[发明专利]一种自标定阴影莫尔三维轮廓测量方法

摘要

本发明属于光学精密测量技术领域，具体涉及一种自标定阴影莫尔三维轮廓测量方法，依次包括下述步骤：第一步：将被测物体置于测量空间，开启光源，并使用摄像机记录产生的条纹图；第二步：运用精密位移台以预定义的距离等步长移动光栅两次，并记录每次移动后产生的条纹图；第三步：对采集的条纹图进行预处理：运用条纹降噪的方法去除图像中的高频噪音信号；第四步：对条纹图信号的相位进行解调处理；第五步：运用去包裹方法对上面提取的测量相位进行相位展开；第六步：根据解算的相位和测量灵敏度利用下式进行相位‑高度映射，完成本次测量任务。本发明的测量方法仅需要测量三帧条纹图，节约了测量时间，本发明测量方法的计算过程准确、方便。

主权项

1.一种自标定阴影莫尔三维轮廓测量方法，其特征在于:依次包括下述步骤：第一步：将被测物体置于测量空间，开启光源，并使用摄像机记录产生的条纹图；第二步：运用精密位移台以预定义的距离等步长移动光栅两次，并记录每次移动后产生的条纹图；第三步：对采集的条纹图进行预处理：运用条纹降噪的方法去除图像中的高频噪音信号；第四步：对条纹图信号的相位进行解调处理：设A(x,y)为背景，B(x,y)为调制项，φ(x,y)为相位，δ为相移，n为时域条纹序号，则摄取的条纹图光强分别可表述为：In(x,y)＝A(x,y)+B(x,y)cos[φ(x,y)+nδ],(n＝0,1,2)  (1)为了表述清晰，下面的推导过程省略坐标项(x,y)；首先应用运用条纹互减去除背景项，得到的新条纹表述为：进一步对新条纹进行加、减运算得：显然(3)式振幅不等，因此对其进行正则化，并约掉常数项得：式中代表了矩阵范数运算，其中，m、n为条纹图大小；采集的条纹图中条纹数目大于1，根据三角函数积分计算特点知，上述矩阵范数近似相等,因此可得：进而，得：θ＝φ+δ/2＝arctan(IN1/IN0)  (6)将(6)式带入(3)式，得：δ＝arctan[Is·tan(IN1/IN0)/Ia]  (7)因此得测量相位为：φ＝θ‑δ  (8)第五步：运用去包裹方法对第四步得到的测量相位进行相位展开；第六步：根据解算的相位和测量灵敏度利用下式进行相位‑高度映射，完成本次测量任务；设测量系统灵敏度为s,根据阴影莫尔相位‑高度映射关系得：上式中参数分别表示：l为光源‑CCD平面与参考光栅的距离、d为光源与CCD的距离、△l为相移时光栅移动距离和p光栅常数。