[發明專利]基于數字微鏡和數據合成技術的透明物體或反射物體的形貌測量裝置和方法

無效

• 申請號: 200710043772.3
• 申請日: 2007-07-13
• 公開（公告）號: CN101089550A
• 公開（公告）日: 2007-12-19
• 發明（設計）人: 周文靜;于瀛潔;張之江;倪萍;鄭華東;陳剛
• 申請（專利權）人: 上海大學
• 主分類號: G01B11/24
• 分類號: G01B11/24
• 代理公司: 上海上大專利事務所
• 代理人: 何文欣

技術領域

本發明涉及一種透明物質或反射物質形貌測量方法和裝置，特別是一種基于數字微鏡的非接觸式高分辨率形貌測量方法和裝置。

背景技術

非接觸式數字化的物體形貌測量方法，可以采用數字干涉測量技術、條紋投射技術、數字全息技術等進行高精度的測量。這些方法由于采用了相位處理技術，深度測量分辨率可以很高，達到納米量級，但橫向分辨率受限于CCD攝像機的分辨率和陣列尺寸。如果采用對物體先放大、后測量的方法，分辨率提高了，但測量范圍縮小了，同時還受到光學系統衍射極限的限制。為了解決這個矛盾，主要的技術方法是拼接測量方法，即對較大尺寸的物體分塊多次測量，然后將測量結果拼接一起。這種方法擴展了空間測量范圍，同時保持了空間分辨率，是一種折中的處理方法。該方法的缺點是需要移動工作臺，且拼接處理過程也會引入誤差。

為了獲得雙幅測量圖像，常規的方法是采用分光束，然后投射到對應的兩套測量光路中，同時，如果要對光束進行強度調制，還需加不同的調制器件，使系統復雜。

發明內容

本發明裝置的目的在于提供一種基于數字微鏡和數據合成技術的透明物體或反射物體的形貌測量裝置和方法，可以實現透明及反射物質輪廓測量的方法和裝置，具有非接觸、待測物質非制備、高分辨率的特點。該測量裝置中采用了數字微鏡的特點獲得兩束共軛光，經反射鏡調整投射方向后透過物體或從物體反射后獲得兩束測量光并由CCD攝像機接收；通過計算機控制將多幅移相條紋圖像傳輸到數字微鏡，因此經數字微鏡反射兩幅條紋圖投射到物體上，透過物體或從物體反射的條紋圖像受物體輪廓的調制變化，并由CCD攝像機接受。兩幅圖像的處理方法上采用相移數字同軸全息技術，分別獲得兩個投射方向的物體輪廓分布，最后采用數據合成技術獲得高分辨率的物體輪廓信息。

根據上述的發明構思，本發明采用下述技術方案：

一種基于數字微鏡和數據合成技術的透明物體或反射物體的形貌測量裝置，由一個數字微鏡、一個由激光器、準直透鏡和可調光闌構成的光源照射系統、二個帶CCD攝像機的圖像接收系統和兩個反射鏡或兩個半透半反射鏡組成，其特征在于從光源照射系統來的光束經數字微鏡的光束調制、反射和分光后，經兩個反射鏡的反射或經兩個半透半反射鏡的分光后，照射待測透明物體或反射物體，其透射光或反射光，直接或再經兩個半透半反射鏡由圖像接收系統的二個CCD攝像機接收，實現對待測物體的高分辨率輪廓測量。

上述的光源照射系統的結構是：從所述的激光器出射的擴散光束經準直透鏡后變成平行光束，可調光闌控制出射光束口徑，垂直入射到數字微鏡；所述的數字微鏡的光束調制、反射和分光是：數字微鏡與一個計算機相連，在計算機的控制下對光的強度進行調制，數字微鏡安裝在三維調整支架上，對數字微鏡反射面方向進行多自由度調整；光束垂直其表面照射，在兩個對稱24度方向反射兩束共軛光。

上述的帶二個CCD攝像機(7、8)的圖像接收系統的結構是：光束垂直入射到數字微鏡，在兩個對稱24度方向反射兩束共軛光，分別經反射鏡反射后，投射到待測透明物體，透射至兩個CCD攝像機接收。

上述的帶二個CCD攝像機的圖像接收系統的結構是：光束垂直入射到數字微鏡，在兩個對稱24度方向反射兩束共軛光，分別經兩個半透半反射鏡反射后，投射到待測反射物體，反射到兩個半透半反射鏡后再透射至兩個CCD攝像機接收。

上述的兩個CCD攝像機連接一個計算機。

一種基于數字微鏡和數據合成技術的透明物體或反射物體的形貌測量方法，采用上述的基于數字微鏡和數據合成技術的透明物體或反射物體的測量裝置進行測量，其特征在于對測得的數據進行數據處理的方法分兩步進行：首先分別獲得兩個分支光路的輪廓分布，然后采用坐標轉換技術將兩組輪廓數據統一到一個坐標系下，獲得物體的全部輪廓信息。

在上述的測量方法中，測量時，先要進行系統調整，系統調整方法應保證兩個坐標原點相交，同時坐標系之間只有一個轉角α的旋轉，沒有其它坐標變化；進行參數標定，測量出該轉α的大小。

本發明與其他非接觸式輪廓測量方法相比較，具有如下特點：發明中利用了數字微鏡的特點，在測量系統中起到反射鏡、分光鏡、光束調制器等多種作用，簡化了系統結構，提高了測量動態性。同時在單測量方向數據處理方法上，采用了相移處理技術和數字同軸全息技術，不需要一般條紋掃描方法中的復雜坐標轉換和標定。由于采用了雙幅數據合成方法，提高了系統測量分辨率。

附圖說明

圖1是實現透明物體測量的系統原理示意圖。

圖2是實現反射物體測量的系統原理示意圖。