CN104634278A - 条纹图对比度自动补偿Shadow Moiré测量系统 - Google Patents
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Abstract
本发明为条纹图对比度自动补偿Shadow Moiré测量系统，包括载物台上设有被测物体，被测物体上方设有正弦光栅；可调光源通过透镜准直系统投射出平行光照射到与载物台平行的正弦光栅上，正弦光栅经由被测物表面形状调制的阴影光栅重叠形成moiré条纹图，产生的moiré变形条纹图通过CCD摄像机采集处理传输；正弦光栅的节距为P，其中P的节距为0.08mm或者0.1mm或者0.25mm；可调光源通过透镜准直系统投射出平行光照射到正弦光栅上和正弦光栅成入射角度α，CCD摄像机在和正弦光栅为β角度处采集moiré条纹，载物台下设有伺服电机。获得条纹图上任一点灰度值变化规律，自动调节光强补偿条纹图条纹对比度变化,实现条纹图采集并保持对比度基本一致，提高测量可靠性和测量精度，适用于表面非接触三维光学测量。
Description
技术领域
本发明涉及Shadow Moiré测量系统，具体是一种基于相移技术的条纹图对比度自动补偿Shadow Moiré测量系统。
背景技术
Shadow Moiré非接触式三维光学表面测量技术，是利用光投射到光栅上，在被测物表面产生阴影光栅，而阴影光栅受到被测物表面形状的调制会发生变形，从CCD摄像机处观测到阴影光栅与光栅重叠形成moiré变形条纹。变形条纹中包含有物体表面信息，通过分析变形条纹获得被测表面形貌信息，并采用相移技术提高测量精度。Shadow Moiré光学三维测量技术由于具有非接触性、高精度和全场显示等优点，广泛应用在计算机视觉、机械零件的仿形加工、力学研究中的形状及离面位移测量、复杂物体的三维建模以及医学测量等领域。
相移的Shadow Moiré测量中，通过获取不同相位的条纹图进行处理条纹图信息，这一过程中，由于被测物体远离光栅形成相移条纹图，从而导致条纹图条纹对比度逐渐降低，进而会影响后续相位提取及相位解包，因此条纹对比度自动补偿能够提高测量的稳定性和测量精度，但相对需要测量系统。
发明内容
本发明为了能够提高条纹图对比度自动补偿测量的稳定性和测量精度，需要一种测量系统，特提出一种基于相移技术的条纹图对比度自动补偿功能的Shadow Moiré测量系统。
本发明的技术方案为，条纹图对比度自动补偿Shadow Moiré测量系统，包括可调光源和载物台，其特征在于：载物台上设有被测物体，被测物体上方设有正弦光栅；可调光源通过透镜准直系统投射出平行光照射到正弦光栅上，正弦光栅经由被测物表面形状调制的阴影光栅重叠形成moiré条纹图，产生的moiré变形条纹图通过CCD摄像机采集处理传输至控制系统。
进一步的改进在于：正弦光栅与载物台平行。
进一步的改进在于：正弦光栅的节距为P，其中P 的节距为0.08mm或者0.1mm或者0.25mm。
进一步的改进在于：可调光源通过透镜准直系统投射出平行光照射到正弦光栅上和正弦光栅平面垂直方向成入射角度α，其中α角度为30°或者45°或者60°，CCD摄像机在和正弦光栅平面垂直方向为β角度处采集moiré条纹，其中β角度为0°即可。
进一步的改进在于：载物台下设有伺服电机，并连接至控制系统。
有益效果：
本发明在使用时可调光源经过透镜准直系统投射平行光到正弦光栅，正弦光栅与经由被测物表面形状调制的阴影光栅重叠形成moiré条纹，并可在CCD摄像机处观测到；并通过计算控制CCD摄像机在连续相移运动中，获得条纹图上任一点灰度值变化，并计算分析光强补偿规律；根据光强补偿规律由计算机控制可调光源光强，并进行相移、条纹图采集。本系统由计算机进行控制实现条纹图采并保持采集条纹图条纹对比度基本一致，并对获取变形条纹进行信息处理计算三维测量信息并显示；该三维测量系统最显著特征：能够自动调节光强补偿条纹图条纹对比度变化，提高测量可靠性和测量精度，并快速显示测量结果；适用于表面非接触三维光学测量，具有较高的条纹图对比度，能够有效提高条纹图相位质量及处理速度。
正弦光栅与载物台平行是为了保证获得正确的图像。
正弦光栅的节距为P，P越小则条纹密度越高，但是P太小会产生光的衍射影响条纹质量，因此P的取值受到限制。
可调光源通过透镜准直系统投射出平行光照射到正弦光栅上和正弦光栅平面垂直方向成α角度，CCD摄像机在和正弦光栅平面垂直方向为β角度处采集moiré条纹。 通过调整α角和β角可以调整moiré条纹的条纹密度。
载物台下设有伺服电机，并连接至控制系统，伺服电机使载物台上被测物进行相移并根据图3调节可调光源的光强进行条纹图光强补偿，保证条纹图条纹对比度的一致性，同时控制系统控制CCD摄像机实时获得对应的条纹图对比度一致的变形moiré条纹图。
附图说明
图 1是本发明三维测量系统结构及整体布局。
图 2是本发明测量系统测量过程。
图 3 是本发明测量过程中连续相移运动时光强变化曲线的载物台远离光栅示意图。
图 4是本发明测量过程中连续相移运动时光强变化曲线的载物台接近光栅示意图。
图中1是可调光源，2是透镜准直系统，3是正弦光栅，4是被测物体，5是载物台，6是伺服电机，7是CCD摄像机，8是控制系统。
具体实施方式
下面结合附图和实例对本发明作进一步说明。
基于相移技术的条纹图对比度自动补偿Shadow Moiré测量系统，包括可调光源1和载物台5，载物台5上设有被测物体4，被测物体4上方设有正弦光栅3；可调光源1通过透镜准直系统2投射出平行光照射到正弦光栅3上，正弦光栅3经由被测物4表面形状调制的阴影光栅重叠形成moiré条纹图，产生的moiré变形条纹图通过CCD摄像机7采集处理传输至控制系统8。
正弦光栅3与载物台5平行。
正弦光栅3的节距为P，其中P 的节距为0.08mm或者0.1mm或者0.25mm。
可调光源1通过透镜准直系统2投射出平行光照射到正弦光栅3上和正弦光栅3平面垂直方向成入射角度α，其中α角度为30°或者45°或者60°，CCD摄像机7在和正弦光栅3平面垂直方向为β角度处采集moiré条纹，其中β角度为0°即可。
载物台5下设有伺服电机6，并连接至控制系统8。
如图1所示，在使用时本发明是一种于相移具有条纹图对比度自动补偿功能的Shadow Moiré测量系统。
控制系统8控制可调光源1并经由透镜准直系统2投射平行光到正弦光栅3，
控制系统8控制伺服电机6使载物台5向下远离光栅3或者向上接近光栅3连续相移运动，同时控制系统8控制CCD摄像机7获得条纹图上任一点灰度值在载物台5连续相移运动的变化规律，如图3、4。
控制系统8控制伺服电机6使载物台5上被测物进行相移并根据图3、4调节可调光源2的光强进行条纹图光强补偿，保证条纹图条纹对比度的一致性；同时控制系统8控制CCD摄像机7实时获得对应的条纹图对比度一致的变形moiré条纹图。变形条纹图的光强分布函数为：
（1）。
其中，为摄像机拍摄条纹图上像素（x, y）的光强，为背景光强，为调制条纹振幅，为像素（x, y）的相位。
通过计算处理变形条纹的相位可以获得被测表面对象点的高度。
控制系统8通过驱动伺服电机6使载物台5产生四副等相位差的干涉条纹，对应的变形条纹为则：
（2）。
如图2所示为本发明测量实现过程，本实施例中整个测量系统由控制系统8控制，实现光强的调节、条纹的相移与对应变形条纹图的获取。
图像处理软件对获得的四副变形条纹的分析处理，并进行相移运算、去包裹运算等，最后在控制系统8上得到所测物体表面的形貌信息。
以上所述为本发明较佳的应用实例而已，但本发明不应该局限于该实例和附图公开之内容，所以凡等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.条纹图对比度自动补偿Shadow Moiré测量系统，包括可调光源和载物台，其特征在于：载物台上设有被测物体，被测物体上方设有正弦光栅；可调光源通过透镜准直系统投射出平行光照射到正弦光栅上，正弦光栅经由被测物表面形状调制的阴影光栅重叠形成moiré条纹图，产生的moiré变形条纹图通过CCD摄像机采集处理传输至控制系统。
2.根据权利要求1所述的条纹图对比度自动补偿Shadow Moiré测量系统，其特征在于：正弦光栅与载物台平行。
3.根据权利要求1或2所述的条纹图对比度自动补偿Shadow Moiré测量系统，其特征在于：正弦光栅的节距为P，其中P 的节距为0.08mm或者0.1mm或者0.25mm。
4.根据权利要求1或2所述的条纹图对比度自动补偿Shadow Moiré测量系统，其特征在于：可调光源通过透镜准直系统投射出平行光照射到正弦光栅上和正弦光栅平面垂直方向成入射角度α，其中α角度为30°或者45°或者60°，CCD摄像机在和正弦光栅平面垂直方向为β角度处采集moiré条纹，其中β角度为0°即可。
5.根据权利要求1所述的条纹图对比度自动补偿Shadow Moiré测量系统，其特征在于：载物台下设有伺服电机，并连接至控制系统。
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