[发明专利]一种高分辨曲面工业成像设备及成像方法

权利要求书

1.一种高分辨曲面工业成像设备，其特征在于：包括计算机、曲面扫描运动子系统、扫描位置传感器、光学镜头和场曲自适应线阵探测器模块；所述曲面扫描运动子系统用于根据计算机规划的扫描路线实现其曲面相对光学镜头的相对运动，扫描位置传感器用于实时探测曲面扫描运动子系统的曲面的当前扫描位置； 计算机根据曲面扫描运动子系统的曲面的实时扫描位置对经过光学镜头后的弯曲像面进行计算, 得到场曲自适应线阵探测器模块中的各个线阵探测器与弯曲像面相匹配的位置；场曲自适应线阵探测器模块控制其各线阵探测器运动到与弯曲像面重合位置, 实现高分辨率成像。

2.根据权利要求1所述的高分辨曲面工业成像设备，其特征在于：所述光学镜头采用物方和像方30倍景深/焦深的离焦范围的光学镜头。

3.根据权利要求1所述的高分辨曲面工业成像设备，其特征在于：所述场曲自适应线阵探测器模块包括促动器,机械结构和若干条线阵探测器，所述促动器与计算机相连以接受来自计算机的运动控制指令，所述机械结构用于将多条线阵探测器和促动器进行连接,并在促动器运动下带动线阵探测器运动。

4.根据权利要求1所述的高分辨曲面工业成像设备，其特征在于：所述线阵探测器分为两组, 在垂直于线阵和光轴方向上以线阵探测器宽度的1-2倍间距开, 并在沿线阵方向上有10%-40%重叠。

5.一种用上述的高分辨曲面工业成像设备进行成像的方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：

（1）曲面扫描运动子系统用于根据计算机规划的扫描路线实现其曲面相对光学镜头的相对运动，扫描位置传感器用于实时探测曲面扫描运动子系统的曲面的当前扫描位置；

（2）计算机根据曲面扫描运动子系统的曲面的实时扫描位置对经过光学镜头后的弯曲像面进行计算, 得到场曲自适应线阵探测器模块中的各个线阵探测器与弯曲像面相匹配的位置；

（3）场曲自适应线阵探测器模块控制其各线阵探测器运动到与弯曲像面重合位置, 实现高分辨率成像。

6.根据权利要求5所述的高分辨曲面工业成像设备进行成像的方法，其特征在于：步骤（2）中所述计算机根据曲面扫描运动子系统的曲面的实时扫描位置对经过光学镜头后的弯曲像面进行计算, 得到场曲自适应线阵探测器模块中的各个线阵探测器与弯曲像面相匹配的位置的具体方法是：

计算机计算得到弯曲后像面上各点的焦深范围,焦深为y=x×F_#, 其中x为像方分辨率,F_#为所用镜头的光圈数，弯曲像面在扩展至其焦深范围内后所形成的体积范围内,获得符合成像分辨率要求的图像。

7.根据权利要求5所述的高分辨曲面工业成像设备进行成像的方法，其特征在于：步骤（3）中场曲自适应线阵探测器模块控制其各线阵探测器运动到与弯曲像面重合位置，具体是：

使用多条直线段的线阵探测器接收该图像时, 线阵探测器完全位于上述体积范围内的部分才可获得符合要求的图像分辨率, 通过分别调整各线阵扫描片段位置以及方向,在全直线段范围内均满足,或使得满足该范围的线段长度最大, 以尽可能扩大对曲面的单帧成像范围,单段线阵探测器的成像线段长度为max(XI, y^2/R’), 其中max为取最大值,XI为单段线阵探测器的感光区有效长度,y为焦深,R’为像面曲率半径；

将线阵探测器分为两组, 在垂直于线阵和光轴方向上以线阵探测器宽度的1-2倍间距错开, 并在沿线阵方向上有10%-40%重叠时：

在物体曲率半径使得关系式y^2/R’=XI满足的情况下, 整个探测器范围内均可实现高分辨率成像；

当上述关系式不能满足y^2/R’XI, 扫描成像模式下获得多条带状区域, 在路径规划中每扫描一组带状区域后沿线阵方向移动ΔX, ΔXy^2/R’, 进行n次扫描,n=X/(y^2/R’), 引入错位的准平行路径并通过拼接仍可获得完整图像。