[发明专利]三通道偏振信息采集系统

说明书

本发明公开了三通道偏振信息采集系统，包括以下步骤：步骤一、设计偏振信息采集系统；步骤二、光学追迹和仿真；步骤三、建立光路模型，本发明通过三通道偏振信息采集系统对被测物体进行偏振信息采集，通过求解Stokes矢量可以得到原始光强，配合高感光度CMOS传感器，可以在黑暗区域获得高质量的光栅图像，消除偏振片的衰减效果；通过三个不同角度偏振片获得的偏振信息可以选择饱和像素和该像素的最佳非饱和通道，完成高亮区域的精确测量，该系统不仅能够大大提高测量的动态范围，还能够同时精确测量黑暗区域和高亮区域，在工业测量，缺陷检测，逆向工程，文物保护的领域有着巨大的应用潜力。

技术领域

本发明涉及信息采集领域，具体为三通道偏振信息采集系统。

背景技术

客观世界是以三维的形式存在的，在观察和认识世界的过程中，双眼和大脑将观测的画面以立体的形式呈现在我们的认知中，随着科技的发展，人类对物体进行信息采集时，已经不满足于通过传感器得到物体的二维信息，如何获取物体的三维信息成为研究的热点，其中，数字光栅投影三维测量技术是非接触式三维成像和测量技术中最具代表性的一种，因为其精度高、分辨率高、成本较低、速度快等特点，已成为应用最广泛的三维测量技术。

但是，传统的三维测量技术存在以下缺点：

(1)三维测量技术在测量表面为非漫反射物体时特别是高反光面物体，由于表面反射率不同，采集到的图像会产生局部黑暗或局部高亮区域，这些区域获得的光栅信息难以用于测量的计算，大大限制了该技术的应用范围；

(2)部分三维测量技术上增加偏振，例如基于镜面反射的偏振三维成像技术和基于漫反射的偏振三维成像技术，虽然可以有效的解决高反光面的测量问题，但是由于偏振片的衰减作用，黑暗区域的信噪比较低，需要结合多曝光技术才能得到较好的测量结果，限制了该技术在表面反射率变化较大时的测量精度。

发明内容

本发明的目的在于提供三通道偏振信息采集系统，以解决上述背景技术中提出的三维测量技术在测量表面为非漫反射物体时特别是高反光面物体，由于表面反射率不同，采集到的图像会产生局部黑暗或局部高亮区域，这些区域获得的光栅信息难以用于测量的计算，大大限制了该技术的应用范围；部分三维测量技术上增加偏振，例如基于镜面反射的偏振三维成像技术和基于漫反射的偏振三维成像技术，虽然可以有效的解决高反光面的测量问题，但是由于偏振片的衰减作用，黑暗区域的信噪比较低，需要结合多曝光技术才能得到较好的测量结果，限制了该技术在表面反射率变化较大时的测量精度的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：三通道偏振信息采集系统，包括以下步骤：

步骤一、设计偏振信息采集系统：三等分棱镜组、像方远心光学系统、偏振片、高感光度CMOS传感器和数据采集处理电路五个部分组成偏振信息采集系统；

步骤二、光学追迹和仿真：采用ZEMAX光学设计软件进行光学追迹和仿真，设计出符合需求的三等分棱镜组和像方远心系统参数；

步骤三、建立光路模型：建立三等分光路并通过优化结构模型参数保证三路光线聚焦位置，得到实时且共视场的三通道成像系统；

步骤四、三维测量系统搭建：偏振信息采集系统与工业投影仪结合；

步骤五、对系统部件进行标定：对三通道偏振信息采集系统光强误差标定、三通道偏振信息采集系统畸变标定、投影仪畸变标定和系统标定；

步骤六、偏振信息采集：分别通过三片偏振片获取三个不同方向的偏振分量进行偏振信息采集，得到共视场的三路偏振信息；

步骤七、传感器成像：三片偏振片配合高感光度CMOS传感器进行成像；

步骤八、物体信息采集：将编码光栅投影在高反光物体上，根据三偏振通道的光强分布并计算出高反光物体的三维测量结果。