[发明专利]一种快速高精度高光谱深度成像系统

说明书

本发明公开一种快速高精度高光谱深度成像系统，包括投影结构光形貌探测模块，前置成像单元，可调谐滤波光谱扫描模块，信息处理单元。三维形貌数据和不同波段的光谱图像即可融合成四维高光谱形貌模型。本发明结合可调谐滤波片光谱探测和结构光光谱形貌探测于一体，克服了其他设备采集速度慢，设备单一分离，数据融合误差大等缺点。本发明兼具速度（采集速度：优于1秒）和精度(三维重建精度:优于30微米和光谱分辨率数nm)上的双重优势，经过设计缩小了可调谐滤波片得体积，大大降低了成本和占用空间。本发明在实时光谱形貌探测的领域上具有重要应用价值。

技术领域

本发明属于光学技术领域，具体涉及一种快速高精度高光谱深度成像系统。

背景技术

随着材料科学、制造工艺和工业发展水平的不断提高，人们对于工业零部件的要求越来越高，不论是使用感受，还是美观程度都提出了更高的要求。工业零部件作为各种工业产品的组成部分，其外观质量也直接影响着最终产品的档次和精度水准。

工业零部件由于其生产环境和制作工艺，不可避免会产生一些表面缺陷，会对其整体品质造成影响，随着对于工业生产的要求逐渐提高，工业零部件的缺陷检测以及筛查越来越不可缺失。工业零部件面品缺陷，主要包括尺寸精度差异和表面质量缺陷。

过去数十年，国内对工业零部件缺陷机器视觉检测主要以二维图像特征提取识别为主。随着激光扫描技术的发展，三维形貌识别也逐步应用于缺陷的立体检测中，提供更丰富的空间尺度信息，进而提高检测的准确率。传统接触式三维形貌测量因探头容易划伤样品及低效的点扫描方式，而逐步被光学非接触式方法所替代。光学三维视觉测量方法的种类主要分为：摄影测量法、飞行时间法、三角法、投影条纹法、成像面定位法、干涉测量法等，共聚焦三维扫描。其中共聚焦三维测量相对于其他方法具有更高的测量精度，然而传统的共聚焦三维扫描面临着扫描效率低，仅仅能扫描三维空间点信息。缺少光学特性的信息来判断缺陷的种类。

不仅仅是分析待测样品几何形状的不同，如果还需要探测材质的差异，高光谱成像技术是一种适合的手段。高光谱成像是指一种能够采集连续上百个波段的成像方式，其获取的图像上的每一个像素点都对应着一条光谱曲线。高光谱成像技术集合了成像技术和光谱技术的优点，在信息的丰富程度上有了极大的提高。因此对待测物体的三维形貌探测结合光谱探测对分析物体几何结构和光学具有重大帮助。然而现有结合两种探测的设备大多采集速度慢，设备单一分离，数据融合误差大，在实时高精度光谱形貌探测领域中很难有实际的应用价值。

发明内容

为了解决上述等问题，本发明公开一种快速高精度高光谱深度成像系统，包括投影结构光形貌探测模块，前置成像单元，可调谐滤波光谱扫描模块，信息处理单元。信息处理单元控制可调谐滤波片保持固定波长透过。投影仪每投影一副条纹图案到待测样品表面，同时发出触发信号控制相机采集条纹图像用于三维形貌重建。信息控制单元收到所有条纹投影结束得信号时，经过宽带光源的照明，控制可调谐滤波片进行波段扫描，相机采集所有扫描波段得光谱图像。三维形貌数据和不同波段的光谱图像即可融合成四维高光谱形貌模型。因为大面积的可调谐滤波片制作难成本高， 我们将可调谐滤波片放置于光路的某个焦点位置附近，可以大大减小可调谐滤波片的面积，降低了成本。

本发明的有益效果：本发明结合可调谐滤波片光谱探测和结构光光谱形貌探测一体，克服了其他设备采集速度慢，设备单一分离，数据融合误差大等缺点。本发明兼具速度（采集速度：优于1s）和精度(三维重建精度优于30微米和光谱分辨率为数nm)上的双重优势，经过设计缩小了可调谐滤波片得体积，降低了成本和占用空间。本发明在实时光谱形貌探测的领域上具有重要应用价值。

附图说明

图1是一种快速高精度高光谱深度成像系统原理示意图

如图1所示，图中，光机投影组件1，透镜2，成像透镜3，可调谐滤波片4，准直透镜5，聚焦透镜6，相机7，信息处理单元8，宽带光源9。

图2是一种快速高精度高光谱深度成像系统对西兰花进行高维成像结果示意图。

具体实施方式