因此，透過該掃描幾何圖像與該已知幾何圖像間之幾何相關性，經過簡單的幾何公式推導，係可準確且快速地運算出校正角度。藉此，可有效解決上述之種種問題。

本發明為解決習知技術之問題，所採用之技術手段係提供一種正交校正方法，係用以在一線掃描影像擷取裝置與一校正片沿一設定方向相對移動時，使該設定方向與該線掃描影像擷取裝置之一線掃描方向相互正交，該校正片具有一已知幾何圖像，且該正交校正方法包含以下步驟：

(a)　使該線掃描影像擷取裝置與該校正片沿該設定方向相對移動，並利用該線掃描影像擷取裝置沿該線掃描方向對該校正片進行一線掃描作業，藉以取得該校正片之一掃描幾何圖像；

(b)　利用該掃描幾何圖像與該已知幾何圖像之至少二幾何比例對應條件，運算出一校正角度；以及

(c)　依據該校正角度，調整該設定方向與該線掃描方向中之至少一者，使該設定方向與該線掃描方向相互正交。

相較於習知正交校正方法中，利用人工目測判斷出掃描系統之偏移角度，並藉由角規等硬體工具，進行掃描系統之校正。由於在本發明例所揭露之正交校正方法中，係藉由掃描幾何圖像與已知幾何圖像間的幾何相關性，進行幾何比例之比對。顯而易見地，藉由本發明例所揭露之正交校正方法，不需藉由繁複地操作程序，僅需利用簡單的幾何公式推導，就可以準確且快速地運算出校正角度，進而提升正交校正效率。藉以有效解決以上所述之種種問題。

本發明所採用的具體實施例，將藉由以下之實施例及圖式作進一步之說明。

本發明所提供之正交校正方法可廣泛運用於校正各種掃描檢測系統，而且相關之組合實施方式更是不勝枚舉，故在此不再一一贅述，僅列舉其中一個較佳實施例加以具體說明。

請參閱第一圖，其係本發明較佳實施例之系統架構側視示意圖，本發明係利用一校正片1對一掃描檢測系統2進行校正。掃描檢測系統2係可包含一載台21、一線掃描影像擷取裝置22、一轉動平台23、一電子裝置24與一光源25。

校正片1係放置於載台21上，並沿一設定方向D1移動。校正片1係可具有一已知幾何圖像f1，已知幾何圖像f1係可為校正片1之外輪廓或為標記於校正片1之表面之幾何圖像。於本較佳實施例中，已知幾何圖像f1係為校正片1之外輪廓，且為一圓形圖像。已知幾何圖像f1係可儲存於電子裝置24中。

線掃描影像擷取裝置22係設置於轉動平台23上，且線掃描影像擷取裝置22係電性連接於電子裝置24。因此，在線掃描影像擷取裝置22擷取一掃描幾何圖像後，可將其所擷取的掃描幾何圖像傳送至電子裝置24。

電子裝置24包含一記憶單元241、一顯示單元242、一運算單元243與一控制單元244。記憶單元241可用以儲存已知幾何圖像f1，記憶單元241係可電性連接於運算單元243。顯示單元242係可用以顯示掃描幾何圖像，顯示單元242係可電性連接於運算單元243。運算單元243係可用以運算比對程序，運算單元243係可電性連接於線掃描影像擷取裝置22。控制單元244係可用以執行校正程序，控制單元244係可電性連接於運算單元243與轉動平台23。電子裝置係可為一電腦。

請參閱第二圖，其係本發明較佳實施例之系統架構俯視示意圖，並請一併參閱第一圖。在利用校正片1對掃描檢測系統2進行校正時，可以先將校正片1放置於載台21上，並使校正片1與線掃描影像擷取裝置22之間產生一相對移動。

特別必須強調的是，在本文中所謂的相對移動，係泛指校正片1與線掃描影像擷取裝置22之間存在的相對移動關係，在實務運用上，只要校正片1、載台21與線掃描影像擷取裝置22中之其中一者移動，即可產生上述之相對移動。較佳者，在本實施例中，可使校正片1沿上述之設定方向D1移動而產生上述之相對移動，並使光源25將一檢測光束(圖未標示)投照射於校正片1；在檢測光束穿透載台21後，可使線掃描影像擷取裝置22在沿一線掃描方向D2對校正片1進行掃描時，可以取得校正片1之掃描幾何圖像。對熟悉該項技術領域者而言，上述的掃描作業方式即為透射式線掃描作業。

如第二圖所示，在進行上述之透射式線掃描作業時，設定方向D1與線掃描方向D2之間會具有一夾角ω₁ 。其中，透射式線掃描作業係為習知技術，故於此不多加贅述。

當線掃描影像擷取裝置22完成透射式線掃描作業並取得掃描幾何圖像後，線掃描影像擷取裝置22係將掃描幾何圖像傳送至電子裝置24，藉以使電子裝置24依據掃描幾何圖像與已知幾何圖像f1進行比對程序。

舉例而言，請參閱第三圖，其係顯示本發明較佳實施例中之線掃描方向與設定方向相互正交時，校正片之已知幾何圖像與掃描幾何圖像之對照圖。在完成上述的透射式線掃描作業後，可將掃描幾何圖像傳送至電子裝置24，且顯示於顯示單元242。

此時，電子裝置24的運算單元243會對掃描幾何圖像與已知幾何圖像f1進行比對程序。如第三圖所示，若顯示在顯示單元242的掃描幾何圖像為一圓形圖像f2，則表示設定方向D1與線掃描方向D2之間之夾角ω₁ 係為90度；此時，顯示單元242可顯示已完成校正程序之相關訊息。

請參閱第四圖與第五圖所示，第四圖係本發明較佳實施例之設定方向與線掃描方向不相互正交之系統架構俯視示意圖；第五圖係顯示發明較佳實施例之線掃描方向與設定方向相互不正交之校正片與掃描幾何圖像之對照圖；同時，並請一併參閱第一圖。在完成上述的透射式線掃描作業後，可將掃描幾何圖像傳送至電子裝置24，且顯示於顯示單元242。

此時，電子裝置24的運算單元243會對掃描幾何圖像與已知幾何圖像f1進行比對運算，如第五圖所示，若顯示在顯示單元242的掃描幾何圖像因為校正角度θ而扭曲成一橢圓形圖像f3，則表示掃描幾何圖像不同於已知幾何圖像f1。在此情況下，表示線掃描影像擷取裝置22之線掃描方向D2與校正片1之設定方向D1相互不正交，亦即設定方向D1與線掃描方向D2之間之夾角ω₂ 不是90度；此時，顯示單元242可顯示必須進行後續校正程序之相關訊息。

如第四圖所示，設定方向D1與線掃描方向D2之間係具有一夾角ω₂ 與一校正角度θ，且夾角ω₂ 與校正角度θ互為餘角。接下來要進行的校正工作就是計算出校正角度θ，據以調整轉動平台23，使夾角ω₂ 為90度，並將校正角度θ歸零。

緊接著，將進一步列舉一種計算校正角度θ的方法。於第五圖中，當線掃描影像擷取裝置22之線掃描方向D2與校正片1之設定方向D1之間夾有校正角度θ時。可依據校正角度θ與線掃描影像擷取裝置22之一掃描距離L於校正片1之已知幾何圖像f1外接一菱形圖像。並依據對頂角定理、同位角定理與菱形幾何特性，可以標示出夾角ω₂ 與二半夾角ω₂ /2。

於本發明之較佳實施例中，由於已知幾何圖像f1與橢圓形圖像f3皆為二維平面，因此，可於已知幾何圖像f1選定至少三個參考點，並將該等參考點連成至少三條參考線段；同時，可在橢圓形圖像f3中，找出至少三個對應於該等參考點之對應點，並將該等對應點連成至少三分別對應上述至少三參考線段之對應線段，並利用該等參考線段與該等對應線段之至少二幾何比例對應條件，運算出該校正角度。

但是，為了方便說明如何運算出校正角度θ，可於第五圖中之校正片1中選取一第一參考點A1、一第二參考點A2、一第三參考點A3、一第四參考點A4與一第五參考點A5。

並連接第一參考點A1與第二參考點A2以形成一第一參考線段Y，連接第一參考點A1與第三參考點A3以形成一第二參考線段R1，連接第一參考點A1與第四參考點A4以形成一第三參考線段X，連接第一參考點A1與第五參考點A5以形成一第四參考線段R2。

另外，由於線掃描影像擷取裝置之線掃描方向D2與校正片1之設定方向D1之間夾有校正角度θ，因此掃描幾何圖像係會由圓形圖像f2扭曲成橢圓形圖像f3。故可依據線掃描影像擷取裝置22之掃描距離L於橢圓形圖像f3外接一正方形圖像。

並於橢圓形圖像f3中選取一第一對應點B1、一第二對應點B2、一第三對應點B3、一第四對應點B4與一第五對應點B5。其中，第一對應點B1、第二對 應點B2、第三對應點B3、第四對應點B4與第五對應點B5係分別對應於第一參考點A1、第二參考點A2、第三參考點A3、第四參考點A4與第五參考點A5。

連接第一對應點B1與第二對應點B2以形成一第一對應線段S1，連接第一對應點B1與第三對應點B3以形成一第二對應線段P，連接第一對應點B1與第四對應點B4以形成一第三對應線段S2，連接第一對應點B1與第五對應點B5以形成一第四對應線段Q。

其中，第一對應線段S1、第二對應線P段、第三對應線段S2與第四對應線段Q係分別對應於第一參考線段Y、第二參考線段R1、第三參考線段X與第四參考線段R2。

接著，依據已知幾何圖像f1與橢圓形圖像f3之等比例關係，產生下列二恆等式：Y ：R 1=S 1：P K (1)

X ：R 2=S 2：Q K (2)

其中，第一參考線段Y係可為菱形圖形長對角線之二分之一。第二參考線段R1係可為校正片1之已知幾何圖像f1之半徑。第三參考線段X係可為菱形圖形短對角線之二分之一。第四參考線段R2係可為係可為校正片1之已知幾何圖像f1之半徑。因此第四參考線段R2係相等於第二參考線段R1。

第一對應線段S1係可為正方形圖形對角線之二分之一。第二對應線段P係可為橢圓形圖像f3之短軸半徑。第三對應線段S2係可為正方形圖形對角線之二分之一，因此，第三對應線段S2係相等於第一對應線段S1。第四對應線段Q係可為橢圓形圖像f3之長軸半徑。

另外，由第五圖中可知，線掃描影像擷取裝置之線掃描方向D2與校正片1之設定方向D1之間夾有校正角度θ，而菱形圖形之長對角線係劃分出二半夾角ω₂ /2。因此，根據三角函數定理可推導出下列二方程式：

假設線掃描影像擷取裝置之掃描距離L之長度為a，故菱形圖形與正方形圖形之邊長皆為a，因此根據畢氏定理可推導出下列方程式：

將方程式(3)、(4)、(5)分別帶入方程式(1)、(2)，且R1=R2，則可推導出下列方程式：

著，由方程式(6)、(7)推導出下列方程式：

根據餘角定理可推導出下列方程式：

θ=90°-ω₂ ...(9)

將方程式(8)，帶入方程式(9)中，可取得下列方程式：

因此，當線掃描影像擷取裝置22之線掃描方向D2與校正片1之設定方向D1之間夾有校正角度θ時，則掃描幾何圖像係會扭曲成橢圓形圖像f3。此時，電子裝置24係只要分別計算出橢圓形圖像f3之長軸半徑P與短軸半徑Q之長度，並分別帶入方程式(10)中，即可求得校正角度θ。

當電子裝置24計算出校正角度θ後，係依據校正角度θ執行校正作業。校正作業係可為電子裝置24中之控制單元244依據校正角度θ傳送一校正訊號U至轉動平台23。轉動平台23在接收到校正訊號U後，係依據校正訊號U調整轉動平台23，使夾角ω₂ 為90度，並將校正角度θ歸零。藉以使得線掃描方向D2與設定方向D1相互正交。於另一於實施例中，當電子裝置24計算出校正角度θ後，係可依據校正角度θ調整校正片1之設定方向D1，藉以使得線掃描方向D2與設定方向D1相互正交。

請參閱第六圖，為了進一步推廣本發明所揭露之技術，以下將進一步將本發明較佳實施例所揭露之技術彙整為一簡易流程圖，以便在所屬技術領域中具有通常知識者更容易記憶。下列之元件標號，請參閱第一圖、第四與第五圖。

使線掃描影像擷取裝置22與校正片1沿設定方向D1相對移動(步驟S100)。

使線掃描影像擷取裝置22沿線掃描方向D2對校正片1進行線掃描作業，以取得掃描幾何圖像，並傳送至電子裝置(步驟S110)。

判斷掃描幾何圖像是否相同於已知幾何圖像f1(步驟S120)

當掃描幾何圖像不同於已知幾何圖像f1時，於已知幾何圖像f1中選定至少三參考點，並將該等參考點連成至少三參考線段(步驟S130)。

於掃描幾何圖像中，找出至少三對應於該等參考點之對應點，並將該等對應點連成至少三分別對應上述至少三參考線段之對應線段(步驟S140)。

利用該等參考線段與該等對應線段之至少二幾何比例對應條件，運算出校正角度θ(步驟S150)。

依據校正角度θ，調整設定方向D1與該線掃描方向D2中之至少一者，使設定方向D1與線掃描方向D2相互正交(步驟S160)。

相較於習知正交校正方法中，利用人工目測判斷出掃描系統之偏移角度，並藉由角規等硬體工具，進行掃描系統之校正。由於在本發明例所揭露之正交校正方法中，係藉由掃描幾何圖像與已知幾何圖像間的幾何相關性，進行幾何比例之比對。顯而易見地，藉由本發明例所揭露之正交校正方法，不需藉由繁複地操作程序，僅需利用簡單的幾何公式推導，就可以準確且快速地運算出校正角度，進而提升正交校正效率。藉以有效解決以上所述之種種問題。

藉由上述之本發明實施例可知，本發明確具產業上之利用價值。惟以上之實施例說明，僅為本發明之較佳實施例說明，舉凡所屬技術領域中具有通常知識者當可依據本發明之上述實施例說明而作其它種種之改良及變化。然而這些依據本發明實施例所作的種種改良及變化，當仍屬於本發明之發明精神及界定之專利範圍內。

1．．．校正片

2．．．掃描檢測系統

21．．．載台

22．．．線掃描影像擷取裝置

23．．．轉動平台

24．．．電子裝置

241．．．記憶單元

242．．．顯示單元

243．．．運算單元

244．．．控制單元

25．．．光源

D1．．．設定方向

D2．．．線掃描方向

f1．．．已知幾何圖像

f2．．．圓形圖像

f3．．．橢圓形圖像

ω₁ 、ω₂ ．．．夾角

θ．．．校正角度

A1．．．第一參考點

A2．．．第二參考點

A3．．．第三參考點

A4．．．第四參考點

A5．．．第五參考點

B1．．．第一對應點

B2．．．第二對應點

B3．．．第三對應點

B4．．．第四對應點

B5．．．第五對應點

Y．．．第一參考線段

R1．．．第二參考線段

X．．．第三參考線段

R2．．．第四參考線段

S1．．．第一對應線段

P．．．第二對應線段

S2．．．第三對應線段

Q．．．第四對應線段

U．．．校正訊號

第一圖係本發明較佳實施例之系統架構側視示意圖；

第二圖係本發明較佳實施例之系統架構俯視示意圖；

第三圖係顯示本發明較佳實施例中之線掃描方向與設定方向相互正交時，校正片之已知幾何圖像與掃描幾何圖像之對照圖；

第四圖係本發明較佳實施例之設定方向與線掃描方向不相互正交之系統架構俯視示意圖；

第五圖係顯示發明較佳實施例之線掃描方向與設定方向相互不正交之校正片與掃描幾何圖像之對照圖；以及

第六圖係本發明較佳實施例之流程圖。

1．．．校正片

2．．．掃描檢測系統

21．．．載台

22．．．線掃描影像擷取裝置

23．．．轉動平台

24．．．電子裝置

241．．．記憶單元

242．．．顯示單元

243．．．運算單元

244．．．控制單元

25．．．光源

D1．．．設定方向

f1．．．已知幾何圖像

f2．．．圓形圖像

f3．．．橢圓形圖像

U．．．校正訊號

Claims (7)

1. 一種正交校正方法，係用以在一線掃描影像擷取裝置與一校正片沿一設定方向相對移動時，使該設定方向與該線掃描影像擷取裝置之一線掃描方向相互正交，該校正片具有一已知幾何圖像，且該正交校正方法包含：(a)　使該線掃描影像擷取裝置與該校正片沿該設定方向相對移動，並利用該線掃描影像擷取裝置沿該線掃描方向對該校正片進行一線掃描作業，藉以取得該校正片之一掃描幾何圖像；(b)　利用該掃描幾何圖像與該已知幾何圖像之至少二幾何比例對應條件，運算出一校正角度；以及(c)　依據該校正角度，調整該設定方向與該線掃描方向中之至少一者，使該設定方向與該線掃描方向相互正交。
2. 如申請專利範圍第1項所述之正交校正方法，其中，該已知幾何圖像係為該校正片之外輪廓。
3. 如申請專利範圍第1項所述之正交校正方法，其中，該已知幾何圖像係標記於該校正片之表面。
4. 如申請專利範圍第1項所述之正交校正方法，其中，該已知幾何圖像係為一圓形圖像。
5. 如申請專利範圍第4項所述之正交校正方法，其中，該步驟(b)中，當該設定方向與該線掃描方向互不正交時，該掃描幾何圖像係為一橢圓形圖像。
6. 如申請專利範圍第1項所述之正交校正方法，其中，該步驟(b)前更包含一步驟(b1)，其係在該已知幾何圖像中選定至少三參考點，並將該等參考點連成至少三參考線段；同時，在該掃描幾何圖像中，找出至少三對應於該等參考點之對應點，並將該等對應點連成至少三分別對應上述至少三參考線段之對應線段。
7. 如申請專利範圍第6項所述之正交校正方法，其中，該步驟(b)係利用該等參考線段與該等對應線段之至少二幾何比例對應條件，運算出該校正角度。