[发明专利]基于数字微镜和数据合成技术的透明物体或反射物体的形貌测量装置和方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种透明物质或反射物质形貌测量方法和装置，特别是一种基于数字微镜的非接触式高分辨率形貌测量方法和装置。

背景技术

非接触式数字化的物体形貌测量方法，可以采用数字干涉测量技术、条纹投射技术、数字全息技术等进行高精度的测量。这些方法由于采用了相位处理技术，深度测量分辨率可以很高，达到纳米量级，但横向分辨率受限于CCD摄像机的分辨率和阵列尺寸。如果采用对物体先放大、后测量的方法，分辨率提高了，但测量范围缩小了，同时还受到光学系统衍射极限的限制。为了解决这个矛盾，主要的技术方法是拼接测量方法，即对较大尺寸的物体分块多次测量，然后将测量结果拼接一起。这种方法扩展了空间测量范围，同时保持了空间分辨率，是一种折中的处理方法。该方法的缺点是需要移动工作台，且拼接处理过程也会引入误差。

为了获得双幅测量图像，常规的方法是采用分光束，然后投射到对应的两套测量光路中，同时，如果要对光束进行强度调制，还需加不同的调制器件，使系统复杂。

发明内容

本发明装置的目的在于提供一种基于数字微镜和数据合成技术的透明物体或反射物体的形貌测量装置和方法，可以实现透明及反射物质轮廓测量的方法和装置，具有非接触、待测物质非制备、高分辨率的特点。该测量装置中采用了数字微镜的特点获得两束共轭光，经反射镜调整投射方向后透过物体或从物体反射后获得两束测量光并由CCD摄像机接收；通过计算机控制将多幅移相条纹图像传输到数字微镜，因此经数字微镜反射两幅条纹图投射到物体上，透过物体或从物体反射的条纹图像受物体轮廓的调制变化，并由CCD摄像机接受。两幅图像的处理方法上采用相移数字同轴全息技术，分别获得两个投射方向的物体轮廓分布，最后采用数据合成技术获得高分辨率的物体轮廓信息。

根据上述的发明构思，本发明采用下述技术方案：

一种基于数字微镜和数据合成技术的透明物体或反射物体的形貌测量装置，由一个数字微镜、一个由激光器、准直透镜和可调光阑构成的光源照射系统、二个带CCD摄像机的图像接收系统和两个反射镜或两个半透半反射镜组成，其特征在于从光源照射系统来的光束经数字微镜的光束调制、反射和分光后，经两个反射镜的反射或经两个半透半反射镜的分光后，照射待测透明物体或反射物体，其透射光或反射光，直接或再经两个半透半反射镜由图像接收系统的二个CCD摄像机接收，实现对待测物体的高分辨率轮廓测量。

上述的光源照射系统的结构是：从所述的激光器出射的扩散光束经准直透镜后变成平行光束，可调光阑控制出射光束口径，垂直入射到数字微镜；所述的数字微镜的光束调制、反射和分光是：数字微镜与一个计算机相连，在计算机的控制下对光的强度进行调制，数字微镜安装在三维调整支架上，对数字微镜反射面方向进行多自由度调整；光束垂直其表面照射，在两个对称24度方向反射两束共轭光。

上述的带二个CCD摄像机(7、8)的图像接收系统的结构是：光束垂直入射到数字微镜，在两个对称24度方向反射两束共轭光，分别经反射镜反射后，投射到待测透明物体，透射至两个CCD摄像机接收。

上述的带二个CCD摄像机的图像接收系统的结构是：光束垂直入射到数字微镜，在两个对称24度方向反射两束共轭光，分别经两个半透半反射镜反射后，投射到待测反射物体，反射到两个半透半反射镜后再透射至两个CCD摄像机接收。

上述的两个CCD摄像机连接一个计算机。

一种基于数字微镜和数据合成技术的透明物体或反射物体的形貌测量方法，采用上述的基于数字微镜和数据合成技术的透明物体或反射物体的测量装置进行测量，其特征在于对测得的数据进行数据处理的方法分两步进行：首先分别获得两个分支光路的轮廓分布，然后采用坐标转换技术将两组轮廓数据统一到一个坐标系下，获得物体的全部轮廓信息。

在上述的测量方法中，测量时，先要进行系统调整，系统调整方法应保证两个坐标原点相交，同时坐标系之间只有一个转角α的旋转，没有其它坐标变化；进行参数标定，测量出该转α的大小。

本发明与其他非接触式轮廓测量方法相比较，具有如下特点：发明中利用了数字微镜的特点，在测量系统中起到反射镜、分光镜、光束调制器等多种作用，简化了系统结构，提高了测量动态性。同时在单测量方向数据处理方法上，采用了相移处理技术和数字同轴全息技术，不需要一般条纹扫描方法中的复杂坐标转换和标定。由于采用了双幅数据合成方法，提高了系统测量分辨率。

附图说明

图1是实现透明物体测量的系统原理示意图。

图2是实现反射物体测量的系统原理示意图。