[发明专利]一种条纹投影检测平面元件面形方法及装置

摘要

一种条纹投影检测平面元件面形方法及装置，首先，用张氏标定法求出CCD相机的像素坐标与镜面像素坐标间的映射关系即内外参数矩阵，得到平面元件表面各点的坐标；其次，用相移展开算法对CCD相机拍摄得到的变形正弦条纹图进行相位展开，得到第二显示器上对应变形条纹上各点的坐标；然后，将得到的相机针孔坐标，平面元件表面各点的坐标和第二显示器上对应各点的坐标带入平面元件的斜率计算公式中，得到平面元件表面的斜率数据；最后，用Zernike多项式重建平面元件表面的波前信息。该检测方法的系统结构简单，可实现高精度测量。

主权项

1.一种条纹投影检测平面元件面形的相位测量偏折术(PMD)测试装置包括：CCD相机、相机针孔、第二显示器、平面元件、计算机、直线导轨、普通显微镜、靶标针尖、第一显示器组成；其中，CCD相机、相机针孔、第二显示器、平面元件、计算机组成检测系统，直线导轨、普通显微镜、靶标针尖、第一显示器组成标定调整系统；相机针孔位于CCD相机镜头最前端，第二显示器所在平面与平面元件所在的平面平行；一种条纹投影检测平面元件面形的相位测量偏折术(PMD)测试方法的具体检测步骤如下：步骤1：实验设备姿态调整和标定参数测量利用直线导轨和普通显微镜对第一显示器和第二显示器进行位置姿态调整，分别测量相机针孔坐标(xc,yc)和靶标针尖的位置坐标；在第二显示器显示标记点，并测量该标记点坐标；步骤2：CCD相机标定首先，在调整好的第一显示器上显示棋盘格图像，并将第一幅图像精确调整到平面元件所在平面的位置，使用直线导轨和普通显微镜测量棋盘格上的标记角点坐标；其次用CCD相机进行拍摄得到不同俯仰和倾斜角度变化的棋盘格图像；最后利用摄像机标定方法计算得到CCD相机的内外参数矩阵；步骤3：计算平面元件表面对应像素点的世界坐标(xm,ym)将步骤2得到的CCD相机内外参数矩阵和设定的CCD相机像素矩阵带入(1)式二者的投影关系中，计算出CCD相机每一个像素对应的平面元件表面对应像素点的世界坐标：式中s为比例因子，(u,v)为图像坐标，(xm,ym)为与图像坐标(u,v)对应的世界坐标，H为由CCD相机的内外参数组成的单应矩阵；步骤4：计算变形正弦条纹图对应第二显示器上各像素点的世界坐标(xs,ys)在第二显示器上依次显示水平和竖直方向相位不同的正弦条纹图，同时将正弦条纹图投影到平面元件表面，将CCD相机调焦，使其对平面元件表面成清晰像，采集由平面元件表面反射的变形正弦条纹图，最后利用相移算法计算第二显示器上对应变形条纹上各对应像素点的世界坐标；步骤5：计算平面元件表面斜率将步骤1中得到的(xc,yc)，步骤3中得到的(xm,ym)和步骤4中得到的(xs,ys)带入(2)式和(3)式中，计算得到平面元件表面各像素点的斜率数据：式中，gx和gy分别为入射光线在平面元件表面上x和y方向的斜率，dm2c为光线入射到平面元件上的各像素点与CCD相机间的距离，dm2s为光线入射到平面元件上的各像素点与第二显示器上对应像素点间的距离，zm2c为光线入射到平面元件上的各像素点与CCD相机在Z轴方向的距离，zm2s为光线入射到平面元件上的各像素点与第二显示器上对应像素点在Z轴方向的距离；步骤6：面形重建根据平面元件表面各点的斜率数据，利用Zernike多项式重建平面元件的表面面形。