基于条纹反射法的反光物体三维形貌测量方法及装置

摘要

基于条纹反射法的反光物体三维形貌测量方法及装置，执行所述方法的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，包括如下具体步骤：1)产生条纹图像；2)红蓝条纹图像调制；3)调节装置空间布局；4)采集叠加变形条纹图像；5)提取变形条纹图像；6)红色通道条纹相位计算及蓝色通道条纹相位计算；7)对测量系统进行标定；8)求解带反光物体三维形貌深度信息。

主权项

一种基于条纹反射法的反光物体三维形貌测量方法，其特征是执行所述方法的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，所述彩色CCD相机以下简称相机，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，以获得相应的测量结果；反射显示屏和折射显示屏用来显示电脑所产生的图像；相机用于采集经由待测反光物体反射后的变形图像；反射显示屏上所显示的图像经过半透半反镜反射后的图像和折射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相机所拍摄，所述方法包括如下具体步骤：1)产生条纹图像采用电脑利用现有条纹生成方法根据测量场的大小和测量精度的要求，选择测量场中需投影的三组正弦直条纹个数，并且这三组正弦直条纹的条纹个数满足最佳条纹个数选择；每组正弦直条纹包含四幅彼此间有90度的相位移动的正弦直条纹图像，所述正弦直条纹图像以下简称条纹图像；2)红蓝条纹图像调制将步骤1)产生的每幅条纹图像分别调制在红色通道和蓝色通道中得到红色通道条纹图像和蓝色通道条纹图像，并将同一幅图像调制得到的红色通道条纹图像和蓝色通道条纹图像分别同时显示在反射显示屏上和折射显示屏上；3)调节装置空间布局，将待测反光物体固定在待测反光物体固定装置上，使折射显示屏、相机和待测反光物体在空间上呈三角测量关系，并调节半透半反镜、折射显示屏、反射显示屏与光学平台保持垂直；4)采集叠加变形条纹图像同一幅条纹图像显示在折射显示屏和反射显示屏上的红色通道条纹图像和蓝色通道条纹图像分别经半透半反镜折射和反射后在待测反光物体上叠加变形，相机采集经由被测反光物体物6反射后的三组十二幅叠加变形条纹图像，并存储到电脑中供后续处理；5)提取变形条纹图像将步骤4)采集到每一幅叠加变形图像经过红、蓝色通道分离得到同一幅条纹图像显示在反射显示屏和折射显示屏上的红色通道条纹图和蓝色通道条纹图像分别经被测反光物体反射后得到的图像即红色变形条纹图像和蓝色变形条纹图像；6)红色通道条纹相位计算及蓝色通道条纹相位计算采用四步相移法对步骤5)得到的红色变形条纹图像和蓝色变形条纹图像分别进行处理6.1)红色通道条纹相位计算，将每组四副红色变形条纹图像采用四步相移法处理得到一幅红色通道折叠相位图，三组红色变形条纹图像经过处理后得到三幅红色通道折叠相位图，然后再将三幅红色通道折叠相位图利用最佳条纹算法得到一幅红色通道绝对展开相位图；6.2)蓝色通道条纹相位计算，采用与步骤6.1同样的方法，将每组四副蓝色通道条纹图像经过处理后得到一幅折叠相位图，三组蓝色通道条纹图像经过处理后得到三幅蓝色通道折叠相位图，然后再将三幅蓝色通道折叠相位图利用最佳条纹算法得到一幅蓝色通道绝对展开相位图；7)对测量系统进行标定；包括以下步骤7.1)以水平导轨定位的标定用平面反射镜代替待测反光物体7.2)定位标定用平面反射镜至N个已知位置，N≥2在相机成清晰像的景深范围内，利用水平导轨定位标定用平面反射镜到N个已知位置，并选取一个已知位置作为参考平面；7.3)得到每个已知位置的红色通道绝对展开相位图和蓝色通道绝对展开相位图在每个位置按照步骤1)～7)的方法得到红色通道绝对相位图和蓝色通道绝对相位图，8)求解带反光物体三维形貌深度信息8.1)建立相位和待测反光物体反光面的三维形貌深度信息的关系的公式(1)，三维形貌深度信息以下简称深度公式(1)中：h为待测反光物体反光面相对于参考平面的深度；d为参考平面与反射显示屏所成虚像间的距离；Δd为折射显示屏显示图像与反射显示屏所成虚像间的距离；均为参考平面的绝对相位值，和分别根据不同颜色通道绝对展开相位图求得；均为待测反光物体反光面的绝对相位值，和分别根据不同颜色通道绝对展开相位图求得；8.2)根据步骤7)得到的已知位置的红色通道绝对展开相位图和蓝色通道绝对相位展开图求解公式(1)中的参数，进而利用公式(1)得到待测反光物体相对于参考平面的三维形貌深度信息，完成反光物体三维形貌测量。