CN101782528A - 用于光阴极组件针孔疵病检测的方法及其实现装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于光阴极组件针孔疵病检测的方法及其实现装置，检测方法包括以下步骤：步骤1：进行测量的准备工作，并对设备进行初始化；步骤2：对是否扫描新的光阴极组件进行判断，如果是，则执行步骤3，如果不扫描，而仅仅查看已有的图像，则执行步骤5；步骤3：设置二维平移台的移动轨迹，设置平移台扫描范围；步骤4：利用CCD摄像机和图像采集卡对图像进行采集，并将原图像载入计算机；步骤5：将图像转换成理想的二值图像；步骤6：对二值图像进行区域扫描，找出瑕疵区域，标识检测结果；步骤7：实现海量图片的无缝拼接；步骤8：整合疵病的信息；步骤9：扫描完毕。本发明的方法检测结果准确，并且节约成本。

Description

用于光阴极组件针孔疵病检测的方法及其实现装置

技术领域

本发明涉及一种应用于检测半导体材料好坏的方法和装置，特别是一种用于光阴极组件针孔疵病检测的方法和装置。

背景技术

砷化镓材料质量差，疵病缺陷多，严重影响了三代像增强器的制备和性能，因此，确保优质的砷化镓外延材料性能是实现激活高灵敏度阴极的先决条件。

目前，国内对砷化镓材料的检测还停留在肉眼检查的阶段，虽然使用了专门的仪器，但是用肉眼观察专门仪器得到的放大投影，并且用游标卡尺对放大的投影进行测量，该方法既浪费人力，又因为不同位置焦点不同的原因，不能很精确的辨别材料的好坏。同样，用砷化镓材料制作的光阴极组件也存在针孔多的缺陷，使用放大并肉眼观察的方法不能很好的淘汰不合格的光阴极组件，由此造成了像增强器成品率低，耗费资金等问题。

总之，现有的检测技术存在的技术缺陷为：(1)检测结果不够准确，不能精确的辨别材料的好坏；(2)耗费大量的人力和资金。

发明内容

本发明的目的在于提供一种对阴极组件和外协生长的镓砷外延材料进行精确的自动检测分析的方法及其装置。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种用于光阴极组件针孔疵病检测的方法，包括以下步骤：

步骤1：进行测量的准备工作，选择反射或者透射光源，调节光源的亮度到清楚的辨认图像，并对设备进行初始化；

步骤2：对是否扫描新的光阴极组件进行判断，如果是，则执行步骤3，如果不扫描，而仅仅查看已有的图像，则执行步骤5；

步骤3：设置二维平移台的移动轨迹，设置平移台扫描范围；

步骤4：利用CCD摄像机和图像采集卡对图像进行采集，并将采集到的原图像载入计算机；

步骤5：将采集到的图像转换成理想的二值图像，方便处理；

步骤6：对二值图像进行区域扫描，找出瑕疵区域，同时统计瑕疵区域的大小，标识检测结果；

步骤7：实现海量图片的无缝拼接；

步骤8：去掉相邻图像多计的瑕疵个数，整合疵病的信息；

步骤9：扫描完毕，列表显示瑕疵信息，给出统计结果，打印信息。

基于上述用于光阴极组件针孔疵病检测的方法的实现装置，包括CCD摄像机，焦距调节装置，显微镜***，二维平移台，图像采集卡，电控平移台控制器，焦距调节装置控制器，计算机，视频分配器，继电器卡；CCD摄像机的输出信号经视频分配器分频成两路，一路信号通过图像采集卡输入到计算机，另一路输入到焦距调节装置控制器的输入端，二维平移台设置在显微镜载物台位置，该平移台通过电控平移台控制器与计算机连接，由计算机控制其运动，在二维平移台下方设置底步同轴透射光源，在二维平移台上方设置焦距调节装置，该装置与焦距调节装置控制器的控制端连接，焦距调节装置控制器的继电器接口通过继电器卡与计算机相连接，焦距调节装置控制器接收计算机输出的控制信号并通过控制焦距调节装置来实现焦距的调节。

本发明与现有技术相比，其显著优点：(1)采用瑕疵检测软件算法对砷化镓材料疵病和光阴极组件针孔实现精确检测，检测结果准确；(2)实现了对阴极组件和外协生长的镓砷外延材料进行表面分析的自动化、科学化、智能化，大大加快了对组件表面分析的速度，节约成本。

附图说明

图1是本发明用于光阴极组件针孔疵病检测的方法的流程图。

图2是本发明用于光阴极组件针孔疵病检测的方法中无向连通图遍历算法流程图。

图3是本发明用于光阴极组件针孔疵病检测的方法中控制软件模块图。

图4是本发明用于光阴极组件针孔疵病检测装置的示意图。

附图中标号的名称为：1-CCD摄像机；2-显微镜镜体；3-显微物镜；4-专用夹具；5-焦距调节装置；6-二维平移台；7-设备专用底座；8-底部同轴透射光源；9-视频和数据传输线；10-图像采集卡；11-电控平移台控制器；12-焦距调节装置控制器；13-计算机；14-视频分配器；15-继电器卡。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

结合图1，本发明的一种用于光阴极组件针孔疵病检测的方法包括以下步骤：

步骤1：进行测量的准备工作，选择反射或者透射光源，调节光源的亮度到清楚的辨认图像，并对设备进行初始化；打开光源并进行CCD调校，通过扫描一条与平移台平行的直线，计算出CCD与平移台之间的夹角并输出，方便用户做适当的调整。将显微镜平台调节到最低位置，把待测硅片放入夹具夹好，保证其不会上下左后乱晃，打开软件界面，完成二维平移台的初始化；

步骤2：对是否扫描新的光阴极组件进行判断，如果是，则执行步骤3，如果不扫描，而仅仅查看已有的图像，则执行步骤5；

步骤3：设置二维平移台的移动轨迹，设置平移台扫描范围；对轨道进行设置，按扫描的需要选择方形或者圆形轨道，若采用方形，则设置扫描的行数与列数，若采用圆形，则设置内外半径和偏移量。

步骤4：利用CCD摄像机和图像采集卡对图像进行采集，并将采集到的原图像载入计算机；利用CCD摄像机将被测物的显微图像通过视频线传输到安装在服务器内的NI PCI-1405图像采集卡，并输入到计算机，二维平移控制器与计算机串口进行通信实现对二维平移台的控制，编程控制继电器卡，通过不同继电器的组合，控制自动调焦装置的运行。

步骤5：将采集到的图像转换成理想的二值图像，方便处理；二值化的具体实现方法如下：利用图像中要提取的目标物体和背景在灰度上的差异，选择一个合适的阈值，通过判断图像中的每一个像素点的灰度与阈值的关系来确定图像中该像素点属于目的区还是应该属于背景区域，从而产生二值图像，即把大于等于T的灰度级变为255，把小于T的灰度级变为0，其数学表达式为：

$f(i,j)=\left\{\begin{array}{cc}255& f(i,j)\&GreaterEqual;T\\ 0& f(i,j)<T\end{array}\right.$

步骤6：对二值图像进行区域扫描，找出瑕疵区域，同时统计瑕疵区域的大小，标识检测结果；结合图2，对二值图像进行区域扫描时可采用无向连通图遍历算法，该算法具体为：

1)对输入的二值图像执行逐行扫描，找到未标记的第一点，标记该点。

2)检查该点的八邻域点并标记满足连通性要求的且尚未被标记的点，同时将新增的标记点记录下来作为下一个扫描点。在后续的标记过程中，不断地从记录种子点的数组中取出一个种子，执行上述操作，如此循环，直到记录种子点的数组为空，一个连通区域标记结束。

3)接着再找到下一个未标记区域的第一个点标记，重复步骤2)，直到输入二值图像的所有连通区域都被标记，则统计出瑕疵的大小和位置等信息。

步骤7：实现海量图片的无缝拼接；该步骤可采用最近邻插值算法，具体为：

设处理的目的图像的坐标为(x，y)，图像的缩放比例为m，则对应原图像的浮点坐标为(x/m，y/m)，对该坐标取整得到对应原图像的整数坐标，目的图像在该坐标的像素值即为对应原图像的整数坐标的像素值。

步骤8：去掉相邻图像多计的瑕疵个数，整合疵病的信息；瑕疵整合算法如下：用x1表示两瑕疵中心点之间的距离，x2表示两瑕疵等效半径的和，当x1＜x2时，两个瑕疵合并为一个瑕疵，即把半径较小的瑕疵的信息写为0，瑕疵的个数减1。

步骤9：扫描完毕，列表显示瑕疵信息，给出统计结果，打印信息。

结合图3，主控制程序控制界面交互软件模块，待初始化和设置完成后，二维平移台控制软件模块工作，利用CCD摄像机进行图像的采集，存储为原始图像数据，然后主控制程序控制图像处理软件模块对原始的图像数据读取，处理后存储为次级待处理数据，并存储在数据库***中，最后对数据库中的数据进行显示，打印等后续操作。

CCD图像采集模块功能如下：CCD摄像机把被测物的显微图像通过视频线传给安装在服务器内的NI PCI-1405图像采集卡。图像采集卡控制是使用图像采集卡供应商提供的软件开发包编写图像采集卡的驱动，以获得CCD摄像机传送过来的图像。

图像处理软件模块使用以二值化连通区域扫描和图像拼接等现有的数字图像处理算法为基础，针对阴极组件表面显微图像特点而设计的高效瑕疵检测算法分析从图像采集卡获得的图像，获得被测物表面瑕疵的大小、分布、特点等信息。

数据管理模块实现将获得的被测物图像和分析结果存储起来的功能，并且实现显示及打印。包括图像及分析结果的显示和图像及分析结果的打印两个功能。把图像和分析结果一起显示，可以使用户更直观的了解扫描和分析的结果并提供了打印的功能。

结合图4，本发明的用于光阴极组件针孔疵病检测装置，包括CCD摄像机1，焦距调节装置5，显微镜***，二维平移台6，图像采集卡10，电控平移台控制器11，焦距调节装置控制器12，计算机13，视频分配器14，继电器卡15；CCD摄像机1的输出信号经视频分配器14分成两路，一路信号通过图像采集卡10输入到计算机13，另一路输入到焦距调节装置控制器12的输入端a，二维平移台6设置在显微镜载物台位置，该平移台通过电控平移台控制器11与计算机13连接，由计算机控制其运动，在二维平移台6下方设置底步同轴透射光源8，该光源发出的透射光使光阴极组件上有针孔的地方在灰色图片上呈现白色亮点；在二维平移台8上方设置焦距调节装置5，该装置与焦距调节装置控制器12的控制端b连接，焦距调节装置控制器12的继电器接口c通过继电器卡15与计算机相连接，焦距调节装置控制器12接收计算机13输出的控制信号并通过控制焦距调节装置5来实现焦距的调节，在焦距调节装置5上设置专用夹具4。上述显微镜***包括：显微镜镜体2，显微物镜3。上述的图像采集卡可选用型号为NI1405的图像采集卡。

下面结合实施例，对本发明做进一步的描述：

首先，进行测量的准备工作，选择反射或者透射光源，调节光源的亮度到清楚的辨认图像，进行CCD调校，通过扫描一条与平移台平行的直线，计算出CCD与平移台之间的夹角并输出，方便用户做适当的调整。然后将显微镜平台调节到最低位置，把待测硅片放入夹具夹好，保证其不会上下左后乱晃，打开透射光源。打开界面，完成初始化工作；扫描新的光阴极组件，设置待测量的光阴极组件内径为17.3毫米，外径为32毫米，偏移量x为0毫米，偏移量y为0毫米，选择采用圆形轨道、针孔扫描模式和设置需要统计的区域为区域Ⅰ，区域Ⅱ，区域Ⅲ；软件控制二维平移台自动移动，利用CCD和图像采集卡对图像进行采集，并将采集到的原图像载入计算机；将采集到的图像转换成理想的二值图像，并对二值图像进行区域扫描，找出瑕疵区域，同时统计瑕疵区域的大小，标识检测结果；实现海量图片的无缝拼接，去掉相邻图像多计的瑕疵个数，整合疵病的信息，在列表中精确的显示针孔的大小和位置信息，对于不同的区域，不同大小的针孔进行统计，给出统计结果并打印。

实验表明：光阴极组件针孔疵病检测仪自动控制实现对阴极组件针孔进行检测，最小检测针孔直径D＜0.01mm，图像与周围区域的对比度分辨率10％。且最大检测面积达到直径4英时圆并连续可调，能精确的辨别光阴极组件的好坏，大大节省了人力与成本。

Claims (6)

1.一种用于光阴极组件针孔疵病检测的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：进行测量的准备工作，选择反射或者透射光源，调节光源的亮度到清楚的辨认图像，并对设备进行初始化；

步骤2：对是否扫描新的光阴极组件进行判断，如果是，则执行步骤3，如果不扫描，而仅仅查看已有的图像，则执行步骤5；

步骤3：设置二维平移台的移动轨迹，设置平移台扫描范围；

步骤4：利用CCD摄像机和图像采集卡对图像进行采集，并将采集到的原图像载入计算机；

步骤5：将采集到的图像转换成理想的二值图像，方便处理；

步骤6：对二值图像进行区域扫描，找出瑕疵区域，同时统计瑕疵区域的大小，标识检测结果；

步骤7：实现海量图片的无缝拼接；

步骤8：去掉相邻图像多计的瑕疵个数，整合疵病的信息；

步骤9：扫描完毕，列表显示瑕疵信息，给出统计结果，打印信息。

2.根据权利要求1所述的一种用于光阴极组件针孔疵病检测的方法，其特征在于，步骤6对二值图像进行区域扫描时采用无向连通图遍历算法。

3.根据权利要求1所述的一种用于光阴极组件针孔疵病检测的方法，其特征在于，步骤7实现海量图片的无缝拼接采用最近邻插值算法。

4.根据权利要求1所述的一种用于光阴极组件针孔疵病检测的方法，其特征在于，步骤8去掉相邻图像多计的瑕疵个数采用瑕疵整合算法，具体的方法如下：用x1表示两瑕疵中心点之间的距离，x2表示两瑕疵等效半径的和，当x1＜x2时，两个瑕疵合并为一个瑕疵，即把半径较小的瑕疵的信息写为0，瑕疵的个数减1。

5.一种基于权利要求1所述的用于光阴极组件针孔疵病检测的方法的实现装置，其特征在于，包括CCD摄像机[1]，焦距调节装置[5]，显微镜***，二维平移台[6]，图像采集卡[10]，电控平移台控制器[11]，焦距调节装置控制器[12]，计算机[13]，视频分配器[14]，继电器卡[15]；CCD摄像机[1]的输出信号经视频分配器[14]分频成两路，一路信号通过图像采集卡[10]输入到计算机[13]，另一路输入到焦距调节装置控制器[12]的输入端[a]，二维平移台[6]设置在显微镜载物台位置，该平移台通过电控平移台控制器[11]与计算机[13]连接，由计算机控制其运动，在二维平移台[6]下方设置底步同轴透射光源[8]，在二维平移台[6]上方设置焦距调节装置[5]，该装置与焦距调节装置控制器[12]的控制端[b]连接，焦距调节装置控制器[12]的继电器接口[c]通过继电器卡[15]与计算机相连接，焦距调节装置控制器[12]接收计算机[13]输出的控制信号并通过控制焦距调节装置[5]来实现焦距的调节。

6.根据权利要求5所述的用于光阴极组件针孔疵病检测的装置，其特征在于，在焦距调节装置[5]上设置专用夹具[4]。

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