本發(fā)明屬于圖像測量技術應用領域，特別涉及一種便攜式全自動連續(xù)變焦顯微圖像測量裝置。

背景技術：

目前實現(xiàn)物體表面微觀形貌測量的主要儀器設備有機械觸針輪廓儀，光學探針輪廓儀、光學輪廓儀、掃描電子顯微鏡ESM、掃描隧道顯微鏡STM及原子力顯微鏡AFM等。機械觸針式輪廓儀的測量范圍較廣，并具有0.1nm的縱向分辨率和0.2μm 的橫向分辨率，但由于觸針要在一定的壓力下同被測物體表面接觸，當測量鋁、銅等軟金屬表面或涂有光刻膠等鍍膜物體表面時，往往會在被測表面上形成劃痕，這不僅會產(chǎn)生較大的測量誤差，而且也影響到被測物體的表面質量。光學探針輪廓儀有著非接觸測量的優(yōu)勢，但光學探針輪廓儀在測量物體表面微觀形貌時，也需要一套結構非常復雜的高精度機械掃描機構，其測量分辨率仍受機械儀器振動、電路噪聲及機械掃描機構的運動誤差影響，且由于是逐點掃描，其測量效率也不高。

光學輪廓儀是一種典型的的非接觸測量設備， 具有較高的重復性和很好的測量精度。但采用不同測量方法的光學輪廓儀的缺點也很明顯，如采用結構光三角測量法時，由于采用的是單個光點或者單條窄光帶進行掃描，其測量效率低且對光源要求很高，同時散斑效應嚴重；采用傅里葉變換輪廓技術時，為避免頻域濾波時的頻譜混疊，只能測量物體表面形貌起伏較小的情況。SEM的橫向分辨率和縱向分辨率能達到2nm和10nm，但目前主要用于物體表面形貌的定性觀察，此外，SEM要求工作在真空環(huán)境下，操作復雜，測量花費時間長。STM和AFM具有機械和光學測量所無法比擬的超高分辨率，但高分率的同時帶來的問題是非常狹窄的測量區(qū)域，還有高難度的移動控制，且涉及的技術難題多，對操作環(huán)境要求苛刻，這些制約條件都限制了STM和AFM的推廣應用。

上述測量儀器設備有一個共同點就是設備是固定式的，與上述實現(xiàn)物體表面微觀形貌測量的主要儀器設備相比，便攜式全自動連續(xù)變焦顯微圖像測量裝置雖然目前尚存在分辨率低的局限性，但針對于工業(yè)產(chǎn)品檢測、電力系統(tǒng)維護、文物考古測量等諸多適用領域內物體表面微觀形貌測量來說，其分辨率已經(jīng)以經(jīng)可滿足相關技術要求，且便攜式全自動連續(xù)變焦顯微圖像測量裝置還具有連續(xù)性自動變焦、攜帶方便、操作簡單，圖像可在一定范圍內無線傳輸?shù)葍?yōu)點。

專利公開號為“CN101050949A”的中國專利公開了一種大視場物體微觀表面形貌的測量系統(tǒng)，該專利基于相移干涉技術，不具有便攜式全自動連續(xù)變焦顯微圖像測量裝置的所有優(yōu)點。專利公開號為“CN1971253A”的中國專利公開了一種數(shù)字全息顯微測量裝置，基于數(shù)字顯微全息技術，適用于測量透明物體，如活體細胞、相位物質的顯微結構等，不具有便攜式全自動連續(xù)變焦顯微圖像測量裝置易于攜帶、全自動、連續(xù)變焦、圖像無線傳輸?shù)膬?yōu)點。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明裝置的目的在于針對已有設備和技術的缺陷，提供一種便攜式全自動連續(xù)變焦顯微圖像測量裝置，其可用于實現(xiàn)對物體表面微觀形貌測量的全數(shù)字記錄，并利用圖像融合技術、三維模型重構技術和三維模型拼接技術的軟件算法生成全清晰、高精度的圖像，并從中提取被測物的表面參數(shù)，提高了測量效率，提升了測量的自動化程度，具有便攜性好、全自動、連續(xù)變焦、圖像可實現(xiàn)無線傳輸?shù)膬?yōu)點。

為達到上述目的，本發(fā)明采用下述技術方案：一種便攜式全自動連續(xù)變焦顯微圖像測量裝置，其特征在于，其由一個圖像信息采集與發(fā)送系統(tǒng)、一個圖像接收與處理系統(tǒng)和照明系統(tǒng)組成，所述圖像信息采集與發(fā)送系統(tǒng)包括鏡頭保護架、鏡頭模塊、連接架、圖像信息采集與發(fā)送模塊、電池；所述鏡頭保護架與鏡頭模塊的后半部分同軸安裝，內部空心，對內部的可伸縮鏡頭起到保護作用，所述鏡頭模塊包括前半部分的可伸縮鏡頭和后半部分的固定鏡頭，通過可伸縮鏡頭的左右移動調整內部兩片鏡片之間的距離以獲得不同的焦距組合；所述連接架利用螺紋連接鏡頭模塊和圖像信息采集與發(fā)送模塊；所述圖像信息采集與發(fā)送模塊由電荷耦合器件CCD（Charge-coupled Device，中文全稱：電荷耦合元件）、圖像無線傳輸模塊組成；所述電池連接在圖像信息采集與發(fā)送模塊的右邊，采用可拆卸的鋰電池；所述電池外殼上連接拍攝啟動按鈕，用以啟動測量裝置進行圖像序列的采集；所述連接架、圖像信息采集與發(fā)送模塊、電池組成可握持的手柄；所述圖像接收及處理系統(tǒng)由圖像無線接收模塊和計算機組成；所述照明系統(tǒng)包括光源、第二反射鏡、偏振片，所述光源發(fā)出的照明光通過第二反射鏡、偏振片對光的過濾處理后進入鏡頭模塊，再通過一片第一反射鏡對被測視場內的區(qū)域形成同軸照明。

優(yōu)選地，所述鏡頭保護架搭靠在一個被測工件上，所述鏡頭模塊的前半可伸縮部分對被測工件進行測量，所述鏡頭模塊內部安裝著鏡片組；所述照明系統(tǒng)連接在鏡頭模塊后半固定部分的上方，所述照明系統(tǒng)的光源發(fā)出照明光，光束通過第二反射鏡的反射和偏振器的過濾，到達鏡頭模塊內部的第一反射鏡，通過第一反射鏡對被測視場內的區(qū)域形成同軸照明；所述鏡頭模塊右邊連接著連接架，所述連接架右邊與圖像信息采集與發(fā)送模塊相連，照射在物體上的光束經(jīng)過反射到達電荷耦合器件CCD，所述電荷耦合器件CCD將所采集到的圖像通過無線發(fā)送模塊進行發(fā)送；所述圖像信息采集與發(fā)送模塊和電池相連；所述無線接收模塊接收無線發(fā)送模塊發(fā)出的圖像信息；所述無線接收模塊連接著計算機。

優(yōu)選地，所述鏡頭模塊與一個后行程開關擋圈、一個微型超聲波馬達、一個傳動系統(tǒng)支架、一個鏡頭支架、一個前行程開關擋圈、一個微型齒輪單元構成鏡頭驅動系統(tǒng)，所述傳動系統(tǒng)支架固定在鏡頭模塊后半固定部分，所述微型齒輪單元與傳動系統(tǒng)支架相固定，所述微型超聲波馬達安裝在微型齒輪單元上，通過精確控制超聲波馬達的轉速、轉角，再通過微型齒輪單元的傳動，帶動鏡頭模塊前半可伸縮部分旋轉，利用螺紋傳動實現(xiàn)前后直線移動，達到對被測工件對焦、自動連續(xù)變焦等操作的目的，所述鏡頭支架與鏡頭保護架相固定，所述鏡頭模塊前半可伸縮部分可在鏡頭支架中來回滑動，防止鏡頭伸出部分太長產(chǎn)生測量偏差，所述后行程開關擋圈、前行程開關擋圈固定在鏡頭模塊前半可伸縮部分上，對鏡頭模塊前半可伸縮部分進行位置限制，防止鏡頭撞上被測工件或者滑出傳動系統(tǒng)支架。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比較，具有以下實質性特點和優(yōu)點：一、傳統(tǒng)測量儀器設備有一個共同點就是設備是固定式的，本發(fā)明裝置能夠很方便的進行攜帶；二、該測量裝置能實現(xiàn)一鍵啟動后全自動操作，極大提高了測量效率；三、該測量裝置能夠實現(xiàn)一鍵啟動后自動連續(xù)變焦，對視場范圍內的區(qū)域連續(xù)成像，自動得到一系列相關聯(lián)的圖像序列；四、采集得到的圖像可在一定范圍內無線傳輸，避免現(xiàn)場測量時需要大量的輔助設備，極大方便了圖像采集。

附圖說明

圖1是便攜式全自動連續(xù)變焦顯微圖像測量裝置的結構示意圖。

圖2是本發(fā)明鏡頭驅動系統(tǒng)結構示意圖。

具體實施方式

以下將結合附圖，對本發(fā)明的具體實施作詳細說明。

如圖1所示，本發(fā)明便攜式全自動連續(xù)變焦顯微圖像測量裝置由一個圖像信息采集與發(fā)送系統(tǒng)、一個圖像接收與處理系統(tǒng)和照明系統(tǒng)組成，所述圖像信息采集與發(fā)送系統(tǒng)包括鏡頭保護架2、鏡頭模塊3、連接架9、圖像信息采集與發(fā)送模塊12、電池14；所述鏡頭保護架2與鏡頭模塊3的后半部分同軸安裝，內部空心，對內部的可伸縮鏡頭起到保護作用，所述鏡頭模塊3包括前半部分的可伸縮鏡頭和后半部分的固定鏡頭，通過可伸縮鏡頭的左右移動調整內部兩片鏡片之間的距離以獲得不同的焦距組合；所述連接架9利用螺紋連接鏡頭模塊3和圖像信息采集與發(fā)送模塊12；所述圖像信息采集與發(fā)送模塊12由電荷耦合器件CCD10、圖像無線傳輸模塊11組成；所述電池14連接在圖像信息采集與發(fā)送模塊12的右邊，采用可拆卸的鋰電池；所述電池14外殼上連接拍攝啟動按鈕13，用以啟動測量裝置進行圖像序列的采集；所述連接架9、圖像信息采集與發(fā)送模塊12、電池14組成可握持的手柄；所述圖像接收及處理系統(tǒng)由圖像無線接收模塊15和計算機16組成；所述照明系統(tǒng)包括光源8、第二反射鏡7、偏振片6，所述光源發(fā)出的照明光通過第二反射鏡7、偏振片6對光的過濾處理后進入鏡頭模塊，再通過一片第一反射鏡5對被測視場內的區(qū)域形成同軸照明。

所述鏡頭保護架2搭靠在一個被測工件1上，所述鏡頭模塊的前半可伸縮部分對被測工件1進行測量，所述鏡頭模塊3內部安裝著鏡片組4；所述照明系統(tǒng)連接在鏡頭模塊3后半固定部分的上方，所述照明系統(tǒng)的光源8發(fā)出照明光，光束通過第二反射鏡7的反射和偏振器6的過濾，到達鏡頭模塊3內部的第一反射鏡5，通過第一反射鏡5對被測視場內的區(qū)域形成同軸照明；所述鏡頭模塊3右邊連接著連接架4，所述連接架4右邊與圖像信息采集與發(fā)送模塊12相連，照射在物體上的光束經(jīng)過反射到達電荷耦合器件CCD10，所述電荷耦合器件CCD10將所采集到的圖像通過無線發(fā)送模塊11進行發(fā)送；所述圖像信息采集與發(fā)送模塊12和電池14相連；所述無線接收模塊15接收無線發(fā)送模塊11發(fā)出的圖像信息；所述無線接收模塊15連接著計算機16。

如圖2所示，所述鏡頭模塊3與一個后行程開關擋圈17、一個微型超聲波馬達18、一個傳動系統(tǒng)支架19、一個鏡頭支架20、一個前行程開關擋圈21、一個微型齒輪單元22構成鏡頭驅動系統(tǒng)，所述傳動系統(tǒng)支架19固定在鏡頭模塊3后半固定部分，所述微型齒輪單元22與傳動系統(tǒng)支架19相固定，所述微型超聲波馬達18安裝在微型齒輪單元22上，通過精確控制超聲波馬達的轉速、轉角，再通過微型齒輪單元的傳動，帶動鏡頭模塊3前半可伸縮部分旋轉，利用螺紋傳動實現(xiàn)前后直線移動，達到對被測工件1對焦、自動連續(xù)變焦等操作的目的，所述鏡頭支架20與鏡頭保護架2相固定，所述鏡頭模塊3前半可伸縮部分可在鏡頭支架20中來回滑動，防止鏡頭伸出部分太長產(chǎn)生測量偏差，所述后行程開關擋圈17、前行程開關擋圈21固定在鏡頭模塊3前半可伸縮部分上，對鏡頭模塊3前半可伸縮部分進行位置限制，防止鏡頭撞上被測工件1或者滑出傳動系統(tǒng)支架19。

本發(fā)明可用于實現(xiàn)對物體表面微觀形貌的連續(xù)變焦測量和全數(shù)字記錄，步驟為手持設備將鏡頭保護架搭靠在被測工件上，通過可伸縮鏡頭對視場內物體表面進行自動對焦、自動連續(xù)變焦，電荷耦合器件CCD采集得到變焦圖像序列，無線傳送至計算機進行圖像處理，生成被測物體的二維高清圖像和三維模型，從三維模型上提取表面參數(shù)。本發(fā)明對被測物體表面進行全自動、連續(xù)變焦測量，并生成三維全景模型，便攜性高，測量速度快，自動化程度高。