[发明专利]基于振幅型透射光栅投影的三维内窥测量装置和方法

权利要求书

1、一种基于振幅型透射光栅的三维内窥测量装置，其特征在于由LED光源(5)、准直透镜组(4)、振幅型透射光栅(3)、投影微透镜组(2)、微型面阵CCD相机(6)、导线(7)、LED光源供电模块(8)、信号传输线(9)、图像采集卡(10)、数据传输线(11)和计算机(12)构成，各部件的连接关系是：所述LED光源电源模块(8)经过导线(7)与所述的LED光源(5)连接，所述的LED光源(5)发出的光束依次经所述的准直透镜(4)和振幅型透射光栅(3)形成和投影微透镜组(2)，照射在待测目标表面，由所述的微型面阵CCD相机(6)采集被待测目标三维面形调制的光栅投影条纹，所述的微型面阵CCD相机(6)经信号传输线(9)、图像采集卡(10)、数据传输线(11)进入计算机(12)，所述计算机(10)具有相应的图像处理和三维面形重构算法和软件，所述的投影微透镜组(2)、振幅型透射光栅(3)、准直透镜组(4)、LED光源(5)和微型面阵CCD相机(6)都集成在一直管套筒(13)之内。

2、根据权利要求1所述的基于振幅型透射光栅的三维内窥测量装置，其特征在于所述的微型面阵CCD相机(6)的光轴和投影微透镜组(2)的光轴之间有一小夹角，该夹角的取值范围为10°～15°。

3、利用权利要求1所述的基于振幅型透射光栅的三维内窥测量装置的测量方法，包括下列步骤：

①采集参考平面上的光栅条纹图像：

测量物体三维面形之前，首先利用微型面阵CCD相机(6)和图像采集卡(10)采集一幅参考平面上的光栅条纹图像，

存储于所述的计算机(12)中；

②采集待测目标上的形变光栅条纹图像：

将所述的微型面阵CCD相机(6)对准待测目标，调整位置，使待测目标在该微型面阵CCD相机(6)上清晰成像，采集待测目标三维面形调制而产生形变的光栅条纹图像存储于所述的计算机(12)中；

③所述的计算机(12)计算两幅图像位相差，重构待测目标的三维面形：

·采集参考平面条纹图像，对图像进行处理，得到参考平面条纹图像的复数信号：

g^0(x,y)=A1r0(x,y)exp(i2πf0x+φ0(x,y)),]]>并存储在所述的计算机(12)中；

·采集测量目标调制的形变条纹图像，对图像进行处理，得到形变条纹图像复数信号：

g^(x,y)=A1r(x,y)exp(i2πf0x+φ(x,y)),]]>存储在所述的计算机(12)中；

·将上述参考条纹图像的复数信号和形变条纹图像的复数信号代入下式进行计算：

得到两幅图像的相对位相差；

·由于计算机计算的反正切值位于[-π，π]，因此相对位相分布存在不连续跃变，要对计算的位相差进行相位展开；

·最后利用重构出所测目标的三维面形分布，

式中：r₀(x，y)、r(x，y)分别表参考平面和待测目标的表面反射率，A_n表示各级傅立叶级数的权重因子，和表示条纹图像未经调制和经过调制的位相分布，f₀表示振幅型透射光栅的光栅条纹的基频。