多彩数位离轴全像之重建参数自动辨识-AOIEA-工研院.PDFVIP

多彩數位離軸全像之重建參數自動辨識 指導教授 碩士生 陳政雄 邱晟晏 國立中正大學 國立中正大學 機械工程研究所 機械工程研究所 imejsc@.tw hillzx@.tw 摘要 離軸數位全像術重建時，在參數設定上，有重建距離和離軸角度，本研究將針對這些參數，進行 自動化判別，比起人工的分析方式，自動化判別使得重建時，影像能更佳的精確，並且大幅降低參數 判斷時間。重建距離的判斷上，分析振幅在不同重建距離下的分佈，在正確的重建距離時，振幅的絕 對值積分會出現極小值的特性，來進行重建距離的判別。離軸角度的分析，本研究分析重建時相位圖 之條紋分佈，利用邊緣檢測技術，找出正確離軸角度。 關鍵字: 自動辨識重建距離、自動辨識離軸角度、相位混淆。 壹、 前言 三維表面輪廓量測的方式，可分為接觸式，一般常見的為探針式輪廓儀，和非接觸式的干涉光學輪廓 儀。非接觸式的特性，在不可接觸式的精密工件上可以直接進行量測，另一特性為量測快速，不必像 探針需要逐點進行量測。數位離軸全像術在量測上迅速，藉由單次的拍攝後，即可重建出三維輪廓， 然而白光干涉儀的量測，在軸向部份需要在每一層分析其干涉訊號，此一方式容易因為外在環境的振 動而受到影響，而且較為耗時，數位離軸全像術在單次的拍攝全像片，經由演算法則的運算後，即可 求解出待測物三維輪廓，不易受到外在擾動的影響。 數位全像術分為離軸和同軸兩種架構，本研究採用離軸架構，原因在於可以由單次的拍攝，求解出待 測物三維輪廓，不易受到外在環境干擾影響影像品質，離軸式架構使得零階項和實、虛像分離開來， 可以在頻譜上做處理，濾除掉零階項、虛像進行重建，但是離軸式架構犧牲了 CCD 解析度。同軸架 構需使用相移法，來進行重建，一般使用三步法、四步法等等，需要進行三到四次的拍攝，外界的振 動影響大，且需要使用精準的平台來對參考光進行相移。 數位離軸全像術，在重建的方式上，數位的重建演算法則使得重建更加的迅速，並且能夠轉換到頻域 上，便於進行影像處理的動作，在重建參數的分析上，重建時需要輸入重建距離和離軸角度。 數位離軸全像術在量測上迅速，藉由單次的拍攝後，即可重建出三維輪廓，然而白光干涉儀的量測， 在軸向部份需要在每一層分析其干涉訊號，此一方式容易因為外在環境的振動而受到影響，而且較為 耗時，數位離軸全像術在單次的拍攝全像片後，經由重建之後，即可求解出待測物三維輪廓，不易受 到外在擾動的影響。自動判別重建參數，比起人工的分析方式，大幅降低參數判斷時間，若能加快分 析參數速度，可往即時量測方向發展。 1 貳、 研究方法 本研究採用 Mach-Zender 之光路架構。系統架構和重建步驟如圖 1 。 圖 1 ：系統架構圖和重建步驟 在光路架設上，首先先將 R 、G 、B 三道雷射光進行混光，混光後的光源先經過一衰減片，此一衰減 片的作用是用來調整總光強，接著經由分光鏡分為測物光及參考光。在測物光部分先通過空間濾波 器，濾除高頻雜訊，接著擴束後的雷射光，使得測物光均勻的投射在待測物上，在參考光部分，先經 過一衰減片，此一衰減片目的在調整參考光光強，因為投射到待測物的測物光，反射率隨著樣本而改 變，所以需要調整參考光的光強，使得參考光光強和物光光強一致，接著一樣通過空間濾波器，本架 構為離軸式，所以需要對參考光施加離軸角度如圖 2 。 圖 2 ：系統架構示意圖 2 三道雷射光進行拍攝全像片時，由於彩色 CCD 的 R 、G 、B 感光光譜分佈有部分重疊，在進行紅光感 測時，會感測到一部分綠光、藍光的光強，在拍攝紅光