专利名称：用于测量表面平移的方法和测量设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于测量表面平移的方法和测量i殳备。
背景技术：
两个图像的校正值可用于检测表面的移动、升高、降低、倾斜、形式 上的变化以及不动性。如果图^^目似，则表面保持不变，且校正值高。另 一方面，如果图像之间有差异，则表面在某一方面已发生了变化，这使得 校正值减小。通过按照时间或位置移动将要相互比较的图像来查找最大校 正值，可提供有关待测表面的移动信息。
通过在移动方向上创建移动表面的图像行以及通过将图像行设置成 图像矩阵，还可以测量表面的移动速率。矩阵中线的角系数可用于确定表 面速率。这种方案在芬兰的专利80527中进行了描述。
然而，现有技术存在着问题。校正要求关于待测表面存在可比较的图 像。除了利用校正和各种速率测量外，测量(近乎)不动的表面、来回移
速率)也4^艮困难的或者是不可能的。
发明内容
本发明的目的是提供一种改进的方法以及实施该方法的测量设备。这 通过测量表面平移的方法来实现，其中待测目标的移动具有至少一个主移 动方向。本方法还包括通过至少一个检测器的检测器行来重复检测表面， 该检测器行的方向与该表面的主移动方向相同，并且同时检测该表面和检 测器之间的距离以产生放大数据和响应行；将连续的响应行i更置成响应矩 阵；确定每个响应矩阵中至少一个曲线的方向；以及基于放大数据，在所 形成的响应矩阵中借助至少一个曲线或曲线部分的一个或多个方向来确 定表面平移。
本发明还涉及一种用于测量表面平移的测量i殳备。该测量i殳备包括
至少一个检测器，该检测器包括检测器行；检测器用于测量表面和所述检 测器之间的距离以便确定放大数据；以及信号处理单元；为了形成响应行， 每个检测器行被设置成连续检测待测目标的表面，所述表面具有至少一个 主移动方向，并且每个检测器行的方向祐i殳置成与所i^面的主移动方向 相同；所述信号处理单元被设置成接^巨离信息以及由每个检测器行形成 的响应行，并且形成与每个检测器行有关的连续响应行的响应矩阵，以及 确定每个响应矩阵中至少一个曲线的方向；并且所述信号处理单元被设置 成基于放大数据，在所形成的响应矩阵中借助至少一个曲线或曲线部分的 一个或多个方向来确定表面平移。
从属权利要求中公开了本发明的优选实施例。
根据本发明的方法和测量设备提供了若干优点。待测表面的质量几乎 根本不对测量构成限制。此外，没有必要预期表面移动是连续的还^MJ，J
的，并JL^面缺省地也可以是不动的。
现在借助于参考附图的优选实施例来详细地描述本发明，在附图中 图1A图示了测量i殳备的系统图； 图1B图示了测量i殳备的4匡图； 图1C图示了测量设备中两个检测器的使用； 图1D图示了与两个检测器的使用有关的测量； 图2A图示了当表面靠近检测器时的图像矩阵； 图2B图示了朝向检测器的表面移动； 图3A图示了当表面离开检测器时的图像矩阵； 图3B图示了远离检测器的表面移动； 图4A图示了当表面和检测器朝彼此倾斜时的图像矩阵； 图4B图示了角度a的表面倾斜； 图5A图示了当表面中有移动凹陷时的图像矩阵； 图5B图示了凹陷的移动；
图6图示了在横向方向上轻微移动的表面的图像矩阵；
图7A图示了待测目标的前边缘经过检测器行的移动；
图7B图示了当待测目标的前边缘移动经过检测器行时的矩阵；
图8A图示了待测目标的后边缘经过检测器行的移动；
图8B图示了当待测目标的后边缘移动经过检测器行时的矩阵；
图9A图示了参考图案；
图9B图示了当检测器相对于参考图案旋转之后参考图案的编辑图像； 图9C图示了当检测器平行于参考图案移动之后参考图案的编辑图像； 图9D图示了参考图案的期望编辑图像； 图10A图示了包括角度陡的线的响应矩阵； 图IOB图示了执行了行转移的响应矩阵；以及 图11图示了本方法的流程图。
具体实施例方式
本方案可应用于测量图案化表面，该图案化表面可以A^质表面、纸 表面、金属表面、道路表面、织物表面或者当利用适当放大时其被检测信 号响应发生变化的其它类似表面。图案化表面可以指其响应根据待检测参 数而变化的表面。所述参数可以是强度、波长、两者的结合，或者以所使 用的波长在表面上^L检测并且其响应值可^Li殳置到响应行中、再被进一步 设置成矩阵的其它特性。在这样形成的响应矩阵中，图案的响应变化可被 检测为曲线，该曲线也可被称为线。所述曲线的宽度及其相互距离可根据 待测表面而变化。曲线的方向与测量有关。应用可包括对半导体盘、纸和 /或板、金属条和/或片等等的质量控制，本发明不受限于这些。
图1A图示了测量设备的系统图的示例。测量设备可包括检测器 100、信号处理单元108以及可能的辐射源114,其中检测器100包括行 或矩阵102，所述行或矩阵102包括适于检测的单元。检测器100可以是 例如可被包括在例如移动电话中的照相机。如果辐射源114是可用的并且 被使用，则其可以照亮待测目标116的表面104，使得带状检测区域106 完全被照亮。与图1A不同，待测目标116还可以在检测器100和辐射源 114之间，在这种情况下，辐射源114所发出的辐射穿透待测目标。辐射 源114可发出电磁辐射，比如伽马辐射、X-射线辐射、光辐射或射频辐射，
声辐射，比如超声波或粒子辐射。检测器行102检测检测区域106并将对 应于所述检测的电信号馈送到信号处理单元108中以便生成测量数据。信 号处理单元108可以控制检测器100和辐射源114的操作。此外，测量设 备可以例如通过数据网络与外部设备通信。测量设备可利用公共电网或电 池作为其电源。
现在参考图1B来描述根据上述测量设备的测量方案。在该方案中， 检测器100例如在检测器100的检测器行102中产生表面104的图像。也 可以使用非成像光学器件来取代成像光学器件。检测器行102的检测器的 成像区域序列在表面104上产生带状检测区域106。该成像区域也可被称 为检测区域，但在该示例中，我们将使用术语"成像区域"。检测器行102 包括至少两个检测器单元，即像素1020。商用的行检测器在一行中可包 括从几个检测器单元到数千个检测器单元，且当使用相邻行时，单元的数 量可增加到几百万单元。在检测器行102中，可以^^面104成像，或者 更一般地，可以以期望的频率连续检测该表面，所述频率可针对所ii^面 或表面平移的主移动被调整。为了检测某些现象，每天或每月进行成像就 足够了。最高成像频率受限于检测器的操作，但是可以以IOOO像素的行 检测器使用大约100kHz的频率。不仅仅可以使用行检测器，还可以使用 矩阵检测器，在这种情况下矩阵检测器的一个或多个像素行可以用作行检 测器。矩阵检测器可以用于通过使用交叉检测行来确定在相对检测行而言 的横向方向上的检测器和待测表面之间的倾斜(见图4A和4B )。
表面104的主移动方向通过箭头示出。表面的主移动指的是表面连续 进行的明确移动。如果所考虑的表面部分平行于所述主移动，则在主移动 方向上移动的目标的平移与另外平行于主移动但沿表面所测量的平移是 相等的。表面平移指的是偏离目标主移动的移动或轻m动妄。这种移动 包括朝向或远离检测器行的表面移动、表面相对于检测器行的倾斜(或反 之亦然)、静止目标的表面的局部变形和/或轻微运动。
该测量装置可用于以现有技术方式确定表面平面方向上的表面速率， 其按以下来执行。通过将检测器行102的至少两个连续的图像行收集到信 号处理单元108的存储器或普通响应行中，响应行可祐i殳置成响应矩阵。 在响应矩阵中，强度或另一特性与周围环境不同的点形成线状曲线，该曲 线的方向依赖于表面移动。可梠^据测量几何(measuring geometry)来选 择位置和时间轴，在这种情况下，通过旋绕响应矩阵可测量到描述每个曲 线的方向的角系数，以^更获得例如平行于位置轴和时间轴的倾斜度。在这
种情况下，获得角系数作为这些倾斜度之间的关系，并且可针对响应矩阵 中的每个点来确定速率或者与之成正比的值。可进一步通过将每个响应行 的速率值进行平均来改进测量精度。可通过只将那些平方和超过预定值的 值取到将被总计的值当中，来控制将被包括在平均值中的值的选择。这样， 只有响应矩阵中响应矩阵线中之一所包括的点被选取到将被平均的值当
中。这种方案在芬兰的专利80527中进行了详细的描述。
另一现有技术方案涉及在两个点检测移动表面并在校正的基础上确 定表面在测量点之间平移所需的时间。除时间之外，还可确定表面速率。 可以通过直接关联检测器单元信号或者通过关联检测器单元的频率响应 来进行测量，这取决于表面104的结构和/或其是否被图案化。这种测量 布置可根据图1A来实施，在这种情况下，可在两个检测器单元的响应信 号之间或在一组两个期望检测器单元之间形成关联。可通过在待测区域中 尽可能精确和全面地测量检测器和待测表面之间的距离，来确定在表面平 移的测量中同时使用的放大数据。
在图1C中，借助于两个检测器来确定放大数据。图1C图示了使用 两个检测器(例如照相机)120、 122的方案，这两个检测器以两个不同 的放大率来检测待测表面104，并且可以基本类似于检测器100。检测器 行及其光学器件可枕故置成使得它们在主移动方向上具有^^共的光平面。 加粗的线150图示了两个检测器一起检测的线状区域。
放大率M可通过关系式L/F来确定，其中L为待测目标到检测器的 距离，F为光学器件的焦距。通过例如以下设置可以实现不同的放大率。 距离L1和L2是不同的并且/或者焦距F1和F2是不同的。光学器件之一 还可以是远心的。还可以通过利用例如分束器(图1C中未示出)将ii^ 光学器件之一的光信号分到不同距离处的两个检测器行中来实现不同的 放大率。两个放大率的使用还集中在当前边缘和后边缘从一个像素移动到 另一像素时所述边缘平移的测量(见图7A至8B),所述集中是基于距离 以及一个或多个检测器的信号响应的使用。还可以借助于单独的距离测量 来确定放大数据，在这种情况下，例如检测器122可确定距离。
图1D图示了所述方案的不同测量。检测器120的焦距为Fl，检测器 122的焦距为F2。检测器120到待测表面104的距离为Ll，检测器122 到待测表面104的距离为L2。在检测器120上形成的目标S0的图像的像 素大小为Pl,在检测器122上形成的目标SO的图〗象的像素大小为P2。 为简^^UL，两个检测器120， 122的像素大小可被确定为相同，即PL。 特定待测目标的大小为SO,且检测器之间的距离为AL。检测器120的放 大率M1将为M1-L1/F1，检测器122的放大率M2-L2/F2。下式适用于 距离L2: L2=L1+AL。由于S0=P1*M1*PL=P2*M2*PL，因此可导出下 式
L1 =P2*AL*P1〗/[P1*F2 — P2*F1
(l)
由于公式(1 )中除了目标的图像大小Pl和P2以外的其它因ltA常 数，因此可通过确定待测表面104的距离和/或测量期间该距离的变化来 确定图像中目标的图像大小Pl和P2。所i^巨离的变化通常意味着待测目 标的表面104的高度或形状的变化。测量至少部分相同的检测区域的两个
类似检测器的使用提供了精确而冗余的目标和表面平移以;sj逸率的测量。
该测量不同于传统的测量，原因在于该测量不是借助于仅一个点来进行， 而是借助于整个的行矩阵来进行。此外，两个不同的检测器可以用于平移 和速率测量中的自诊断，使得可以分别通过两个检测器来测量平移和速 率，且结果可以相互比较。如果结^J&此相差很大，则与某一检测器有关 的测量i殳备部分有缺陷。
在根据图2A的情形下，表面104靠近检测器行102。通过平行设置 若干响应行1至6来形成响应矩阵10。在响应矩阵IO中图示了描述测量 原理的连续时刻^至tn的连续移动以及包括在行中的一些检测单元。由 于表面104靠近检测器行，因此响应矩阵10的曲线200至204看起4U4: 此发散。即使实际上所述曲线可以利用检测单元的精确性而变得可见，在 该示例中也画出所述曲线以便更好地描述测量原理。可通过确定曲线的角 度(p或角系数kk来测量曲线方向，角度cp或角系数kk相互依赖， tan(q>)=kk，其中tan()表示三角正切函数。可以认为在曲线的角系数kk 和4测目标的速率v之间有依赖关系v=k*kk，其中k为常数，且k可通 过计算或实验来确定。常数k依赖于例如测量中使用的放大率。通常，常 数k根据放大系数M来按比例确定，即通过测量所获得的放大数据被用 作在主移动方向上的被测表面平移和所计算的平移之间的比例系数。有关 角度的信息因此对应于所计算的测量信息。通过测量至少一个曲线的方向 变化Aq^cpr(pi，可确定检测器行102和表面104之间的平移。所述平移可 被确定为使104之间平移的速率。所述平移可被确定为检测器行102和表 面104彼此靠近的速率。可替选地或另外，可以确定和相互比较至少两个 曲线的方向q)2和cp3，以便确定方向变化A(p-(pr93，以及检测器行102和表 面104之间的平^。
图2B图示了根据图2A的测量几何的变化。在h时刻，待测表面104 距检测器100的检测器行102有由实线表示的距离，而在t4时刻,表面104 距检测器100的检测器行102有由虚线表示的距离。箭头表示平移的方向。
在根据图3A的情形下，表面104离开检测器行102,但另外该图示 对应于图2A中的情形，尽管在该图中未示出响应矩阵的单元。在这种情 况下，响应矩阵10的曲线200至204看起来彼此靠近。如图2A中所示
的情况，可以通过测量至少一个曲线的方向上的变化Acp-(p2-(Pi，来确定检 测器行102和表面104之间的平移。该平移可确定为检测器行102和表面
104彼此离开的速率。可替选地或另外，可以确定并相互比较至少两个曲 线的方向q)2和93，以便确定方向变化A(p-(p2-q)3以及检测器行102和表面 104之间的平移。在图2A和3A的情况下，可测量表面104法线方向上 的速率。例如，曲线角度的平均可用来测量表面104在表面平面方向上的 主速率.在这些示例中，表面104是静止的，根本没有在表面104平面上 移动。
图3B图示了根据图3A的测量几何的变化。在^时刻，待测表面104 距检测器100的检测器行102有由实线表示的距离，而在t4时刻，表面104 距检测器100的检测器行102有由虚线表示的距离。箭头表示平移的方向。
图4A图示了表面的响应矩阵10，其中，图像区域106的末端110比 该图像区域的始端112更接近检测器行102，即检测器行102的方向和待 测表面104的法线彼此不成垂直角。图4A中的图示对应于图2A中的情 形，尽管该图中并未示出响应矩阵的单元。在图4A所示的情形下，曲线 彼此离开。在相反倾斜的情况下，曲线将彼此靠近，如图2A和3A所示
的情况下，可通过测量至少一个曲线的方向上的变化A(p-cp2-q)i来确定检测 器行102和表面104之间的平移。该平移可被确定为检测器行102和表面
104相对于彼此的倾斜角度a。可替选地或另外，可以确定并相互比较至 少两个曲线的方向(P2和(P3，以^f更确定方向变化Acp-92-93以及检测器行102 和表面104之间的平移。在图4A的情况下，倾斜角度a增加。
图4B图示了棉*据图4A的平移。在t时刻，待测表面104相对于检 测器100的检测器行102处于用实线标记的位置处，而在tn时刻，表面 104相对于检测器100的检测器行102处于用虚线标记的位置处。
图2A至4B图示了测量表面104和检测器行102之间的移动或者距 离上的变化。
图5A和5B图示了表面轮廓的测量。在该示例中，测量了与表面104 中的凹陷类似的平移510。除凹陷之外，也可以是凸起。图5A中的图示 对应于图2A中的情形，尽管该图中并未示出响应矩阵单元。在从h时刻 到tn时刻的响应矩阵10的连续图像中，由凹陷引起的曲线500至506的 变形508随着表面104的主移动而在行图像中移动。表面104的主速率可 基于凹陷移动的距离以及移动该距离所用的时间来测量。表面的主速率还 可祸JI曲线的方向(其通过角JLy示出)来确定。平移510的大小可借助 于由凹陷引起的变形508的方向(其通过角度cp4示出)来确定。通过角度 (P4指示的方向可以与例如指示表面速率的角度Y的方向来比较。从该比较 可以确定变化Acp，-(P4，以表达例如凹陷底部比表面104的其余部分离检 测器行102远多少，即，可确定凹陷深度。表面轮廓的测量可用于测量待 测表面的均匀度或者片状目标的平坦度。
图5A和5B涉;5L^面104和检测器行102之间距离的变化。 在图5B中，表面的主速率及其方向，即其ilJL，由矢量5表示。对
于测量，通常有必要将检测器行102的方向F设置成平行于表面的主i^L ^ 。
还可以通过在成像时使用两个或更多个不同的放大率来测量描述平 移的变化(见图1C和1D)。由于不同的放大率，每个被测曲线或曲线部 分的方向在相同^Ht下产生的编辑图像中是不同的，即在响应矩阵中，每 个被测曲线或曲线部分的方向是不同的。被测曲线的数量可从一个到多个 变化。因此，4吏用一个放大率所产生的编辑图像可用来作为4吏用另一放大 率所产生的编辑图像的参考。
成1象光学器件之一可以是远心成^象光学器件，在这种情况下，距离变 化不引起线方向的变化，但是当使用远心光学器件时，图2A， 3A， 4A 和5A中所示的曲线^Ufr作笔直的。其原因在于当在成像过程中使用远心 光学器件时没有透视。这样，当在成像过程中使用远心光学器件时，图 2A的曲线平行于直线202,图3A的曲线平行于曲线302，图4A的曲线 平行于曲线400，且图5A的曲线在所有ti至tn时刻都成角度Y。由远心 光学器件形成的直线可用作参考，使得利用非远心光学器件成像的曲线的 方向与利用远心光学器件成像的曲线的方向进行比较。在这种情况下，曲 线方向之间的差与表面平移成比例。
图6图示了"零速率"的测量。与其它示例不同，在该实施例中，表面的主移动方向对应于平移方向。根据该示例的简单响应矩阵600包括7x7
检测器单元。在单元C中的^至t4行中可以看见呈现直线形的曲线。这 意味着当测量到这些行时，被测表面没有平移。在ts至t7行中，在单元B 中可以看见线状曲线.这意味着依赖于成像光学器件，导致线状曲线的表 面目标向左或右移动了对应于一个l象素宽度的距离，其可被看作在t4和 ts时刻像素之间在方向和位置上的变化。在通常情况下，在表面水平方向 上超过预定阈值的表面104平移可被设置为附加手段的IH中。如果预定值 为0个像素，则曲线602必须保:持完全笔直。在图6的情况下，平移为1 个像素，因此执行附加手段。附加手段可以是对例如可由平移引起的产品 质量下降这一事实的警告，或者是平移的校正移动以便消除平移。
有时，允许小的平移，但不允许大的平移。在这种情况下，针对平移 的预定阈值可以是例如在5或50个连续时刻之间的2个像素。在图6的 情况下，平移将小于预定阈值，不执行附加手段。
由于具有像素大小的平移通常很小，因此测量设备可被认为是精确的 平移计。因此，测量设备可被用于监测待测表面是否保持静止，或者表面 是否緩慢地移动。如果平移是连续的，则测量设备还可以用于确定表面速 率。
当考虑到相对于检测器的操作速率緩慢或^^慢的移动时，可删除响 应矩阵行。这样，响应矩阵可被压缩，在这样情况下，由慢现象引起的线 开始越来越偏离由静止目标所产生的线(垂直方向)。
现在参考图7A至8B来描述目标边缘的测量。这些示了 7x9的 像素矩阵，其中线表示待测的被检测目标。未示出背景被聚焦的像素。图 7A图示了待测目标116的前边缘700进入检测区域106，且前边缘700 在每个成像时刻进一步进入到检测区域106中的情况。
图7B图示了对应于图7A中矩阵的矩阵，其由成像行产生。尽管实 际上，矩阵像素的数量可以是数千个甚至几百万个，但是为了图示和简便， 图中的矩阵像素数量很少。在t时刻，待测目标被成像到两个像素上。在 t2时刻，待测目标被成像到三个像素上。在t3时刻，待测目标还被成像到 三个像素上。在t4时刻，待测目标被成像到四个像素上，在这样情况下， 待测目标的前边缘处于测量行的中间。在t5时刻，待测目标被成像到五个 像素上。在t6时刻，待测目标被成像到六个像素上。在t7时刻，待测目标 被成像到七个像素上。在ts时刻，待测目标^像到全部的七个像素上。 在t9时刻，待测目标被成像到全部的七个像素上。
在特定时刻待测目标116未成像到的矩阵像素中可以看见垂直线。这 些线可通过信号处理单元108被确定为完M止。尽管意味着移动的对角 线出现在将待测目标116的表面104成像的像素中，但是矩阵区域将提供 一个表示比待测目标的真实速率慢得多的速率值作为平均值。因此当在待 测目标116的移动中观察到有突变时，待测目标116的边缘700能够^L^见 察和检测到。此外，当已经在整个检测区域106内并且因此在整个像素行 内(即，从根据图7B的示例的t7时刻开始)检测到待测目标116之后， 可以测量到待测目标116的移动。
图8A图示了待测目标116的后边缘700 l检测区域106，并且后 边缘800在每个成像时刻进一步itJV检测区域106的情形。
图8B图示了对应于图8A的由成像行形成的矩阵。在^时刻，待测 目标被成像到全部的像素上。在t2时刻，待测目标被成像到全部的像素上。 在t3时刻，待测目标M像到六个像素上。在t4时刻，待测目标被成像到 五个像素上。在ts时刻，待测目标还被成像到五个像素上。在t6时刻，待 测目标^/f象到四个〗象素上，且待测目标的前边缘处于测量行的中间。在 t7时刻，待测目标被成像到三个像素上。在ts时刻，待测目标M像到三 个像素上。在t9时刻，待测目标被成像到两个像素上。
如在前边缘的情况下，在特定时刻待测目标116未成1象到的矩阵^象素 中可以看见垂直线，且信号处理单元108确定这些线为完4^止的。尽管 意味着移动的对角线出现在将待测目标116的表面104成像的像素中，但 是矩阵区域将提供一个表示比待测目标的真实速率慢得多的速率值作为 平均值。因此当在待测目标116的移动中观察到有突变时，待测目标116 的边缘700能够^f见察和检测到。此外，当已经在整个检测区域106内并 且因此在整个像素行内(即，从根据图7B的示例的t6时刻开始)检测到 待测目标116之后，可以测量到待测目标116的移动。
由于随着目标116的移动，通过同一测量设备可以检测到前和后边 缘，因此不需要分离的检测器iM^测待测目标的边缘，这简化了测量设备。
图9A图示了用于使测量设备聚焦以便测量的参考图案的示例。参考 图案卯O可在金属、塑料或纸上图案化。参考图案卯O还可直接在待测目 标116的表面104上图案化。参考图案可以例如打印或印刷在期望目标的 表面上，且参考图案卯0的大小可祁_据目的而变化。参考图案在期望的测 量方向上被置于待测目标116的表面104上。可以以期望的精确度来确定 和测量所述方向和位置。当一个或多个参考图案卯0被置于待测目标116上时，检测器100可借助于参考图案900而在待测目标116上聚焦。
参考图案900可包括在检测的横向方向上具有变化宽度的图案.取代 或除了宽度之外，变化的M还可以例如是强度或颜色。图像可以是等边、 等腰或直角三角形或其它图案。在参考图案900的末端，可以有顶点在参 考图案900中间的三角形。在末端的三角形的高度h可以与参考图案900 中间的其它三角形的宽度1相同。在光学测量中可以用不同的^JL比例或 颜色将这些三角形彼此分开。
图9B图示了在检测器100的行检测器902相对于参考图案900旋转 的情况下，检测器100所检测的参考图案900的编辑图像952。编辑图像 也被称为响应矩阵。由于参考图案卯0包括变化的图案，其在編辑图像中 的宽度取决于检测区域与每个图案相交的情况。因此，从图9B可以4艮容 易地看到，行检测器102不平行于参考图案900。还可以推断出偏离角度， 从而易于将检测器100旋转到行检测器102平行于参考图案卯O的位置。
图9C图示了在检测器100平行于参考图案卯0移动的情形下，检测 器100所检测的参考图案900的编辑图像954。在这种情况下， 一些图案 (白色部分)比其它图案(划线部分)宽。末端图案为，每个末端图案所 产生的编辑图案在参考图案的中间轴上具有最大宽度。类似地，参考图案 卯0的图像954中的末端图案比其它图案窄。这种情况可以通过平行地移 动检测器100来校正，在成功的校正之后，检测器100可检测到根据图 9D的编辑图像956，其中所有图案具有相同的宽度，编辑图案的总长度 为其最大值，且由末端所产生的编辑图案具有其最大宽度。在参考图案中， 末端图案被看作图案顶点。因此易于根据待测表面的主移动方向来设置参 考图案。
参考图案卯0还可包括例如三个更小的圃形图案960至964,借助于 所述圆形图案，检测器100可大致并快速地在参考图案900上聚焦，原因 是在检测器102上将产生的图4象中，圆形960至964的宽度根据不同的对 准偏离而发生变化.
测量设备还可以在没有参考图案900的情况下被聚焦以便进行测量。 下面可就一个检测器对其进行描述，不过该描述也适用于两个检测器。借 助于均匀移动的表面，通过绕光轴旋转检测器，可搜索到响应矩阵中所检 测的一个或多个曲线的角系数的最大值。在这之后，可在待测表面的主移 动方向上倾斜检测器，使得在检测器起始处检测的一个或多个曲线的角系 数相同。在零速率和移动表面两种情况下，都可以可*、通过计算支持
地或完全自动地执行对准。
图10A图示了在响应矩阵600中观察到由与检测器100的操作速率 相比的快速现象所产生的线1500的情形。由于这种原因，线1500处于(非 常)陡的角度a。如果角度a大于例如70°,则难以精确测量待测目标的 速率。可通过执行行转移来减小线1500的角度a。例如，可转移行，该 转移使角度减小45°,由线1502来标注。可通过转移每一行来执行行转移， 使得在每行中，由线1502贯穿的像素移动到矩阵的左边缘。同时，该行 中的其它l象素相应移动。
图IOB图示了执行了行转移的响应矩阵。线1500的上升角减小，其 有利于并集中了待测目标的测量.可执行远离0轴的对应转移，以利于并 集中在响应矩阵中观察到由与检测器的操作速率相比的慢现象所导致的 线的情形下的信号处理。
通过执行若干次连续的行转移，以及通过确定与每次转移有关的待测 目标的移动，例如三次转移可产生有关待测目标的移动的三个可能不同的 结果。可将这些结果平均，并且由于每个结果都包括彼此独立的随机餘溪， 因此针对待测目标的移动，可获得比各个结果中的任意一个更为精确的结 果。实际上，该结果改进与测量结果的平方根成比例。例如，通过三次行
转移，测量误差可改进y^。
图11图示了根据本方法的流程图。在该方法中，表面104的移动具 有至少一个主移动方向。在步骤1100中，通过至少一个检测器的检测器 行重复检测表面，检测器行的方向与表面的主移动方向相同，且同时检测 表面和检测器之间的距离以产生放大数据和响应行。在步骤1102中，将 连续的响应行i殳置成响应矩阵。在步骤1104中，确定每个响应矩阵中至 少一个曲线的方向。在步骤1106中，基于放大数据，在所形成的响应矩 阵中借助至少一个曲线或曲线部分的一个或多个方向来确定表面平移。
图11所示的方法可被实施为基于逻辑电路或计算M序的方案。计 算M序可在计算M序发行介质上提供，以便其发行。计算M序发行 介质可通过数据处理设备来读取，并且其对计算机程序命令进行编码以便 测量表面平移。
发行介质可以是用于发行计算机程序的现有技术方案，比如可通过数 据处理设备读取的介质、程序存储介质、可通过数据处理设备读取的存储 器、可通过数据处理设备读取的程序发行包、可通过数据处理设备读取的
信号、可通过数据处理设备读取的电信信号或者可通过数据处理设备读取 的压缩软件包。
除了上述之外，本方案还可应用于识别车辆移动状态和位置。在这样 的情况下，其可用作车辆稳定系统的一部分。所述车辆可以是例如不需要 司机就可自动移动或者由司机控制的工业动力工具。
尽管参考根据附图的示例对本发明进行了描述，很显然本发明不限于 这些，而是可以在所附权利要求的范围内以各种方式进行修改。
权利要求
1.一种测量表面平移的方法，所述方法包括待测目标(116)的表面(104)的移动具有至少一个主移动方向，其特征在于，通过至少一个检测器(100，120，122)的检测器行(102)来重复检测(1100)所述表面(104)，所述检测器行(102)的方向与所述表面的主移动方向相同，并且同时检测所述表面(104)和所述检测器(100，120，122)之间的距离以产生放大数据和响应行(1至6)；将连续的响应行(1至6)设置(1102)成响应矩阵(10，600)；确定(1104)每个响应矩阵(10，600)中至少一个曲线(200-204，300-304，400-404，500-506，602)的方向；以及基于放大数据，在所形成的所述响应矩阵(10，600)中借助于至少一个曲线(200-204，300-304，400-404，500-506，602)或曲线部分的一个或多个方向来确定(1106)表面(104)平移；
2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过比较至少一个曲 线(200-204， 300-304， 400-404， 500-506, 602 )至少在两个不同时刻的 方向来确定所^4面(104)平移。
3. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过比较不同曲线 (200-204， 300-304, 400-404， 500-506， 602)的方向来确定所述平移。
4. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过比较由远心光学 器件形成的响应矩阵(10, 600)中至少一个曲线(200-204， 300-304， 400-404， 500-506， 602)的方向和由非远心光学器件形成的响应矩阵(10， 600)中至少一个曲线(200-204， 300-304， 400-404， 500-506， 602)的 方向，来确定所W面(104)平移。
5. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，借助于放大率来测量 所i^面(104)和所述检测器行(102)之间距离上的变化或移动。
6. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，借助于所W面(104 ) 平移来测量所W面(104)和所述检测器行(102)之间的倾斜。
7. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，借助于所述表面(104 ) 平移来测量表面(104)轮廓。
8. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过借助于超过所述 响应矩阵中曲线(200-204， 300-304， 400-404， 500-506， 602)的预定阈 值的偏离来测量在所W面(104)平面的平移，从而测量零速率时的所 W面(104)平移。
9. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过至少两个检测器 单元(1020)的响应信号之间的校正测量，来进一步确定表面(104)速 率。
10. 根据权利要求l所述的方法，其特征在于，通过至少两个检测器 (120， 122)来测量待测表面(104)上目标(124)的图像(126， 128)的大小，并且根据所述图像大小来确定所述待测表面(104)的距离和/ 或多巨离变4t。
11. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过至少一个曲线的 方向来确定待测目标(116)的速率，并且通过所述速率的变化来检测所 述待测目标(116)的边缘(700， 800)。
12. —种用于测量表面平移的测量i殳备，其特征在于，所述测量i殳备 包括至少一个检测器(100, 120， 122)，包括检测器行(102);检测器(100， 120， 122)用于测量表面(104)和所述检测器(100， 120， 122)之间距离以便确定放大数据；以及信号处理单元(108);并且为了形成响应行(1至6 )，每个检测器行(102 )被设置成重复, 测待测目标(116)的所W面(104)，所^面具有至少一个主移动方 向，并且每个检测器行(102)的方向^Li殳置成和所i^面(104)的主移 动方向寿目同；所述信号处理单元(108)被设置成接^巨离信息以及由每个检测器 行(102 )形成的所述响应行(1至6 )，根据连续的响应行(1至6 )形成 与每个检测器行(102)有关的响应矩阵，以及确定每个响应矩阵(10, 600)中至少一个曲线(200-204， 300-304， 400-404, 500-506， 602)的 方向；并且所述信号处理单元(108)被设置成基于放大数据，在所形成的响应 矩阵(10, 600)中借助于至少一个曲线(200-204, 300-304， 400-404, 500-506， 602)或曲线部分的一个或多个方向来确定表面(104)平移。
13. 根据权利要求12所述的测量设备，其特征在于，所述信号处理 单元(108)被设置成通过比较一个曲线(200-204， 300-304， 400-404， 500-506， 602)至少在两个不同时刻的方向来确定所^面(104)平移。
14. 根据权利要求12所述的测量设备，其特征在于，所述信号处理 单元被设置成通过比较不同曲线(200-204， 300-304， 400-404， 500-506， 602)的方向来确定所述平移。
15. 根据权利要求12所述的测量设备，其特征在于，所述检测器(100， 120， 122)被i殳置成形成至少两个响应矩阵(10， 600),其中至少一个响 应矩阵由远心成^f象光学器件形成，并且至少一个矩阵由非远心成像光学器 件形成；并且所述信号处理单元(108)被设置成通过比较由远心光学器 件形成的响应矩阵(10， 600 )中至少一个曲线(200-204， 300-304， 400-404， 500-506， 602)的方向和由非远心光学器件形成的响应矩阵(10， 600) 中至少一个曲线(200-204， 300-304， 400-404, 500-506, 602)的方向， 来确定所ii^面(104)平移。
16. 根据权利要求12所述的测量设备，其特征在于，所述信号处理 单元(108 )被设置成借助于放大率来测量所i^面(104 )和所述检测器 行(102)之间距离上的变化或移动.
17. 根据权利要求12所述的测量设备，其特征在于，所述信号处理 单元(108)被设置成借助于所i^面(104)平移来测量所ii^面(104 ) 和所述检测器行(102)之间的倾斜。
18. 根据权利要求12所述的测量设备，其特征在于，所述信号处理 单元(108)被设置成借助于所i^面(104)平移来测量表面(104)轮 廊，
19. 根据权利要求12所述的测量设备，其特征在于，所述信号处理 单元(108)被设置成通过借助于超过所述响应矩阵中曲线(200-204， 300-304, 400-404， 500-邻6, 602 )的预定阈值的偏离，来测量在表面(104) 平面的平移，从而测量零速率时的所^面(104)平移。
20. 根据权利要求12所述的测量设备，其特征在于，所述信号处理 单元(108)被设置成借助于至少两个检测器单元(1020)的响应信号之 间的校正测量，来确定表面(104)速率。
21. 根据权利要求12所述的测量设备，其特征在于，所述信号处理 单元(108)被设置成通过至少两个检测器(120， 122)来测量所述待测 表面(104)上目标(124)的图像(126, 128)的大小，并且+艮据所述图 像大小来确定所述待测表面(104)的距离和/或距离变化。
22.根据权利要求12所述的测量设备，其特征在于，所述信号处理 单元(108 ) ^Li殳置成通过至少一个曲线的方向来确定待测目标(116)的 速率，并且通过所^it率的变化i)b险测所述待测目标(116)的边缘(700， 800 )。
全文摘要
通过至少一个检测器(100)的检测器行(102)来重复检测表面(104)，检测器行(102)的方向与表面(104)的主移动方向相同，同时检测表面(104)和检测器(100)之间的距离以产生放大数据和响应行。将连续的响应行设置成响应矩阵，并确定矩阵中至少一个曲线的方向。基于放大数据，在所形成的矩阵中借助至少一个曲线或曲线部分的一个或多个方向来确定表面(104)的平移。
文档编号G01P3/68GK101375127SQ200780003799
公开日2009年2月25日 申请日期2007年1月30日 优先权日2006年1月30日
发明者汉努·约基宁 申请人:维希卡梅特公司