CN102589463A

CN102589463A - 二维和三维一体化成像测量系统

Info

Publication number: CN102589463A
Application number: CN2012100065651A
Authority: CN
Inventors: 卢荣胜; 董敬涛; 史艳琼; 夏瑞雪; 陈琳
Original assignee: Hefei University of Technology
Current assignee: Hefei University of Technology
Priority date: 2012-01-10
Filing date: 2012-01-10
Publication date: 2012-07-18
Anticipated expiration: 2032-01-10
Also published as: CN102589463B

Abstract

本发明公开了一种二维和三维一体化成像测量系统，其特征是由像散自动对焦单元、光源单元、Linnik干涉单元和图像接收单元构成。本发明以固定的系统架构，集成了多种先进的成像技术，可以高效的应对各种精密测量的要求，主要运用于微零件结构的二维几何参数测试，MEMS、IC和光学微器件的加工、质量和表面形貌的检测，以及生物组织医学测量等。

Description

二维和三维一体化成像测量系统

技术领域

本发明涉及二维和三维一体化成像测量系统，尤其涉及微零件结构的二维几何参数测试，MEMS、IC和光学微器件的加工、质量和表面形貌的检测，以及生物组织医学测量。

背景技术

近年来，随着半导体、MEMS、IC、光学微器件以及纳米科技等高新技术产业的快速发展，如何在最短的时间内完成产品的设计、加工和检测，已成为业内一个重要的课题。目前国内外精密加工制造的技术不断进步，使得许多微光学、微电子、微半导体产品的规格达到微纳米的级别，因此检测技术成为决定产品的质量和市场竞争力的关键因素。在所有检测技术中，光学非接触式测量在近年来深受欢迎，因其优点在于：光束可以被聚焦物镜聚焦的极小，避免了传统的接触式探头对探头半径的补偿；由于没有接触应力，不会对被测物产生破坏；测量速度非常快，不必像接触式探头进行逐点扫描。

在应对二维影像测量方面，日本中央精机、日本尼康、美国Navitar、美国MotionX、加拿大WDI等公司，开发出了具有自动对焦功能的显微镜二维影像测量系统；英国TaylorHobson、美国Veeco、美国Zygo、德国Polytec等公司开发出了针对非接触式表面微形貌测量的白光干涉光学轮廓仪，并提供不同倍率的Michelson和Mirau型干涉显微物镜；L.Vabre等人和A.Dubois等人采用Linnik干涉结构得到了生物组织的全场断层影像；Jihoon Na等人利用基于Linnik干涉结构的低相干光全场断层扫描技术测得了透明介质的厚度和折射率；K.Wiesauer等人利用偏振干涉测量技术测量并绘制了透明介质的内部应力和双折射；Johannes F.de Boer等人利用偏振式低相干光全场断层扫描技术测量了由于烧伤而造成的皮肤组织的双折射变化；

这些尖端测量技术在各自的应用领域取得了不俗的成果。但是在同时应对多种测量要求和面对各种不同的被测样本的时候，这些技术都会遇到一定的局限性，例如：自动对焦功能的显微镜二维影像测量系统无法得到表面三微形貌；由于Michelson和Mirau型干涉显微物镜无法补偿参考臂和测量臂的光程差，所以光学轮廓仪无法应对膜厚、间隙和断层影像的测量，也无法测量应力和双折射变化；Linnik干涉结构在调整参考臂和测量臂的准确对焦，以及两臂的光程差的过程中非常困难，缺少一种快速方便的的自动对焦功能；另外，为了各种复杂的测量样品和测量要求而添置这些测量仪器，势必会投入极其昂贵的费用。

发明内容

本发明的目的是为了克服背景技术的不足，提供一种二维和三维一体化成像测量系统，以固定的系统结构，集光学自动对焦技术、微视觉影像测量技术、白光干涉全场测量技术、低相干光全场断层扫描技术和偏振干涉测量技术于一体，大大减少了使用成本。

本发明为解决技术问题所采用的技术方案是：

本发明二维和三维一体化成像测量系统的特点是由像散自动对焦单元、光源单元、Linnik干涉单元和图像接收单元构成；

在所述像散自动对焦单元中，由半导体激光器发出的中心波长为650nm的红光激光依次经分光光栅和第一分光镜片反射到反射镜上，再经反射镜反射进入准直镜中，由所述准直镜整形输出平行的红光激光光束进入光源单元；

在所述光源单元中，卤素灯发出的宽光谱白光光束通过导光光纤后依次经集光镜、偏振片和第二分光镜片，与来自像散自动对焦单元的红光激光光束一起进入Linnik干涉单元；

在所述Linnik干涉单元中，白光光束和红光激光光束经过分光棱镜分成相互垂直的参考光束和测量光束，分别进入参考臂和测量臂中；所述参考光束在参考臂中依次经过第一光阑、第一1/4波片和第一显微物镜聚焦在由压电陶瓷驱动器驱动的参考镜上；所述测量光束在测量臂中依次经过第二光阑、第二1/4波片和第二显微物镜聚焦到被测物上；所述参考光束和测量光束分别在参考镜和被测物中反射后原路返回并汇合至分光棱镜，再由所述分光棱镜分成相互垂直的两束光，其中的一束光按照原路依次经过第二分光镜片、准直镜和反射镜后，再经第一分光镜片和像散透镜聚焦在四象限探测器上；另一束光进入图像接收单元中；

在所述图像接收单元中，红光激光光束被带阻滤光片阻挡；白光光束经过带阻滤光片后由偏振分光棱镜分成相互垂直的水平偏振光和垂直偏振光，再分别通过水平偏振筒镜和垂直偏振筒镜，成像在水平偏振CCD相机和垂直偏振CCD相机上。

本发明二维和三维一体化成像测量系统的特点也在于：

所述像散自动对焦单元采用去除聚焦透镜的DVD激光读取头。

本发明二维和三维一体化成像测量系统的特点还在于：

定义在呈水平设置的测量系统中，光路坐标为：沿着光束传播的方向为Z轴，在与Z轴垂直的X-Y平面中，沿水平方向为X轴，沿竖直方向为Y轴；

所述光源单元中的偏振片的光轴与测量系统的光路坐标系中的X轴平行。

所述Linnik干涉单元中的第一1/4波片和第二1/4波片的快轴分别与测量系统的光路坐标系中的X轴呈22.5°和45°的夹角；第一显微物镜和第二显微物镜是一对型号相同的显微物镜；第一显微物镜、参考镜和压电陶瓷驱动器固定在可沿光路坐标系的Z轴方向移动的精密位移平台上。

所述图像接收单元中的水平偏振筒镜和垂直偏振筒镜是一对型号相同的筒镜；水平偏振CCD相机和垂直偏振CCD相机是一对型号相同的CCD相机。

与已有技术相比，本发明具有如下优点：

1、本发明具有二维和三维一体化成像测量功能，集成了光学自动对焦技术、微视觉影像测量技术、白光干涉全场测量技术、低相干光全场断层扫描技术和偏振干涉测量技术；

2、本发明属于非接触式光学测量方法，避免了传统的接触式探头对探头半径的补偿；由于没有接触应力，不会对被测物产生破坏；测量速度快，不必像接触式探头进行逐点扫描；

3、本发明基于Linnik干涉主体，加入了像散自动对焦技术来辅助实现自动对焦功能和干涉条纹搜索功能，提高了测量系统的自动化程度；

4、本发明只需要插入和移除光源单元中的偏振片和Linnik干涉单元中的一对1/4波片，就可以方便地让干涉系统在偏振模式和非偏振模式之间进行切换；

5、本发明极大地降低了各种测量要求和应用所花费的成本，提高了测量效率，从而降低了产品的生产成本，使产品的竞争力得以提升。

附图说明

图1为本发明系统结构原理图。

图2a和图2b分别为本发明系统像散法原理图和聚焦误差信号(FES)曲线。

图3为本发明系统流程图。

图4a和图4b分别为本发明系统中干涉信号采集的原理图和干涉信号包络极大值重构三微形貌的原理图。

图5a和图5b分别为本发明系统中测量透明膜厚的原理图和测量空气间隙的原理图。

图6为本发明系统中断层扫描的原理图。

图7a和图7b分别为本发明系统中非双折射被测物的偏振干涉信号原理图和双折射被测物的偏振干涉信号原理图。

图中标号：1像散自动对焦单元；2光源单元；3为Linnik干涉单元；4图像接收单元；5半导体激光器；6分光光栅；7第一分光镜片；8反射镜；9准直镜；10柱面镜；11四象限探测器；12卤素灯；13导光光纤；14集光镜；15偏振片；16第二分光镜片；17分光棱镜；18第一光阑；19第一1/4波片；20、第一显微物镜；21参考镜；22压电陶瓷驱动器；23精密位移平台；24第二光阑；25第二1/4波片；26第二显微物镜；27带阻滤光片；28偏振分光棱镜；29水平偏振筒镜；30水平偏振CCD相机；31垂直偏振筒镜；32垂直偏振CCD相机；33被测物；34光路坐标系；35薄膜；36薄膜基底；37盖玻片；38空气隙；39载玻片；40内部散射介质；41内部散射介质的三维断层扫描图像。

具体实施方式

如图1所示，本实施例中，像散自动对焦单元1中由半导体激光器5发出的中心波长为650nm的红光激光依次经分光光栅6和第一分光镜片7反射到反射镜8上，再经反射镜8反射进入准直镜9中，由准直镜9整形输出平行的红光激光光束进入光源单元2中。

如图1所示，在光源单元2中，卤素灯12发出的宽光谱白光光束通过导光光纤13后依次经集光镜14、偏振片15和第二分光镜片16，与来自像散自动对焦单元1的红光激光光束一起进入Linnik干涉单元3中。

如图1所示，在Linnik干涉单元3中，红光激光光束经过分光棱镜17分成相互垂直的参考光束和测量光束，分别进入参考臂和测量臂中；参考光束在参考臂中依次经过第一光阑18、第一1/4波片19和第一显微物镜20聚焦在由压电陶瓷驱动器22驱动的参考镜21上；测量光束在测量臂中依次经过第二光阑24、第二1/4波片25和第二显微物镜26聚焦到被测物33上；参考光束和测量光束分别在参考镜21和被测物33中反射后原路返回并汇合至分光棱镜17，再由分光棱镜17分成相互垂直的两束光，其中一束光进入图像接收单元4中；另一束光按照原路依次经过第二分光镜片16、准直镜9和反射镜8后，再经第一分光镜片7和像散透镜10聚焦在四象限探测器11上；由于像散透镜10的子午方向焦距和弧矢方向焦距不同，四象限探测器11上的激光光斑形状会不同，如图2a所示，当参考镜21(或被测物33)的表面位于第一显微物镜20(或第二显微物镜26)的焦面位置，红光激光光斑为圆形；当参考镜21(或被测物33)的表面偏离第一显微物镜20(或第二显微物镜26)的焦面位置，红光激光光斑为椭圆形；根据四象限探测器11的四个电压输出信号依次为U_A、U_B、U_C和U_D，定义归一化聚焦误差信号FES＝[(U_A+U_C)-(U_B+U_D)]/(U_A+U_B+U_C+U_D)，以归一化聚焦误差信号FES为纵轴，以参考镜21(或被测物33)的表面和第一显微物镜20焦面之间的距离ΔZ为横轴，得到像散自动对焦单元的S曲线，曲线零点位置就是准确对焦的位置，如图2b所示。

如图1所示，在图像接收单元4中，红光激光光束被带阻滤光片27阻挡；白光光束经过带阻滤光片27后由偏振分光棱镜28分成相互垂直的水平偏振光和竖直偏振光，再分别通过水平偏振筒镜29和垂直偏振筒镜31，成像在水平偏振CCD相机30和垂直偏振CCD相机32上；

具体实施中，像散自动对焦单元1可以采用去除聚焦透镜的DVD激光读取头。

本实施例中，定义在呈水平设置的测量系统中的光路坐标为：沿着光束传播的方向为Z轴，在与Z轴垂直的X-Y平面中，沿水平方向为X轴，沿竖直方向为Y轴；

光源单元2中的偏振片15的光轴与测量系统的光路坐标系34中的X轴平行，将白光光束起偏为水平线偏振光；Linnik干涉单元3中的第一1/4波片19的快轴与测量系统的光路坐标系34中的X轴呈22.5°的夹角，使参考臂中反射回的白光光束的偏振态由水平线偏振光变为45°线偏振光；Linnik干涉单元3中的第二1/4波片25的快轴与测量系统的光路坐标系34中的X轴呈45°的夹角，使测量臂中反射回的白光光束的偏振态由水平线偏振光变为椭圆线偏振光。

第一显微物镜20和第二显微物镜26是一对型号相同的显微物镜；第一显微物镜20、参考镜21和压电陶瓷驱动器22固定在可沿光路坐标系34的Z轴方向移动的精密位移平台23上；图像接收单元4中的水平偏振筒镜29和垂直偏振筒镜31是一对型号相同的筒镜；水平偏振CCD相机30和垂直偏振CCD相机32是一对型号相同的CCD相机。

本实施例中系统的自动对焦功能是通过像散自动对焦单元1实现的。如图1所示，当测量臂中的第二光阑24关闭且参考臂中的第一光阑18打开时，四象限探测器11上只有来自参考臂的激光光束，计算机的压电陶瓷驱动模块根据四象限探测器11输出的S曲线信号，实时控制压电陶瓷驱动器的位置，从而实现对参考镜21的自动对焦，如图3所示；当测量臂中的第二光阑24打开且参考臂中的第一光阑18关闭时，四象限探测器11上只有来自测量臂的激光光束，计算机的Z轴自动对焦控制模块根据四象限探测器11输出的S曲线信号，实时控制Z轴位移电机的位置，Z轴位移电机带动整个二维和三维一体化成像测量系统，对被测物33进行自动对焦，如图3所示。

本实施例中系统的微视觉影像测量功能是通过当且仅当关闭Linnik干涉单元3中的第一光阑18来实现的。结合图1和图3，计算机的Z轴自动对焦控制模块根据四象限探测器11输出的S曲线信号，实时控制Z轴位移电机的位置，Z轴位移电机带动整个二维和三维一体化成像测量系统，对被测物33进行自动对焦；来自光源单元2中的白光光束进入Linnik干涉单元3中的测量臂后，来自被测物33的反射光按原路返回至分光棱镜17，然后进入图像接收单元4的水平偏振CCD相机30中成像，通过图像采集卡将被测物33的影像采集到计算机中；计算机的X/Y轴电机控制模块则带动X/Y轴电机，沿着X/Y方向对被测物33的任何感兴趣区域进行扫描；图像接收单元4中的带阻滤光片27是用来滤除来自像散自动对焦单元1的中心波长为650nm的红光激光，避免了红光激光被聚焦在水平偏振CCD相机30上，从而干扰被测物33的成像质量。

本实施例中系统的白光干涉全场测量功能是通过Linnik干涉单元3实现的。结合图1和图3，该功能要求首先移除偏振片15、第一1/4波片19和第二1/4波片25，然后利用像散自动对焦单元1分别对参考镜21和被测物33进行自动对焦，在自动对焦完成后，保持第一光阑18和第二光阑24均打开，利用计算机的精密位移平台控制模块移动精密位移平台，使得参考臂和测量臂的光程差在卤素灯12发出的宽光谱光源的相干长度范围之内，即水平偏振CCD相机30和垂直偏振CCD相机32出现黑白相间的干涉条纹；然后通过压电陶瓷驱动模块控制压电陶瓷驱动器，从而带动参考镜21沿着Z轴以一定的扫描间隔(通常为1/4波长)进行采样，采得的N幅干涉图a1至aN通过图像采集卡送到计算机中进行处理；如图4a所示，取干涉图上对应于被测物33表面不同高度的两个像素点，这两个像素点分别在N幅干涉图上的灰度值组成了两个白光干涉信号I1和I2；由白光干涉信号I1和I2得到的信号包络E1和E2如图4b所示，信号包络的极大值P1和P2在Z轴方向的高度分别为Z1和Z2，Z1和Z2的差即为这两个像素对应于被测物33表面不同两点的实际高度差h1；通过计算干涉图上每一个像素点对应的白光干涉信号包络的极大值沿Z轴方向的位置，就可以恢复被测物表面的三维形貌信息；

除了表面三维形貌信息，白光干涉全场测量功能还可以测量薄膜厚度和空气隙厚度。如图5a，在薄膜35的上表面与薄膜35和薄膜基底36的分界面上会产生两个干涉信号，薄膜35的上表面的干涉信号幅值较大，因为该表面的反射光强较大；相反，薄膜35和薄膜基底36的分界面上的干涉信号幅值较小，因为该分界面反射光强较弱；这两个干涉信号包络的极大值沿Z轴方向的高度差即为薄膜35的光学厚度，若已知薄膜35的折射率，则几何厚度即为光学厚度除以折射率；如图5b，在盖玻片37的上表面、盖玻片37的下表面和载玻片39的上表面会产生三个干涉信号，盖玻片37上表面的干涉信号的幅值较大，因为该表面的反射光强较大；盖玻片37下表面和载玻片39上表面的干涉信号幅值几乎一样，因为这两个表面之间的介质为空气隙38，其反射光强几乎一样；盖玻片37下表面和载玻片39上表面的干涉信号包络的极大值沿Z轴方向的高度差即为空气隙38的光学厚度，由于空气的折射率为1，所以空气隙38的几何厚度即为光学厚度。

本实施例中系统的低相干光全场断层扫描技术是通过Linnik干涉单元3实现的。结合图1、图3和图6，该功能要求首先移除偏振片15、第一1/4波片19和第二1/4波片25，然后利用像散自动对焦单元1分别对参考镜21和被测物33进行自动对焦，在自动对焦完成后，保持第一光阑18和第二光阑24均打开，利用计算机的精密位移平台控制模块移动精密位移平台，使得参考臂和测量臂的光程差在卤素灯12发出的宽光谱光源的相干长度范围之内；然后Z轴位移电机带动整个二维和三维一体化成像测量系统沿Z向移动，让第二显微物镜26的焦平面进入内部散射介质40某一深度的扫描位置b1，在该位置通过计算机的压电陶瓷驱动模块控制压电陶瓷驱动器，以1/4波长的步距做移相扫描，得到在扫描位置b1处的四幅移相图b11至b14，同样地，对于扫描位置b2，得到四幅移相图b21至b24，对于扫描位置bN，得到四幅移相图bN1至bN4，总共4×N幅图像通过图像采集卡送到计算机中进行处理；然后根据四步移相算法，解析出相应扫描位置b1至bN的层析图c1至cN，将这些层析图按照扫描步距堆叠起来就得到了内部散射介质的三维断层扫描图像41；上述方法中，移相算法不仅包括四步移相算法，也包括五步、六部、七步移相算法，可以根据算法的不同性能和测量需求，来进行相应的移相扫描和层析图解析。

本实施例中系统的偏振干涉测量技术是通过在光源单元2插入偏振片15，在Linnik干涉单元3插入第一1/4波片19和第二1/4波片25实现的。如图1所示，偏振片15的光轴与光路坐标系34的X轴呈0°的夹角，第一1/4波片19和第二1/4波片25的快轴分别与光路坐标系34的X轴呈22.5°和45°的夹角；利用像散自动对焦单元1分别对参考镜21和被测物33进行自动对焦，在自动对焦完成后，保持第一光阑18和第二光阑24均打开。

如图1所示，来自光源单元2中的水平线偏振白光光束被Linnik干涉单元3中的分光棱镜17分成相同的参考光束和测量光束，分别进入参考臂和测量臂，经过参考镜21和被测物33反射后，在分光棱镜17处汇合；在分光棱镜17处，参考光束由水平线偏振白光光束变成45°线偏振白光光束；若被测物为非双折射介质，在分光棱镜17处，测量光束由水平线偏振白光光束变成垂直偏振白光光束；若被测物为双折射介质，在分光棱镜17处，测量光束由水平线偏振白光光束变成椭圆偏振白光光束；参考光束和测量光束在分光棱镜17处结合后，一起进入图像接收单元4中。

如图7a和图7b所示，R为参考光束偏振态，V_R为参考光束偏振态在垂直偏振方向上的分量，H_R为参考光束偏振态在水平偏振方向上的分量，S为测量光束偏振态，V_S为测量光束偏振态在垂直偏振方向上的分量，H_S为测量光束偏振态在水平偏振方向上的分量；结合图1和图7，在图像接收单元4中，来自参考臂的45°线偏振白光光束，经过带阻滤光片27后，被偏振分光棱镜28分成相等的水平偏振分量H_R和垂直偏振分量V_R，如图7a左上所示；若被测物为非双折射介质，则来自测量臂的垂直线偏振白光光束，经过带阻滤光片27后，被偏振分光棱镜28分成垂直偏振分量V_S，无水平偏振分量H_S，如图7a左下所示；当参考光和测量光的垂直偏振分量叠加后，在垂直偏振CCD相机32上产生如图7a右上的干涉信号；当参考光和测量光的水平偏振分量叠加后，在水平偏振CCD相机30上不会产生干涉信号，如图7a右下所示。

若被测物为双折射介质，则来自测量臂的椭圆偏振白光光束，经过带阻滤光片27后，被偏振分光棱镜28分成信号强度较大的垂直偏振分量V_S和信号强度较小的水平偏振分量H_S，如图7b左下所示；当参考光和测量光的垂直偏振分量叠加后，在垂直偏振CCD相机32上产生如图7b右上的干涉信号，其信号强度较强；当参考光和测量光的水平偏振分量叠加后，在水平偏振CCD相机30上产生如图7b右下的干涉信号，其信号强度较弱；根据参考文献Christoph Hitzenberger，Erich Goetzinger，Markus Sticker，Michael Pircher，and AdolfFercher，“Measurement and imaging of birefringence and optic axis orientation by phase resolvedpolarization sensitive optical coherence tomography，”Opt.Express 9，780-790(2001)中的公式(6)至公式(9)，可以计算出被测物双折射率分布以及主轴变化分布。

Claims

1.二维和三维一体化成像测量系统，其特征是由像散自动对焦单元(1)、光源单元(2)、Linnik干涉单元(3)和图像接收单元(4)构成；

在所述像散自动对焦单元(1)中，由半导体激光器(5)发出的中心波长为650nm的红光激光依次经分光光栅(6)和第一分光镜片(7)反射到反射镜(8)上，再经反射镜(8)反射进入准直镜(9)中，由所述准直镜(9)整形输出平行的红光激光光束进入光源单元(2)；

在所述光源单元(2)中，卤素灯(12)发出的宽光谱白光光束通过导光光纤(13)后依次经集光镜(14)、偏振片(15)和第二分光镜片(16)，与来自像散自动对焦单元(1)的红光激光光束一起进入Linnik干涉单元(3)；

在所述Linnik干涉单元(3)中，白光光束和红光激光光束经过分光棱镜(17)分成相互垂直的参考光束和测量光束，分别进入参考臂和测量臂中；所述参考光束在参考臂中依次经过第一光阑(18)、第一1/4波片(19)和第一显微物镜(20)聚焦在由压电陶瓷驱动器(22)驱动的参考镜(21)上；所述测量光束在测量臂中依次经过第二光阑(24)、第二1/4波片(25)和第二显微物镜(26)聚焦到被测物(33)上；所述参考光束和测量光束分别在参考镜(21)和被测物(33)中反射后原路返回并汇合至分光棱镜(17)，再由所述分光棱镜(17)分成相互垂直的两束光，其中的一束光按照原路依次经过第二分光镜片(16)、准直镜(9)和反射镜(8)后，再经第一分光镜片(7)和像散透镜(10)聚焦在四象限探测器(11)上；另一束光进入图像接收单元(4)中；

在所述图像接收单元(4)中，红光激光光束被带阻滤光片(27)阻挡；白光光束经过带阻滤光片(27)后由偏振分光棱镜(28)分成相互垂直的水平偏振光和垂直偏振光，再分别通过水平偏振筒镜(29)和垂直偏振筒镜(31)，成像在水平偏振CCD相机(30)和垂直偏振CCD相机(32)上。

2.根据权利要求1所述的二维和三维一体化成像测量系统，其特征是：所述像散自动对焦单元(1)采用去除聚焦透镜的DVD激光读取头。

3.根据权利要求1所述的二维和三维一体化成像测量系统，其特征是：

所述光源单元(2)中的偏振片(15)的光轴与测量系统的光路坐标系(34)中的X轴平行。

4.根据权利要求1所述的二维和三维一体化成像测量系统，其特征是：

所述Linnik干涉单元(3)中的第一1/4波片(19)和第二1/4波片(25)的快轴分别与测量系统的光路坐标系(34)中的X轴呈22.5°和45°的夹角；第一显微物镜(20)和第二显微物镜(26)是一对型号相同的显微物镜；第一显微物镜(20)、参考镜(21)和压电陶瓷驱动器(22)固定在可沿光路坐标系(34)的Z轴方向移动的精密位移平台(23)上。

5.根据权利要求1所述的二维和三维一体化成像测量系统，其特征是：所述图像接收单元(4)中的水平偏振筒镜(29)和垂直偏振筒镜(31)是一对型号相同的筒镜；水平偏振CCD相机(30)和垂直偏振CCD相机(32)是一对型号相同的CCD相机。