基于單幀彩色復(fù)合光柵條紋反射的鏡面三維面形測(cè)量方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種基于單幀彩色復(fù)合光柵條紋反射的鏡面三維面形測(cè)量方法，實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)包括數(shù)碼相機(jī)、顯示屏、待測(cè)鏡面、計(jì)算機(jī)，調(diào)整實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)使數(shù)碼相機(jī)通過(guò)待測(cè)鏡面觀測(cè)到顯示屏，在顯示屏上同時(shí)生成不同顏色的水平條紋和垂直條紋，然后用數(shù)碼相機(jī)通過(guò)待測(cè)鏡面物體記錄變形的條紋，整個(gè)測(cè)量過(guò)程只需向待測(cè)鏡面投影一幀彩色復(fù)合光柵條紋就可得到水平方向和垂直方向的梯度，最后對(duì)梯度積分得到待測(cè)鏡面的三維形貌信息。利用本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)快速、高精度的鏡面物體三維面形測(cè)量。
【專利說(shuō)明】基于單幀彩色復(fù)合光柵條紋反射的鏡面三維面形測(cè)量方法【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及不規(guī)則的表面或輪廓的計(jì)量的【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其是一種基于單幀彩色復(fù)合光柵條紋反射的鏡面三維面形測(cè)量方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著精密光學(xué)加工，汽車噴漆，工業(yè)制造和產(chǎn)品質(zhì)量檢測(cè)的發(fā)展，人們?nèi)找嫫惹械叵Ｍ軌驅(qū)︾R面或類鏡面反射物體進(jìn)行精確測(cè)量，如對(duì)自由曲面的鏡面或透鏡(如眼鏡)的檢測(cè)，對(duì)汽車表面等噴漆質(zhì)量的控制(桔皮現(xiàn)象)，精密器件表面加工質(zhì)量評(píng)估等。通過(guò)對(duì)各種鏡面或類鏡面表面的測(cè)量分析，可以得到相應(yīng)制造過(guò)程中各種參數(shù)(如打磨轉(zhuǎn)速，打磨材料，機(jī)械振動(dòng)等)對(duì)表面加工質(zhì)量的影響，可以為提高改進(jìn)加工工藝提供參考。但是，傳統(tǒng)的鏡面物體測(cè)量方式如全息測(cè)量、接觸式三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x等具有很大的局限性，不易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、在線檢測(cè)。干涉儀通常只能測(cè)量類平面或球面物體，無(wú)法測(cè)量自由曲面物體。接觸式三坐標(biāo)機(jī)測(cè)量時(shí)間相當(dāng)長(zhǎng)(通常數(shù)小時(shí)以上)，而且可能破壞待測(cè)物體表面。對(duì)此，人們提出一種基于條紋反射的鏡面物體三維測(cè)量方法。這是一種高靈敏、非相干的光學(xué)全場(chǎng)測(cè)量技術(shù)，可對(duì)任何材質(zhì)的自由面形光滑表面(如各種非球面鏡片，拋光的金屬表面，汽車和飛機(jī)噴漆表面等)對(duì)進(jìn)行快速和高精度的曲率分布以及三維形貌測(cè)量。通過(guò)對(duì)精密加工工件表面微結(jié)構(gòu)的分解分析，可以得到加工過(guò)程中工具的移動(dòng)、振動(dòng)等信息，也可以通過(guò)對(duì)噴漆表面起伏結(jié)構(gòu)和微觀結(jié)構(gòu)的分解分析來(lái)研究改進(jìn)不同漆料的配比和噴涂工藝等。但是，條紋反射法通常分別投射水平方向和垂直方向的條紋，而且每個(gè)方向通常需要投射多步條紋來(lái)解調(diào)相位，因此，測(cè)量速度不快，不利于動(dòng)態(tài)測(cè)量。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于:針對(duì)上述存在的問(wèn)題，提供一種基于單幀彩色復(fù)合光柵條紋反射對(duì)鏡面三維面形快速測(cè)量的方法。
[0004]本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下:
本發(fā)明提供一種基于單幀彩色復(fù)合光柵條紋反射的鏡面三維面形測(cè)量方法，包括以下步驟:
51:設(shè)置實(shí)驗(yàn)系統(tǒng):實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)包括計(jì)算機(jī)、顯示屏、待測(cè)鏡面、數(shù)碼相機(jī)，調(diào)整實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)使數(shù)碼相機(jī)通過(guò)待測(cè)鏡面觀測(cè)到顯示屏；
52:計(jì)算機(jī)控制在顯示屏上生成彩色復(fù)合條紋，彩色復(fù)合條紋中的水平條紋和垂直條紋由于占據(jù)不同的獨(dú)立的顏色通道而具有不同的顏色；
53:數(shù)碼相機(jī)觀察S2步驟中得到的彩色復(fù)合條紋經(jīng)過(guò)待測(cè)鏡面反射后得到的彩色復(fù)合變形條紋，待測(cè)鏡面的梯度信息被調(diào)制在彩色復(fù)合變形條紋的相位中；
54:對(duì)S3步驟中得到的彩色復(fù)合變形條紋進(jìn)行色彩分離得到水平方向和垂直方向的變形條紋；
55:對(duì)S4步驟中得到的水平方向和垂直方向的變形條紋進(jìn)行相位解調(diào)得到變形條紋的相位，解調(diào)得到的相位是截?cái)嗟?，將其載頻去除，然后進(jìn)行相位展開(kāi)；
S6:根據(jù)S5步驟中得到展開(kāi)后的相位，通過(guò)條紋反射法的相位梯度關(guān)系獲得待測(cè)鏡面的梯度信息，對(duì)梯度積分得到三維形貌。
[0005]對(duì)上述方案作進(jìn)一步優(yōu)選，所述彩色復(fù)合變形條紋表示為:
【權(quán)利要求】
1.一種基于單幀彩色復(fù)合光柵條紋反射的鏡面三維面形測(cè)量方法，其特征在于包括以下步驟: 51:設(shè)置實(shí)驗(yàn)系統(tǒng):實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)包括計(jì)算機(jī)、顯示屏、待測(cè)鏡面、數(shù)碼相機(jī)，調(diào)整實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)使數(shù)碼相機(jī)通過(guò)待測(cè)鏡面觀測(cè)到顯示屏； 52:通過(guò)計(jì)算機(jī)控制在顯示屏上生成彩色復(fù)合條紋，彩色復(fù)合條紋中的水平條紋和垂直條紋具有不同的顏色； 53:通過(guò)數(shù)碼相機(jī)觀察S2步驟中得到的彩色復(fù)合條紋經(jīng)過(guò)待測(cè)鏡面反射后得到的彩色復(fù)合變形條紋，待測(cè)鏡面的梯度信息被調(diào)制在彩色復(fù)合變形條紋的相位中； 54:對(duì)S3步驟中得到的彩色復(fù)合變形條紋進(jìn)行色彩分離得到水平方向和垂直方向的變形條紋； 55:對(duì)S4步驟中得到的水平方向和垂直方向的變形條紋進(jìn)行相位解調(diào)得到變形條紋的相位，將其載頻去除，然后進(jìn)行相位展開(kāi)； 56:根據(jù)S5步驟中得到展開(kāi)后的相位，通過(guò)條紋反射法的相位梯度關(guān)系獲得待測(cè)鏡面的梯度信息，對(duì)梯度積分得到三維形貌。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于單幀彩色復(fù)合光柵條紋反射的鏡面三維面形測(cè)量方法，其特征在于:所述彩色復(fù)合變形條紋表示為:取y) = A(x=y) +-bI(^y)(w)^h(^y)]
f為(x,y) +B2 (x，y) oos[2ir/0 (x,y)y+(x,y)]其中，J(u)表不數(shù)碼相機(jī)記錄的光強(qiáng)分布，和為(U)分別表不水平方向和豎直方向的背景光強(qiáng)，和為分別表不水平方向和豎直方向的調(diào)制度分布，λ i 表示載頻的頻率函數(shù)，ft i ajO和《V 分別表示水平方向和豎直方向的與待測(cè)鏡面的梯度相關(guān)的相位，具體的相位梯度關(guān)系如下:?:=—zPfcan^r
4JT
c?=——/- bin O m ^ Pr y r 上式分別表不待測(cè)鏡面表面的梯度在水平方向和豎直方向上的分量與相位的關(guān)系，式中&表示顯示屏到待測(cè)鏡面的距離，i?和乓分別表示顯示屏上水平方向和垂直方向的正弦條紋的周期。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于單幀彩色復(fù)合光柵條紋反射的鏡面三維面形測(cè)量方法，其特征在于:所述步驟S4得到的水平方向和垂直方向的變形條紋表示為: 1Ax^y)=A(x-y)1BcosC2^Zo | ψ, (^y)]/y = X(XiJJr) + jBp(x5y) cos[2?j^+ (XjJk)J ?
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于單幀彩色復(fù)合光柵條紋反射的鏡面三維面形測(cè)量方法，其特征在于:所述對(duì)S4步驟中得到的水平方向和垂直方向的變形條紋進(jìn)行相位解調(diào)為對(duì)變形條紋的圖像中的相 位信息通過(guò)傅里葉變換分析解調(diào)得到總相位。
【文檔編號(hào)】G01B11/24GK103727895SQ201410019594
【公開(kāi)日】2014年4月16日 申請(qǐng)日期:2014年1月16日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月16日
【發(fā)明者】岳慧敏, 吳雨祥, 劉永, 趙必玉, 張博, 易京亞, 歐中華 申請(qǐng)人:電子科技大學(xué)