[發明專利]偏振光空間相移非朗伯金屬物體形貌測量裝置及方法

有效

• 申請號: 202110371527.5
• 申請日: 2021-04-07
• 公開（公告）號: CN113237436B
• 公開（公告）日: 2022-08-02
• 發明（設計）人: 郭紅衛;祝慧杰;向剛
• 申請（專利權）人: 上海大學
• 主分類號: G01B11/25
• 分類號: G01B11/25
• 代理公司: 上海上大專利事務所(普通合伙) 31205
• 代理人: 何文欣

1.一種偏振光空間相移非朗伯金屬物體形貌測量裝置，由偏振光空間相移投影裝置(1)、偏振光攝像裝置(2)和計算機系統(3)組成，其特征在于：所述計算機系統(3)與投影裝置(1)及攝像裝置(2)相連接；測量時，待測非朗伯金屬形面(4)被放置于測量空間內，計算機系統(3)可生成具有不同相移量的三幅正弦條紋圖案，并輸出至偏振光空間相移投影裝置(1)；偏振光空間相移投影裝置(1)將三幅相移條紋圖案分別加載至不同偏振方向偏振光束，并將這些圖案同時投射至被測物體表面；條紋圖像經過待測金屬(4)物面調制而發生變形；偏振光攝像裝置(2)可同時拍攝不同相移量的三幅變形條紋圖像，并輸入計算機系統(3)進行處理，對被測非朗伯金屬物體面形貌進行三維重建，完成被測非朗伯金屬物體面形貌的測量。

2.根據權利要求1所述的偏振光空間相移非朗伯金屬物體形貌測量裝置，其特征在于：所述偏振光空間相移投影裝置(1)由三個偏振光數字投影單元組成，每個投影單元包括起偏鏡片(5)、投影芯片(6)及光源；各投影單元中投影芯片(6)之前安裝有給定偏振方向的起偏鏡片(5)，將一幅相移條紋圖案加載至給定方向偏振光束；各投影單元具有不同的偏振光方向，其偏振方向相對于某基準分別用β₁，β₂，β₃表示，并分別加載相移量為α₁，α₂，α₃的條紋圖案；設置分光鏡(7)為半透半反棱鏡，利用其使各投影單元光路光軸重合，經投影鏡頭(8)實現三幅相移條紋圖案的同軸投影。

3.根據權利要求1所述的偏振光空間相移非朗伯金屬物體形貌測量裝置，其特征在于：所述偏振光攝像裝置(2)裝置由三個偏振攝像機單元組成，每個偏振攝像機單元由攝像機成像模塊(10)及安裝于其前方的不同偏振方向的檢偏鏡片(9)組成，檢偏鏡片(9)的偏振方向和其基準所成夾角也為β₁，β₂，β₃；每個偏振攝像機單元只能拍攝具有相同偏振方向的單幅相移條紋圖像；使用一個分光鏡(11)使各攝像機單元光路光軸重合，實現通過攝像鏡頭(12)的三幅變形條紋同時成像。

4.一種偏振光空間相移非朗伯金屬物體形貌測量方法，采用根據權利要求1所述的偏振光空間相移非朗伯金屬物體形貌測量裝置進行測量，其特征在于，測量操作步驟如下：

第一步，裝置調整：

調整投影裝置(1)和攝像裝置(2)中起偏鏡片(5)和檢偏鏡片(9)的偏振方向，使其對應一致；

第二步，數據采集：

利用計算機系統(3)生成的具有不同相移量相移條紋，輸出至偏振光空間相移投影裝置(1)；偏振光空間相移投影裝置(1)利用不同方向偏振光將這些具有不同相移量的條紋圖案，同時投影至被測金屬物體(4)表面；線偏振光經由金屬表面反射后，主偏振方向基本保持不變；利用偏振光攝像裝置(2)同時拍攝物體表面各相移條紋圖像，并輸入計算機(3)進行處理；

第三步，數據處理：

利用計算機系統根據偏振光空間相移算法計算條紋圖像位相，并重建被測非朗伯金屬物體的三維面形。

5.根據權利要求4所述的偏振光空間相移非朗伯金屬物體形貌測量方法，其特征在于：在所述第三步驟中的數據處理的步驟如下：

(3-1)、根據偏振光空間相移算法，條紋圖像所對應的包裹位相為：

其中，I₁，I₂，I₃分別對應攝像裝置(2)拍攝到的三幅相移量不同的條紋圖像的強度，δ是成像系統與投影系統偏振方向基準之間夾角，γ_kl＝δ+β_k-β_l，k，l＝1，2，3；

(3-2)、通過位相解包裹方法將包裹位相展開成絕對位相；

(3-3)、根據位相-深度映射關系式求解物面深度，完成物體的三維重建。