本發(fā)明涉及光學(xué)投影三維測量系統(tǒng)領(lǐng)域，具體是一種基于數(shù)字微鏡的高反光表面三維測量裝置及方法。

背景技術(shù)：

表面為高亮的物體廣泛存在于工業(yè)制造中，如發(fā)動機(jī)葉片，拋光磨具以及汽車工業(yè)等，而且這些工件在生產(chǎn)和制造過程中，也迫切需要進(jìn)行快速、準(zhǔn)確的測量，確保產(chǎn)品的質(zhì)量。現(xiàn)有的高精度表面測量主要以接觸式測量為主，例如三坐標(biāo)測量機(jī)等方式，測量速度和效率較低。

結(jié)構(gòu)光三維測量技術(shù)具有掃描速度快，非接觸以及點云密集等優(yōu)點，被廣泛用于逆向工程等應(yīng)用中。現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)光三維掃描技術(shù)多適用于掃描和重構(gòu)具有漫反射表面的物體。當(dāng)掃描具有高反光表面的物體時，物體表面的高反光性使得物體表面反射的圖案亮度區(qū)別很大。由于CCD相機(jī)的感光范圍有限，在反射角附近的區(qū)域會由于亮度太大使得感光飽和，使得該部分區(qū)域無法進(jìn)行掃描和重構(gòu)。因此，傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)光三維測量技術(shù)無法很好的解決高反光表面測量困難的問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種基于數(shù)字微鏡的高反光表面三維測量裝置及方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)結(jié)構(gòu)光三維測量技術(shù)無法很好的解決高反光表面測量困難的問題。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為：

一種基于數(shù)字微鏡的高反光表面三維測量裝置，其特征在于：包括計算機(jī)、投影儀、第一濾光透鏡、數(shù)字微鏡、第二濾光透鏡、CCD相機(jī)，所述投影儀接入計算機(jī)，投影儀的出光口對準(zhǔn)被測高反光表面，第一濾光透鏡、數(shù)字微鏡依次置于被測高反光表面的反射光路上，其中數(shù)字微鏡位于第一濾光透鏡的透射光路上，且數(shù)字微鏡亦接入計算機(jī)，第二濾光透鏡、CCD相機(jī)依次置于數(shù)字微鏡的反射光路上，且CCD相機(jī)的感光元件位于第二濾光透鏡的透射光路上。

一種高反光表面三維測量方法，其特征在于：包括以下步驟：

(1)、計算機(jī)產(chǎn)生光柵條紋圖案，經(jīng)過投影儀將該光柵條紋圖案投射至被測高反光表面；

(2)、所述光柵條紋圖案經(jīng)過被測高反光表面反射，產(chǎn)生反射圖案，反射圖案透射過第一濾光透鏡后到達(dá)數(shù)字微鏡，再被數(shù)字微鏡反射；

(3)、在計算機(jī)中設(shè)置調(diào)節(jié)模型，該調(diào)節(jié)模板是一組參數(shù)集合，調(diào)節(jié)模板的每個參數(shù)與數(shù)字微鏡上的鏡元一一對應(yīng)。基于調(diào)節(jié)模板設(shè)置的控制參數(shù)控制數(shù)字微鏡的鏡元翻轉(zhuǎn)保持時間，對再被數(shù)字微鏡反射的反射圖案的光強(qiáng)進(jìn)行像素級別的亮度衰減，使再被數(shù)字微鏡反射的反射圖案的亮度保持一致；

(4)、被數(shù)字微鏡反射的反射圖案，透射第二濾光透鏡后進(jìn)入CCD相機(jī)的感光元件，得到亮度調(diào)節(jié)后的反射圖案的數(shù)字圖像；

(5)、根據(jù)反射圖案的數(shù)字圖像計算相位分布，并根據(jù)標(biāo)定好的轉(zhuǎn)換方程得到被測高反光表面的三維點云，轉(zhuǎn)換方程如下所示：

這里，(x,y,z)^T是被測高反光表面的三維坐標(biāo)，u,v是圖像坐標(biāo)，φ是相位值，(a_x1,…,a_zm)是標(biāo)定好的模型系數(shù)。

與已有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果體現(xiàn)在：

本發(fā)明利用數(shù)字微鏡的翻轉(zhuǎn)特性實現(xiàn)了對高反光表面反射光亮度的像素級別的調(diào)制，結(jié)合結(jié)構(gòu)光三維掃描技術(shù)，可對高亮表面物體進(jìn)行快速、準(zhǔn)確的三維重構(gòu)和測量。本發(fā)明可以解決傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)光三維掃描技術(shù)不能掃描重構(gòu)高亮表面的問題，不需要對高亮表面進(jìn)行粉末噴涂預(yù)處理，進(jìn)一步擴(kuò)展了結(jié)構(gòu)光三維掃描技術(shù)的應(yīng)用范圍。與接觸式測量方法相比，本發(fā)明能夠?qū)y量和檢測的速度及效率大大提高。

附圖說明

圖1是本發(fā)明一種基于數(shù)字微鏡的高反光表面三維測量裝置及其方法的組成示意圖。

圖2是本發(fā)明中數(shù)字微鏡對反射光亮度進(jìn)行調(diào)制的原理示意圖。

具體實施方式

如圖1所示，一種基于數(shù)字微鏡的高反光表面三維測量裝置，包括計算機(jī)1、投影儀2、第一濾光透鏡3、數(shù)字微鏡4、第二濾光透鏡5、CCD相機(jī)6，投影儀2接入計算機(jī)1，投影儀2的出光口對準(zhǔn)被測高反光表面7，第一濾光透鏡3、數(shù)字微鏡4依次置于被測高反光表面7的反射光路上，其中數(shù)字微鏡4位于第一濾光透鏡3的透射光路上，且數(shù)字微鏡4亦接入計算機(jī)1，第二濾光透鏡5、CCD相機(jī)6依次置于數(shù)字微鏡4的反射光路上，且CCD相機(jī)6的感光元件位于第二濾光透鏡5的透射光路上。

一種高反光表面三維測量方法，包括以下步驟：

(1)、計算機(jī)產(chǎn)生光柵條紋圖案，經(jīng)過投影儀將該光柵條紋圖案投射至被測高反光表面；

(2)、所述光柵條紋圖案經(jīng)過被測高反光表面反射，產(chǎn)生反射圖案，反射圖案透射過第一濾光透鏡后到達(dá)數(shù)字微鏡，再被數(shù)字微鏡反射；

(3)、在計算機(jī)中設(shè)置調(diào)節(jié)模型，該調(diào)節(jié)模板是一組參數(shù)集合，調(diào)節(jié)模板的每個參數(shù)與數(shù)字微鏡上的鏡元一一對應(yīng)。基于調(diào)節(jié)模板設(shè)置的控制參數(shù)控制數(shù)字微鏡的鏡元翻轉(zhuǎn)保持時間，對再被數(shù)字微鏡反射的反射圖案的光強(qiáng)進(jìn)行像素級別的亮度衰減，使再被數(shù)字微鏡反射的反射圖案的亮度保持一致；

(4)、被數(shù)字微鏡反射的反射圖案，透射第二濾光透鏡后進(jìn)入CCD相機(jī)的感光元件，得到亮度調(diào)節(jié)后的反射圖案的數(shù)字圖像；

(5)、根據(jù)反射圖案的數(shù)字圖像計算相位分布，并根據(jù)標(biāo)定好的轉(zhuǎn)換方程得到被測高反光表面的三維點云，轉(zhuǎn)換方程如下所示：

這里，(x,y,z)^T是被測高反光表面的三維坐標(biāo)，u,v是圖像坐標(biāo)，φ是相位值，(a_x1,…,a_zm)是標(biāo)定好的模型系數(shù)。

圖2所示為本發(fā)明中數(shù)字微鏡對反射光亮度進(jìn)行調(diào)制的原理示意圖。如圖2所示，數(shù)字微鏡4是由陣列排列的多個角度可控的鏡元組合而成，每個鏡元根據(jù)控制信號的不同可以翻轉(zhuǎn)到不同的角度。因此，每個鏡元反射光線的角度是可以通過數(shù)字控制信號進(jìn)行控制的。當(dāng)CCD相機(jī)6的感光元件與鏡元某一個反射角度下反射光線垂直時，當(dāng)鏡元轉(zhuǎn)到另外一個角度，則CCD相機(jī)6的感光元件接收不到反射光線。通過鏡元控制信號控制鏡元位于某個角度的時間長短，可以對反射到CCD相機(jī)6感光元件的光通量進(jìn)行調(diào)節(jié)。根據(jù)待測表面反射圖案的亮度分布可以計算得到用于控制數(shù)字微鏡4鏡元翻轉(zhuǎn)的模板，通過模板對數(shù)字微鏡4鏡元進(jìn)行翻轉(zhuǎn)控制，可以避免高亮反光區(qū)域亮度飽和，使高反光表面反射的條紋圖案亮度保持一致。