[发明专利]基于格里诺型体式显微镜的三维显微表面轮廓测量方法

摘要

本发明公开了一种基于格里诺型体式显微镜的三维显微表面轮廓测量装置及其方法，通过将相机、投影仪安装到格里诺型体式显微镜的两个成像光路中，实现了主动结构光三维显微表面轮廓测量。在测量时对测量系统的标定首先结合相移轮廓测量技术对显微镜投影光路进行高度与条纹相位之间的非线性拟合标定，然后使用透视模型对相机光路的内外参数进行标定，进而得到相机的单应性矩阵，待测物体三维点云数据的高度分布信息通过高度与相位之间的关系求得，然后物体三维点云数据的横向位置分布通过求解相机单应性矩阵决定的方程组获得。本发明简洁高效并且低成本的优点，通过投影多组相移周期条纹，结合系统标定参数即可快速获取微小物体表面的三维点云数据。

主权项

1.一种基于格里诺型体式显微镜的三维显微表面轮廓测量方法，其特征在于包括测量装置的系统标定和待测物体表面轮廓测量步骤，其中测量装置的系统标定分为两个步骤，即第一步，相位‑高度标定非线性拟合的系数标定部分，将平面标定板在若干个不同的设定高度z1…zn放置，通过N步相移算法和多频(hierarchical)相位解包裹算法求得每个高度位置平板的相位分布φ1…φn，利用非线性拟合得到相机每个像素点(u,v)的高度与相位关系：其中，z代表像素点(u,v)拍摄到的物体的高度值，φ代表使用N步相移算法和多频(hierarchical)相位解包裹算法求得的相位，m1,n1,m0表示需要标定的非线性拟合的系数；m1,n1,m0由下式求得：‘+’表示求解广义逆矩阵；第二步，相机参数的透视模型单应性矩阵标定部分，对相机(1)的参数进行透视模型标定：使用相机光路对若干组标定板随机姿态进行拍摄，从拍摄到的图像中提取特征点并利用透视模型建模：[u,v,w]T＝M[R,T]X＝HX    (3)其中，H表示需要求解的单应性矩阵，其由相机内参矩阵和外参矩阵相乘得到，w表示相机空间的缩放因子，M代表相机的内参矩阵，[R,T]表示相机的外参矩阵，X表示标定板的特征点世界空间坐标；根据从不同姿态的标定板中提取的若干组特征点信息(u,v,w)和X求得M,R,T，进而由式(3)得到单应性矩阵H。