The invention discloses a 3D Topography Detection System and method, which comprises an automatic carrier, an optical microscopic imaging system with longitudinal chromatic aberration, a narrow band multispectral image sensor with channel number N (>4), a control unit and an image analysis unit; the carrier is electrically connected with the control unit, and the image analysis unit. The optical microscopic imaging system is mechanically connected to the multi-spectral image sensor and the control unit, respectively. The invention can obtain a plurality of narrow-band spectral images with different focusing sharpness and natural calibration of the XY space position on the object surface by one exposure. By using the matching defocusing ambiguity algorithm and matching auto-focusing method, the 3D surface topography of the object, namely the depth Z information of any spatial position XY, can be automatically obtained. It has wide application value in the rapid on-line detection of surface topography of cutting tools, precise samples or components in advanced manufacturing.
【技术实现步骤摘要】
一种3D形貌检测系统及方法
本专利技术涉及数字显微领域,具体涉及一种3D形貌检测系统及方法。
技术介绍
目前,3D形貌检测在先进制造刀具、精密样品及部件表面形貌检测中的应用越来越广泛,但是,现有的3D形貌检测系统及方法往往通过彩色相机(彩色图像传感器)及消色差光学显微成像系统来实现,存在如下的缺点:①采用彩色相机时,测得的光谱响应曲线只有3条(即可测波段个数是3)②采用彩色相机时,由于彩色相机波段分布较宽,(在光谱空间)光谱响应曲线彼此之间重叠;③已有的消色差光学显微成像系统造价昂贵,如果是复消色差光学显微成像系统则造价更加昂贵,导致检测成本过高。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术之不足,提供一种3D形貌检测系统及方法,可以一次曝光获得物体表面XY空间位置自然校准而聚焦清晰度不同的多幅窄带光谱图像;使用配套的散焦模糊度算法及配套的自动聚焦方法,可以全自动的获得物体表面3D形貌,即任意空间位置XY的深度Z信息。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是:一种3D形貌检测系统,包括载物台、光学显微成像系统、多光谱图像传感器、控制单元和图像分析单元,其特征在于,所述载物台与所述控制单元电相连,所述图像分析单元与所述多光谱图像传感器和控制单元分别电相连,所述光学显微成像系统与所述多光谱图像传感器机械相连;所述光学显微成像系统是带纵向色差的光学显微成像系统,所述光学显微成像系统照明光源为透射光源、与物镜环绕的斜射光源或其它不通过物镜的落射照明光源;所述多光谱图像传感器包括一个光学滤片和一个黑白图像传感器,所述光学滤片紧贴在所述黑白图像传感器的有效光电转换平 ...
【技术保护点】
1.一种3D形貌检测系统,包括载物台、光学显微成像系统、多光谱图像传感器、控制单元和图像分析单元,其特征在于,所述载物台与所述控制单元电相连,所述图像分析单元与所述多光谱图像传感器和控制单元分别电相连,所述光学显微成像系统与所述多光谱图像传感器机械相连;所述光学显微成像系统是带纵向色差的光学显微成像系统,所述光学显微成像系统照明光源为透射光源、与物镜环绕的斜射光源或其它不通过物镜的落射照明光源;所述多光谱图像传感器包括一个光学滤片和一个黑白图像传感器,所述光学滤片紧贴在所述黑白图像传感器的有效光电转换平面上;所述光学滤片包括若干个阵列周期设置的光学滤镜宏单元;每个所述光学滤镜宏单元包括N个空间位置互不重叠、透过光波段各不相同且彼此不重叠的光学窄带微滤镜单元;并且每个所述光学滤镜宏单元覆盖整数个所述黑白图像传感器的像素;其中,N≥4;所述载物台为电动载物台,在电控制下沿着至少一个方向运动。
【技术特征摘要】
1.一种3D形貌检测系统,包括载物台、光学显微成像系统、多光谱图像传感器、控制单元和图像分析单元,其特征在于,所述载物台与所述控制单元电相连,所述图像分析单元与所述多光谱图像传感器和控制单元分别电相连,所述光学显微成像系统与所述多光谱图像传感器机械相连;所述光学显微成像系统是带纵向色差的光学显微成像系统,所述光学显微成像系统照明光源为透射光源、与物镜环绕的斜射光源或其它不通过物镜的落射照明光源;所述多光谱图像传感器包括一个光学滤片和一个黑白图像传感器,所述光学滤片紧贴在所述黑白图像传感器的有效光电转换平面上;所述光学滤片包括若干个阵列周期设置的光学滤镜宏单元;每个所述光学滤镜宏单元包括N个空间位置互不重叠、透过光波段各不相同且彼此不重叠的光学窄带微滤镜单元;并且每个所述光学滤镜宏单元覆盖整数个所述黑白图像传感器的像素;其中,N≥4;所述载物台为电动载物台,在电控制下沿着至少一个方向运动。2.根据权利要求1所述的3D形貌检测系统,其特征在于,所述多光谱图像传感器光电转换平面放置在所述光学显微成像系统镜头的成像面上,而且两者同光轴。3.根据权利要求1所述的3D形貌检测系统,其特征在于,所述光学滤镜宏单元在横向上按周期排列的个数为M1≥10个,在纵向上按周期排列的个数M2≥10个。4.根据权利要求1所述的3D形貌检测系统,其特征在于,每个所述光学滤镜宏单元包括4个光学窄带微滤镜单元,分别为:通透带中心波长为λ1、带宽为δλ1的第一波段光学窄带微滤镜单元;通透带中心波长为λ2、带宽为δλ2的第二波段光学窄带微滤镜单元;通透带中心波长为λ3、带宽为δλ3的第三波段光学窄带微滤镜单元;通透带中心波长为λ4、带宽为δλ4的第四波段光学窄带微滤镜单元。5.根据权利要求4所述的3D形貌检测系统,其特征在于,所述λ1的取值范围为440-470纳米;所述λ2的取值范围为470-540纳米;所述λ3的取值范围为540-610纳米;所述λ4的取值范围为610-680纳米。6.根据权利要求1所述的3D形貌检测系统,其特征在于,每个所述光学窄带微滤镜单元的通透带透光率高于80%,截止波段低于0.1%;每个所述光学窄带微滤镜单元的透光率从阻止带的低于1%到通透带的高于80%过渡区间带宽小于10纳米;每个所述光学窄带微滤镜单元的透光带互不重叠。7.根据权利要求1所述的3D形貌检测系统,其特征在于:所述光学显微成像系统的物镜对不同波段的光波段成像距离不同;按距离物镜的距离由近到远分别是短波段、较短波段、中间波段、较长波段和长波段;所述光学显微成像系统的物镜对中心波长在绿色波段的成像做优化,不做特殊纵向消色差设计或者处理。8.一种3D形貌检测方法,其特征在于,基于权利要求1至7中任意一项权利要求所述的3D形貌检测系统,包括如下步骤:步骤a,所述控制单元控制所述载物台将载...
【专利技术属性】
技术研发人员:易定容,孔令华,刘婷,蒋威,魏立,
申请(专利权)人:华侨大学,宁波五维检测科技有限公司,
类型:发明
国别省市:福建,35
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