CN113396312B - 用于在光学失真介质中测量表面特性的方法 - Google Patents

用于在光学失真介质中测量表面特性的方法 Download PDF

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Abstract

提供了一种用于测量物体的至少一部分的表面特性的方法，包括：提供光源；在物体的至少一部分上生成第一干涉图案；捕获第一干涉图案的图像；偏移光源的相位以生成第二干涉图案；捕获第二干涉图案的图像；从干涉图案中滤除失真；基于图像提取物体的至少一部分的包裹相位；展开物体的至少一部分的包裹相位以生成展开相位；识别到物体的至少一部分的计算深度图距离；以及将理想部分拟合到物体的至少一部分的计算深度图，以测量表面特性。

Description

用于在光学失真介质中测量表面特性的方法
本实施例涉及一种用于在光学失真介质中测量表面特性的方法。
工业表面可能在使用期间腐蚀、积聚不想要的材料、变形和/或以其他方式改变。这些改变可能会对例如成本、效率和安全性提出挑战。诸如厚度、曲率、粗糙度、裂缝等之类的表面特性的测量可以允许跟踪、分析和/或减轻。
在不利的环境中进行这样的测量可能是具有挑战性的。例如，核反应堆燃料上的腐蚀产物沉淀物(通常称为“积垢”)可能限制功率和/或导致燃料包壳腐蚀。知道积垢的厚度和形态(例如，孔隙率和/或成分)可以帮助估计这些事件的风险并指导操作选择。
由于恶劣的(水下、受辐照)环境以及干扰潜在易碎表面的后果，积垢可能特别难以测量。这可能会阻碍诸如触针轮廓测量法之类的传统检查技术。涡流研究可能偶尔进行，但由于燃料包壳氧化物而昂贵和/或复杂。
传统的光学技术可能会遭受由于环境温度梯度导致的折射率的不受控制的改变。例如，具有积垢的水下燃料棒可能产生大量热量，这会导致对流，该对流可能引起图像失真。另外，水吸收可见范围之外的波长。此外，表面反射率和散射可能跨正被分析的表面而不可预测地变化。
测量在诸如核燃料棒之类的物体上的积垢和/或氧化物集结(buildup)的沉积，涉及测量从约10至约100微米(约0.3至约4密耳)的可变厚度。通常在物体上发现的积垢和金属氧化物可以具有可变的密度，诸如对于核燃料棒而言为约4.0g/cm3。此外，这种集结可能包含直径为约0.0018mm的通道(chimney)和占集结的体积约40％至约60％的孔隙率。
此外，测量特别是核燃料棒上的积垢和/或氧化物沉积可能涉及对用过的燃料进行测量，该用过的燃料通常储存在水下约10米且处于约2atm的压力下的乏燃料池中。池中的温度变化，对于作为整体的池而言，其具有为约25℃至约30℃的平均温度，但其中水在燃料附近显著变得更暖。这种温度梯度可能由于对流而引起显著的流动，这甚至可能导致局部湍流。安全性和实用性可能要求在特定情况下避免与燃料接触，并将暴露于电离辐射减至最低程度。
存在许多在学术文献中描述并在工业中应用的用于物体的表面测量的光学技术。这些技术包括干涉测量法、锥光测量法、条纹轮廓测量法、偏振测定法、结构光和立体视觉、散斑相关性、立体摄影测量法、光度立体、离焦深度、反卷积显微术、光度测定、3D扫描(包括飞行时间和三角测量)、散射和共焦技术。
所有光学技术都在工作距离、景深以及横向、轴向和时间分辨率之间呈现出基本的权衡。这些起因于基本的物理限制，特别是衍射。例如，在一定距离处的显微镜减小景深，并且扫描技术(无论是锥光、低相干性、三角测量还是离焦深度)用空间分辨率换取时间分辨率，从而对扫描期间的目标移动变得敏感。困难在于，当在失真介质中处于一定距离处时，实现移动目标的适当同时的空间和时间分辨率两者。
已经尝试了用于减少由于大气湍流引起的失真的天文技术，包括幸运成像(luckyimaging)、散斑成像以及自适应光学，但是这些技术对于近距离物体而言不是最佳的。
所需要的是一种在水下环境中测量物体的至少一部分的表面特性的方法，该方法可能涉及可变的和改变的折射率，并且与其中天文技术可能是最佳的情况相比，其中物体可能相对接近。将数据的偏差与目标的理想模型进行比较使数据在操作上有用。例如，拟合半径和原始燃料棒规格之间的差异是对组合的氧化物和积垢厚度的直接估计，这是核电站操作直接关注的。由于噪声和来源于由于热对流引起的折射率的变化的失真，本实施例允许以比本领域中以其他方式可实现的更大的空间或时间分辨率来测量表面。
参考附图公开了本主题的实施例，并且本主题的实施例仅用于说明目的。本主题在其应用方面不限于附图中所示的构造的细节或部件的布置。除非另外说明，否则相同的参考标号用于指示相同的部件。
图1是本主题的说明性实施例的流程图。
图2是示出积垢在物体上的沉积改变物体的厚度的示意性截面图。
图3是示出从物体上去除积垢改变物体的厚度的示意性截面图。
图4是示出可能导致粗糙的积垢在物体上的沉积改变物体的厚度的示意性截面图。
图5是示出积垢在物体上的沉积改变物体的厚度并且可能显露缺陷的示意性截面图。
图6是本主题的说明性实施例的俯视图。
图7是示出根据实施例测量的十个销(pin)的计算半径与标称半径的关系的图表。
本实施例涉及一种用于测量物体的至少一部分的表面特性的方法；包括提供至少一个光源；引导来自光源的光以在物体的至少一部分上生成第一干涉图案；捕获第一干涉图案的至少一个第一图像；偏移至少一个光源的相位以生成第二干涉图案；捕获第二干涉图案的至少一个第二图像；从第一干涉图案和/或第二干涉图案中滤除失真；基于至少一个第一图像和至少一个第二图像，提取物体的至少一部分的包裹相位；展开物体的至少一部分的包裹相位以生成展开相位；基于展开相位识别从固定点到物体的至少一部分的计算深度图距离；以及将理想部分拟合到物体的至少一部分的计算深度图以测量表面特性。如本文中所使用的，“基于”可以意指“利用从……导出的数据”。在某些实施例中，可以按照所述顺序执行方法步骤，或者可以根据需要改变顺序，只要方法依然能够获得期望的结果即可。
根据某些实施例，提供至少一个光源可以包括提供单色光源。单色光源可以是激光器。激光器可以是多线激光器。根据某些实施例，激光器可以投射从波长为约390nm至波长为约700nm的单色光。根据一些实施例，光源可以投射从波长为约420nm到波长为约480nm的光。根据一些实施例，光源可以投射处于波长为约450nm的光。至少一个光源可以以这样的方式定位，以便在包含物体的至少一部分的体积上投射可调节相位的干涉图案。
根据某些实施例，引导来自光源的光以在物体的至少一部分上生成第一干涉图案可以包括引导来自至少一个光源的光通过光栅、掩模或将光与参考光束相结合，以便在包含物体的至少一部分的体积上生成第一干涉图案。物体的至少一部分可以与第一干涉图案的至少两个衍射级重叠。根据某些实施例，可以在生成第一干涉图案时利用不同的波长和偏振。
物体的至少一部分可以至少部分地浸没在液体介质中，其中可选的是液体介质包括水。物体的至少一部分可以是基本上圆柱形的、基本上球形的、基本上矩形的长方体或在至少一个表面上是平坦的。根据某些实施例，在光学失真介质中的表面特性的定量测量可以包括以下各项中的至少一项：确定物体的至少一部分的厚度改变；确定物体的至少一部分的孔隙率；确定物体的至少一部分的成分；或其组合。根据某些实施例，物体可以是核燃料棒或蒸汽发生器管或导管。
根据某些实施例，方法可以包括以下特征：光栅与物体限定在其之间的距离d，其中d至少是出于涉及核燃料的安全性考虑所需的最小距离。距离“d”可以取决于所需的暴露时间、实际处理材料的人员所需的安全距离和/或可用和使用的屏蔽的量而变化。安全暴露水平是本领域技术人员已知的，并且例如在欧盟的“欧盟指令2013/59/欧洲原子能共同体电离辐射保护(EU Directive 30 2013/59/Euratom-protection against ionisingradiation)”中以及在美国的10 C.F.R.§20.1201(通常用于成年人)、10 C.F.R.§20.1207(通常用于未成年人)、10 C.F.R.§20.1208(用于孕妇)中限定。此外，可以考虑维护所使用的装备的安全距离，以便防止材料的损坏和故障。为此，可以变化不同的屏蔽、反射镜和暴露时间，以将装备对电离辐射的暴露保持在可接受的水平。
根据某些实施例，捕获第一干涉图案的至少一个第一图像可以包括利用远心透镜聚集来自物体的至少一部分的光，并将其引导至成像传感器。根据某些实施例，捕获至少一个第一图像可以包括拍摄照片。捕获至少一个第一图像可以包括收集视频数据。在特定实施例中，捕获至少一个第一图像可以利用被配置为基本上阻挡环境光的过滤器。根据某些实施例，远心透镜可以具有以下各项中的至少一项：约103mm的工作距离范围、约425nm至约675nm的宽带抗反射涂层、阳极氧化铝构造、约12mm至约16mm的视场和/或在588nm处小于0.20％的失真。根据某些实施例，成像传感器可以包括至少一个相机。在特定实施例中，至少一个相机可以是一个或多个单色相机，其具有以下各项中的至少一项：8位像素深度、逐行扫描CMOS、约2.2微米乘约2.2微米像素尺寸、约5.6mm乘约4.2mm感测区域，和/或包括具有最大信噪比至少为约20dB的成像设备。根据一些实施例，相机可以包括具有最大信噪比至少为约35dB的成像设备。根据另外的实施例，相机可以包括具有最大信噪比为约38.1dB的成像设备。
根据某些实施例，捕获至少一个第一图像包括低相干扫描或锥光扫描。
根据某些实施例，捕获第二干涉图案的至少一个第二图像包括生成第二干涉图案。这可以通过例如使用蜗杆(worm)步进器来完成，该蜗杆步进器被配置为移动光栅以便更改第一干涉图案的相位。可以投射其他结构光，诸如物镜散斑或由非相干光组成的条纹。可以使用其他建立干涉的手段，诸如与参考光束组合或通过掩模观察。根据某些实施例，可以利用不同的波长和偏振。捕获至少一个第二图像可以包括利用远心透镜并将图像引导至成像传感器。捕获至少一个第二图像可以包括拍摄照片。捕获至少一个第二图像可以包括收集视频数据。在特定实施例中，捕获至少一个第二图像可以利用被配置为基本上阻挡环境光的过滤器。根据某些实施例，远心透镜可以具有以下各项中的至少一项：约103mm的工作距离范围、约425nm至约675nm的宽带抗反射涂层、阳极氧化铝构造、约12mm至约16mm的视场和/或在588nm处小于0.20％的失真。根据某些实施例，成像传感器可以包括至少一个相机。特别地，至少一个相机可以是一个或多个单色相机，其具有以下各项中的至少一项：8位像素深度、逐行扫描CMOS、约2.2微米乘约2.2微米像素尺寸、约5.6mm乘约4.2mm的感测区域，和/或包括具有最大信噪比至少为约20dB的成像设备。根据一些实施例，至少一个相机可以包括具有最大信噪比至少为约35dB的成像设备。根据另外的实施例，至少一个相机可以包括具有最大信噪比为约38.1dB的成像设备。
根据某些实施例，捕获至少一个第二图像包括低相干扫描或锥光扫描。
根据某些实施例，从(一个或多个)第一和/或第二干涉图案中滤除失真包括：从第一图像和/或第二图像中去除由于折射率差异、物体移动和/或流动的改变而导致的误导性数据，其中流动的改变可能是自然对流的结果。流动和由于流动引起的移动可能导致介质中局部温度改变，该介质例如包括但不限于用于存储核燃料棒的乏燃料池，其中这些棒存储在大约2个大气压(atm)下、大约水下10米、对于作为整体的池而言处于范围从约25℃至约30℃的平均温度，但其中靠近燃料棒的温度要高得多。根据某些实施例，滤除失真包括解析光栅和物体之间的介质的折射率的差异。光栅和物体之间的介质的折射率的差异可以包括介质中局部温度改变的结果。根据某些实施例，第一和/或第二图像可以近似为张量，并且该张量可以包括描述位置和时间的像素高度、像素宽度和帧计数的分量，以及对应于二次和/或线性损失函数的可选项。根据某些实施例，滤除失真包括将图像张量因子分解成低秩子空间加上稀疏张量并利用损失函数，其中损失函数包括用于低秩子空间的二次项和用于稀疏分量的至少一项。低秩子空间可以包括与给定相位如何与投射的干涉图案相关的信息。低秩子空间可以包括与由于物体相对移动引起的随时间的改变有关的信息。
根据某些实施例，从(一个或多个)第一和/或第二干涉图案滤除失真包括张量分解。第一和/或第二图像可以近似为张量，并且该张量可以被分解为三个加性分量(其总和是原始张量)：低秩子空间、稀疏分量和误差分量。可以通过双侧随机投射来确定低秩子空间部分，这将原始张量减去低秩子空间和稀疏分量的绝对值减小到最小值，并且将该最小值假定为噪声。这可以通过以交替的方式解决两个问题来完成：使用初始(或先前求出的)稀疏分量来求出低秩子空间，以及使用初始(或先前求出的)低秩子空间来求出稀疏分量，其中低秩子空间的秩和稀疏分量的基数是受到约束的。例如，在2011年国际机器学习会议上，Zhou等人在“GoDec：嘈杂情况下的随机低秩和稀疏矩阵分解(GoDec:Randomized Low-rank&Sparse Matrix Decomposition in Noisy Case)”中对此进行了描述。
阐述以下示例仅是为了进一步说明主题方法。说明性示例不应被解释为以任何方式限制本主题。
根据一些实施例，滤除失真可以包括：将第一和/或第二图像近似为时间/空间点云；分析点云；以及消除那些被确定为具有低于给定阈值的信噪比的部分。可以通过使用由低秩子空间的二次项和稀疏分量的L1项组成的损失函数来将图像张量因子分解成低秩子空间加稀疏张量来处理失真。低秩子空间包含了给定相位如何与投射条纹相位相关的信息，包括由于物体的至少一部分的移动而引起的随时间的改变。
根据某些实施例，可以在第一图像和第二图像内提供固定位置的物体，以便提供关于第一和/或第二干涉图案的衍射级的参考数据，以便帮助滤除失真。
根据某些实施例，基于至少一个第一图像和至少一个第二图像提取物体的至少一部分的包裹相位可以包括确定在第一和第二图像中捕获的图像的给定像素处的衍射图案的相位。
根据某些实施例，展开物体的至少一部分的包裹相位以生成展开相位可以包括利用条纹几何形状的知识来唯一地识别每个像素处的到物体的至少一部分的距离的深度图。根据某些实施例，这可以通过窗口傅立叶分析来完成，其中该窗口傅立叶分析包括通过将分析限制在限定的窗口内来提取空间信息，其中该窗口可以是任何形状，并且将该空间信息拟合到给定的几何形状。
根据某些实施例，基于展开相位识别到物体的至少一部分的计算深度图距离包括将展开相位与理想物体进行比较。根据某些实施例，理想物体可以是基本上圆柱形的，并且识别计算深度图可以包括以下各项中的至少一项：识别物体的至少一部分的平均半径，或者识别包括到模型物体中心的距离的表面映射。
作为示例而提供但不限于此，如果物体是核燃料棒，则理想表面是圆柱体，并且一个输出是可以与原始规格进行比较的平均半径；另一个输出是表面上的映射，其显示了到理想棒中心的距离。还可以对位移映射进行统计分析以确定表面粗糙度或其他特性。
根据某些实施例，该方法包括将理想部分拟合到物体的至少一部分的计算深度图以测量表面特性。根据某些实施例，这可以通过将二次损失函数或二次拟合最小化来完成。根据某些实施例，这可以包括通过识别物体的表面特性中的局部峰和谷(trough)来确定表面粗糙度的程度和/或通道的存在。
根据某些实施例，拟合到理想部分可以包括将任意位置、取向和半径的抽象的、预定形状拟合到观察到的数据。这可以通过数值优化来完成，其中该数值优化可以包括理想部分与观察到的数据的最小二乘拟合。根据某些实施例，拟合到理想部分可以使系统能够自校准至目标的取向和位置。
根据某些实施例，该方法包括将计算深度图与物体的至少一部分的模型深度图或先前计算的深度图中的至少一个进行比较，以确定表面特性，这可以包括确定物体的至少一部分的厚度改变。
该方法可以依次包括：提供至少一个光源；引导来自光源的光通过光栅并到物体上，以在物体的至少一部分上生成第一干涉图案；捕获第一干涉图案的至少一个第一图像；偏移至少一个光源的相位以生成第二干涉图案；捕获第二干涉图案的至少一个第二图像；从第一干涉图案和/或第二干涉图案中滤除失真；基于至少一个第一图像和至少一个第二图像来提取物体的至少一部分的包裹相位；展开物体的至少一部分的包裹相位；基于包裹相位识别到物体的至少一部分的计算深度图距离；以及将理想部分拟合到物体的至少一部分的计算深度图，以测量表面特性。
图1是本主题的说明性实施例的流程图。首先，对目标定位50。根据某些说明性实施例，目标可以是在由光源和光栅提供的至少两个衍射级内的定位50在水下的核燃料棒。接下来，捕获帧(图像)52。根据某些说明性实施例，帧可以是照片。根据一些说明性实施例，帧可以是视频。接下来，调整投射相位54以生成第二干涉图案。根据某些说明性实施例，这可以利用蜗杆步进器来完成，该蜗杆步进器被配置为略微移动衍射光栅，从而更改其中对物体定位50的光破坏(infringement)图案。在调整相位54之后，要么利用调整的相位捕获另一帧52，要么去除失真56。根据某些说明性实施例，通过消除由热差和水流引起的折射率的改变来去除失真56。根据某些说明性实施例，捕获的帧52可以近似为张量，其包括描述位置和时间的像素高度、像素宽度和帧计数的分量，以及可选地包括二次和/或线性损失函数。在去除失真56之后，提取包裹相位58。根据某些实施例，包裹相位可以包括在所捕获的帧(图像)52的给定像素处的衍射图案的相位或由其组成。
在提取包裹相位58之后，从包裹相位中提取展开相位60。根据某些说明性实施例，展开将包裹相位与条纹几何形状的知识相结合，以唯一地识别62在每个像素处的到目标的距离的深度图。在基于将提取的包裹相位58展开60来识别计算深度图62之后，将理想部分拟合至计算深度图66。根据某些说明性实施例，理想部分包括对没有缺陷的部分的描述。根据某些说明性实施例，可以通过最小化二次损失函数或通过二次拟合来将理想部分拟合到计算深度图66。在将理想部分拟合到计算深度图66之后，可以输出感兴趣的参数68。根据某些说明性实施例，感兴趣的参数可以包括诸如核燃料棒之类的物体的至少一部分的厚度改变。根据某些说明性实施例，厚度改变可以表明粗糙度、积垢和/或金属氧化物的大体集结、通道的存在或清洁后的燃料棒的表面。
图2是示出了积垢在物体上的沉积改变物体的厚度的示意性截面图。示出了可能为核燃料棒或蒸汽发生器管的物体10的至少一部分，其具有原始厚度12和在具有积垢和/或金属氧化物13的集结的情况下的测量厚度14。具有积垢和/或金属氧化物13的集结的物体10的至少一部分的测量厚度14表明了从原始厚度12起的厚度改变。
图3是示出从物体去除积垢改变物体的厚度的示意性截面图。示出了物体10的至少一部分，其具有积垢和/或金属氧化物15的使用中厚度16。还示出的是没有积垢和/或金属氧化物15的物体10的至少一部分的已清洁的厚度18。本实施例的方法可以用于检测在清洁核燃料棒之后的厚度改变，其示出了在物体10的至少一部分具有已经从包括积垢和/或金属氧化物15的层的使用中厚度16更改至没有积垢和/或金属氧化物15的已清洁厚度18之后的结果差异。
图4是示出可能导致粗糙的积垢在物体上的沉积改变物体的厚度的示意性截面图。所示出的是具有积垢和/或金属氧化物17的层的物体10的至少一部分。由于积垢和/或金属氧化物17在物体10的至少一部分上的沉积是不均匀的，因此存在相对的峰24和谷20。本实施例的方法可以用于检测物体10的至少一部分的厚度改变，其中存在相对峰厚度24和相对谷厚度20，以便估算在物体10的至少一部分上的积垢和/或金属氧化物17的集结的粗糙度。
图5是示出积垢在物体上的沉积改变物体的厚度并且可能显露缺陷的示意性截面图。所示出的是具有积垢和/或金属氧化物19的层的物体10的至少一部分。尽管可能存在具有积垢和/或金属氧化物19的物体10的至少一部分的基本上均匀的厚度26，但局部部分可能显示出很少的积垢和/或金属氧化物的集结至没有积垢和/或金属氧化物的集结，从而显露局部缺陷厚度22。
图6是本主题的说明性实施例的俯视图。包括物体的至少一部分的目标38被定位在至少两个衍射级36内。衍射级36由来自光源30的光穿过光栅32而生成。由具有过滤器44的至少一个相机42捕获目标38上的衍射级36的图像，例如照片或视频。在捕获了至少一个第一图像之后，用蜗杆步进器34调整相位，该蜗杆步进器34被配置为移动光栅32。在调整相位之后，由具有过滤器44的至少一个相机42捕获具有目标38上调整了相位的衍射级36的图像，例如照片或视频。蜗杆步进器34和相机44两者均用计算机40的使用来控制。
图7是示出根据实施例测量的十个销的计算半径与标称半径的关系的图表。根据本文所述的方法测量了十个不同的基本上圆柱形的销，每个销具有范围从4750μm至4800μm的标称半径。每个销在距关闭的60W加热器一定距离处被测量5次，该距离的范围从1cm至5cm。对于所有五十次测量，计算的输出半径均在标称半径的5％之内。这些测量的标准误差经计算为±5.81μm，处在销的标称半径的0.125％之内。示出了示出数据的线性最佳拟合的回归线50连同上标准误差线52和下标准误差线54。
阐述以下示例仅是为了进一步说明本主题。说明性示例不应被解释为以任何方式限制本主题。
示例1
使用本文中所述的方法测量了十个基本上圆柱形的销，其具有范围从4750μm至4800μm的标称半径。将每个销在一预定距离处浸没在水中，该距离的范围为在60W加热器上方1-5cm。对于每个销和在每个距离处，在加热器打开的情况下输出一个测量值，以便引起湍流和局部折射率的波动，并且在加热器关闭的情况下输出一个测量值。如果输出测量值超出标称半径的±5％，则该输出被认为是失败的。以下在表1中示出结果。
表1
如表1中所示，在加热器打开的情况下在加热器上方1cm的距离处，所有输出测量值均被认为是失败的。然而，在加热器打开的情况下，在距离加热器至少3cm的距离处，所有测试测量值都是成功的，其中在3cm处的残留标准误差为41.43μm，这小于标称半径的1％。在至少4cm的距离处，残留标准误差降至15.90μm，这小于标称半径的0.335％。在加热器关闭的情况下，所有测试均是成功的，残留标准误差为5.81μm，这小于销的标称半径的0.125％。因此，该方法已经显示出以小于1％的误差、在湍流中小于0.335％的误差且在没有湍流的情况下小于0.125％的误差来测量基本上圆柱形物体的半径。
在第一实施例中，提供了一种用于测量物体的至少一部分的表面特性的方法，包括：提供至少一个光源；引导来自至少一个光源的光，以在物体的至少一部分上生成第一干涉图案；捕获第一干涉图案的至少一个第一图像；偏移至少一个光源的相位以生成第二干涉图案；捕获第二干涉图案的至少一个第二图像；从第一干涉图案和/或第二干涉图案中滤除失真；基于至少一个第一图像和至少一个第二图像，提取物体的至少一部分的包裹相位；展开物体的至少一部分的包裹相位以生成展开相位；基于展开相位识别到物体的至少一部分的计算深度图距离；以及将理想部分拟合到物体的至少一部分的计算深度图，以测量表面特性。
第一实施例的方法可以进一步提供：通过引导光通过光栅、通过掩模观察来自至少一个光源的光、或将光与参考光束相结合，来生成第一干涉图案和/或第二干涉图案。
第一实施例或任何后续实施例的方法可以进一步提供：所述方法依次包括：提供至少一个光源；引导来自光源的光通过光栅并引导到物体上，以在物体的至少一部分上生成第一干涉图案；捕获第一干涉图案的至少一个第一图像；偏移至少一个光源的相位以生成第二干涉图案；捕获第二干涉图案的至少一个第二图像；从第一干涉图案和/或第二干涉图案中滤除失真；基于至少一个第一图像和至少一个第二图像，提取物体的至少一部分的包裹相位；展开物体的至少一部分的包裹相位；基于包裹相位识别到物体的至少一部分的计算深度图距离；以及将理想部分拟合到物体的至少一部分的计算深度图，以测量表面特性。
第一实施例或任何后续实施例的方法可以进一步包括：将计算深度图与物体的至少一部分的模型深度图或先前计算的深度图中的至少一个进行比较，以确定表面特性，这可以包括确定物体的至少一部分的厚度改变。
第一实施例或任何后续实施例的方法可以进一步提供：物体至少部分地浸没在液体介质中，可选地，其中液体介质包括水。
第一实施例或任何后续实施例的方法可以进一步提供：物体是基本上圆柱形的、基本上球形的、或在至少一个表面上基本上平坦的，并且其中所述测量表面特性包括确定物体的至少一部分的厚度改变。
第一实施例或任何后续实施例的方法可以进一步提供：物体是基本上圆柱形的。
第一实施例或任何后续实施例的方法可以进一步提供：物体是至少一个核燃料棒或蒸汽发生器管或导管。
第一实施例或任何后续实施例的方法可以进一步提供：至少一个光源是激光器，可选地为多线激光器，并且所述引导光包括通过包含物体的体积投射可调节相位的激光条纹。
第一实施例或任何后续实施例的方法可以进一步提供：光栅与物体限定在其之间的距离d，其中d至少是出于涉及核燃料的安全性考虑所需的最小距离。
第一实施例或任何后续实施例的方法可以进一步提供：所述捕获第一干涉图案的至少一个第一图像和/或第二干涉图案的至少一个第二图像包括利用远心透镜聚集来自物体的至少一部分的光，并将其引导至成像传感器。
第一实施例或任何后续实施例的方法可以进一步包括下述至少之一：(a)所述捕获第一干涉图案的至少一个第一图像和/或第二干涉图案的至少一个第二图像利用被配置为基本上阻挡环境光的过滤器；和/或(b)第一干涉图案和/或第二干涉图案包括至少两个衍射级，其中物体被定位在所述至少两个衍射级的重叠部分之内。
第一实施例或任何后续实施例的方法可以进一步提供：所述滤除失真包括将图像张量因子分解成低秩子空间加上稀疏张量并利用损失函数，其中损失函数包括用于低秩子空间的二次项和用于稀疏分量的至少一项。
第一实施例或任何后续实施例的方法可以进一步提供：低秩子空间包括与给定相位如何与投射的干涉图案相关的信息，其中低秩子空间包括与由于物体的相对移动引起的随时间的变化有关的信息。
第一实施例或任何后续实施例的方法可以进一步包括下述至少之一：(a)所述滤除失真包括解析光栅和物体之间的介质的折射率的差异，并且所述差异包括介质的局部温度改变的结果；(b)所述展开包括窗口傅立叶分析；(c)所述拟合理想部分包括将二次损失函数最小化或将二次拟合最小化中的至少一个；和/或(d)所述拟合理想部分包括确定表面粗糙度或通道的存在中的至少一个。
第一实施例或任何后续实施例的方法可以进一步包括下述至少之一：(a)所述捕获至少一个第一图像和/或捕获至少一个第二图像包括低相干扫描或锥光扫描，并且其中所述滤除失真包括分析时间/空间点云；和/或(b)识别计算深度图包括识别物体的至少一部分的平均半径或识别包括到模型物体中心的距离的表面映射中的至少一个。
将理解，本文中所描述的实施例仅仅是示例性的，并且在不脱离本发明的精神和范围的情况下，本领域技术人员可以做出变化和修改。所有这样的变化和修改都旨在被包括在如在上文所述的本发明的范围内。此外，所公开的所有实施例不一定是替代方案，因为本发明的各种实施例可以组合以提供期望的结果。

Claims (15)

1.一种用于测量物体的至少一部分的表面特性的方法，其特征在于，所述方法包括：
提供至少一个光源；
引导来自所述至少一个光源的光，以在所述物体的所述至少一部分上生成第一干涉图案；
捕获所述第一干涉图案的至少一个第一图像；
偏移所述至少一个光源的相位，以生成第二干涉图案；
捕获所述第二干涉图案的至少一个第二图像；
从所述第一干涉图案和/或所述第二干涉图案中滤除失真，所述滤除失真包括解析光学失真介质的折射率差异，所述差异包括所述光学失真介质中的局部温度改变、所述光学失真介质中的所述物体的移动、或所述光学失真介质中的流动的改变的结果；
基于所述至少一个第一图像和所述至少一个第二图像，提取所述物体的所述至少一部分的包裹相位；
展开所述物体的所述至少一部分的所述包裹相位，以生成展开相位；
基于所述展开相位来识别到所述物体的所述至少一部分的计算深度图距离；以及
将理想部分拟合到所述物体的所述至少一部分的所述计算深度图，以测量所述表面特性；并且
其中所述物体的至少一部分至少部分地浸没在光学失真介质中。
2.根据权利要求1所述的方法，其中通过引导所述光通过光栅、通过掩模观察来自所述至少一个光源的光、或将所述光与参考光束相结合，来生成所述第一干涉图案和/或第二干涉图案。
3.根据权利要求2所述的方法，其中所述方法依次包括：
提供至少一个光源；
引导来自所述光源的光通过光栅并引导到所述物体上，以在所述物体的所述至少一部分上生成第一干涉图案；
捕获所述第一干涉图案的至少一个第一图像；
偏移所述至少一个光源的所述相位以生成第二干涉图案；
捕获所述第二干涉图案的至少一个第二图像；
从所述第一干涉图案和/或所述第二干涉图案中滤除失真；
基于所述至少一个第一图像和所述至少一个第二图像，提取所述物体的所述至少一部分的包裹相位；
展开所述物体的所述至少一部分的所述包裹相位；
基于所述包裹相位识别到所述物体的所述至少一部分的计算深度图距离；以及
将理想部分拟合到所述物体的所述至少一部分的所述计算深度图，以测量所述表面特性。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述光学失真介质包括水。
5.根据权利要求1所述的方法，其中所述物体是基本上圆柱形的、基本上球形的、或在至少一个表面上基本上平坦的，并且其中所述测量表面特性包括确定物体的至少一部分的厚度改变。
6.根据权利要求1所述的方法，其中所述物体是基本上圆柱形的。
7.根据权利要求1所述的方法，其中所述物体是至少一个核燃料棒或蒸汽发生器管或导管。
8.根据权利要求1所述的方法，其中所述至少一个光源是激光器，并且所述引导光包括通过包含所述物体的体积投射可调节相位的激光条纹。
9.根据权利要求3所述的方法，其中所述光栅与所述物体限定在其之间的距离d，其中d至少是出于涉及核燃料的安全性考虑所需的最小距离。
10.根据权利要求1所述的方法，其中所述捕获所述第一干涉图案的所述至少一个第一图像和/或所述第二干涉图案的所述至少一个第二图像包括利用远心透镜聚集来自所述物体的至少一部分的光并将所述图像引导至成像传感器。
11.根据权利要求1所述的方法，包括以下各项中的至少一项：
(a)所述捕获所述第一干涉图案的所述至少一个第一图像和/或所述第二干涉图案的所述至少一个第二图像利用被配置为基本上阻挡环境光的过滤器；和/或
(b)所述第一干涉图案和/或所述第二干涉图案包括至少两个衍射级，其中所述物体被定位在所述至少两个衍射级的重叠部分之内。
12.根据权利要求1所述的方法，其中所述滤除失真包括将图像张量因子分解成低秩子空间加上稀疏张量并利用损失函数，其中所述损失函数包括用于所述低秩子空间的二次项和用于所述稀疏张量的至少一项。
13.根据权利要求12所述的方法，其中所述低秩子空间包括与给定相位如何与投射的干涉图案相关的信息，其中所述低秩子空间包括与由于所述物体的相对移动引起的随时间的改变有关的信息。
14.根据权利要求1所述的方法，包括以下各项中的至少一项：
(a)所述滤除失真包括解析光栅和所述物体之间的光学失真介质的折射率差异，并且所述差异包括所述光学失真介质的局部温度改变的结果；
(b)所述展开包括窗口傅立叶分析；
(c)所述拟合理想部分包括将二次损失函数最小化或将二次拟合最小化中的至少一个；和/或
(d)所述拟合理想部分包括确定表面粗糙度或通道的存在中的至少一个。
15.根据权利要求1所述的方法，包括以下各项中的至少一项：
(a)所述捕获至少一个第一图像和/或捕获至少一个第二图像包括低相干扫描或锥光扫描，并且其中所述滤除失真包括分析时间/空间点云；和/或
(b)识别计算深度图包括识别所述物体的至少一部分的平均半径或识别包括到模型物体中心的距离的表面映射中的至少一个。
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