[发明专利]一种基于散斑图案的镜面物体三维测量方法

说明书

本发明公开了一种基于散斑图案的镜面物体三维测量方法，该测量方法首先利用计算机生成一幅散斑图，利用LCD屏幕将散斑图分别投影在参考镜面和被测镜面上，之后由成像系统分别采集，使用开源的2D DIC应用程序Ncorr来计算散斑的位移，通过直接建立散斑位移与高度之间的关系，得出被测镜面高度，恢复三维形貌。本发明相比传统的正弦条纹测量方法，大大减少了所需拍摄的图案，提高了测量效率；通过建立散斑位移与高度的直接关系，省去了梯度积分的过程，避免了梯度积分过程中的误差累计，克服了传统方法无法测量不连续镜面物体的缺点；且计算简单，控制灵活，操作简便，对镜面物体的测量有较高的鲁棒性，在精密测量中有潜在的应用前景和实用价值。

技术领域

本发明涉及一种光学三维测量方法，属于光电检测技术领域，具体涉及一种基于散斑图案的镜面物体三维测量方法。

背景技术

随着科技的进步，和精密制造行业的发展，传统的一维和二维测量技术已经无法适应现代化工业进程。如何快速、准确的获得具有高精度要求的产品的三维形貌，已经逐渐成为人们关注的热点。光学三维测量技术由于具有快速采集、非接触操作、全场测量和数据处理速度快等特点，在逆向工程、工业检测、虚拟现实、医学工程、文物保护等领域中得到了广泛应用。而现代工业生产制造过程中，存在很多的表面为镜面或类镜面物体，如光学元器件表面、抛光的汽车车身、抛光模具、手机外壳、太阳能电池板等，这些领域对于镜面物体的三维形貌测量有着很大的需求。并在市场的供求关系驱使下，镜面物体的三维测量快速成为焦点。由于镜面或类镜面物体的反射特性，传统的三维面形检测不能满足对于镜面或类镜面物体精密加工的要求，况且现在的镜面在线检测技术研究还处于初级阶段。因此，研究镜面物体的三维形貌的测量，对于工业发展具有很重要的研究意义和广阔的发展前景。

数字图像相关(DIC)是一种基于数字图像处理的光学测量方法，被广泛应用于实验力学领域。DIC一般可以分为两种：二维(2D)DIC和三维(3D)DIC。2D DIC通常是用一台相机记录物体表面形变前后的散斑分布图，再通过相关算法计算前后两幅图的散斑位移，其中就包含了物体的形变信息，也可以用来进一步分析应力。而3D DIC是使用两个相机，基于双目立体视觉原理，采用三维数字图像相关方法，可对被测物体表面的三维形貌和载荷作用下的三维变形场进行测量。DIC发展至今，在算法优化和散斑质量评估方面取得了长足的进步，图形亚像素匹配精度已经超过了0.01pixel。

发明内容

本发明的目的是在于提供一种基于散斑图案的镜面物体三维测量方法，通过以下技术方案实现。

一种基于散斑图案的镜面物体三维测量方法，包括以下步骤：

步骤一、利用计算机生成一幅散斑图；

步骤二、通过投影设备LCD将散斑图依次投影在参考镜面和被测镜面上，分别由CCD相机采集，再通过精密平移台移动投影设备LCD一段距离，再由投影设备LCD将散斑图依次投影在参考镜面和被测镜面上，再分别由CCD相机采集，此时共采集到四张散斑图，分别为投影设备LCD处于第一位置被测镜面和参考镜面反射的两张散斑图与投影设备LCD处于第二位置被测镜面和参考镜面反射的两张散斑图；其中，投影设备LCD放置在两个不同的位置时，投影设备LCD的屏幕都与参考镜面平行；

步骤三、使用开源的2D DIC应用程序Ncorr来计算散斑的位移，通过建立的散斑位移与高度之间的直接关系，得出待测镜面高度，恢复三维形貌。

优选的，所述步骤一中，散斑图的子集梯度强度平方和(SSSIG)不低于1×10⁵。

本发明的优点在于：

1、本发明将散斑图案引入到镜面物体的三维测量中，大大减少了所需要拍摄和处理的图片数量，极大提高了测量效率；