本发明专利技术公开一种红外数字全息相位提取的文物三维形貌重建装置及方法，红外激光器发出的光束分成两束；第一束激光成为平行光，作参考光束；第二束激光成为平行光，照射到待测物体，被反射的光束成为物光束；物光束和参考光束在分束镜上形成红外全息干涉图，由图像采集装置进行接收记录，再传递给计算机进行存储、再现，从而记录包含待测物体部分三维相位信息的全息图；待自动旋转平台转动后再次采集，直至采集完全部信息，进行图像处理拼接、还原出待测物体完整的相位信息，重建三维形貌。本发明专利技术采用红外数字全息技术用于文物的三维形貌重建，能够保证精准提取文物相位信息，提升了相位提取装置对各种干扰的抗性。相位提取装置对各种干扰的抗性。相位提取装置对各种干扰的抗性。
【技术实现步骤摘要】
红外数字全息相位提取的文物三维形貌重建装置及方法
[0001]本专利技术公开一种红外数字全息相位提取的文物三维形貌重建装置及方法，属于红外数字全息应用领域。
技术介绍
[0002]近年来，国家对于文物的保护重视程度越来越高，但文物保护屡屡出现文物被盗、因灾受损、人为破坏等问题。普通的可见光波长是在400纳米至700纳米之间，低于400纳米的紫外线能量很大，容易被物体吸收，从而使物体变质；而高于700纳米的红外线能量小，不易被物体吸收，很安全。木材、植物、丝绸等物质都是高分子结构，含有纤维素或蛋白质，容易受光、电、细菌的影响而变质、损坏；另外一些物质比如石头、铜铁、陶瓷等不容易受光的影响。可见光波长有长有短，但都是低于700纳米的可见光，或多或少对高分子结构的文物有破坏。
[0003]对于文物的保护，虽然国家花费了很大努力，但因为其保护难度高、易被损坏等因素，至今仍没有很好的保护措施，甚至在博物馆展出的文物也无法避免损坏问题；每件珍贵的文物都具有唯一性，其次文物移动、运输比较困难，致使文物只能在单一地点展出，为大家的观赏带来了很大难题，观赏不便。
[0004]科技快速发展的今天，三维形貌的测量在医疗美容、考古勘测、文物保护、影视娱乐以及个人信息采集等领域都得到了广泛的应用。对于不便直接观察的物体、不宜直接接触的物体以及表面结构较为复杂的物体，如何对其表面的三维形貌进行精准探测和标定已经成为当代科技领域的热点问题。
技术实现思路
[0005]为解决上述难题，本专利技术结合红外数字全息的各项优秀特性，将红外数字全息技术引入文物保护措施，在避免对文物损害的前提下，采集并重建文物的三维信息，可及时再现文物的三维形貌，再现文物的三维形状，实现多备份记录，多地展出，也能极大提高文物保护的安全性。
[0006]本专利技术不仅发挥了全息干涉计量手段高精度测量的优点，还结合了红外数字全息抗干扰性强及实时检测的优点，在避免文物损害的同时，采集、还原出文物的相位信息，并重建文物的三维形貌。
[0007]为达到上述技术要求，本专利技术采用的技术方案如下：
[0008]红外数字全息相位提取的文物三维形貌重建装置，包括不透光外壳，不透光外壳内设有红外激光器、分束镜I、红外光纤耦合器、扩束镜I、扩束镜Ⅱ、针孔滤波器I、针孔滤波器Ⅱ、透镜I、透镜Ⅱ、透镜Ⅲ、透镜Ⅳ、全反镜、分束镜Ⅱ、图像采集装置；不透光外壳侧壁上设有红外窗口Ⅰ、红外窗口Ⅱ；待测物体位于不透光外壳外，并位于红外窗口Ⅰ处的自动旋转平台上；图像采集装置与计算机连接；
[0009]分束镜Ⅰ位于红外激光器发出的光束传输光路上，红外激光器发出的光束到达分
束镜Ⅰ后被分成两束；
[0010]第一束激光的光路上依次布设有红外光纤耦合器、扩束镜Ⅱ、针孔滤波器Ⅱ、透镜Ⅱ；第一束激光经过红外光纤耦合器，根据需要选择不同长度光程的档位，激光经过一定光程后传输到扩束镜Ⅱ，被扩束后再经过针孔滤波器Ⅱ对光束进行滤波处理，滤波后的激光再经过透镜Ⅱ，使得第一束激光成为平行光，称作参考光束；
[0011]经过分束镜I的第二束激光的光路上依次布设有扩束镜I、针孔滤波器I、透镜I、红外窗口Ⅰ，照射到待测物体表面产生漫反射，被反射的光束的传输光路上，依次设有红外窗口Ⅱ、透镜Ⅲ、透镜Ⅳ；第二束激光到达扩束镜I，激光被扩束后经过针孔滤波器I对光束进行滤波处理，滤波后的激光再经过透镜I，使得第二束激光成为平行光，该平行光透过红外窗口Ⅰ照射到待测物体表面产生漫反射，被反射的光束传输至红外窗口Ⅱ筛选后进入不透光外壳内，筛选后余下的红外光束已携带了待测物体的相位信息，携带相位信息的光束再经过由透镜Ⅲ、透镜Ⅳ组成的理想光学系统，此光束称为物光束；
[0012]物光束的光路上依次设有全反镜、分束镜Ⅱ、图像采集装置；分束镜Ⅱ、图像采集装置同时也在参考光束的光路上；物光束经全反镜反射后到达分束镜Ⅱ，物光束和参考光束在分束镜Ⅱ上形成红外全息干涉图，红外全息干涉图由图像采集装置进行接收记录，再传递给计算机进行存储、再现，从而记录包含待测物体部分三维相位信息的全息图；
[0013]待自动旋转平台转动后再次采集，直至采集完全部信息，进行图像处理拼接、还原出待测物体完整的相位信息，重建三维形貌。
[0014]优选的：
[0015]所述的红外激光器的型号为：MW
‑
IR
‑
2200/1～500mw，红外激光器作为检测光源，其波长不低于700nm。
[0016]所述透镜Ⅰ、透镜Ⅱ、透镜Ⅲ、透镜Ⅳ为锗透镜、硅透镜或玻璃透镜。
[0017]所述分束镜I、分束镜Ⅱ为锗分束镜、硅分束镜或玻璃分束镜。
[0018]所述扩束镜I、扩束镜Ⅱ为锗扩束镜、硅扩束镜或玻璃扩束镜。
[0019]述红外光纤耦合器包括多种光程的光纤通道，其选择需由物光波的光程决定。
[0020]所述图像采集装置为红外焦平面阵列成像传感器，或者为感应波段包含红外激光器波长的红外CCD图像传感器。
[0021]所述红外窗口Ⅰ、红外窗口Ⅱ安装透镜应为锗透镜、硅透镜或玻璃透镜，红外窗口Ⅰ、红外窗口Ⅱ允许通过的红外光波长与红外激光器发出的波长相匹配。
[0022]不透光外壳侧壁内侧为纯黑色，以吸收进入不透光外壳内的红外光，防止红外光在透光外壳内部来回反射被图像采集装置接收而影响图像采集装置对干涉条纹图样的接收。
[0023]本专利技术所述装置的使用过程：打开红外激光器，红外激光器发出的光束到达分束镜Ⅰ后被分成两束，一束激光经过红外光纤耦合器，使用者可根据需要选择不同长度光程的档位，激光经过一定光程后传输到扩束镜Ⅱ，被扩束后再经过针孔滤波器Ⅱ对光束进行滤波处理，滤波后的激光再经过透镜Ⅱ，使得这个方向的激光束成为平行光，把该平行光束称作参考光束；经过分束镜I的另一束激光到达扩束镜I，激光被扩束后经过针孔滤波器I对光束进行滤波处理，滤波后的激光再经过透镜I，使得这个方向的激光束成为平行光，该平行光透过红外窗口Ⅰ照射到待测物体表面产生漫反射，被反射的光束传输至红外窗口Ⅱ筛选
后进入不透光外壳内，筛选后余下的红外光束已携带了待测物体的相位信息，携带相位信息的光束再经过由透镜Ⅲ、透镜Ⅳ组成的理想光学系统，此光束称为物光束；物光束经全反镜反射后到达分束镜Ⅱ，物光束和参考光束在分束镜Ⅱ上形成红外全息干涉图，红外全息干涉图由图像采集装置进行接收记录，再传递给计算机进行存储、再现，从而记录包含待测物体部分三维相位信息的全息图；待自动旋转平台转动后再次采集，直至采集完全部信息，进行图像处理拼接、还原出物体完整的相位信息，重建三维形貌。
[0024]本专利技术的有益效果：
[0025]本专利技术所述方法把红外光分成两束，其中一束扩束为平行光作为物光，照射到待测物体上，最好选择不易被水分吸收，且波长略长的红外光，红外波长越长，对环境稳定性的要求就越低，在检测过程中不会对被测物造成损害；另一束扩束为平行光后作为参考光。
[0026]本专利技术所述实验，本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.红外数字全息相位提取的文物三维形貌重建装置，其特征在于：包括不透光外壳(17)，不透光外壳(17)内设有红外激光器(1)、分束镜I(2)、红外光纤耦合器(3)、扩束镜I(4)、扩束镜Ⅱ(5)、针孔滤波器I(6)、针孔滤波器Ⅱ(7)、透镜I(8)、透镜Ⅱ(9)、透镜Ⅲ(10)、透镜Ⅳ(11)、全反镜(12)、分束镜Ⅱ(13)、图像采集装置(14)；不透光外壳(17)侧壁上设有红外窗口Ⅰ(15)、红外窗口Ⅱ(16)；待测物体(18)位于不透光外壳(17)外，并位于红外窗口Ⅰ(15)处的自动旋转平台(19)上；图像采集装置(14)与计算机(20)连接；分束镜Ⅰ(2)位于红外激光器(1)发出的光束传输光路上，红外激光器(1)发出的光束到达分束镜Ⅰ(2)后被分成两束；第一束激光的光路上依次布设有红外光纤耦合器(3)、扩束镜Ⅱ(5)、针孔滤波器Ⅱ(7)、透镜Ⅱ(9)；使得第一束激光成为平行光，称作参考光束；经过分束镜I(2)的第二束激光的光路上依次布设有扩束镜I(4)、针孔滤波器I(6)、透镜I(8)、红外窗口Ⅰ(15)，照射到待测物体表面产生漫反射，被反射的光束的传输光路上，依次设有红外窗口Ⅱ(16)、透镜Ⅲ(10)、透镜Ⅳ(11)；使得第二束激光成为物光束；物光束的光路上依次设有全反镜(12)、分束镜Ⅱ(13)、图像采集装置(14)；分束镜Ⅱ(13)、图像采集装置(14)同时也在参考光束的光路上。2.根据权利要求1所述的红外数字全息相位提取的文物三维形貌重建装置，其特征在于：所述的红外激光器(1)的型号为：MW
‑
IR
‑
2200/1～500mw，红外激光器(1)作为检测光源，其波长不低于700nm。3.根据权利要求1所述的红外数字全息相位提取的文物三维形貌重建装置，其特征在于：所述透镜Ⅰ(8)、透镜Ⅱ(9)、透镜Ⅲ(10)、透镜Ⅳ(11)为锗透镜、硅透镜或玻璃透镜。4.根据权利要求1所述的红外数字全息相位提取的文物三维形貌重建装置，其特征在于：所述分束镜I(2)、分束镜Ⅱ(13)为锗分束镜、硅分束镜或玻璃分束镜。5.根据权利要求1所述的红外数字全息相位提取的文物三维形貌重建装置，其特征在于：所述扩束镜I(4)、扩束镜...
【专利技术属性】
技术研发人员：张永安，赖本林，张亚萍，赵航，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：发明
国别省市：
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