一种同轴正入射散斑偏折术测量方法和装置制造方法及图纸

同轴正入射散斑偏折术测量方法及装置，首先由LCD显示屏将随机生成的二值散斑图案穿过斜向45

【技术实现步骤摘要】
一种同轴正入射散斑偏折术测量方法和装置


[0001]本专利技术涉及光电检测的
，尤其涉及一种同轴正入射散斑偏折术测量方法，以及这种同轴正入射散斑偏折术测量方法所采用的装置，其能够对小口径非球面镜面进行面形及形变的瞬态无损高鲁棒性测量。

技术介绍

[0002]如今非球面镜面表面广泛应用于各类工业生产和实践环节，如平板显示的玻璃基板，汽车、航空工业中产品的涂装镀膜镜面等。镜面物体表面具有镜面反射特性，导致适用于漫反射物体表面检测的常规光学检测手段(如条纹投影法、数字图像相关法)无法适用。目前应用广泛的是一种以正弦条纹作为结构光的相位偏折术，它具有动态范围大和高精度等优点，能够达到亚像素级别的测量精度，并且这种使用正弦条纹投影的方法已经开发了十余年。但为保证其测量精度，通常会使用多步移相技术，假设使用的是n步相移，则至少需要拍摄2
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n幅条纹图，大大增加了测量时长，且测量时需要显示器成像精确且清晰，否则不规则的条纹排列会对相位恢复结果产生影响。因此相位偏折术的使用依然存在一定的限制，故需要探索一种高鲁棒性、瞬态无损，且对显示设备依赖度低的成像测量方法。
[0003]数字图像相关法常用于漫反射物体表面的全场形状、位移和变形测量，这种方法基于激光投影对物体表面产生的散斑图像进行瞬态测量，适用于散射材料、包括橡胶、金属和塑料等工业材料，甚至骨骼和血管等生物组织，但对于抛光良好的镜面反射表面，在不对其涂敷材料或镀膜条件下，待测镜面几乎不会产生散斑。

技术实现思路

[0004]为克服现有技术的缺陷，本专利技术要解决的技术问题是提供了一种同轴正入射散斑偏折术测量方法，其降低了对显示器成像精确度的依赖程度，又保证了亚像素的测量精度，同时减少了投影图片的个数，能够避免了三角测量系统导致的重建缺口，折叠光路压缩了系统体积，对待测镜的摆放位置要求更低，可以达到瞬态无损高鲁棒性的要求。
[0005]本专利技术的技术方案是：这种同轴正入射散斑偏折术测量方法，其包括以下步骤：
[0006](1)LCD显示屏和待测镜面正向面对面放置，进行系统标定，标定出相机的内部参数与外部参数，将像素坐标系、相机坐标系、世界坐标系标准化；
[0007](2)先采集一张待测镜面未变形时反射出的散斑图案，记为参考图像，后在待测镜面变形后采集反射出的调制由表面信息的散斑图案，记为变形图像；
[0008](3)再对LCD屏上的散斑图案进行定量平移两次，分别进行采集，记为第一平移图像和第二平移图像；
[0009](4)对参考图片和变形图片，变形图像和平移图像，第一平移图像和第二平移图像分别进行基于数字图像相关的图像匹配；
[0010](5)经过数字图像相关的两张图像，相关系数最高的子集则为局部面形变化前后的局部面形位置，两子集坐标变化则为位移量；
[0011](6)位移场为所有的位移量总结得到，先对其进行平滑，然后使用数值方法进行微分或直接微分，以估计应变梯度分布，再进行积分和逆傅里叶操作重构表面；利用变形图像、第一平移图像和第二平移图像获得待测镜的绝对面形，利用参考图片和变形图片计算获得待测镜的变形，结果皆为亚像素精度。
[0012]本专利技术LCD显示屏和待测镜面正向面对面放置，进行系统标定，采集参考图像和变形图像、第一平移图像和第二平移图像，分别进行基于数字图像相关的图像匹配，相关系数最高的子集则为局部面形变化前后的局部面形位置，两子集坐标变化则为位移量，位移场为所有的位移量总结得到，先对其进行平滑，然后使用数值方法进行微分或直接微分，以估计应变梯度分布，再进行积分和逆傅里叶操作重构表面，利用变形图像、第一平移图像和第二平移图像获得待测镜的绝对面形，利用参考图片和变形图片计算获得待测镜的变形，因此降低了对显示器成像精确度的依赖程度，又保证了亚像素的测量精度，同时减少了投影图片的个数，能够避免了三角测量系统导致的重建缺口，折叠光路压缩了系统体积，对待测镜的摆放位置要求更低，可以达到瞬态无损高鲁棒性的要求。
[0013]还提供了一种同轴正入射散斑偏折术测量装置，其包括：待测镜面(1)、平板分束镜(2)、CCD相机(3)、远心镜头(4)、计算机(5)、LCD显示屏(6)；
[0014]LCD显示屏连接计算机，由计算机控制并投影出散斑图案，LCD显示屏和待测镜面正向面对面放置，两者中间斜侧45
°
放置平板分束镜，此分束镜将待测镜面上的图案分束反射至组合了远心镜头的CCD相机中，CCD相机连接计算机，计算机将CCD相机采集到的结果记录下来，并对结果进行图像处理和数据分析；
[0015]首先由LCD显示屏将随机生成的二值散斑图案穿过斜向45
°
摆放的分束镜，一半亮度的图案到射到待测镜面上，待测镜面接收到散斑图案，在发生镜面反射时将自身的表面信息调制到散斑图案当中，而后再反射回分束镜，此时分束镜再次分光，又将一半亮度的图案反射入组装了远心镜头的CCD相机中，CCD采集调制表面形状的信息的图案并将其传输给计算机，最终由计算机对数据进行处理，对采集到的信息进行解调得到被测面的斜率，完成待测镜面面形和变形的重构。
附图说明
[0016]图1是根据本专利技术的同轴正入射散斑偏折术测量装置的结构示意图。
[0017]图2是根据本专利技术的同轴正入射散斑偏折术测量方法的流程图。
[0018]其中：1
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待测镜面、2
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平板分束镜、3
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CCD相机、4
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远心镜头、5
‑
计算机、6
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LCD显示屏。
具体实施方式
[0019]为了使本
的人员更好地理解本专利技术方案，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的实施例，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他实施例，都应当属于本专利技术保护的范围。
[0020]需要说明的是，本专利技术的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“包括”以及任
何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、装置、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其他步骤或单元。
[0021]作为本质上其实是图像处理技术的数字图像相关法，它的技术除了具有非接触式全场测量能力外，还具有几个显着特点，例如简单且廉价的实验装置、易于实施、广泛的适用性以及可调节的空间和时间分辨率，以及对环境振动和环境光变化的鲁棒性。
[0022]散斑偏折术是一种小口径非球面镜面检测方法，是一种基于数字图像相关对相位偏折术进行优化的方法，可以实现瞬态无损高鲁棒性的测量，同时达到亚像素级别的高精度测量要求。
[0023]现有的散斑偏折术是结合数字图像相关和相位偏折术来提取3D位本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种同轴正入射散斑偏折术测量方法，其特征在于：其包括以下步骤：(1)LCD显示屏和待测镜面正向面对面放置，进行系统标定，标定出相机的内部参数与外部参数，将像素坐标系、相机坐标系、世界坐标系标准化；(2)先采集一张待测镜面未变形时反射出的散斑图案，记为参考图像，后在待测镜面变形后采集反射出的调制有表面信息的散斑图案，记为变形图像；(3)再对LCD屏上的散斑图案进行定量平移两次，分别进行采集，记为第一平移图像和第二平移图像；(4)对参考图片和变形图片，变形图像和平移图像，第一平移图像和第二平移图像分别进行基于数字图像相关的图像匹配；(5)经过数字图像相关的两张图像，相关系数最高的子集则为局部面形变化前后的局部面形位置，两子集坐标变化则为位移量；(6)位移场为所有的位移量总结得到，先对其进行平滑，然后使用数值方法进行微分或直接微分，以估计应变梯度分布，再进行积分和逆傅里叶操作重构表面；利用变形图像、第一平移图像和第二平移图像获得待测镜的绝对面形，利用参考图片和变形图片计算获得待测镜的变形，结果皆为亚像素精度。2.根据权利要求1所述的同轴正入射散斑偏折术测量方法，其特征在于：所述步骤(2)、(3)中，对图像进行去畸变去噪的预处理操作。3.根据权利要求2所述的同轴正入射散斑偏折术测量方法，其特征在于：所述步骤(4)中，通过比较在不同状态下记录的待测镜的散斑图像，使用基于子集的局部或全局相关、以像素为单位直接检索全场位移的方法；所述步骤(5)中，使用亚像素插值方法，以便从物理模型角度增加计算精度。4.根据权利要求1所述的同轴正入射散斑偏折术测量方法的装置，其特征在于：其包括：待测镜面(1)、平板分束镜(2)、CCD相机(3)、远心镜头(4)、计算机(5)、LCD显示屏(6)；LCD显示屏连接计算机，由计算机控制并投影出散斑图案，LCD显示屏和待测镜面正向面对面放置，两者中间斜侧45
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放置平板分束镜，此分束镜将待...

【专利技术属性】
技术研发人员：郝群，胡摇，张玉，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：