一种类镜面多尺度表面形貌特征检测系统及其检测方法技术方案

本发明专利技术提供的类镜面多尺度表面形貌特征检测系统及其检测方法，基于条纹反射原理，通过显示光源显示理想周期变化的条纹图像，再通过相机采集经类镜面反射形成的条纹图像，通过计算单元以条纹图像的弯曲程度判断和重构类镜面表面形貌，可快速实现类镜面表面的多尺度特征检测，本发明专利技术提供的类镜面多尺度表面形貌特征检测系统及方法结构简单，操作方便，能够实现在线检测，检测效率高。

【技术实现步骤摘要】
一种类镜面多尺度表面形貌特征检测系统及其检测方法
本专利技术涉及类镜面表面形貌检测的
，特别涉及一种类镜面多尺度表面形貌特征检测系统及其检测方法。
技术介绍
类镜面是指具有一定高反射率特性的表面，各种类镜面在日常生活中广泛使用，如各种光学透射/反射元件，汽车/火车/飞机前档保护玻璃，电视/电脑/手机显示面板，经抛光加工的金属表面/陶瓷表面等等。在实际应用中，人们关心这些类镜面元件的低阶面形与装配件是否契合，是否影响目视或电子设备成像效果，有否中频波纹、划痕、污渍、橘皮等现象，表面粗糙度是否影响膜系镀制或杂散光控制等等。目前为了检测这些表面形貌特征性能，低阶面形一般采用轮廓仪来进行扫描检测，亚微米级高精度面形要求的标准光学元件可选用激光干涉仪进行检测；而中频波纹、划痕等通常是采用附加特征光源的显微机器视觉探头或通过激光散斑分析来扫描检测；粗糙度则需基于触针或光学干涉原理的粗糙度仪来检测。市面诸多测量仪器的参与导致设备成本激增，而且很难实现将所有设备都集成在产线上实现快速在线检测。
技术实现思路
有鉴如此，有必要针对现有技术存在的缺陷，提供一种操作简单且可实现在线检测类镜面多尺度表面形貌特征检测系统及方法。为实现上述目的，本专利技术采用下述技术方案：一方面，本专利技术提供了一种类镜面多尺度表面形貌特征检测系统，包括显示光源、与所述显示光源连接的相机及与所述显示光源和所述相机连接的计算单元，所述相机上安装有镜头，所述镜头可切换不同焦距，其中：所述显示光源显示特征点斑，所述类镜面反射所述特征点斑并形成点斑图像，所述镜头采集所述点斑图像；所述显示光源依次显示一组具有相位变化的水平条纹，所述类镜面反射所述水平条纹并形成水平条纹图像，所述镜头采集所述水平条纹图像；所述显示光源依次显示一组具有相位变化的竖直条纹，所述类镜面反射所述竖直条纹并形成竖直条纹图像，所述镜头采集所述竖直条纹图像；所述计算单元根据所述显示光源显示的特征点斑与所述镜头采集的点斑图像，计算所述显示光源图像坐标系和所述相机的像面坐标系的共相位点关系；所述计算单元还根据所述镜头所采集的水平条纹图像和竖直条纹图像，进行相位展开和解算重构获得所述类镜面表面形貌特征。在一些具体的实施例中，所述特征点斑包括九点或九点以上呈预设规则排布的点斑图像。在一些具体的实施例中，所述一组具有相位变化的水平条纹包括相位相差预设度数的多幅正弦灰度条纹图像或者以色彩变化表征相位相差预设度数的多幅彩色水平条纹图像。在一些具体的实施例中，所述计算单元包括：法线分布计算模块，用于根据所述镜头采集的水平条纹图像和竖直条纹图像计算所述类镜面在水平方向和竖直方向上的法线方向分布；斜率分布计算模块，用于根据所述类镜面在水平方向和竖直方向的法线方向分布，计算所述类镜面水平斜率分布和竖直斜率分布；表面形貌计算模块，用于根据所述类镜面水平斜率分布和竖直斜率分布，计算类镜面表面形貌特征。在一些具体的实施例中，所述镜头为光学变焦的镜头。在一些具体的实施例中，所述镜头安装于镜头底座上，所述镜头底座可移动以使所述镜头具有不同的焦距。另一方面，本专利技术还提供了一种类镜面多尺度表面形貌特征检测系统的检测方法，包括下述步骤：所述显示光源显示特征点斑，所述镜头采集经所述类镜面反射所述特征点斑形成的点斑图像；所述显示光源依次显示一组具有相位变化的水平条纹，所述镜头采集经所述类镜面反射所述水平条纹形成的水平条纹图像；所述显示光源依次显示一组具有相位变化的竖直条纹，所述镜头采集经所述类镜面反射所述竖直条纹形成的竖直条纹图像；所述计算单元根据所述显示光源显示的特征点斑与所述镜头采集的点斑图像，计算所述显示光源图像坐标系和所述相机的像面坐标系的共相位点关系；所述计算单元根据所述镜头所采集的水平条纹图像和竖直条纹图像，进行相位展开和解算重构获得所述类镜面表面形貌特征。在一些具体的实施例中，在进行所述显示光源显示特征点斑，所述镜头采集经所述类镜面反射所述特征点斑形成的点斑图像的步骤之前，还包括下述步骤：确认所述显示光源、所述相机和所述待测类镜面的相对位置关系。在一些具体的实施例中，所述特征点斑包括九点或九点以上呈预设规则排布的点斑图像。在一些具体的实施例中，所述一组具有相位变化的水平条纹包括相位相差预设度数的多幅正弦灰度条纹图像或者以色彩变化表征相位相差预设度数的多幅彩色水平条纹图像。在一些具体的实施例中，在进行所述计算单元还根据所述镜头所采集的水平条纹图像和竖直条纹图像，进行相位展开和解算重构获得所述类镜面表面形貌特征的步骤中，具体包括下述步骤：根据所述镜头采集的水平条纹图像和竖直条纹图像计算所述类镜面在水平方向和竖直方向上的法线方向分布；根据所述类镜面在水平方向和竖直方向的法线方向分布，计算所述类镜面水平斜率分布和竖直斜率分布；根据所述类镜面水平斜率分布和竖直斜率分布，计算类镜面表面形貌特征。在一些较佳的实施例中，还包括下述步骤：将所述镜头切换其他焦距，重复上述步骤，完成相应的表面形貌特征计算。本专利技术采用上述技术方案的优点是：本专利技术提供的类镜面多尺度表面形貌特征检测系统及其检测方法，基于条纹反射原理，通过显示光源显示理想周期变化的条纹图像，再通过相机采集经类镜面反射形成的条纹图像，通过计算单元以条纹图像的弯曲程度判断和重构类镜面表面形貌，可快速实现类镜面表面的多尺度特征检测，本专利技术提供的类镜面多尺度表面形貌特征检测系统及方法结构简单，操作方便，能够实现在线检测，检测效率高。此外，本专利技术提供的类镜面多尺度表面形貌特征检测系统及其检测方法，仅需切换镜头即可完成大动态范围内不同尺度的表面形貌检测，可降低多设备应用的成本。另外，本专利技术提供的类镜面多尺度表面形貌特征检测系统及其检测方法，可实现相机视场范围内的区域单次全口径特征采集，与逐点扫描式的检测方法相比所需时间更短，检测效率更高。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。图1为本专利技术实施例提供的类镜面多尺度表面形貌特征检测系统的结构示意图。图2为本专利技术实施例中提供的一种可切换镜头的结构形式示意图.图3为本专利技术实施例提供的类镜面多尺度表面形貌特征检测系统的步骤流程图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本专利技术保护的范围。实施例一请参阅图1为本专利技术实施例一提供了一种类镜面多尺度表面形貌特征检测系统的结构示意图，为了便于说明，仅示出了与本专利技术实施例相关的部分，详述如下。本专利技术提供的类镜面多尺度表面形貌特征检测系统包括：显示光源1、与所述显示光源1通过支架4连接的相机2及与所述显示光源1和所述相机2连接的计算单元(图未示)，所述相机2上安装有镜头3，所述镜头3可切换不同焦距。本专利技术提供的类镜面多尺度表面形貌特征检测系统其工作方式如下：所述显示光源1显示本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种类镜面多尺度表面形貌特征检测系统，其特征在于，包括显示光源、与所述显示光源连接的相机及与所述显示光源和所述相机连接的计算单元，所述相机上安装有镜头，所述镜头可切换不同焦距，其中：所述显示光源显示特征点斑，所述类镜面反射所述特征点斑并形成点斑图像，所述镜头采集所述点斑图像；所述显示光源依次显示一组具有相位变化的水平条纹，所述类镜面反射所述水平条纹并形成水平条纹图像，所述镜头采集所述水平条纹图像；所述显示光源依次显示一组具有相位变化的竖直条纹，所述类镜面反射所述竖直条纹并形成竖直条纹图像，所述镜头采集所述竖直条纹图像；所述计算单元根据所述显示光源显示的特征点斑与所述镜头采集的点斑图像，计算所述显示光源图像坐标系和所述相机的像面坐标系的共相位点关系；所述计算单元还根据所述镜头所采集的水平条纹图像和竖直条纹图像，进行相位展开和解算重构获得所述类镜面表面形貌特征。

【技术特征摘要】
1.一种类镜面多尺度表面形貌特征检测系统，其特征在于，包括显示光源、与所述显示光源连接的相机及与所述显示光源和所述相机连接的计算单元，所述相机上安装有镜头，所述镜头可切换不同焦距，其中：所述显示光源显示特征点斑，所述类镜面反射所述特征点斑并形成点斑图像，所述镜头采集所述点斑图像；所述显示光源依次显示一组具有相位变化的水平条纹，所述类镜面反射所述水平条纹并形成水平条纹图像，所述镜头采集所述水平条纹图像；所述显示光源依次显示一组具有相位变化的竖直条纹，所述类镜面反射所述竖直条纹并形成竖直条纹图像，所述镜头采集所述竖直条纹图像；所述计算单元根据所述显示光源显示的特征点斑与所述镜头采集的点斑图像，计算所述显示光源图像坐标系和所述相机的像面坐标系的共相位点关系；所述计算单元还根据所述镜头所采集的水平条纹图像和竖直条纹图像，进行相位展开和解算重构获得所述类镜面表面形貌特征。2.如权利要求1所述的类镜面多尺度表面形貌特征检测系统，其特征在于，所述特征点斑包括九点或九点以上呈预设规则排布的点斑图像。3.如权利要求1所述的类镜面多尺度表面形貌特征检测系统，其特征在于，所述一组具有相位变化的水平条纹包括相位相差预设度数的多幅正弦灰度条纹图像或者以色彩变化表征相位相差预设度数的多幅彩色水平条纹图像。4.如权利要求1所述的类镜面多尺度表面形貌特征检测系统，其特征在于，所述计算单元包括：法线分布计算模块，用于根据所述镜头采集的水平条纹图像和竖直条纹图像计算所述类镜面在水平方向和竖直方向上的法线方向分布；斜率分布计算模块，用于根据所述类镜面在水平方向和竖直方向的法线方向分布，计算所述类镜面水平斜率分布和竖直斜率分布；表面形貌计算模块，用于根据所述类镜面水平斜率分布和竖直斜率分布，计算类镜面表面形貌特征。5.如权利要求1所述的类镜面多尺度表面形貌特征检测系统，其特征在于，所述镜头为光学变焦的镜头。6.如权利要求1所述的类镜面多尺度表面形貌特征检测系统，其特征在于，所述镜头安装于镜头底座上，所述镜头底座可移动以使所述镜头具有不同的焦距。7.一种类镜面多尺度表面形貌特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：陶小平，张学军，胡海翔，薛栋林，
申请(专利权)人：中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，
类型：发明
国别省市：吉林,22