[發明專利]一種測量膜基反射鏡三維面形的方法

有效

• 申請號: 201110226010.3
• 申請日: 2011-08-08
• 公開（公告）號: CN102410819A
• 公開（公告）日: 2012-04-11
• 發明（設計）人: 謝佩;唐敏學
• 申請（專利權）人: 蘇州大學
• 主分類號: G01B11/25
• 分類號: G01B11/25
• 代理公司: 蘇州創元專利商標事務所有限公司 32103
• 代理人: 陶海鋒

技術領域

本發明涉及一種三維面形的光學測量方法，具體涉及一種基于正交條紋反射的膜基反射鏡的三維面形測量方法。

背景技術

隨著空間技術的迅猛發展，迫切要求空間光學望遠鏡系統具有大口徑、超輕型、制造周期短、研發成本相對低廉等特點。與其他傳統的反射鏡相比，空間薄膜反射鏡以柔性薄膜材料為基胚，具有可折疊和展開、重量輕以及成本低等特點，在研制大口徑、超輕型空間望遠鏡系統領域具有傳統光學系統制造技術無法比擬的優勢。由于膜基反射鏡本身的特點，如對環境敏感、質薄等，使得其面形不能用常規的面形檢測方法進行檢測。

目前膜基反射鏡的面形檢測方法主要有三類，一是采用標準波面照射膜基反射鏡后，取其反射光，利用波前傳感器對反射光波前進行分析，計算波前和Zernike系數，得出反射鏡面形參數。二是對口徑較小的膜基反射鏡采用干涉檢驗方法進行面形檢測，如采用干涉儀、莫爾條紋進行檢測。三是利用反射鏡對物體成像，由成像質量的來評價反射鏡面形的好壞。然而以上方法都具有一定的局限性，如需要專門的軟件、成本高、不能用于較大口徑的反射鏡檢測等。

對于鏡面反射物體的面形檢測，除了以干涉檢測法為主的傳統方法外，又提出了用條紋反射的方法檢測面形。文獻“Practical?three-dimensional?computer?vision?techniques?for?full-field?surface?measurement”[Opt.Eng，2000，39(1)：143～149]和“High-resolution?3D?shape?measurement?on?specular?surfaces?by?fringe?reflection”[Proc.SPIE，2004，5457：411～422]公開了采用條紋反射技術對鏡面反射物體進行面形檢測的方法。該方法對檢測剛性材料為基胚的反射鏡具有較好的效果，但由于該方法采用四步相移法分別計算正交兩方向的相位，共需采集十六幅圖像，實時性較差，而薄膜本身具有質薄、易受空氣擾動影響的特性決定了該方法用于膜基反射鏡面形檢測的局限性。

發明內容

本發明的目的是為了克服現有技術存在的不足，提供一種簡單、方便、實時性好的膜基反射鏡三維面形的測量方法。

本發明所采用的技術方案是：一種測量膜基反射鏡三維面形的方法，包括以下步驟：

1、將由計算機編程產生的正交復合條紋通過輸入端口顯示在液晶顯示器平面上，由CCD采集得到的顯示器平面上的條紋圖像信號反饋到計算機，并依此調整顯示器上的條紋周期和對比度；

2、CCD采集一幅被標準平面反射鏡反射后的復合條紋圖像，輸入計算機并存儲；再采集一幅被待測膜基反射鏡反射后的復合條紋圖像，輸入計算機并存儲；

3、采用傅立葉變換輪廓術分別提取被標準反射鏡反射后的復合條紋的正交兩個方向上的基頻，計算出包裹相位，對這兩個方向的包裹相位進行相位展開；采用傅立葉變換輪廓術分別提取被膜基反射鏡反射的復合條紋的正交兩個方向上的基頻，計算出包裹相位，對這兩個方向的包裹相位進行相位展開；

4、依據膜基反射鏡的相位和標準平面反射鏡的相位，得到由膜基反射鏡面形引起的相位變化，建立膜基反射鏡面的相位變化與反射鏡面形的關系模型，得到膜基反射鏡正交兩個方向上的梯度；

5、采用自適應光學中的區域波前重構法進行面形重構，即可得到膜基反射鏡的三維面形。

在本發明技術方案中，采用同頻率正交復合條紋，目的是得到膜基反射鏡正交兩方向上的梯度，提高面形測量的簡易性和實時性；CCD成像采用針孔成像模型，目的是獲得更加準確的相位變化和反射鏡面形的關系模型，提高膜基反射鏡面形測量的精度。

在本發明中，測量系統包括液晶顯示器、標準平面反射鏡、CCD、圖像采集卡及計算機等；液晶顯示器平面、標準平面反射鏡的基面、CCD的成像面均垂直于水平面；液晶顯示器平面與標準平面反射鏡的基面成45度角；CCD的成像面與液晶顯示器平面垂直，與標準平面反射鏡基面成45度角。

與現有技術相比，本發明所述的技術方案具有以下明顯的進步和優點：

1、本發明以正交復合條紋進行投影，采用傅立葉變換輪廓術分別得到正交兩個方向上的相位變化，只需分別采集被標準平面反射鏡和膜基反射鏡反射的條紋圖像各一幅就可計算出變化的相位，而現有技術采用的四步相移法則要在正交兩個方向上各采集四幅圖像才能計算出變化的相位，因此，本發明具有簡單方便、實時性好的特點；同時，克服了采集多幅圖像過程中空氣擾動對測量結果的影響，提高了測量的準確性。