專利名稱：超聲掃描顯微鏡c掃描tof圖像的構(gòu)建方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及超聲掃描顯微鏡設(shè)備對采集到的數(shù)據(jù)處理技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種C 掃描TOF圖像構(gòu)建方法。
背景技術(shù)：
隨著電子產(chǎn)品的生產(chǎn)規(guī)模越來越大，品種越來越多，電路的集成化程度和生產(chǎn) 自動化程度也相應(yīng)的提高，同時對器件的質(zhì)量要求也越來越高，為保證器件的可靠性， 對封裝好的器件進(jìn)行無損檢測是不可缺少的流程，而超聲掃描顯微鏡能夠檢測X射線檢 測不敏感的分層、空洞、裂縫等缺陷而應(yīng)用越來越廣泛。超聲掃描顯微鏡是通過運(yùn)動執(zhí) 行機(jī)構(gòu)掃描軸與步進(jìn)軸的配合進(jìn)行光柵式運(yùn)動，在掃描軸運(yùn)動的同時發(fā)射超聲波并接收 反射回波，將反射回波的模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，并通過各種轉(zhuǎn)換算法構(gòu)建不同種類 的檢測圖像。超聲掃描顯微鏡的常規(guī)檢測方式包括A掃描波形、B掃描圖像、C掃描峰 值圖像、C掃描TOF圖像、C掃描相位反轉(zhuǎn)圖像、分層掃描圖像等。
C掃描TOF圖像是超聲掃描顯微鏡主要的一種檢測方式，它是根據(jù)獲得反射回 波峰值時間先后構(gòu)建平面圖像，先獲得峰值的位置圖像像素灰度值較高，后獲得峰值的 位置圖像像素灰度值較低，通過獲得圖像可以判斷被檢測目標(biāo)的深度位置，圖像亮度較 高的點(diǎn)說明超聲傳播的時間較短，距離前表面較近?，F(xiàn)有的TOF掃描圖像構(gòu)建方法為 1、在A掃描波形上設(shè)置數(shù)據(jù)門，也就是設(shè)置檢測區(qū)域及信號閾值；2、掃描過程中當(dāng)位 置計(jì)數(shù)達(dá)到設(shè)置數(shù)值時通過軟件觸發(fā)的方式觸發(fā)超聲波的發(fā)射，3、軟件將數(shù)據(jù)門區(qū)域內(nèi) 的所有點(diǎn)波形峰值信號到達(dá)時間進(jìn)行比較，獲得到達(dá)時間的最大值和最小值。4、取出 每一點(diǎn)的峰值的到達(dá)時間，并轉(zhuǎn)換為灰度值，進(jìn)而構(gòu)建出C掃描TOF圖像。這種現(xiàn)有 的TOF掃描圖像構(gòu)建算法由于超聲波觸發(fā)及數(shù)據(jù)采集都采用軟件處理，觸發(fā)位置不夠準(zhǔn) 確，檢測區(qū)域內(nèi)每一點(diǎn)峰值的到達(dá)時間也不準(zhǔn)確，且由于軟件處理數(shù)據(jù)量大，導(dǎo)致圖像 構(gòu)建速度慢。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種超聲掃描顯微鏡C掃描TOF圖像的構(gòu)建方法，采用的 光柵尺同步位置觸發(fā)產(chǎn)生超聲波解決了現(xiàn)有技術(shù)中軟件觸發(fā)位置不準(zhǔn)確的缺點(diǎn)，具有構(gòu) 建圖像位置準(zhǔn)確、精度高等優(yōu)點(diǎn)。如采用前表面跟隨技術(shù)，可解決算法對被測目標(biāo)表面 平面度及放置要求較高、獲得峰值到達(dá)時間不準(zhǔn)確的缺點(diǎn)；如采用硬件判別峰值，返回 正負(fù)峰值和到達(dá)正負(fù)峰值時間值的方法，可減少了軟件處理數(shù)據(jù)量，提高了圖像構(gòu)建速 度。 本本發(fā)明的主要技術(shù)方案是 一種超聲掃描顯微鏡C掃描TOF圖像的構(gòu)建方 法，其特征在于具有以下步驟 a、設(shè)置C掃描數(shù)據(jù)門，以確定檢測區(qū)域和閾值電壓 b、掃描并發(fā)射超聲波掃描過程中對上述的每個位置點(diǎn)發(fā)射超聲波，采用的光
3柵尺同步位置觸發(fā)產(chǎn)生超聲波即采用光柵尺作為反饋裝置，當(dāng)光柵尺計(jì)數(shù)達(dá)到預(yù)設(shè)置 值時自動硬件觸發(fā)產(chǎn)生超聲波，并接收反射回波，采用硬件判別峰值，提取出每一個點(diǎn) 在數(shù)據(jù)門區(qū)域中返回信號到達(dá)峰值的時間，即峰值時間； C、對該點(diǎn)的峰值時間做數(shù)據(jù)處理，按照一定的方法轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的灰度值如果 正峰值和負(fù)峰值同時都找到，再比較它們的絕對值大小，將絕對值較大的那個峰值到達(dá) 時間作為峰值時間，將其轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的灰度值；如果正負(fù)峰值中只找到一個，則將該峰 值的到達(dá)時間作為峰值時間，將其轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的灰度值；如果正負(fù)峰值都沒有找到，則 直接將該點(diǎn)灰度值賦值為O。 d、將每一個點(diǎn)對應(yīng)的灰度值輸出到屏幕上構(gòu)建灰度圖像。 所述的a步驟中，可以采用前表面跟隨技術(shù)設(shè)置前表面數(shù)據(jù)門，獲得前表面 反射回波負(fù)峰值時間坐標(biāo)，設(shè)置數(shù)據(jù)門的時間坐標(biāo)為前表面反射回波信號負(fù)峰值時間坐 標(biāo)的相對坐標(biāo)。
所述的b步驟中，只返回?cái)?shù)據(jù)門內(nèi)的正負(fù)峰值及時間值，減少軟件處理數(shù)據(jù) 所述的b步驟中，記錄被測目標(biāo)前表面反射回波負(fù)峰值的時間，并將該時間作 為數(shù)據(jù)門的參考時間，數(shù)據(jù)門的起始時間為該時間的相對值，解決由于被測目標(biāo)表面不 平整或放置傾斜造成數(shù)據(jù)門設(shè)置不準(zhǔn)確的問題，解決了獲得峰值到達(dá)時間不準(zhǔn)確的問 題。 所述的c步驟中，所述的最終峰值時間轉(zhuǎn)換為構(gòu)建圖像像素灰度值的方法可以 是對于掃描區(qū)域中的每個點(diǎn)，對該點(diǎn)的峰值時間處理，可分為以下幾種情況①正負(fù) 峰值均找到(如圖3所示)，比較正峰值絕對值和負(fù)峰值絕對值，取較大的那個返回信號 峰值到達(dá)時間值為峰值時間；②僅正(負(fù))峰值找到(如圖4(5)所示)，將該峰值的到達(dá)時 間作為峰值時間；③正負(fù)峰值均未找到(如圖6所示)，則直接返回該點(diǎn)像素值灰度為O。 設(shè)峰值時間命名為t，提取出掃描區(qū)域中所有點(diǎn)在數(shù)據(jù)門區(qū)域中最終返回信號峰值時間， 獲得這所有點(diǎn)中峰值時間最大值Ux和最小值t皿，求峰值時間t對應(yīng)的圖像灰度值G，按 照如下公式計(jì)算g =,匪—？x 255,
在f!12X iH 本發(fā)明的積極效果是與已有技術(shù)對比，本發(fā)明采用了光柵尺同步位置觸發(fā)產(chǎn) 生超聲波解決了現(xiàn)有技術(shù)中長期存在人們一直想解決而又一直未能解決的軟件觸發(fā)位置 不準(zhǔn)確的問題，具有構(gòu)建圖像位置準(zhǔn)確、精度高等優(yōu)點(diǎn)。采用前表面跟隨技術(shù)，可解決 算法對被測目標(biāo)表面平面度及放置要求較高、獲得峰值到達(dá)時間不準(zhǔn)確的缺點(diǎn)；采用硬 件判別峰值，返回正負(fù)峰值和到達(dá)正負(fù)峰值時間值的方法，可減少軟件處理數(shù)據(jù)量，提 高了圖像構(gòu)建速度。解決了現(xiàn)有方法對被測目標(biāo)表面平面度及放置的要求高、構(gòu)建圖 像位置不準(zhǔn)確、返回信號峰值到達(dá)時間不準(zhǔn)確、構(gòu)建速度慢等問題，構(gòu)建的掃描圖像清 晰，可以詳細(xì)的反映器件深度方向的特征，從而保證了圖像構(gòu)建的精度、準(zhǔn)度和速度。


圖1是在A掃描波形上設(shè)置前表面門的示意圖。
圖2是在A掃描波形上設(shè)置數(shù)據(jù)門的示意圖。
圖3是正負(fù)峰值均找到的示意圖。
圖4是僅正峰值找到的示意圖。
圖5是僅負(fù)峰值找到的示意圖。
圖6是正負(fù)峰值均未找到的示意圖。 圖3 6都是簡單說明TOF掃描數(shù)據(jù)門的峰值判斷情況。圖中數(shù)據(jù)門都是用 矩形區(qū)域來表示的，矩形的左邊沿最左邊和右邊沿分別表示數(shù)據(jù)門的開始時間和結(jié)束時 間，矩形的上邊沿和下邊沿分別表示數(shù)據(jù)門的正負(fù)閾值電壓。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖(參見圖1 圖6)及較佳的實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明，但 不作為對本發(fā)明的限定。 該實(shí)施例構(gòu)算法的實(shí)現(xiàn)步驟如下 l.如圖l所示，調(diào)整超聲波探頭的位置，觀察A掃描波形，使探頭聚焦到被檢測 目標(biāo)的深度位置上，在前表面反射回波區(qū)域設(shè)置前表面數(shù)據(jù)門。 2.如圖2所示，在檢測目標(biāo)位置反射回波區(qū)域設(shè)置C掃描數(shù)據(jù)門，C掃描數(shù)據(jù)門 采用矩形表示，需要說明的是這里TOF使用C掃描數(shù)據(jù)門提取的是反射信號到達(dá)峰值的 時間。 3.設(shè)置掃描區(qū)域，從起始位置開始進(jìn)行掃描，掃描過程中超聲波發(fā)射接收裝置 對光柵尺信號進(jìn)行計(jì)數(shù)，當(dāng)計(jì)數(shù)達(dá)到預(yù)設(shè)置值時產(chǎn)生超聲波。 4.記錄被測目標(biāo)前表面反射回波負(fù)峰值的時間，并將該時間作為數(shù)據(jù)門的參考 時間，數(shù)據(jù)門的起始時間為該時間的相對值，解決由于被測目標(biāo)表面不平整或放置傾斜 造成數(shù)據(jù)門設(shè)置不準(zhǔn)確的問題，解決了獲得峰值到達(dá)時間不準(zhǔn)確的問題。
5.對于掃描區(qū)域中的每個點(diǎn)，對該點(diǎn)的峰值時間處理，可分為以下幾種情況 ①正負(fù)峰值均找到(如圖3所示)，比較正峰值絕對值和負(fù)峰值絕對值，取較大的那個返 回信號峰值到達(dá)時間值為峰值時間；②僅正(負(fù))峰值找到(如圖4(5)所示)，將該峰值 的到達(dá)時間作為峰值時間；③正負(fù)峰值均未找到(如圖6所示)，則直接返回該點(diǎn)像素值 灰度為0。為方便后續(xù)說明，暫且把峰值時間命名為t。 6.依據(jù)步驟5的算法，提取出掃描區(qū)域中所有點(diǎn)在數(shù)據(jù)門區(qū)域中峰值時間，獲得 這所有點(diǎn)中峰值時間的最大值tmax和最小值tmm。 7.求峰值時間t對應(yīng)的圖像灰度值G，按照如下公式計(jì)算
g - Jhs^iL x 255
"w、 mijj 例如在某檢測區(qū)域中，獲得該區(qū)域中的返回峰值時間的最大值和最小值分別 為tmax = 1.2us、 tmm = 0.2us，某一點(diǎn)的峰值時間t值為0.8us。那么該點(diǎn)對應(yīng)的灰度圖 像的灰度值為
「畫，g =《鵬—fx 255 =1H8《255= 0,4^ 255 - 102
lwo，」 《 —l r _ ()" 8.按以上步驟獲取被測目標(biāo)檢測區(qū)域每一個點(diǎn)的圖像灰度值，將這些像素點(diǎn)按
5照順序排列，實(shí)現(xiàn)C掃描TOF圖像的構(gòu)建。
權(quán)利要求
一種超聲掃描顯微鏡C掃描TOF圖像的構(gòu)建方法，其特征在于具有以下步驟a、設(shè)置C掃描數(shù)據(jù)門，以確定檢測區(qū)域和閾值電壓；b、掃描并發(fā)射超聲波掃描過程中對上述的每個位置點(diǎn)發(fā)射超聲波，采用的光柵尺同步位置觸發(fā)產(chǎn)生超聲波即采用光柵尺作為反饋裝置，當(dāng)光柵尺計(jì)數(shù)達(dá)到預(yù)設(shè)置值時自動硬件觸發(fā)產(chǎn)生超聲波，并接收反射回波，提取出每一個點(diǎn)在數(shù)據(jù)門區(qū)域中返回信號到達(dá)峰值的時間，即峰值時間；c、對該點(diǎn)的峰值時間做數(shù)據(jù)處理，將峰值時間按照一定的方法轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的灰度值如果正負(fù)峰值均找到，比較正峰值絕對值和負(fù)峰值絕對值，取較大的那個返回信號峰值到達(dá)時間值為峰值時間；如果僅正(負(fù))峰值找到，將該峰值的到達(dá)時間作為峰值時間；如果正負(fù)峰值都沒有找到，則直接將該點(diǎn)灰度值賦值為0；d、將每一個點(diǎn)對應(yīng)的灰度值輸出到屏幕上構(gòu)建灰度圖像。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲掃描顯微鏡C掃描TOF圖像的構(gòu)建方法，其特征在于 所述的a、 b步驟中，采用前表面跟隨技術(shù)設(shè)置前表面數(shù)據(jù)門，獲得前表面反射回波負(fù)峰值時間坐標(biāo)，設(shè)置數(shù)據(jù)門的時間坐標(biāo)為前表面反射回波信號負(fù)峰值時間坐標(biāo)的相對坐標(biāo)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲掃描顯微鏡C掃描TOF圖像的構(gòu)建方法，其特征在于 所述的b步驟中，采用硬件判別峰值，只返回?cái)?shù)據(jù)門內(nèi)的正負(fù)峰值及時間值，減少軟件 處理數(shù)據(jù)量。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲掃描顯微鏡C掃描TOF圖像的構(gòu)建方法，其特征在于 所述的b步驟中，記錄被測目標(biāo)前表面反射回波負(fù)峰值的時間，并將該時間作為數(shù)據(jù)門 的參考時間，數(shù)據(jù)門的起始時間為該時間的相對值，解決由于被測目標(biāo)表面不平整或放 置傾斜造成數(shù)據(jù)門設(shè)置不準(zhǔn)確的問題，解決了獲得峰值到達(dá)時間不準(zhǔn)確的問題。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲掃描顯微鏡C掃描TOF圖像的構(gòu)建方法，其特征在于 所述的c步驟中，所述的峰值時間轉(zhuǎn)換為構(gòu)建圖像像素灰度值的方法是對于掃描區(qū)域 中的每個點(diǎn)，對該點(diǎn)的峰值電壓處理，可分為以下幾種情況①正負(fù)峰值均找到(如圖3 所示)，比較正峰值絕對值和負(fù)峰值絕對值，取較大的那個返回信號峰值到達(dá)時間值為峰 值時間；②僅正(負(fù))峰值找到(如圖4(5)所示)，將該峰值的到達(dá)時間作為峰值時間；③正負(fù)峰值均未找到(如圖6所示)，則直接返回該點(diǎn)像素值灰度為O;為方便后續(xù)說明， 暫且把峰值時間命名為t;依據(jù)步驟5的算法，提取出掃描區(qū)域中所有點(diǎn)在數(shù)據(jù)門區(qū)域中峰值時間，獲得這所有點(diǎn)中峰值時間的最大值tmax和最小值tmm;求峰值時間t對應(yīng)的圖像灰度值G，按照如下公式計(jì)算 G = —^■——fx 255.
全文摘要
本發(fā)明提供了超聲掃描顯微鏡C掃描TOF圖像的構(gòu)建方法，涉及超聲掃描顯微鏡設(shè)備對采集到的數(shù)據(jù)處理技術(shù)領(lǐng)域。具有以下步驟a、設(shè)置C掃描數(shù)據(jù)門，以確定檢測區(qū)域和閾值電壓b、掃描并發(fā)射超聲波，采用的光柵尺同步位置觸發(fā)產(chǎn)生超聲波提取出每一個點(diǎn)在數(shù)據(jù)門區(qū)域中返回信號到達(dá)峰值的時間，即峰值時間；c、對該點(diǎn)的峰值時間做數(shù)據(jù)處理；d、將每一個點(diǎn)對應(yīng)的灰度值輸出到屏幕上構(gòu)建灰度圖像。本發(fā)明解決了現(xiàn)有技術(shù)中軟件觸發(fā)位置不準(zhǔn)確的缺點(diǎn)，具有構(gòu)建圖像位置準(zhǔn)確、精度高等優(yōu)點(diǎn)。可解決算法對被測目標(biāo)表面平面度及放置要求較高、獲得峰值到達(dá)時間不準(zhǔn)確的缺點(diǎn)；提高了圖像構(gòu)建速度；構(gòu)建的掃描圖像清晰，可以詳細(xì)的反映器件深度方向的特征。
文檔編號G01N29/06GK101692069SQ200910075710
公開日2010年4月7日 申請日期2009年10月16日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月16日
發(fā)明者姚立新, 宋麗娟, 許博, 費(fèi)玖海, 連軍莉, 邱軍, 黃曉鵬 申請人:中國電子科技集團(tuán)公司第四十五研究所