[发明专利]相位信息读取方法及其三维形貌测量系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种相位信息取得技术，尤其是指一种利用可贴近具有相位信息的频谱区域外形的中通滤波器以滤取还原相位所需的相位信息的一种相位信息读取方法及其三维形貌测量系统。

背景技术

随着科技的日新月异和工业生产的发展，对表面轮廓、几何尺寸、粗糙度、自由曲面的测量越来越重要，精度的要求也越来越高，但是目前重要的线上测量问题，易受环境扰动的影响而产生测量误差。所以具有三维形貌测量及即时测量能力的技术日趋重要。

例如在美国公开申请案US.Pat.No.4,768,881所揭露的一种应用于傅立叶转换三维形貌测量技术，其是利用干涉条纹投射至待测物上，再通过影像读取单元读取其影像，所述技术是使用方形的影像选取器将方形外的空间影像信息滤除，接着转到频域执行中通滤波的部分，得到其相位信息进而重建物体的三维形貌。此外，另一现有技术如Cédric Bréluzeau等人提出的″Automatedfringe-pattern extrapolation for patterned surface profiling byinterference microscopy with Fourier transform analysis，″Proceedingsof SPIE，vol.5858，2005，其是利用一可调式中通滤波器，设定相关阀值来达到最佳的滤波效果，避免引入三维重建的测量误差。在所述技术中，虽有揭露不同形状的滤波器，但所述滤波器的形状仅涵盖相位频谱信号较强的邻近频谱区域，并非涵盖全部具有相位信息的频谱区域，因此所还原的表面形貌的结果恐有真实形貌重建失真的问题出现，尤其对于具有锐角的物体形貌而言，所述问题更易出现，进而影响三维影像测量的结果。

不过前述技术虽然在频谱影像中利用中通滤波器读取频谱影像中关于相位信息的区域以利进行演算，进而还原待测物影像。然而，现有的二维翰林(2-D Hanning filter)或者圆形(circular)中通滤波器，其所读取到的频谱影像范围并无法完整涵盖关于待测物相位信息的区域，因此在后续的还原运算以重建待测物表面形貌的结果，即会与待测物实际的形貌特征(尺寸或形状)有所差异，进而影响检测的结果。如图1A至图1G所示，所述图为现有的利用圆形滤波器对球形待测物进行表面形貌还原的各阶段影像图。其中，图1A为对球形待测物投射具有条纹结构光所读取空间域(spatial domain)的影像。图1B为对图1A的影像进行傅利叶转换所得到频域(frequency domain)的频谱影像。然后在图1B的影像对应正一阶或负一阶频谱的区域，利用一圆形中通滤波器(如图1C所示)滤得一频谱信息。然后对所述频谱信息进行傅立叶反转换即可得到对应的相位封装图，如图1D所示。为了让还原的不连续状态接合得到连续的相位分布，因此必须再利用尤拉转换演算以及相位还原技术(phaseunwrapping)，以还原得到连续的相位影像(如图1E所示)，进而重建待测物的表面形貌。如图1F与图1G所示，其中图1F为待测物的三维立体还原影像，而图1G为待测物剖面影像。以图1H至图1L所示，其中图1H为具有阶高的块规结构。根据图1H得到空间域(spatial domain)的条纹影像图1I之后，利用傅利叶转换而得到频域(frequency domain)的频谱影像，如图1J所示。根据前述的Cédric Bréluzeau等人提出的圆形中通滤波器所得的频谱信息进行傅立叶反转换即可得到对应的相位封装图，再利用尤拉转换演算以及相位还原技术(phase unwrapping)，以还原得到连续的相位影像，进而重建待测物的表面形貌。如图1K与图1L所示，其中图1K为待测物的三维立体还原影像，而图1L待测物剖面影像。根据所述剖面轮廓结果，可以发现利用圆形滤波器所得的阶高结构边缘已经因为失真而呈现圆弧状，不具有直角的结构。

综合上述，因此亟需一种相位信息读取方法及其三维形貌测量系统，来解决现有技术所产生的问题。

发明内容

本发明的一目的是提供一种相位信息读取方法，其是在一频谱影像中利用可贴近于具有相位信息的一频谱区域的外形的中通滤波器来读取频谱信息，然后对所述频谱信息进行演算以得到关于待测物的相位信息，进而根据所述相位信息还原所述待测物的形貌。通过椭圆形可以将频谱影像中关于相位信息的影像完整取出，使得影像还原时得到的表面形貌误差更低。