[发明专利]一种面向表面缺陷检测的视觉信息采集装置及方法

权利要求书

1.一种面向表面缺陷检测的视觉信息采集装置，其特征在于，包括：

空间正交化结构光照明单元，所述空间正交化结构光照明单元光路为单像素成像结构，能够将其加载的振幅调制图像通过照明光投影共轭到成像目标的特定对焦面，完成对成像目标的像素级照明；

角度分离光路单元，所述角度分离光路单元用于在角度维度对成像目标的辐射光进行分离；

图像传感器单元，所述图像传感器单元设置有多个光强采集区域以采集多个光强值，用于接收所述空间正交化结构光照明单元照明成像目标后由成像目标发射、并由角度分离光路单元分离的辐射光，以重构成像目标的空间光强分布和多角度的光强分布；所述图像传感器单元上设置有偏振掩膜，以实现对成像目标偏振特性的采集。

2.如权利要求1所述的面向表面缺陷检测的视觉信息采集装置，其特征在于，所述空间正交化结构光照明单元包括：

平行光输出部件、数字微镜器件(4)、投影透镜(7)、分光镜(8)、孔径光阑(9)；

其中，平行光输出部件发出平面光波前，径直入射数字微镜器件(4)，所述数字微镜器件(4)用于调制所述平面光波前的光强，调制后的平面光波前经过投影透镜(7)、分光镜(8)、孔径光阑(9)将所述光强分布等比例压缩并入射到成像目标的特定对焦面，成像目标表面被照明物点处发生漫反射，形成成像目标表面的辐射光。

3.如权利要求1所述的面向表面缺陷检测的视觉信息采集装置，其特征在于，所述角度分离光路单元包括大角度分离光路单元，所述大角度分离光路单元包括曲面反射镜(11)，成像目标处的特定对焦面与曲面反射镜(11)的物方焦面重合，对于成像目标的辐射光，曲面反射镜(11)会将同一方向角的光线汇聚到其像方焦面的相同点，以此在角度维度对辐射光进行分离。

4.如权利要求3所述的面向表面缺陷检测的视觉信息采集装置，其特征在于，所述大角度分离光路单元的辐射光方向角范围由以下公式表示：

其中，θ代表大角度分离光路单元所采集辐射光的方向角，l代表成像目标处的特定对焦面与曲面反射镜(11)的安装基准面的距离，a代表成像目标对应的线视场大小，曲面反射镜(11)为保证平行光的聚焦质量，规定了充分校正入射光平行光聚焦位置对应的像差的立体范围，该范围沿光轴方向的二维视图为圆环，d₁代表圆环的内圆直径，d₂代表圆环的外圆直径；圆环的内外圆沿光轴方向所在平面与安装基准面的距离分别为s₁和s₂。

5.如权利要求3所述的面向表面缺陷检测的视觉信息采集装置，其特征在于，所述角度分离光路单元还包括小角度分离光路单元，所述图像传感器单元包括小角度图像传感器(16)和大角度图像传感器(18)，所述大角度图像传感器(18)用于接收所述大角度分离光路单元发射的辐射光；所述小角度分离光路单元包括物镜(12)、线性光学信息处理系统，成像目标处的特定对焦面和物镜(12)的物方焦面重合，对于成像目标的辐射光，物镜(12)会将同一方向角的光线汇聚到其像方焦面的相同点，以此在角度维度对辐射光进行分离，所述线性光学信息处理系统能够将分离结果共轭到小角度图像传感器(16)上。

6.如权利要求5所述的面向表面缺陷检测的视觉信息采集装置，其特征在于，所述物镜(12)包括无限远共轭的显微镜组，所述无限远共轭的显微镜组能够实现对成像目标表面辐射光按照不同方向角进行分离并会聚；所述曲面反射镜(11)安装在所述显微镜组的前端面。

7.如权利要求5所述的面向表面缺陷检测的视觉信息采集装置，其特征在于，所述小角度图像传感器(16)和大角度图像传感器(18)均为CMOS图像传感器，所述小角度图像传感器(16)和大角度图像传感器(18)的感光平面刻蚀呈现5层以上的环分布的圆图案的掩膜，其中单个圆为单个光强采集区域。