[實用新型]物體三維輪廓測量裝置

無效

• 申請號: 200820157252.5
• 申請日: 2008-12-17
• 公開（公告）號: CN201344792Y
• 公開（公告）日: 2009-11-11
• 發明（設計）人: 張軍;周常河;賈偉;武騰飛
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海光學精密機械研究所
• 主分類號: G01B11/25
• 分類號: G01B11/25
• 代理公司: 上海新天專利代理有限公司
• 代理人: 張澤純

技術領域

本實用新型涉及物體三維輪廓測量，特別是一種物體三維輪廓測量裝置。

背景技術

光學三維形貌測量技術廣泛應用于各種測量領域，具有精度高、速度快和非接觸性測量等優點。目前，光學三維形貌測量技術主要采用主動光學三維測量原理，使照明光場結構化(點，線，光柵條紋等)，利用結構光照明被測物體，被測物體的三維表面對照明結構光進行調制，使物體表面的光場分布攜帶被測物體表面的三維形貌信息。通過CCD相機拍攝調經過調制的結構光場的圖像，經計算機處理，通過三維形貌重構算法，得到被測目標的三維形貌信息。

特別的，利用光柵條紋作為結構光的傅立葉變換輪廓術(FTP)，由Takeda等人于1983年提出[參見在先技術1：Takeda?Mitsuo，Mutoh?Kazuhiro，“Fourier?transformprofilometry?for?the?automatic?measurement?of?3-D?object?shapes”，Applied?Optics，Vol.22，Issue.24，1983]。這種方法將光柵投影條紋作為結構光源，通過對圖像強度分布進行傅立葉變換、濾波、傅立葉逆變換、位相展開等圖像和信息解調算法處理，得到測量目標的三維形貌信息。

在已經廣泛存在的傅立葉變換輪廓術三維測量結構當中，投影條紋陣列的產生主要是利用正弦振幅光柵，二值振幅型透射光柵，或者是數字投影儀。

不論是正弦振幅光柵還是二值型振幅光柵，均是靠光柵不透光部分對光強的吸收實現投影條紋陣列的產生，能量的利用率較低。在某些實際應用場合，實際物體的表面能量散射較強，或者物體表面分布復雜，從而導致局部投影條紋過密，很容易造成投影條紋之間的串擾。此時的解決方法往往是采用較小的光柵開口比(透光部分與光柵周期的比值)。振幅光柵的開口比在光柵制作時確定，較小的開口比意味著較多的能量損失，能量利用率和線條壓縮比之間存在著矛盾。

實際上，大部分的振幅型透射光柵的不透光部分，特別是數字液晶投影儀的光柵投影系統，仍然有一定的光強透過率，會帶來光柵投影條紋光場的明暗對比度的下降。而數字投影儀的其他的缺點包括體積大，價格昂貴等。

利用上述振幅型光柵或數字投影儀的傅立葉變換輪廓術，在產生一維投影陣列條紋時，面臨著光強不均勻，能量利用率低，線條壓縮比(條紋周期和明亮條紋寬度的比值)不能太大等諸多問題，給三維面形的重建帶來了巨大的挑戰。因此，傅立葉變換輪廓術特別需要高效率、高對比度和高壓縮比的條紋產生方法。

空間坐標調制型的二值位相光柵最早是由H.達曼和K.等于1971年提出的[參見在先技術2：H.Dammann?and?K.“High-efficiency?in-line?MultipleImaging?by?Multiple?Phase?Holograms”，Opt.Comm.1971，3(3)：312～315，及U.Killat，G.Rabe，and?W.Rave，“Binary?Phase?Gratings?for?Star?Couplers?with?High?SplittingRatio”，Fiber?and?Intergrated?Opt.，1982，4(2)：159～167]。這種技術利用特殊孔徑函數的衍射光柵產生一維或二維的等光強陣列光束，其最初的目的是在光刻的同時獲得一個物體的多重成像以提高生產效率。這種光柵后來被稱為“達曼光柵”。它是具有特殊孔徑函數的二值位相光柵，在入射光波的夫瑯和費衍射平面上產生一定點陣數目的等光強光斑，完全避免了一般振幅光柵因光強吸收不均勻引起的條紋不均勻分布。

周常河等人給出了從2到64點陣的達曼光柵解，并詳細分析了位相制作誤差、側壁腐蝕誤差對光柵性能的影響[參見在先技術3：C.H.Zhou?and?L.R.Liu，“Numerical?Study?of達曼Array?Illuminators”，Appl.Opt.，1995，34(26)：5961～5969]。

發明內容

本實用新型要解決上述現有技術中傅立葉變換輪廓術的測量結構中利用正弦振幅光柵，二值振幅型光柵或數字投影儀產生的一維投影陣列條紋的不均勻、能量利用率低和線條壓縮比小等問題，提供一種物體三維輪廓測量裝置，該裝置具有測量精度高，測量裝置簡單，計算機重構信息處理簡便和易于操作的特點。

本實用新型的技術解決方案如下：