專利名稱：光圖象的拆分與合成方法及其實施裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于利用光傳感器測量物體空間幾何尺寸的領(lǐng)域，尤其涉及將測得的物體光圖象進行拆分和合成的光路傳輸結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
在利用光傳感器測量物體的幾何尺寸時，對于一個光耦合器件CCD而言，其有效感光面的大小是受到限制的，要增加系統(tǒng)的分辨率，可以通過提高光學系統(tǒng)放大倍數(shù)來實現(xiàn)，但這樣做會帶來測量范圍縮小的不足；反之，降低光學系統(tǒng)的放大倍數(shù)，測量范圍可以增加，但要犧牲系統(tǒng)的分辨率。

發(fā)明內(nèi)容
為克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的測量范圍和分辨率之間的矛盾，提供實現(xiàn)在不減小分辨率的情況下，成倍提高系統(tǒng)的測量范圍的方法及其實施裝置。
為達到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是，光圖象的拆分與合成方法，包括下列步驟步驟1，使平面鏡1、平面鏡2、平面鏡3和平面鏡4在空間上滿足下列位置關(guān)系平面鏡1、平面鏡2位于空間正棱柱5內(nèi)，平面鏡1、平面鏡2的邊分別與空間正棱柱5的側(cè)面相交，平面鏡3和平面鏡4位于空間正棱柱6內(nèi)，平面鏡3、平面鏡4的邊分別與空間正棱柱5的側(cè)面相交，正棱柱5的一個側(cè)面和正棱柱6的一個側(cè)面位于同一平面內(nèi)，且在該平面內(nèi)有一條共同的棱邊，兩正棱柱分別位于所述平面的兩側(cè)，平面鏡1與所述正棱柱5下底面相交，且平面鏡1延所述正棱柱5下底面上與所述的共同棱邊相垂直且不相交的棱邊與下底面向上成45°角，所述的平面鏡2與所述正棱柱5上底面相交，且延所述正棱柱5上底面上與所述共同棱邊相交的棱線與上底面向下成45°角，所述的平面鏡3和所述的空間正棱柱6的下底面相交，且與所述的平面鏡1平行，所述的平面鏡4和所述的空間正棱柱6的上底面相交，且與所述的平面鏡2平行，平面鏡1和平面鏡2中心點之間的距離與平面鏡3和平面鏡4中心點之間的距離相等。
步驟2，使光源發(fā)出的光線照射到物體上，反射光經(jīng)成像物鏡，并經(jīng)過所述的平面鏡1、平面鏡2成像于感光面，同時使經(jīng)過成像物鏡的光線經(jīng)過所述的平面鏡3和平面鏡4成像于所述的感光面。
光圖象的拆分與合成裝置，包括激光光源、柱面鏡、成像物鏡、CCD攝象機、圖象采集卡和計算機，所述的激光光源發(fā)出的光線經(jīng)柱面鏡后，被物體反射并通過成像物鏡，CCD攝象機像面上的圖象經(jīng)圖象采集卡傳輸?shù)接嬎銠C進行處理，此外還包括，平面鏡1、平面鏡2、平面鏡3和平面鏡4，平面鏡1、平面鏡2位于空間正棱柱5內(nèi)，平面鏡1、平面鏡2的邊分別與空間正棱柱5的側(cè)面相交，平面鏡3和平面鏡4位于空間正棱柱6內(nèi)，平面鏡3、平面鏡4的邊分別與空間正棱柱5的側(cè)面相交，正棱柱5的一個側(cè)面和正棱柱6的一個側(cè)面位于同一平面內(nèi)，且在該平面內(nèi)有一條共同的棱邊，兩正棱柱分別位于所述平面的兩側(cè)，平面鏡1與所述正棱柱5下底面相交，且平面鏡1延所述正棱柱5下底面上與所述的共同棱邊相垂直且不相交的棱邊與下底面向上成45°角，所述的平面鏡2與所述正棱柱5上底面相交，且延所述正棱柱5上底面上與所述共同棱邊相交的棱線與上底面向下成45°角，所述的平面鏡3和所述的空間正棱柱6的下底面相交，且與所述的平面鏡1平行，所述的平面鏡4和所述的空間正棱柱6的上底面相交，且與所述的平面鏡2平行，平面鏡1和平面鏡2中心點之間的距離與平面鏡3和平面鏡4中心點之間的距離相等。所述的通過成像物鏡的光線經(jīng)所述的平面鏡1和平面鏡2成像于CCD攝象機的像面上，同時，經(jīng)過成像物鏡的光線經(jīng)過所述的平面鏡3和平面鏡4成像于CCD攝象機的像面上。所述的平面鏡1、平面鏡2可以是棱鏡1的相對底面，所述的平面鏡3和平面鏡4可以是棱鏡2的相對底面。
在本發(fā)明中4個平面鏡的特殊位置關(guān)系，使得物體所成的像被分拆成幾部分，在合成一幅圖象，成像在CCD像面上，從而在不降低分辨率的情況下，使測量視場單方向擴展，充分利用感光面，達到擴大測量范圍的目的。


圖1是光圖象的拆分與合成方法的原理示意2是光圖象的拆分與合成裝置的總體結(jié)構(gòu)示意圖具體實施方式
下面結(jié)合附圖和實施例進一步說明本發(fā)明。
圖1中，平面鏡1、平面鏡2位于虛擬的空間正棱柱5內(nèi)，平面鏡1、平面鏡2的邊分別與空間正棱柱5的側(cè)面相交，平面鏡3和平面鏡4位于虛擬的空間正棱柱6內(nèi)，平面鏡3、平面鏡4的邊分別與空間E棱柱5的側(cè)面相交，正棱柱5的一個側(cè)面和正棱柱6的一個側(cè)面位于同一平面內(nèi)，且在該平面內(nèi)有一條共同的棱邊，兩正棱柱分別位于所述平面的兩側(cè)，平面鏡1與所述正棱柱5下底面相交，且平面鏡1延所述正棱柱5下底面上與所述的共同棱邊相垂直且不相交的棱邊與下底面向上成45°角，所述的平面鏡2與所述正棱柱5上底面相交，且延所述正棱柱5上底面上與所述共同棱邊相交的棱線與上底面向下成45°角，所述的平面鏡3和所述的空間正棱柱6的下底面相交，且與所述的平面鏡1平行，所述的平面鏡4和所述的空間正棱柱6的上底面相交，且與所述的平面鏡2平行，平面鏡1和平面鏡2中心點之間的距離與平面鏡3和平面鏡4中心點之間的距離相等。建立坐標系使三個坐標軸分別與正棱柱5的底面和側(cè)面垂直，并使OXZ平面與正棱體1底面重合。設(shè)平面鏡1和平面鏡2上的任意一點P1和P2在此坐標系下的坐標為(XP1，YP1，ZP1)和(XP2，YP2，ZP2)，空間一點經(jīng)平面鏡1、2、3、4成像后，像點坐標(X1，Y1，Z1)和物點坐標(X，Y，Z)的變換關(guān)系為 空間一點經(jīng)平面鏡3、4的成像關(guān)系與關(guān)系式(1)相同，只不過將平面鏡1、2上任意點的坐標換成平面3、4上任意點的坐標。
下面進一步討論像點的特性。設(shè)虛擬正棱柱的長、寬、高分別為dx、dy、dz，平面鏡1與OXZ平面的交線與原點的距離為a。平面鏡1、2、3、4上的點分別滿足下列關(guān)系平面鏡1 X-Y-a＝0平面鏡2 Y-Z-(dy-dz)＝0平面鏡1 X-Y-(a+dz)＝0平面鏡1 Y-Z-(dy-dz)＝0將上面四個式子帶入式(1)可以得到雙平面鏡的物點和像點的坐標變換關(guān)系，對于平面鏡1、2 對于平面鏡3、4 從式中可以得出像點的分布規(guī)律·對于每一組雙平面鏡，當物點的X、Y坐標保持不變時，像點坐標也保持不變。因此與Z軸平行的線段AB、BC成像后，一定是與Y軸平行的線段；·與Z軸平行的線段經(jīng)過兩組雙平面鏡成像后，當dz＝dz時，分接得到的線段之間的距離為dx；·臨界點對兩組雙平面鏡都可以成像，像點在Y方向上的距離為dz。
有上面分析可以看出，通過雙平面鏡系統(tǒng)可以實現(xiàn)對物體所成像的分接，達到圖中所示的效果。
圖2是圖象拆分與合成技術(shù)應(yīng)用于球柵陣列BGA(Ball Grid Array)芯片管角三維尺寸的測量系統(tǒng)中，取得了滿意的實驗結(jié)果。BGA芯片是一種典型的采用SMT(Surface MountTechnology)封裝的集成電路芯片，其管腳均勻地分布在芯片的底面，這樣芯片體積不變的情況下可大幅度的增加管腳數(shù)量。在安裝時要求管腳具有很高的位置精度，如果管腳三維尺寸誤差較大，特別在高度方向，造成管腳頂點不共面，安裝時個別管腳和線路半的接觸不良，會導致漏接、虛接。在圖中，激光光源采用的是半導體激光器LD，發(fā)出的光經(jīng)柱面鏡后形成激光線光源，照射BGA芯片管腳上，被照亮的一排BGA芯片管腳經(jīng)成像透鏡和圖像拆分與合成裝置分幾段成像在CCD射像機像面上。經(jīng)圖像采集卡實時采集后送計算機處理，可求出一排BGA芯片管腳的二維尺寸。計算機步進電機帶動工作臺運動，實現(xiàn)BGA芯片管腳另外一個方向的尺寸測量。其中的圖像分拆與合成裝置包括平面鏡1、平面鏡2、平面鏡3和平面鏡4，平面鏡1、平面鏡2位于空間正棱柱5內(nèi)，平面鏡1、平面鏡2的邊分別與空間正棱柱5的側(cè)面相交，平面鏡3和平面鏡4位于空間正棱柱6內(nèi)，平面鏡3、平面鏡4的邊分別與空間正棱柱5的側(cè)面相交，正棱柱5的一個側(cè)面和正棱柱6的一個側(cè)面位于同一平面內(nèi)，且在該平面內(nèi)有一條共同的棱邊，兩正棱柱分別位于所述平面的兩側(cè)，平面鏡1與所述正棱柱5下底面相交，且平面鏡1延所述正棱柱5下底面上與所述的共同棱邊相垂直且不相交的棱邊與下底面向上成45°角，所述的平面鏡2與所述正棱柱5上底面相交，且延所述正棱柱5上底面上與所述共同棱邊相交的棱線與上底面向下成45°角，所述的平面鏡3和所述的空間正棱柱6的下底面相交，且與所述的平面鏡1平行，所述的平面鏡4和所述的空間正棱柱6的上底面相交，且與所述的平面鏡2平行，平面鏡1和平面鏡2中心點之間的距離與平面鏡3和平面鏡4中心點之間的距離相等。
在本實施例中，所述的平面鏡1、平面鏡2實際上是一個棱鏡的相對底面，所述的平面鏡3和平面鏡4實際上是另一棱鏡的相對底面。
上述測試系統(tǒng)在其他器件參數(shù)不變的情況下，加入圖像拆分與合成裝置，使系統(tǒng)分辨率提高一倍。
權(quán)利要求
1.一種光圖象的拆分與合成的方法，其特征是，包括下列步驟步驟1，使平面鏡(1)、平面鏡(2)、平面鏡(3)和平面鏡(4)在空間上滿足下列位置關(guān)系平面鏡(1)、平面鏡(2)位于空間正棱柱(5)內(nèi)，平面鏡(1)、平面鏡(2)的邊分別與空間正棱柱(5)的側(cè)面相交，平面鏡(3)和平面鏡4位于空間正棱柱(6)內(nèi)，平面鏡(3)、平面鏡(4)的邊分別與空間正棱柱(6)的側(cè)面相交，正棱柱(5)的一個側(cè)面和正棱柱(6)的一個側(cè)面位于同一平面內(nèi)，且在該平面內(nèi)有一條共同的棱邊，兩正棱柱分別位于所述平面的兩側(cè)，平面鏡(1)與所述正棱柱(5)下底面相交，且平面鏡(1)延所述正棱柱(5)下底面上與所述的共同棱邊相垂直且不相交的棱邊與下底面向上成45°角，所述的平面鏡(2)與所述正棱柱(5)上底面相交，且延所述正棱柱(5)上底面上與所述共同棱邊相交的棱線與上底面向下成45°角，所述的平面鏡(3)和所述的空間正棱柱(6)的下底面相交，且與所述的平面鏡(1)平行，所述的平面鏡(4)和所述的空間正棱柱(6)的上底面相交，且與所述的平面鏡(2)平行，平面鏡(1)和平面鏡(2)中心點之間的距離與平面鏡(3)和平面鏡(4)中心點之間的距離相等。；步驟2，使光源發(fā)出的光線照射到物體上，反射光經(jīng)成像物鏡，并經(jīng)過所述的平面鏡(1)、平面鏡(2)成像于感光面，同時使經(jīng)過成像物鏡的光線經(jīng)過所述的平面鏡(3)和平面鏡(4)成像于所述的感光面。
2.一種光圖象的拆分與合成的裝置，包括激光光源、柱面鏡、成像物鏡、CCD攝象機、圖象采集卡和計算機，所述的激光光源發(fā)出的光線經(jīng)柱面鏡后，被物體反射并通過成像物鏡，CCD攝象機像面上的圖象經(jīng)圖象采集卡傳輸?shù)接嬎銠C進行處理，其特征是，還包括平面鏡(1)、平面鏡(2)、平面鏡(3)和平面鏡(4)，平面鏡(1)、平面鏡(2)位于空間正棱柱(5)內(nèi)，平面鏡(1)、平面鏡(2)的邊分別與空間正棱柱(5)的側(cè)面相交，平面鏡(3)和平面鏡(4)位于空間正棱柱(6)內(nèi)，平面鏡(3)、平面鏡(4)的邊分別與空間正棱柱(5)的側(cè)面相交，正棱柱(5)的一個側(cè)面和正棱柱(6)的一個側(cè)面位于同一平面內(nèi)，且在該平面內(nèi)有一條共同的棱邊，兩正棱柱分別位于所述平面的兩側(cè)，平面鏡(1)與所述正棱柱(5)下底面相交，且平面鏡(1)延所述正棱柱(5)下底面上與所述的共同棱邊相垂直且不相交的棱邊與下底面向上成45°角，所述的平面鏡(2)與所述正棱柱(5)上底面相交，且延所述正棱柱(5)上底面上與所述共同棱邊相交的棱線與上底面向下成45°角，所述的平面鏡(3)和所述的空間正棱柱(6)的下底面相交，且與所述的平面鏡(1)平行，所述的平面鏡(4)和所述的空間正棱柱(6)的上底面相交，且與所述的平面鏡(2)平行，平面鏡(1)和平面鏡(2)中心點之間的距離與平面鏡(3)和平面鏡(4)中心點之間的距離相等，所述的通過成像物鏡的光線經(jīng)所述的平面鏡(1)和平面鏡(2)成像于CCD攝象機的像面上，同時，經(jīng)過成像物鏡的光線經(jīng)過所述的平面鏡(3)和平面鏡(4)成像于CCD攝象機的像面上。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的光圖象的拆分與合成的裝置，其特征是，所述的平面鏡(1)、平面鏡(2)可以是正棱鏡的相對底面。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的光圖象的拆分與合成的裝置，其特征是，所述的平面鏡(3)和平面鏡(4)可以是正棱鏡的相對底面。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種光圖象的拆分與合成方法及其實施裝置。它屬于利用光傳感器測量物體空間幾何尺寸的領(lǐng)域，尤其涉及將測得的物體光圖象進行拆分和合成的光路傳輸結(jié)構(gòu)。解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的測量范圍和分辨率之間的矛盾，提供實現(xiàn)在不減小分辨率的情況下，成倍提高系統(tǒng)的測量范圍的方法及其實施裝置。實現(xiàn)該方法的裝置主要由4塊平面鏡構(gòu)成，平面鏡1與水平面向上成45°，平面鏡2在與平面鏡1與水平面的交線垂直方向上與水平面向下成45°，平面鏡3與平面鏡1平行，平面鏡2與平面鏡4平行。該方法和實現(xiàn)該方法的裝置主要用于解決將測得的物體光圖象進行拆分和合成的光路傳輸結(jié)構(gòu)方面的問題。
文檔編號G02B27/10GK1425936SQ0215659
公開日2003年6月25日 申請日期2002年12月17日 優(yōu)先權(quán)日2002年12月17日
發(fā)明者孫長庫, 邱宇, 葉聲華 申請人:天津大學