基于条纹反射法的反光物体三维形貌测量装置，所述装置包括电脑及固定在光学平台上的彩色CCD相机、反射图像显示屏、折射图像显示屏、半透半反镜、待测反光物体固定装置，使半透半反镜、反射显示屏、折射显示屏均与光学平台保持垂直，电脑分别与反射显示屏、折射显示屏及相机连接，电脑用于控制反射显示屏、折射显示屏和相机，并存储、显示和处理所采集的图像。
【技术实现步骤摘要】
本技术涉及镜片以及高反光物体的检测装置。
技术介绍
本技术涉及光学非接触方式测量反光物体三维形貌的技术和方法。传统测量反光物体一般采用以下两种方式：其一，采用三坐标测量机等接触式测量设备进行逐点测量，具有测量速度较慢，容易引起形变，造成测量误差，对于精度要求较高的表面也会有一定损坏等缺点。其二，喷涂其表面，改变其反射特性为漫反射后用光学方法测量，这种方法削弱了光学测量方法非接触的优点，但改变了待测物体表面属性。以上两种方法都存在严重的局限性，对于检测表面精度较高镜面的方法需要具有更高要求。目前，在航空航天和汽车制造等领域，对高精度、高反射镜头和镜片表面的检测有大量需求，但测量该类表面的技术方法仍处于初级阶段。采用光学非接触测量高反射表面物体的方法，近年来国内外进行了大量研究，其中主要以条纹反射法为基础测量物体表面。在申请人检索的范围内，可以检索到相关文献信息如下：1.Markus C Knauer,JurgenKaminski,GerdHausler在“相位反射法：一种测量自由镜面反射表面的新方法”(Phase measuring deflectometry:anew approach to measure specular free-from surfaces.Proc.of SPIE,2004,5457:366-376)文章中，提出PMD条纹反射相位测量法。通过计算经由被测表面反射后的相位信息，求解被测反射表面的梯度和高度。文章提出一种主动双目视觉方法，测量反光物体表面绝对形貌。通过立体传感器从两个角度获取信息，计算物体表面梯度再通过积分来求解深度信息。此方法获得了一定的精度，但存在较大误差及标定两个相机的缺陷，方法繁琐。2.Yan Tang,Xianyu Su等在“一种先进的相位反射测量自由镜面物体三维形貌”(3D shape measurement of the aspheric mirror by advanced phase measuring deflectometry.Optics Express,2008,16(19):15090-15096)中，利用一个LCD屏幕、一个半透半反镜和一个CCD相机进行三维形貌的重建。此方法通过分别移动LCD屏幕和CCD相机，以及虚拟一个抛物面来重建镜面的梯度和深度。由于移动需要严重依赖水平导轨的精度，且需要通过积分梯度数据重建三维形貌，因此所获得三维数据精度不高，无法测量非连续和大梯度物体。3.Yuankun Liu,PetriLehtonen,XianyuSu在“基于照明胶片法的小型反光物体形貌高精度测量”(High-accuracy measurement for small scale specular objects based on PMD with illuminated film.Optics&LaserTechnology.2012,44(2):459–462)中利用胶片代替LCD显示屏来显示条纹，改善LCD屏幕显示中存在的电子噪声和屏幕闪烁的问题，利用半透半反镜同时解决水平和竖直两个方向梯度的求解，并利用索斯维尔模型重建形貌。但是胶片的使用限制了条纹投影自适应的优势，使条纹个数受到限制，且求解梯度仍存在较大奇异性。4.Hongwei Zhang,Shujian Han,Shugui Liu等人在“较大反射表面物体三维形貌重建”(3D shape reconstruction of large specular surface.Applied Optics.2012,51(31):7616-7625)中，利用
条纹反射法测量大反光物体表面，系统结构包括一个LCD屏幕、一个CCD相机以及水平导轨。将屏幕水平移动一个已知的位移，然后利用两组数据建立相位和梯度间关系，再将梯度进行积分运算。利用波前带状整合积分算法来提高重建的精度，以及用了特殊的迭代算法来提高抗噪性。但是仍将形貌的重建建立在移动设备和积分的基础上，存在较大的误差和奇异性。5.Yongliang Xiao,Xianyu Su,and Wenjing Chen在“基于条纹反射法三维测量的灵活几何标定法”(Flexible geometrical calibration for fringe-reflection 3D measurement.Optics Letters.2012,37(4):620-622)中，利用无标记点的平面镜来标定LCD屏幕和CCD相机的几何关系，找到两者之间的旋转和平移关系，通过积分梯度计算三维形貌。此方法通过确定被测表面法线方向和梯度角的大小，建立投影和相机间的几何关系，再求解形貌。由于光学器件对角度的变化敏感，角度的变化会产生较大误差，所建立的几何关系不够稳定。6.Lei Huang,Chi Seng Ng,and Anand Krishna Asundi在“利用单视场条纹反射法测量动态反射表面三维形貌”(Dynamic three-dimensional sensing for specular surface with monoscopic fringe reflectometry.Optics Express.2011,19(13):12809-12814)中，利用单相机、单LCD屏幕测量了动态水面的三维形貌。基于相机和LCD屏幕的法向量关系求解出被测表面瞬时法向量方向。通过窗式傅里叶变换的方法，一次求解出水平和竖直方向的相位，进而求解出梯度，将梯度进行最小二乘积分求解出形貌。此方法计算出了水面的动态三维形貌数据，但是基于对表面梯度的求解，数据精度不高。7.宋雷，岳慧敏等在“条纹反射法测量镜面手机外壳多尺度三维形貌.光电子·激光.2012,23(11):2154-2162”中提出，利用条纹反射法，两次拍摄求解水平和竖直两个方向的梯度角。由于物体表面的特性需由深度和梯度来描述，此文中忽略深度因素，测量类平面物体平面度。求解出两个正交方向的梯度，通过积分计算反射表面信息。此方法依然是建立相位和梯度间的关系，且由于忽略一组必要的深度信息，此方法只能检测近似于平面的反射表面。由上述文献可以看出，高反光物体表面三维形貌的测量技术是研究热点，也是难点，快速、有效、高精度的测量高反光物体仍存在很多未解决的问题。利用条纹反射原理进行高反光物体的测量，由于表面反射特性，测量参数中的深度和梯度信息对测量同时存在影响，对两者的求解需要建立两组对应关系。其一可利用单目单屏显示系统，借助水平导轨移动被测物体或者显示屏的方法，通过建立相位和梯度的关系求解梯度，再将梯度数据进行积分求解出三维形貌。其二，利用双目或者多目视觉，确定摄像机间的空间几何关系，与显示屏建立几何关系，利用相位求解出梯度，再将梯度数据进行积分运算。目前可查证的文献中，都是利用镜面反射原理，反射光线依赖于法线方向，由此利用梯度的求解进行计算。但是将梯度进行积分运算存在误差累积，求解出的梯度角误差较大且系统设计及方案设计对角度的影响较大，不容易补偿；利用移动的方法严重依赖导轨的精度，且测量时操作繁琐。而双目视觉测量系统中，双相机间的像素点匹配也较复杂，为系统标定本文档来自技高网...
【技术保护点】
基于条纹反射法的反光物体三维形貌测量装置，其特征是所述装置包括电脑及固定在光学平台上的彩色CCD相机、反射图像显示屏、折射图像显示屏、半透半反镜、待测反光物体固定装置，使半透半反镜、反射图像显示屏、折射图像显示屏均与光学平台保持垂直；电脑分别与反射图像显示屏、折射图像显示屏及彩色CCD相机连接，电脑用于控制反射图像显示屏、折射图像显示屏和彩色CCD相机，并存储、显示和处理所采集的图像；反射图像显示屏和折射图像显示屏用来显示电脑所产生的图像；彩色CCD相机用于采集经由待测反光物体反射后的变形图像；反射图像显示屏、折射图像显示屏、半透半反镜和彩色CCD相机的位置关系为反射图像显示屏上所显示图像经过半透半反镜反射后的图像和折射图像显示屏上所显示图像经半透半反镜折射后的图像的光路平行且在经被待测反光物体反射后均能为彩色CCD相机所拍摄。
【技术特征摘要】
1.基于条纹反射法的反光物体三维形貌测量装置，其特征是所述装置包括电脑及固定在光学平台上的彩色CCD相机、反射图像显示屏、折射图像显示屏、半透半反镜、待测反光物体固定装置，使半透半反镜、反射图像显示屏、折射图像显示屏均与光学平台保持垂直；电脑分别与反射图像显示屏、折射图像显示屏及彩色CCD相机连接，电脑用于控制反射图像显示屏、折射图像显示屏和彩色CCD相机，并存储、显示和处理所采集的图像；反射图像显示屏和折射图像显示屏用来显示电脑所产生的图像；彩色C...
【专利技术属性】
技术研发人员：张宗华，刘玥，牛振崎，郭佼，黄淑君，高楠，
申请(专利权)人：河北工业大学，
类型：新型
国别省市：天津;12
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