[发明专利]一种基于条纹偏折的镜面物体三维面形检测系统及方法

权利要求书

1.一种基于条纹偏折的镜面物体三维面形检测系统，用于对待测镜面物体(4)进行三维面形检测，其特征在于，包括条纹显示模块(1)、透明平板(2)、标准平面镜(3)、图像采集器(5)和控制模块(6)；

所述的待测镜面物体(4)设置在标准平面镜(3)的正面一侧，与标准平面镜(3)相连；

所述的条纹显示模块(1)与标准平面镜(3)平行设置，且条纹显示模块(1)的中心偏离待测镜面物体(4)的光轴设置；

所述的透明平板(2)与条纹显示模块(1)平行，设置在条纹显示模块(1)与待测镜面物体(4)之间；

所述的条纹显示模块(1)和图像采集器(5)分别与控制模块(6)相连；

所述的条纹显示模块(1)中条纹发出的光透过透明平板(2)后分别被标准平面镜(3)和待测镜面物体(4)反射至图像采集器(5)处，由图像采集器(5)采集。

2.根据权利要求1所述的一种基于条纹偏折的镜面物体三维面形检测系统，其特征在于，所述的图像采集器(5)为针孔相机。

3.根据权利要求1所述的一种基于条纹偏折的镜面物体三维面形检测系统，其特征在于，所述的三维面形检测系统设有显示器(7)、存储器(8)、电源(9)和人机交互模块(10)；所述的显示器(7)、存储器(8)、电源(9)和人机交互模块(10)分别与控制模块(6)相连。

4.根据权利要求1所述的一种基于条纹偏折的镜面物体三维面形检测系统，其特征在于，所述的控制模块(6)为CPU。

5.根据权利要求1所述的一种基于条纹偏折的镜面物体三维面形检测系统，其特征在于，所述的条纹显示模块(1)为条纹显示屏。

6.根据权利要求1所述的一种基于条纹偏折的镜面物体三维面形检测系统，其特征在于，所述的透明平板(2)为由透光材料制成的平板。

7.一种用于如权利要求1所述检测系统的基于条纹偏折的镜面物体三维面形检测方法，该方法为内嵌在计算机内的程序，其特征在于，包括：

步骤1：产生第一种正弦条纹，将正弦值随机赋给条纹显示模块(1)三基色中的一种或两种基色；

步骤2：获取由图像采集器(5)采集的经标准平面镜反射的第一标准条纹图以及经待测镜面物体反射的携带物体高度信息的第一变形条纹图；

步骤3：直接使用第一种正弦条纹并移走透明平板(2)，或者产生第二种正弦条纹；

步骤4：重新获取由图像采集器(5)采集的经标准平面镜反射的第二标准条纹图以及经待测镜面物体反射的携带物体高度信息的第二变形条纹图；

步骤5：获取第一标准条纹图、第二标准条纹图、第一变形条纹图和第二变形条纹图的相位分布；

步骤6：利用条纹的相位和高度关系进行镜面物体的三维面形重建。

8.根据权利要求7所述的一种基于条纹偏折的镜面物体三维面形检测方法，其特征在于，所述正弦条纹的颜色包括黑色和任意一种有彩色。

9.根据权利要求7所述的一种基于条纹偏折的镜面物体三维面形检测方法，其特征在于，所述的正弦条纹的方向为水平方向或垂直方向。

10.根据权利要求7所述的一种基于条纹偏折的镜面物体三维面形检测方法，其特征在于，所述的步骤6具体为：

首先确定像平面上任意像素点在条纹显示模块(1)上的同名相位点，即具有相同相位的点，其次由折射定律和三角关系来获得待测镜面物体(4)的高度h，高度h的计算方法为：

Δx_mr＝Δx₁-d(tanθ_1m-tanθ_1r)

其中，θ_m和θ_r分别为测量光线和标准光线分别透过透明平板(2)的光线出射平面的出射角；l为透明平板(2)出射平面与标准平面镜(3)之间的距离；d为透明平板(2)的厚度；θ_1m和θ_1r分别为透明平板(2)内测量光线和标准光线与法线的夹角；Δx₁为经标准平面镜(3)和待测镜面物体(4)反射的红光在显示屏上的间距；

最后根据条纹的相位和高度关系来进行镜面物体三维面形的重建。