CN105387819A - 基于条纹反射法的反光物体三维形貌测量方法及装置 - Google Patents

Abstract

基于条纹反射法的反光物体三维形貌测量方法及装置，执行所述方法的装置包括电脑及固定在光学平台上的彩色CCD相机、反射图像显示屏、折射图像显示屏、半透半反镜、待测反光物体固定装置，使半透半反镜、反射显示屏、折射显示屏均与光学平台保持垂直，电脑分别与反射显示屏、折射显示屏及相机连接，电脑用于控制反射显示屏、折射显示屏和相机，并存储、显示和处理所采集的图像，包括如下具体步骤：1)产生条纹图像；2)红蓝条纹图像调制；3)调节装置空间布局；4)采集叠加变形条纹图像；5)提取变形条纹图像；6)红色通道条纹相位计算及蓝色通道条纹相位计算；7)对测量系统进行标定；8)求解带反光物体三维形貌深度信息。

Description

基于条纹反射法的反光物体三维形貌测量方法及装置

技术领域

本发明涉及镜片以及高反光物体的检测方法。具体为一种通过光学非接触技术测量镜面物体三维形貌的方法。

背景技术

本发明涉及光学非接触方式测量反光物体三维形貌的技术和方法。传统测量反光物体一般采用以下两种方式：其一，采用三坐标测量机等接触式测量设备进行逐点测量，具有测量速度较慢，容易引起形变，造成测量误差，对于精度要求较高的表面也会有一定损坏等缺点。其二，喷涂其表面，改变其反射特性为漫反射后用光学方法测量，这种方法削弱了光学测量方法非接触的优点，但改变了待测物体表面属性。以上两种方法都存在严重的局限性，对于检测表面精度较高镜面的方法需要具有更高要求。目前，在航空航天和汽车制造等领域，对高精度、高反射镜头和镜片表面的检测有大量需求，但测量该类表面的技术方法仍处于初级阶段。采用光学非接触测量高反射表面物体的方法，近年来国内外进行了大量研究，其中主要以条纹反射法为基础测量物体表面。在申请人检索的范围内，可以检索到相关文献信息如下：

1.MarkusCKnauer,JurgenKaminski,GerdHausler在“相位反射法：一种测量自由镜面反射表面的新方法”(Phasemeasuringdeflectometry:anewapproachtomeasurespecularfree-fromsurfaces.Proc.ofSPIE,2004,5457:366-376)文章中，提出PMD条纹反射相位测量法。通过计算经由被测表面反射后的相位信息，求解被测反射表面的梯度和高度。文章提出一种主动双目视觉方法，测量反光物体表面绝对形貌。通过立体传感器从两个角度获取信息，计算物体表面梯度再通过积分来求解深度信息。此方法获得了一定的精度，但存在较大误差及标定两个相机的缺陷，方法繁琐。

2.YanTang,XianyuSu等在“一种先进的相位反射测量自由镜面物体三维形貌”(3Dshapemeasurementoftheasphericmirrorbyadvancedphasemeasuringdeflectometry.OpticsExpress,2008,16(19):15090-15096)中，利用一个LCD屏幕、一个半透半反镜和一个CCD相机进行三维形貌的重建。此方法通过分别移动LCD屏幕和CCD相机，以及虚拟一个抛物面来重建镜面的梯度和深度。由于移动需要严重依赖水平导轨的精度，且需要通过积分梯度数据重建三维形貌，因此所获得三维数据精度不高，无法测量非连续和大梯度物体。

3.YuankunLiu,PetriLehtonen,XianyuSu在“基于照明胶片法的小型反光物体形貌高精度测量”(High-accuracymeasurementforsmallscalespecularobjectsbasedonPMDwithilluminatedfilm.Optics&LaserTechnology.2012,44(2):459–462)中利用胶片代替LCD显示屏来显示条纹，改善LCD屏幕显示中存在的电子噪声和屏幕闪烁的问题，利用半透半反镜同时解决水平和竖直两个方向梯度的求解，并利用索斯维尔模型重建形貌。但是胶片的使用限制了条纹投影自适应的优势，使条纹个数受到限制，且求解梯度仍存在较大奇异性。

4.HongweiZhang,ShujianHan,ShuguiLiu等人在“较大反射表面物体三维形貌重建”(3Dshapereconstructionoflargespecularsurface.AppliedOptics.2012,51(31):7616-7625)中，利用条纹反射法测量大反光物体表面，系统结构包括一个LCD屏幕、一个CCD相机以及水平导轨。将屏幕水平移动一个已知的位移，然后利用两组数据建立相位和梯度间关系，再将梯度进行积分运算。利用波前带状整合积分算法来提高重建的精度，以及用了特殊的迭代算法来提高抗噪性。但是仍将形貌的重建建立在移动设备和积分的基础上，存在较大的误差和奇异性。

5.YongliangXiao,XianyuSu,andWenjingChen在“基于条纹反射法三维测量的灵活几何标定法”(Flexiblegeometricalcalibrationforfringe-reflection3Dmeasurement.OpticsLetters.2012,37(4):620-622)中，利用无标记点的平面镜来标定LCD屏幕和CCD相机的几何关系，找到两者之间的旋转和平移关系，通过积分梯度计算三维形貌。此方法通过确定被测表面法线方向和梯度角的大小，建立投影和相机间的几何关系，再求解形貌。由于光学器件对角度的变化敏感，角度的变化会产生较大误差，所建立的几何关系不够稳定。

6.LeiHuang,ChiSengNg,andAnandKrishnaAsundi在“利用单视场条纹反射法测量动态反射表面三维形貌”(Dynamicthree-dimensionalsensingforspecularsurfacewithmonoscopicfringereflectometry.OpticsExpress.2011,19(13):12809-12814)中，利用单相机、单LCD屏幕测量了动态水面的三维形貌。基于相机和LCD屏幕的法向量关系求解出被测表面瞬时法向量方向。通过窗式傅里叶变换的方法，一次求解出水平和竖直方向的相位，进而求解出梯度，将梯度进行最小二乘积分求解出形貌。此方法计算出了水面的动态三维形貌数据，但是基于对表面梯度的求解，数据精度不高。

7.宋雷，岳慧敏等在“条纹反射法测量镜面手机外壳多尺度三维形貌.光电子·激光.2012,23(11):2154-2162”中提出，利用条纹反射法，两次拍摄求解水平和竖直两个方向的梯度角。由于物体表面的特性需由深度和梯度来描述，此文中忽略深度因素，测量类平面物体平面度。求解出两个正交方向的梯度，通过积分计算反射表面信息。此方法依然是建立相位和梯度间的关系，且由于忽略一组必要的深度信息，此方法只能检测近似于平面的反射表面。

由上述文献可以看出，高反光物体表面三维形貌的测量技术是研究热点，也是难点，快速、有效、高精度的测量高反光物体仍存在很多未解决的问题。利用条纹反射原理进行高反光物体的测量，由于表面反射特性，测量参数中的深度和梯度信息对测量同时存在影响，对两者的求解需要建立两组对应关系。其一可利用单目单屏显示系统，借助水平导轨移动被测物体或者显示屏的方法，通过建立相位和梯度的关系求解梯度，再将梯度数据进行积分求解出三维形貌。其二，利用双目或者多目视觉，确定摄像机间的空间几何关系，与显示屏建立几何关系，利用相位求解出梯度，再将梯度数据进行积分运算。目前可查证的文献中，都是利用镜面反射原理，反射光线依赖于法线方向，由此利用梯度的求解进行计算。但是将梯度进行积分运算存在误差累积，求解出的梯度角误差较大且系统设计及方案设计对角度的影响较大，不容易补偿；利用移动的方法严重依赖导轨的精度，且测量时操作繁琐。而双目视觉测量系统中，双相机间的像素点匹配也较复杂，为系统标定增加了难度。同时，已有的方法不能测量表面非连续的高反光物体。

因此提供一种硬件结构简单、算法测量精度高，易于标定且能够测量表面非连续的反光物体测量方法称为现有技术中主要存在的问题。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明拟采用的方案是：

提供一种基于条纹反射法的反光物体三维形貌测量方法，其特征是执行所述方法的装置包括电脑1及固定在光学平台上的彩色CCD相机(以下简称相机)、反射图像显示屏3、折射图像显示屏4、半透半反镜5、待测反光物体固定装置6，使半透半反镜、反射显示屏、折射显示屏均与光学平台保持垂直，

电脑分别与反射显示屏、折射显示屏及相机连接，电脑用于控制反射显示屏、折射显示屏和相机，并存储、显示和处理所采集的图像，以获得相应的测量结果；

反射显示屏和折射显示屏用来显示电脑所产生的图像；相机用于采集经由待测反光物体反射后的变形图像；反射显示屏上所显示的图像经过半透半反镜反射后的图像和折射显示屏上所显示图像经半透半反镜5折射后的图像的光路平行且在经被待测反光物体反射后均能为相机所拍摄，所述方法包括如下具体步骤：

1)产生条纹图像

采用电脑利用现有条纹生成方法根据测量场的大小和测量精度的要求，选择测量场中需投影的三组正弦直条纹个数，并且这三组正弦直条纹的条纹个数满足最佳条纹个数选择；每组正弦直条纹包含四幅彼此间有90度的相位移动的正弦直条纹图像(以下简称条纹图像)；

2)红蓝条纹图像调制

将步骤1)产生的每幅条纹图像分别调制在红色通道和蓝色通道中得到红色通道条纹图像和蓝色通道条纹图像，并将同一幅图像调制得到的红色通道条纹图像和蓝色通道条纹图像分别同时显示在反射显示屏上和折射显示屏上。

3)调节装置空间布局，

将待测反光物体固定在待测反光物体固定装置上，使折射显示屏、相机和待测反光物体在空间上呈三角测量关系，并调节半透半反镜、折射显示屏、反射显示屏与光学平台保持垂直。

4)采集叠加变形条纹图像

同一幅条纹图像显示在折射显示屏和反射显示屏上的红色通道条纹图像和蓝色通道条纹图像分别经半透半反镜折射和反射后在待测反光物体上叠加变形，相机采集经由被测反光物体物6反射后的三组十二幅叠加变形条纹图像，并存储到电脑中供后续处理；

5)提取变形条纹图像

将步骤4)采集到每一幅叠加变形图像经过经过红、蓝色通道分离得到同一幅条纹图像显示在反射显示屏和折射显示屏上的红色通道条纹图和蓝色通道条纹图像分别经被测反光物体反射后得到的图像即红色变形条纹图像和蓝色变形条纹图像。

6)红色通道条纹相位计算及蓝色通道条纹相位计算

采用四步相移法对步骤5)得到的红色变形条纹图像和蓝色变形条纹图像分别进行处理，

6.1)红色通道条纹相位计算，将每组四副红色变形条纹图像采用四步相移法处理得到一幅红色通道折叠相位图，三组红色变形条纹图像经过处理后得到三幅红色通道折叠相位图。然后再将三幅红色通道折叠相位图利用最佳条纹算法得到一幅红色通道绝对展开相位图。

6.2)蓝色通道条纹相位计算，采用与步骤6.1同样的方法，将每组四副蓝色通道条纹图像经过处理后得到一幅折叠相位图，三组蓝色通道条纹图像经过处理后得到三幅蓝色通道折叠相位图。然后再将三幅蓝色通道折叠相位图利用最佳条纹算法得到一幅蓝色通道绝对展开相位图。

7)对测量系统进行标定；包括以下步骤

7.1)以水平导轨定位的标定用平面反射镜代替待测反光物体；

7.2)定位标定用平面反射镜至N个已知位置，N≥2

在相机成清晰像的景深范围内(即测量场范围内)，利用水平导轨定位定位标定用平面反射镜到N个已知位置，并选取一个已知位置作为参考平面。

7.3)得到每个已知位置的红色通道绝对展开相位图和蓝色通道绝对展开相位图

在每个位置按照步骤1)～7)的方法得到红色通道绝对相位图和蓝色通道绝对相位图。

8)求解带反光物体三维形貌深度信息

8.1)建立相位和待测反光物体反光面的三维形貌深度信息(以下简称深度)的关系公式(1)

公式(1)中：h为待测反光物体反光面相对于参考平面的深度；

d为参考平面与反射显示屏所成虚像间的距离；

Δd为折射显示屏显示图像与反射显示屏所成虚像间的距离；

均为参考平面的绝对相位值，和分别根据不同颜色通道绝对展开相位图求得；

均为待测反光物体反光面的绝对相位值，和分别根据不同颜色通道绝对展开相位图求得；

8.2)根据步骤7)得到的已知位置的红色通道绝对展开相位图和蓝色通道绝对相位展开图求解公式(1)中的参数，进而利用公式(1)得到待测反光物体相对于参考平面的三维形貌深度信息，完成反光物体三维形貌测量。

本发明还提供了一种执行所述基于条纹反射法的反光物体三维形貌测量方法的装置，其特征是所述装置包括电脑1及固定在光学平台上的彩色CCD相机(以下简称相机)、反射图像显示屏3、折射图像显示屏4、半透半反镜5、待测反光物体固定装置6，使半透半反镜、反射显示屏、折射显示屏均与光学平台保持垂直，

电脑分别与反射显示屏、折射显示屏及相机连接，电脑用于控制反射显示屏、折射显示屏和相机，并存储、显示和处理所采集的图像；反射显示屏和折射显示屏用来显示电脑所产生的图像；相机用于采集经由待测反光物体反射后的变形图像；

反射显示屏、折射显示屏、半透半反镜和相机的位置关系为反射显示屏上所显示的图像经过半透半反镜反射后的图像和折射显示屏上所显示图像经半透半反镜折射后的图像的光路平行且在经被待测反光物体反射后均能为相机所拍摄。

与现有技术相比，本发明提供的反光物体三维形貌测量方法是基于条纹反射相位测量方法，其优点是：

1.数据采集效率高，采集速度快：本发明采用红、蓝颜色通道同时调制两个屏幕上的条纹，彩色相机可同时采集两个颜色通道的条纹信息。相比分别采集每个屏幕上条纹信息的方法，提高了采集效率。

2.数据精度高：本发明所有硬件设备均固定，在测量过程中不产生任何移动，相比利用水平导轨移动的方法，避免了水平导轨带来的系统误差。所使用的相机和LCD显示屏均是高分辨率设备，每帧获取的像素点信息多，测量精度较高。

3.设计巧妙：利用半透半反镜的特点，将空间位置相交的两个LCD屏幕等效成两个平行的LCD屏幕，将信息相互遮挡的两个屏幕，利用成像原理，CCD相机同时拍摄到两者重叠的图像，再利用相机和LCD屏幕间的几何关系，计算绝对深度。

4.建立直接连接相位和深度的新模型：国内外研究机构都是基于对镜面物体梯度的求解，再进行积分来计算形貌。本发明提出一种新的几何数学模型，利用特殊的位置关系和计算方法，将梯度信息隐含到公式中，直接建立相位和深度间关系，不需要积分运算便可直接获取镜面物体的三维形貌。

本发明利用条纹反射相位计算的方法测量反光物体的三维形貌，通过数学模型直接建立相位和深度信息的关系。根据几何模型巧妙利用半透半反镜成像原理，改变光路满足几何模型的计算要求，并且利用彩色条纹投影技术，将两个屏幕上的条纹信息调制到不同的颜色通道，实现彩色相机同时采集两个屏幕上条纹图像，提高采集效率。测量过程中不需要移动任何部件，简化测量过程中的复杂性，提高测量精度。

附图说明

图1为本发明具体实施方式提供的执行基于条纹反射法的反光物体三维形貌测量方法的装置的结构示意图；

图2为本发明具体实施方式提供的基于条纹反射法的反光物体三维形貌测量方法的测量原理示意图；

图3为本发明具体实施方式提供的基于条纹反射法的反光物体三维形貌测量方法的流程示意图。

具体实施方式

下面结合实施例及其附图进一步叙述本发明，但本申请要求的保护范围不受具体实施例的限制。

本具体实施方式中采用的显示屏均为LCD显示屏，

本发明提供的用于执行基于条纹反射法的反光物体三维形貌测量方法(简称方法，参见图1)的装置包括电脑1及固定在光学平台上的彩色CCD相机(以下简称相机)2、反射图像显示屏3(以下简称反射LCD)、折射图像显示屏4(以下简称折射LCD)、半透半反镜5、待测反光物体固定装置6，使半透半反镜、反射LCD、折射LCD均与光学平台保持垂直。

电脑分别与反射LCD、折射LCD及相机连接，电脑用于控制反射LCD、折射LCD和相机，并存储、显示和处理所采集的图像，以获得相应的测量结果；

反射LCD和折射LCD用来显示电脑所产生的图像；相机用于采集经由待测反光物体反射后的变形图像；反射LCD上所显示的图像经过半透半反镜反射后的图像和折射LCD上所显示图像经半透半反镜5折射后的图像的光路平行且在经被待测反光物体反射后均能为相机所拍摄，

本具体实施方式中，所述电脑1、彩色CCD相机2、反射图像显示屏3、折射图像显示屏4和半透半反镜5均为市购产品。本发明设计的基于条纹反射法的反光物体三维形貌测量方法(简称方法，参见图1)基于彩色条纹反射法的非接触光学测量，获取和重建反光物体的三维形貌，包括如下具体步骤：

1)产生条纹图像

采用电脑利用现有条纹生成方法根据测量场的大小和测量精度的要求，选择测量场中需投影的三组正弦直条纹个数，并且这三组正弦直条纹的条纹个数满足最佳条纹个数选择；每组正弦直条纹包含四幅彼此间有90度的相位移动的正弦直条纹图像(以下简称条纹图像)；

2)红蓝条纹图像调制

将步骤1)产生的每幅条纹图像分别调制在红色通道和蓝色通道中得到红色通道条纹图像和蓝色通道条纹图像，并将同一幅图像调制得到的红色通道条纹图像和蓝色通道条纹图像分别同时显示在反射LCD上和折射LCD上。

3)调节装置空间布局，

将待测反光物体固定在待测反光物体固定装置上，使折射LCD、相机和待测反光物体在空间上呈三角测量关系，即折射LCD上所成像经过反光物体反射后能够被相机完全拍摄，调节半透半反镜在折射LCD和反射LCD之间的位置和角度，使反射LCD上所显示图像经半透半反镜反射后的光路，与折射LCD上所显示图像经半透半反镜折射后的光路平行，折射LCD的显示图像与反射LCD显示图像的虚像3’平行，并调节半透半反镜、折射LCD、反射LCD与光学平台保持垂直。

4)采集叠加变形条纹图像

同一幅条纹图像显示在折射LCD和反射LCD上的红色通道条纹图像和蓝色通道条纹图像分别经半透半反镜折射和反射后在待测反光物体上叠加变形，相机采集经由被测反光物体物6反射后的三组十二幅叠加变形条纹图像，并存储到电脑中供后续处理；

5)提取变形条纹图像

将步骤4)采集到每一幅叠加变形图像经过红、蓝色通道分离得到同一幅条纹图像显示在反射LCD和折射LCD上的红色通道条纹图和蓝色通道条纹图像分别经被测反光物体反射后得到的图像即红色变形条纹图像和蓝色变形条纹图像。

6)红色通道条纹相位计算及蓝色通道条纹相位计算

采用四步相移法对步骤5)得到的红色变形条纹图像和蓝色变形条纹图像分别进行处理，

6.1)红色通道条纹相位计算，将每组四副红色变形条纹图像采用四步相移法处理得到一幅红色通道折叠相位图，三组红色变形条纹图像经过处理后得到三幅红色通道折叠相位图。然后再将三幅红色通道折叠相位图利用最佳条纹算法得到一幅红色通道绝对展开相位图。

6.2)蓝色通道条纹相位计算，采用与步骤6.1)同样的方法，将每组四副蓝色通道条纹图像经过处理后得到一幅折叠相位图，三组蓝色通道条纹图像经过处理后得到三幅蓝色通道折叠相位图。然后再将三幅蓝色通道折叠相位图利用最佳条纹算法得到一幅蓝色通道绝对展开相位图。

7)对测量系统进行标定；包括以下步骤

7.1)以水平导轨定位的标定用平面反射镜代替待测反光物体；

7.2)定位标定用平面反射镜至N个已知位置(N≥2)

在相机成清晰像的景深范围内(即测量场范围内)，利用水平导轨定位标定用平面反射镜到N个已知位置，并选取一个已知位置作为参考平面6-0。

7.3)得到每个已知位置的红色通道绝对展开相位图和蓝色通道绝对展开相位图

在每个位置按照步骤1)～7)的方法得到红色通道绝对相位图和蓝色通道绝对相位图。

8)求解带反光物体三维形貌深度信息

8.1)建立相位和待测反光物体反光面的三维形貌深度信息(以下简称深度)的关系公式(1)

公式(1)中：h为待测的反光物体反光面6-1相对于参考平面的深度；

d为参考平面与反射显示屏所成虚像间的距离；

Δd为折射显示屏显示图像与反射显示屏所成虚像间的距离；

均为参考平面的绝对相位值，和分别根据不同颜色通道绝对展开相位图求得；

均为待测反光物体反光面的绝对相位值，和分别根据不同颜色通道绝对展开相位图求得；

8.2)根据步骤7)得到的已知位置的红色通道绝对展开相位图和蓝色通道绝对相位展开图求解公式(1)中的参数，进而利用公式(1)得到待测反光物体相对于参考平面的三维形貌深度信息，完成反光物体三维形貌测量。

所述最佳条纹个数选择方法为本领域公知方法，可以从参考文献——“ZonghuaZhang,CatherineE.Towers,andDavidP.Towers.Timeefficientcolorfringeprojectionsystemforsimultaneous3Dshapeandcolorusingoptimum3-frequencyselection.OpticsExpress,2006,14(14):6444-6455”中得到

执行所述方法的装置的结构示意图如图1所示，

所述方法的测量原理示意图如图2所示

所述方法的测量流程示意图如图3。

实施例

本实施例中，电脑通过VGA接口与折射LCD和反射LCD连接，通过千兆网接口与相机连接，

所述条纹图像采用MATLAB软件生成；

本实施例中根据测量场的大小和测量精度要求，选择所投影的三组正弦直条纹个数分别是25、24、20；所述绝对展开相位图采用最佳三条纹选择法计算得到。

本发明提供的反光物体三维形貌测量方法，基于条纹反射法的测量原理直接得到反光物体的表面三维形貌。采用LCD屏幕显示软件产生的正弦直条纹。由于待测反光物体具有镜面反射特性，这些正弦直条纹受被测表面梯度和深度的调制而发生变形。CCD相机采集反射的变形条纹进行相位解调和三维形貌计算。本发明基于三角化的测量原理，设定一个成完善像的参考平面，利用参考镜面和被测反光面在CCD相机同一像素点的相位变化建立几何模型。

本发明提供的反光物体三维形貌测量方法，为直接建立深度和相位间的数学关系，避免了梯度角以及法向量方向对测量结果敏感的问题，解决了重建三维形貌时梯度积分运算给测量结果带来的累积误差和奇异性，从而准确的获得反光物体的三维形貌数据。

本发明提供的反光物体三维形貌测量方法，利用相位求解深度，需要计算经由待测反光物体反射的两个显示屏上的相位信息。利用两个LCD屏幕和一块半透半反镜改变光路，将两个LCD屏幕等效成具有已知位移关系且相对于参考镜面平行的两个屏幕。在两个屏幕上同时分别显示红条纹和蓝条纹，CCD相机同时采集这两种不同颜色的条纹信息，从而减少采集图像的数量，提高采集和测量效率。

本发明提供的反光物体三维形貌测量方法，将基于同一幅条纹图像产生的红、蓝色通道条纹图像分别同时显示在两个LCD屏幕上。因两个LCD屏幕空间位置不同而导致同一被测量点在CCD相机同一像素点上的相位信息不同，进而建立相位和深度间的直接关系，利用相位信息求解反光物体的三维形貌数据。拓宽了光学三维成像的领域，不仅对于三维视觉领域高新技术的研究开发具有重要的理论意义，而且对于诸如车身检测、工业自动在线检测、生物医学等领域中反光物体的快速测量具有重要的应用价值。

Claims (2)

1.一种基于条纹反射法的反光物体三维形貌测量方法，其特征是执行所述方法的装置包括电脑及固定在光学平台上的彩色CCD相机、反射图像显示屏、折射图像显示屏、半透半反镜、待测反光物体固定装置，使半透半反镜、反射显示屏、折射显示屏均与光学平台保持垂直，所述彩色CCD相机以下简称相机，

电脑分别与反射显示屏、折射显示屏及相机连接，电脑用于控制反射显示屏、折射显示屏和相机，并存储、显示和处理所采集的图像，以获得相应的测量结果；

反射显示屏和折射显示屏用来显示电脑所产生的图像；相机用于采集经由待测反光物体反射后的变形图像；反射显示屏上所显示的图像经过半透半反镜反射后的图像和折射显示屏上所显示图像经半透半反镜折射后的图像的光路平行且在经被待测反光物体反射后均能为相机所拍摄，所述方法包括如下具体步骤：

1)产生条纹图像

采用电脑利用现有条纹生成方法根据测量场的大小和测量精度的要求，选择测量场中需投影的三组正弦直条纹个数，并且这三组正弦直条纹的条纹个数满足最佳条纹个数选择；每组正弦直条纹包含四幅彼此间有90度的相位移动的正弦直条纹图像，所述正弦直条纹图像以下简称条纹图像；

2)红蓝条纹图像调制

将步骤1)产生的每幅条纹图像分别调制在红色通道和蓝色通道中得到红色通道条纹图像和蓝色通道条纹图像，并将同一幅图像调制得到的红色通道条纹图像和蓝色通道条纹图像分别同时显示在反射显示屏上和折射显示屏上；

3)调节装置空间布局，

将待测反光物体固定在待测反光物体固定装置上，使折射显示屏、相机和待测反光物体在空间上呈三角测量关系，并调节半透半反镜、折射显示屏、反射显示屏与光学平台保持垂直；

4)采集叠加变形条纹图像

同一幅条纹图像显示在折射显示屏和反射显示屏上的红色通道条纹图像和蓝色通道条纹图像分别经半透半反镜折射和反射后在待测反光物体上叠加变形，相机采集经由被测反光物体物6反射后的三组十二幅叠加变形条纹图像，并存储到电脑中供后续处理；

5)提取变形条纹图像

将步骤4)采集到每一幅叠加变形图像经过红、蓝色通道分离得到同一幅条纹图像显示在反射显示屏和折射显示屏上的红色通道条纹图和蓝色通道条纹图像分别经被测反光物体反射后得到的图像即红色变形条纹图像和蓝色变形条纹图像；

6)红色通道条纹相位计算及蓝色通道条纹相位计算

采用四步相移法对步骤5)得到的红色变形条纹图像和蓝色变形条纹图像分别进行处理

6.1)红色通道条纹相位计算，将每组四副红色变形条纹图像采用四步相移法处理得到一幅红色通道折叠相位图，三组红色变形条纹图像经过处理后得到三幅红色通道折叠相位图，然后再将三幅红色通道折叠相位图利用最佳条纹算法得到一幅红色通道绝对展开相位图；

6.2)蓝色通道条纹相位计算，采用与步骤6.1同样的方法，将每组四副蓝色通道条纹图像经过处理后得到一幅折叠相位图，三组蓝色通道条纹图像经过处理后得到三幅蓝色通道折叠相位图，然后再将三幅蓝色通道折叠相位图利用最佳条纹算法得到一幅蓝色通道绝对展开相位图；

7)对测量系统进行标定；包括以下步骤

7.1)以水平导轨定位的标定用平面反射镜代替待测反光物体

7.2)定位标定用平面反射镜至N个已知位置，N≥2

在相机成清晰像的景深范围内，利用水平导轨定位标定用平面反射镜到N个已知位置，并选取一个已知位置作为参考平面；

7.3)得到每个已知位置的红色通道绝对展开相位图和蓝色通道绝对展开相位图

在每个位置按照步骤1)～7)的方法得到红色通道绝对相位图和蓝色通道绝对相位图，

8)求解带反光物体三维形貌深度信息

8.1)建立相位和待测反光物体反光面的三维形貌深度信息的关系的公式(1)，三维形貌深度信息以下简称深度

公式(1)中：h为待测反光物体反光面相对于参考平面的深度；

d为参考平面与反射显示屏所成虚像间的距离；

Δd为折射显示屏显示图像与反射显示屏所成虚像间的距离；

均为参考平面的绝对相位值，和分别根据不同颜色通道绝对展开相位图求得；

均为待测反光物体反光面的绝对相位值，和分别根据不同颜色通道绝对展开相位图求得；

8.2)根据步骤7)得到的已知位置的红色通道绝对展开相位图和蓝色通道绝对相位展开图求解公式(1)中的参数，进而利用公式(1)得到待测反光物体相对于参考平面的三维形貌深度信息，完成反光物体三维形貌测量。

2.一种执行如权利要求1所述基于条纹反射法的反光物体三维形貌测量方法的装置，其特征是所述装置包括电脑及固定在光学平台上的彩色CCD相机、反射图像显示屏、折射图像显示屏、半透半反镜、待测反光物体固定装置，使半透半反镜、反射显示屏、折射显示屏均与光学平台保持垂直，所述彩色CCD相机以下简称相机；

电脑分别与反射显示屏、折射显示屏及相机连接，电脑用于控制反射显示屏、折射显示屏和相机，并存储、显示和处理所采集的图像；反射显示屏和折射显示屏用来显示电脑所产生的图像；相机用于采集经由待测反光物体反射后的变形图像；

反射显示屏、折射显示屏、半透半反镜和相机的位置关系为反射显示屏上所显示图像经过半透半反镜反射后的图像和折射显示屏上所显示图像经半透半反镜折射后的图像的光路平行且在经被待测反光物体反射后均能为相机所拍摄。