CN106713693A - 一种纹理扫描机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种纹理扫描机，利用光谱共焦位移传感器探头扫描被测样品，可以采集到被测样品的高度数据和反射光强数据，光谱共焦位移传感器与光谱共焦位移传感器探头连接，可以获取到所述被测样品的高度图像和反射光强图像，在纹理扫描机中包括有彩色线阵相机，可以通过扫描被测样品，获取被测样品的彩色图像，可见，通过一次扫描流程，可以同时获取到被测样品的高度图像和彩色图像，提高了测量的效率。考虑到高度图像和彩色图像可能会存在不匹配的问题，因此，可以利用计算机对反射光强图像和彩色图像的灰度信息进行相关性计算，实现高度图像与彩色图像的匹配。

Description

一种纹理扫描机

技术领域

本发明涉及扫描技术领域，特别是涉及一种纹理扫描机。

背景技术

三维自然纹理主要指各种木材纹理、皮革纹理、甚至是人工的油画纹理等。立体印刷即是将这些三维自然纹理高保真的印刷在壁纸、墙纸、家具贴纸、瓷砖和纺织服装制品上。作为平面印刷的升级产业，立体印刷的市场需求大，生产利润高，是现代化的高精尖产业。由于立体印刷对于细节要求更加丰富，因此对于三维自然纹理的数据输入要求很高，所以在进行数据测量时，提高x、y方向的点阵分辨率和z方向的测量精度十分重要。

目前基于激光三角法的线结构激光测量是三维(Three Dimensions，3D)测量领域中较为常用的一种技术，通过投射一束线结构激光到样品平面，该束线结构激光形成的光平面与样品相交成一光条，利用摄像机拍摄光条图像，提取光条图像的像素坐标，按照一定的算法，反求对应光条中光条点在空间坐标系下的坐标，即可得到被测样品的高度数据。对被测样品进行扫描时，除了获取被测样品的高度数据外，被测样品的图案颜色，也是进行立体印刷的重要因素。但是想要获取被测样品的彩色图像，必须重新设置摄像机的采集模式，并重新进行整个扫描过程，从而获得彩色图像。传统方式中，要获取被测样品的高度图像和彩色图像需要进行两次扫描流程，影响了测量的速度和效率。

可见，如何能够高效的获取被测样品的高度图像和彩色图像，从而提高测量效率，是本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种纹理扫描机，能够高效的获取被测样品的高度图像和彩色图像，提高了测量的效率，并且可以对高度图像和彩色图像进行相关处理，实现高度图像和彩色图像的匹配。

为解决上述技术问题，本发明提供一种纹理扫描机，包括：光谱共焦位移传感器探头1，光谱共焦位移传感器2，彩色线阵相机3和计算机4：

所述光谱共焦位移传感器探头1用于扫描被测样品，采集所述被测样品的高度数据和反射光强数据；

所述光谱共焦位移传感器2与所述光谱共焦位移传感器探头1连接，所述光谱共焦位移传感器2用于获取所述被测样品的高度图像和反射光强图像；

所述彩色线阵相机3用于扫描被测样品，获取所述被测样品的彩色图像；

所述计算机4分别与所述光谱共焦位移传感器2和所述彩色线阵相机3连接，用于获取所述高度图像、所述反射光强图像和所述彩色图像，并利用所述反射光强图像与所述彩色图像的灰度信息进行相关性计算，实现所述高度图像与所述彩色图像的匹配。

可选的，所述光谱共焦位移传感器探头1垂直于所述被测样品，调整所述光谱共焦位移传感器探头1与所述被测样品的距离，使所述光谱共焦位移传感器探头1在所述被测样品平面聚焦形成的光斑满足第一预设条件。

可选的，调整所述彩色线阵相机3与所述被测样品的距离，使所述彩色线阵相机3在所述被测样品平面聚焦形成的光线满足第二预设条件。

可选的，所述计算机4包括归一化预处理模块、转换模块、下采样处理模块、获取模块和匹配模块：

所述归一化预处理模块，用于对所述反射光强图像进行归一化预处理，并将所述归一化预处理后的反射光强图像转换为第一灰度图；

所述转换模块，用于将所述彩色图像转换为第二灰度图；

所述下采样处理模块，用于依据所述第二灰度图的分辨率，对所述第一灰度图进行下采样处理。

所述获取模块，用于获取所述第一灰度图的目标模板，所述目标模板为所述第一灰度图中灰度值最大点所形成的区域；

所述匹配模块，用于计算所述目标模板与所述第二灰度图的相关性，找到所述目标模板在所述第二灰度图中的匹配位置。

可选的，所述归一化预处理模块具体用于利用灰度图转换公式：

将所述归一化预处理后的反射光强图像转换为第一灰度图，其中，x为反射光强度值，x_min为像素最小反射光强值，x_max为像素最大反射光强值，y为像素灰度值。

可选的，所述转换模块具体用于利用灰度图转换公式：

Grayvalue＝(R*299+G*587+B*114+500)/1000

将所述彩色图像转换为第二灰度图，其中，Grayvalue表示所述第二灰度图的灰度值，R、G、B分别为红、绿、蓝三个颜色的数值。

可选的，所述匹配模块具体用于利用相关性计算公式：

计算所述目标模板与所述第二灰度图的相关性，其中，f表示所述第二灰度图，g表示所述目标模板，表示相关性计算，f^*表示f的共轭复数，m₀,n₀分别表示目标模板g在行和列上的位移。

可选的，所述匹配模块具体用于利用卷积运算公式：

计算所述目标模板与所述第二灰度图的相关性，其中，f表示所述第二灰度图，g表示所述目标模板，表示相关性计算，*表示卷积运算，g^*[-m,-n]表示g^*[m,n]关于原点对称的图样，m,n分别表示目标模板g在行和列上的位移。

由上述技术方案可以看出，利用光谱共焦位移传感器探头扫描被测样品，可以采集到被测样品的高度数据和反射光强数据，光谱共焦位移传感器与光谱共焦位移传感器探头连接，可以获取到所述被测样品的高度图像和反射光强图像，在纹理扫描机中包括有彩色线阵相机，可以通过扫描被测样品，获取被测样品的彩色图像，可见，通过一次扫描流程，可以同时获取到被测样品的高度图像和彩色图像，提高了测量的效率。考虑到高度图像和彩色图像可能会存在不匹配的问题，因此，可以利用计算机对反射光强图像和彩色图像的灰度信息进行相关性计算，实现高度图像与彩色图像的匹配。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例，下面将对实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种纹理扫描机的结构示意图；

图2为图1中A部位的局部放大结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下，所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护范围。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

接下来，详细介绍本发明实施例所提供的一种纹理扫描机。图1为本发明实施例提供的一种纹理扫描机的结构示意图，包括：光谱共焦位移传感器探头1，光谱共焦位移传感器2，彩色线阵相机3，计算机4，以及X轴直线电机系统5，Y轴直线电机系统6，X、Y轴运动控制器8，导轨9和旋转固定装置10，其中标号7所指示的位置可以用于放置被测样品。

采用本发明实施例提供的所述纹理扫描机，通过一次扫描流程，可以获取到被测样品的高度图像和彩色图像，其中，对被测样品进行扫描时，可以是对被测样品的整体进行扫描，也可以根据具体的要求，对被测样品中指定区域进行扫描，由此获取的该被测样品的高度图像和彩色图像即为该被测样品中指定区域所对应的图像。

根据被测样品需要扫描区域的大小，可以在计算机4中设定好X方向和Y方向的测量限位。在本发明实施例中，计算机4可以通过运动控制器8连接X轴直线电机系统5和Y轴直线电机系统6，实现对X轴和Y轴的数字化闭环协调的步进控制，系统定位的精度可以达到5微秒。在进行扫描时，X轴直线电机系统5或Y轴直线电机系统6可以带动旋转固定装置10沿导轨9匀速运动，由于光谱共焦位移传感器探头1，光谱共焦位移传感器2和彩色线阵相机3安装于旋转固定装置10上，故此，可以理解为是X轴直线电机系统5或Y轴直线电机系统6带动光谱共焦位移传感器探头1和彩色线阵相机3匀速运动，从而实现对被测样品的扫描。

在执行一次扫描流程时，光谱共焦位移传感器探头1可以用于扫描被测样品，采集所述被测样品的高度数据和反射光强数据，其在X、Y方向的分辨率可以达到4000点/英寸(Dot Per Inch，DPI)，在Z方向的测量精度误差小于5微秒。在本发明实施例中，根据采集的高度数据可以获取到相应的高度图像。但是为了便于后续实现高度图像与彩色图像的匹配，光谱共焦位移传感器探头1在采集高度数据的同时也会采集反射光强数据。

光谱共焦位移传感器2可以通过光纤与光谱共焦位移传感器探头1连接，可以获取到被测样品的高度图像和反射光强图像。

需要说明的是，本发明实施例并不限定必须使用光谱共焦位移传感器探头1和光谱共焦位移传感器2获取到高度图像和反射光强图像，具有获取高度图像和反射光强图像功能的其他类型传感器，同样适用于本发明实施例。

所述彩色线阵相机3用于扫描被测样品，获取所述被测样品的彩色图像。在本发明实施例中，彩色线阵相机3中采用的线阵图像传感器具体可以是电荷耦合元件(Charge-coupled Device，CCD)，即该彩色线阵相机3可以是彩色线阵CCD相机。

所述计算机4分别与所述光谱共焦位移传感器2和所述彩色线阵相机3连接，用于获取所述高度图像、所述反射光强图像和所述彩色图像，并利用所述反射光强图像与所述彩色图像的灰度信息进行相关性计算，实现所述高度图像与所述彩色图像的匹配。

利用纹理扫描机对被测样本进行扫描之前，需要调整好光谱共焦位移传感器探头1和彩色线阵相机3的位置。

光谱共焦位移传感器探头1垂直于所述被测样品，调整所述光谱共焦位移传感器探头1与所述被测样品的距离，使所述光谱共焦位移传感器探头1在所述被测样品平面聚焦形成的光斑满足第一预设条件。

其中，第一预设条件可以是对光斑要求的条件，光谱共焦位移传感器探头1可以由光源射出一束宽光谱的复色光(呈白色)，光谱共焦位移传感器探头1与被测样品的距离不同，光谱共焦位移传感器探头1在该被测样品平面聚焦形成的光斑也不尽相同，当聚焦形成的光斑最小最亮时，说明此时光谱共焦位移传感器探头1进行扫描获取的数据最为准确，故此，第一预设条件可以设定为聚焦形成最小最亮的光斑。

调整所述彩色线阵相机3与所述被测样品的距离，使所述彩色线阵相机3在所述被测样品平面聚焦形成的光线满足第二预设条件。

彩色线阵相机3在被测样品平面聚焦形成的是一条光线，当确定好光谱共焦位移传感器探头1与被测样品的距离后，说明在该距离下扫描时获取的数据最为准确，因此，可以参照光谱共焦位移传感器探头1与被测样品的距离，调整彩色线阵相机3的位置，如图2所示，光谱共焦位移传感器探头1和彩色线阵相机3可以安装在旋转固定装置10上，由于光谱共焦位移传感器探头1垂直于被测样品，因此为了实现对同一区域进行扫描，彩色线阵相机3的中轴与光谱共焦位移传感器探头1的中轴会成一定的夹角，倾斜入射被测样品的平面，具体的，彩色线阵相机3可以在旋转固定装置10上进行旋转，以此调整彩色线阵相机3的位置，使得彩色线阵相机3在被测样品平面聚焦形成的一条光线可以经过光谱共焦位移传感器探头1在该被测样品平面聚焦形成的光斑。故此，第二预设条件可以设定为彩色线阵相机3在被测样品平面聚焦形成的光线经过光谱共焦位移传感器探头1在该被测样品平面聚焦形成的光斑。

在开始扫描之前，需要设置好光谱共焦位移传感器2的采样频率和曝光时间，调整彩色线阵相机3的光圈，曝光时间和感性区域，可以根据具体要求进行设置和调整，本发明实施例在此不做限定。

光谱共焦位移传感器探头1扫描时在被测样品平面上形成的是一个点，根据X方向和Y方向的测量限位以及光谱共焦位移传感器探头1的分辨率，可以计算出光谱共焦位移传感器探头1在X方向上每扫描一行要采集的点数，以及Y方向上一共需要扫描的行数。

彩色线阵相机3在被测样品平面上形成的是一条线，可以依据彩色线阵相机3的性能，设置该条线的长度，即彩色线阵相机3的视场。

在开始扫描之前，Y轴直线电机系统6和X轴直线电机系统5可以均位于起始位置，在开始扫描时，Y轴直线电机系统6保持不动，X轴直线电机系统5带动光谱共焦位移传感器探头1和彩色线阵相机3整体匀速运动至之前设定的X方向的测量限位。

在该运动过程中，光谱共焦位移传感器探头1可以采集每一个点的高度数据和反射光强数据。具体的，根据光谱共焦测量原理，不同的被测样品到透镜的距离，会对应一个精确波长的光聚集到该被测样品上，通过测量反射光的波长，就可以得到该被测样品到透镜的精确距离即高度数据；被测样品上聚焦的反射光会在光谱共焦位移传感器探头1内的CCD感光矩阵上产生一个明显的波峰，就可以得到该被测样品的反射光强值。彩色线阵相机3进行高速连续的彩色图像采集。

当光谱共焦位移传感器探头1和彩色线阵相机3整体匀速运动至之前设定的X方向的测量限位后，需要将光谱共焦位移传感器探头1和彩色线阵相机3运动到下一行需要扫描的起始位置，以便开始对下一行的扫描。

本发明实施例，对于光谱共焦位移传感器探头1和彩色线阵相机3运动到下一行需要扫描的起始位置的运动方式不做限定，第一种方式可以是通过X轴直线电机系统5带动光谱共焦位移传感器探头1和彩色线阵相机3回到X轴方向的起始位置，再通过Y轴直线电机系统6带动光谱共焦位移传感器探头1和彩色线阵相机3整体运动至下一行需要扫描的起始位置。第二种方式可以是先通过Y轴直线电机系统6带动光谱共焦位移传感器探头1和彩色线阵相机3整体运动至下一行扫描的位置，再通过X轴直线电机系统5带动光谱共焦位移传感器探头1和彩色线阵相机3回到X轴方向的下一行需要扫描的起始位置。第三种方式可以是直接通过Y轴直线电机系统6带动光谱共焦位移传感器探头1和彩色线阵相机3整体运动至下一行扫描的位置，开始下一行的扫描。

为了后续方便叙述，本发明实施例可以采用第一种方式将光谱共焦位移传感器探头1和彩色线阵相机3运动到下一行需要扫描的起始位置。参照上述扫描过程，当光谱共焦位移传感器探头1和彩色线阵相机3运动到下一行需要扫描的起始位置后，Y轴直线电机系统6保持不动，X轴直线电机系统5带动光谱共焦位移传感器探头1和彩色线阵相机3整体匀速运动至之前设定的X方向的测量限位。

需要说明的是，在X方向上一次运动的过程中，光谱共焦位移传感器探头1采集到的是该行的高度数据和反射光强数据，而彩色线阵相机3采集到的是一个矩形区域的彩色图像，其中，该矩形区域的长度即为彩色线阵相机3设置的视场的数值。故此，当彩色线阵相机3连续拍摄一行后可以暂停工作，在后续X轴直线电机系统5带动光谱共焦位移传感器探头1和彩色线阵相机3整体匀速运动时，只让光谱共焦位移传感器探头1进行扫描，直至光谱共焦位移传感器探头1扫描的行数的长度到达该视场的数值，彩色线阵相机3再重新开始工作。

需要说明的是，本发明实施例中X轴直线电机系统5和Y轴直线电机系统6，也可以是其他类型的电机，在此不做限定。

以此类推，可以完成对被测样品的扫描，在扫描流程结束后，可以同时获取到一幅高度图像、一幅反射光强图像和一幅彩色图像。

考虑到在光谱共焦位移传感器探头1和彩色线阵相机3进行扫描时分辨率不同，并且扫描区域存在误差，从而导致获取的高度图像和彩色图像不匹配。针对这个问题，在本发明实施例中，可以通过计算机4对这两幅图像进行匹配处理。

在本发明实施例中可以采用基于图像的灰度信息实现高度图像和彩色图像的匹配。由于在反射光强图像中涉及到灰度信息，并且光谱共焦位移传感器探头1具有采集反射光强数据的功能，因此，在上述扫描过程中，光谱共焦位移传感器探头1在采集高度数据的同时，可以相应的采集反射光强数据，以便于进行高度图像和彩色图像的匹配时，可以将反射光强图像作为中间媒介，利用反射光强图像与彩色图像的灰度信息进行相关性计算，实现反射光强图像与彩色图像的匹配。

由于光谱共焦位移传感器探头1采集到的是每一个点的高度数据和反射光强数据，即高度数据和反射光强数据具有一一对应的关系，因此形成的高度图像和反射光强图像完全匹配。当反射光强图像与彩色图像匹配完成后，相应的可以得到与彩色图像匹配的高度图像，即实现高度图像与彩色图像的匹配。

接下来将对反射光强图像与彩色图像的匹配过程展开介绍。

计算机4可以通过千兆以太网分别与光谱共焦位移传感器2和彩色线阵相机3连接，进行控制和数据的传输，故此，计算机4可以获取到高度图像、反射光强图像和彩色图像。

所述计算机4可以依据包括的归一化预处理模块、转换模块、下采样处理模块、获取模块和匹配模块，实现高度图像和彩色图像的匹配。

所述归一化预处理模块，用于对所述反射光强图像进行归一化预处理，并将所述归一化预处理后的反射光强图像转换为第一灰度图。

将反射光强图像进行归一化预处理，得到像素值区间为[0,1]，进一步可以利用灰度图转换公式：

将所述归一化预处理后的反射光强图像转换为第一灰度图，该第一灰度图的像素值区间为[0,255]，其中，x为反射光强度值，x_min为像素最小反射光强值，x_max为像素最大反射光强值，y为像素灰度值。

所述转换模块，用于将所述彩色图像转换为第二灰度图。

具体的，可以利用灰度图转换公式：

Grayvalue＝(R*299+G*587+B*114+500)/1000

将所述彩色图像转换为第二灰度图，其中，Grayvalue表示所述第二灰度图的灰度值，R、G、B分别为红、绿、蓝三个颜色的数值，/表示整除运算，得到除式的商，加数500是对商值进行四舍五入处理，保证第二灰度图的灰度值取在整数区间[0,255]。

通过归一化预处理模块和转换模块可以将反射光强图像和彩色图像转换为具有相同像素值区间的灰度图。

由于第一灰度图的分辨率高于第二灰度图的分辨率，为了使得两张灰度图的分辨率保持一致，可以对第一灰度图进行下采样处理。具体的，计算机4中的下采样处理模块，可以依据所述第二灰度图的分辨率，对所述第一灰度图进行下采样处理。

理论上高度图像和彩色图像的大小应该一致，但是实际操作中可能会存在误差，导致位置不匹配，本发明实施例中采用反射光强图像作为中间媒介，因此需要进行反射光强图像和彩色图像位置的匹配。在上述过程中，已经将反射光强图像和彩色图像转换为具有相同像素值区间的灰度图，故此，可以以第一灰度图和第二灰度图为基础，完成反射光强图像和彩色图像位置的匹配。

可以通过选取目标模板的方式，完成灰度图的匹配。从第一灰度图中选取目标模板，当在第二灰度图中找到与该目标模板匹配的位置后，便可以完成第一灰度图与第二灰度图位置的匹配，即完成反射光强图像和彩色图像位置的匹配。

具体的，计算机4中的获取模块，用于获取所述第一灰度图的目标模板。计算机4中的匹配模块，用于计算所述目标模板与所述第二灰度图的相关性，找到所述目标模板在所述第二灰度图中的匹配位置。

其中，目标模板可以是第一灰度图中灰度值最大点所形成的区域，即包含第一灰度图中所有灰度值最大点的区域。选取的目标模板越小，在后续匹配过程中执行效率越高，故此，该区域可以为包含第一灰度图中所有灰度值最大点的一个最小N*N像素点区域。

在进行目标模板与第二灰度图的匹配时，考虑到该目标模板中可能会包含多个像素点，可以取该目标模板的中心像素点与第二灰度图中的各个像素点逐一对应确定匹配位置，每一次对应做一次相关性计算，计算时目标模板的N*N像素点区域和第二灰度图里的N*N像素点区域做计算，比较计算结果后，由此可以完成第一灰度图和第二灰度图的匹配。

在具体实现中，可以利用二维相关性计算公式：

其中，f表示所述第二灰度图，g表示所述目标模板，表示相关性计算，*表示卷积运算，g^*[-m,-n]表示g^*[m,n]关于原点对称的图样，m,n分别表示目标模板g在行和列上的位移。

由于灰度图由多个像素点构成，因此，可以利用该二维相关性计算公式的离散形式计算所述目标模板与所述第二灰度图的相关性，从而确定出目标模板在第二灰度图中的对应位置。

其中，离散形式计算公式如下：

其中，f表示所述第二灰度图，g表示所述目标模板，表示相关性计算，f^*表示f的共轭复数，m₀,n₀分别表示目标模板g在行和列上的位移。

在本发明实施例中，为了进一步提高执行的效率，降低计算的复杂度，可以利用卷积运算实现目标模板与第二灰度图的相关性计算，从而确定出目标模板在第二灰度图中的对应位置。

所述匹配模块具体用于利用卷积运算公式：

计算所述目标模板与所述第二灰度图的相关性，其中，f表示所述第二灰度图，g表示所述目标模板，表示相关性计算，*表示卷积运算，g^*[-m,-n]表示g^*[m,n]关于原点对称的图样，m,n分别表示目标模板g在行和列上的位移。

由于两个信号空间阈的卷积等于对应的频域信号的乘积，所以分别对目标模板和第二灰度图进行傅里叶变换，可以得到两者的频域信号。其中，二维离散傅里叶变换公式如下：

将两个频域信号相乘，并通过傅里叶逆变换得到卷积的最终结果，频域乘法规则为：

Re Y[f]＝Re F[f]Re G[f]-Im F[f]Im G[f]

Im Y[f]＝Im F[f]Re G[f]-Re F[f]Im G[f]

其中，F表示第二灰度图的傅里叶变换结果，G表示目标模板的傅里叶变换结果，Re表示取实部操作，Im为取虚部操作，f表示频率。

卷积结果中灰度值最大的像素，即尖峰处，即为目标模板中心点在第二灰度图中的位置，此时目标模板在第二灰度图中的位置被指定，所以第一灰度图在第二灰度图的位置被确定，匹配完成。

因为光谱共焦位移传感器探头得到的高度图像和反射光强图像是完全匹配的，所以反射光强图像与彩色图像匹配完成后，也可得到与彩色图像匹配的高度图像。

为了进一步提高匹配的准确性，在卷积运算之前可以先对目标模板和第二灰度图进行边缘检测，突出边缘后的最终卷积结果会更加明显，目标模板在第二灰度图中的对应的位置会被明亮的尖峰表示出来。

考虑到目标模板的中心点可能会与第二灰度图的边界位置的像素点匹配，若该目标模板中包含有多个像素点时，可能会导致该目标模板超出第二灰度图的边界，针对这种情况，可以对目标模板和第二灰度图进行添零处理，根据目标模板和第二灰度图的大小，将目标模板和第二灰度图添零处理变成大小统一的两张图，例如，目标模板的大小为N*N，第二灰度图的大小为M*M，则可以对这两张图进行添零处理，使其大小均变为(M+N-1)*(M+N-1)。以此来避免目标模板超出第二灰度图的边界情况的发生。

由上述技术方案可以看出，利用光谱共焦位移传感器探头扫描被测样品，可以采集到被测样品的高度数据和反射光强数据，光谱共焦位移传感器与光谱共焦位移传感器探头连接，可以获取到所述被测样品的高度图像和反射光强图像，在纹理扫描机中包括有彩色线阵相机，可以通过扫描被测样品，获取被测样品的彩色图像，可见，通过一次扫描流程，可以同时获取到被测样品的高度图像和彩色图像，提高了测量的效率。考虑到高度图像和彩色图像可能会存在不匹配的问题，因此，可以利用计算机对反射光强图像和彩色图像的灰度信息进行相关性计算，实现高度图像与彩色图像的匹配。

以上对本发明所提供的一种纹理扫描机进行了详细介绍。说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。

Claims (8)

1.一种纹理扫描机，其特征在于，包括：光谱共焦位移传感器探头(1)，光谱共焦位移传感器(2)，彩色线阵相机(3)和计算机(4)：

所述光谱共焦位移传感器探头(1)用于扫描被测样品，采集所述被测样品的高度数据和反射光强数据；

所述光谱共焦位移传感器(2)与所述光谱共焦位移传感器探头(1)连接，所述光谱共焦位移传感器(2)用于获取所述被测样品的高度图像和反射光强图像；

所述彩色线阵相机(3)用于扫描被测样品，获取所述被测样品的彩色图像；

所述计算机(4)分别与所述光谱共焦位移传感器(2)和所述彩色线阵相机(3)连接，用于获取所述高度图像、所述反射光强图像和所述彩色图像，并利用所述反射光强图像与所述彩色图像的灰度信息进行相关性计算，实现所述高度图像与所述彩色图像的匹配。

2.根据权利要求1所述的纹理扫描机，其特征在于，所述光谱共焦位移传感器探头(1)垂直于所述被测样品，调整所述光谱共焦位移传感器探头(1)与所述被测样品的距离，使所述光谱共焦位移传感器探头(1)在所述被测样品平面聚焦形成的光斑满足第一预设条件。

3.根据权利要求2所述的纹理扫描机，其特征在于，调整所述彩色线阵相机(3)与所述被测样品的距离，使所述彩色线阵相机(3)在所述被测样品平面聚焦形成的光线满足第二预设条件。

4.根据权利要求1-3任意一项所述的纹理扫描机，其特征在于，所述计算机(4)包括归一化预处理模块、转换模块、下采样处理模块、获取模块和匹配模块：

所述归一化预处理模块，用于对所述反射光强图像进行归一化预处理，并将所述归一化预处理后的反射光强图像转换为第一灰度图；

所述转换模块，用于将所述彩色图像转换为第二灰度图；

所述下采样处理模块，用于依据所述第二灰度图的分辨率，对所述第一灰度图进行下采样处理；

所述获取模块，用于获取所述第一灰度图的目标模板，所述目标模板为所述第一灰度图中灰度值最大点所形成的区域；

所述匹配模块，用于计算所述目标模板与所述第二灰度图的相关性，找到所述目标模板在所述第二灰度图中的匹配位置。

5.根据权利要求4所述的纹理扫描机，其特征在于，所述归一化预处理模块具体用于利用灰度图转换公式：

$y=\frac{x-x_{\min }}{x_{\max }-x_{\min }}\×255$

将所述归一化预处理后的反射光强图像转换为第一灰度图，其中，x为反射光强度值，x_min为像素最小反射光强值，x_max为像素最大反射光强值，y为像素灰度值。

6.根据权利要求5所述的纹理扫描机，其特征在于，所述转换模块具体用于利用灰度图转换公式：

Grayvalue＝(R*299+G*587+B*114+500)/1000

将所述彩色图像转换为第二灰度图，其中，Grayvalue表示所述第二灰度图的灰度值，R、G、B分别为红、绿、蓝三个颜色的数值。

7.根据权利要求6所述的纹理扫描机，其特征在于，所述匹配模块具体用于利用相关性计算公式：

计算所述目标模板与所述第二灰度图的相关性，其中，f表示所述第二灰度图，g表示所述目标模板，表示相关性计算，f^*表示f的共轭复数，m₀,n₀分别表示目标模板g在行和列上的位移。

8.根据权利要求6所述的纹理扫描机，其特征在于，所述匹配模块具体用于利用卷积运算公式：

计算所述目标模板与所述第二灰度图的相关性，其中，f表示所述第二灰度图，g表示所述目标模板，表示相关性计算，*表示卷积运算，g^*[-m,-n]表示g^*[m,n]关于原点对称的图样，m,n分别表示目标模板g在行和列上的位移。