CN114778550A - 一种兼容光度立体法和相位偏折法的物体表面特征检测装置及检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种兼容光度立体法和相位偏折法的物体表面特征检测装置，包括显示装置，设于第一方向上，用于输出变化的发光图像；成像装置，设于第二方向上，用于随着显示装置的发光图像的变化同步拍摄多张图像；被测物，朝向显示装置；半反半透镜，设于与第二方向相交的第三方向；显示装置输出的发光图像经过半反半透镜透射、沿第一方向至被测物的被测面作为照明光路，经过被测面反射的光路经过半反半透镜反射至成像装置；计算单元。本发明还公开了分别应用光度立体法、应用相位偏折法、兼容式检测物体表面特征的方法。本发明用显示装置来做同轴照明，实现相位偏折的光路垂直，可拍摄正视图，在同一光路中可实现光度立体法和/或相位偏折法检测。

Description

一种兼容光度立体法和相位偏折法的物体表面特征检测装置 及检测方法

技术领域

本发明属于视觉检测技术领域，尤其是涉及一种兼容光度立体法和相位偏折法的物体表面特征检测装置及检测方法。

背景技术

在工业视觉检测领域，检测物体表面的瑕疵是一类普遍的需求。由于瑕疵往往难以被单一且不变的照明直接呈现，通过采用控制照明光源在拍摄过程中变化来增强检测效果，常用的方法主要有两种：光度立体法和相位偏折法。

光度立体法使用多个点光源对被测物体进行分时照明，通过相机分别在各光源照明时同步拍摄被测物体以获得多张不同光源照明的图像，然后对每个图像像素基于朗伯仿射模型建立各光源照明时的反射亮度方程组，如图1所示。通过求解方程组，可以得到该像素所对应的被测物体表面位置的反射率和法向量。由于方程组基于朗伯仿射模型建立，当物体表面的镜面反射程度高，即光源照射到物体表面后的出射光线能量更向镜面反射角聚集时，该方法的结果误差较大。对于主要呈镜面反射的物体，还可能出现任何一个光源都不处于镜面反射角，导致捕获的图像数据接近于0，传感器噪音主导测量结果的问题。

在工程实践中，光度立体法的光源设置往往和该方法的原始定义有所区别。光度立体法要求光源为理想的点光源，但在实践中，往往为条状光源或分区的环形光源。这些光源的面积更大，有利于消除图像中颗粒状的纹理。细微的纹理往往由物体的材质特性决定而非表面几何特性，不在瑕疵检测的考虑范畴，其存在反而会降低瑕疵检测的准确性。使用面积较大的光源进行照明虽然会导致表面法向量数值不准确，但对于瑕疵检测而非测量应用来说，数值仅用于定性分析而非定量分析，不准确的数值是可以接受的。

在一些应用场合，并不通过解算方程组得到表面特征信息，而是通过对多张图像对应的像素值进行简单的四则运算来获取表面特征信息。比如，将两个光源的对应图像相减，以获得法向量在其中一个方向的分量的近似数值。这种简化方法可以大大降低系统的计算负荷，缩短检测周期以满足流水线在线检测的要求，其原理仍应被归类于光度立体法。

通常而言，光度立体系统中相机位于被测物体正上方，光源相对于相机对称分布。这种布局的好处是，相机可以拍摄到正视的物体图像，便于检测，且焦平面与被测物体平行。若相机不处于被测物体正上方，对物体为朗伯反射的假设将造成与方向相关且不对称的误差，该误差可能降低检测的准确性。

相位偏折法被应用于镜面反射物体的表面测量和瑕疵检测。它通过一个显示装置显示多张相位不同的的正弦条纹图案，并通过一个相机同步拍摄被测物体，获得多张条纹图案在物体表面的倒影图像。通过联立多个相位图像在同一像素的亮度方程，可以解得包裹相位，再通过解包裹，得到连续相位。连续相位正比于显示装置所对应的坐标数值，通过该坐标数值和系统的几何信息(被测物位置信息，各部件位置信息，镜头标定参数，连续相位的周期和起始点)，可解得此点的法向量。通过对法向量的积分并假设被测物外形轮廓与姿态和预期相近，可以得到被测物的表面轮廓信息。对于镜面反射很小的物体，不同相位的条纹照明下所反射的亮度值也将很小，此时系统信噪比很低，相位偏折法的测量结果没有意义，因此相位偏折法不能测量非镜面反射的物体。

如图2所示，在相位偏折法系统中，相机和显示装置通常对称放置，二者的中心线交汇于被测物表面附近，以构成镜面反射光路。为了检测物体表面的瑕疵，相机应当对焦于物体表面，而非倒影中的显示装置。而相对于被测物体倾斜安装的相机，必须采用成本更高的沙姆镜头才能使焦平面与被测物平行，以实现对物体表面的对焦。或者，可以缩小相机光圈来增大景深，使倾斜的物体在相机的景深范围之内，但这种方法将牺牲镜头的光学分辨率，延长曝光时间，对检测的精度和速度有一定的负面影响。

此外，由于相机倾斜放置，相机所拍摄到的被测物经过投影变换，长方形的被测物将呈现为梯形。若直接以未经处理的原始数据进行瑕疵检测，当采用固定的判断阈值时，由于在视野中不同位置的放大倍率存在差异，系统对不同图像位置的瑕疵容忍度不同，可能导致误判。若进行计算处理恢复为正视图像后再用于检测，图像数据的质量将因为插值的原因下降，且将消耗额外的计算资源和时间。

综上所述，光度立体法擅长检测漫反射物体，不能检测镜面反射物体；相位偏折法擅长检测镜面反射物体，不能检测漫反射物体。二者虽然相互互补，但由于现有技术的光路结构不同，难以将二者在同一光路中实现。除此以外，相位偏折法的图像不是正视视角，限制了其性能和使用场景。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种在一套物理系统下、同一光路中可以实现光度立体法和/或相位偏折法检测，且实现正视视角的拍摄的兼容光度立体法和相位偏折法的物体表面特征检测装置及检测方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种兼容光度立体法和相位偏折法的物体表面特征检测装置，包括：

显示装置，设于第一方向上，用于输出变化的发光图像；

与显示装置同步的成像装置，设于与第一方向相交的第二方向上，用于随着显示装置的发光图像的变化同步拍摄多张图像；

被测物，其被测面朝向显示装置；

半反半透镜，设于第三方向上，其与第二方向相交；

所述显示装置输出的发光图像经过半反半透镜透射、沿第一方向至被测物的被测面作为照明光路，经过被测面反射的光路经过半反半透镜反射至成像装置；计算单元，根据成像装置获取的图像计算得到被测物的被测面特征。

进一步的，所述显示装置与成像装置通过同步视频信号发生单元进行同步。

进一步的，所述显示装置、成像装置和半反半透镜封装于壳体内。

进一步的，还包括吸光单元，设于第二方向上，用于吸收显示装置经半反半透镜反射至检测装置内的光线。

进一步的，所述吸光单元为涂覆在壳体内表面的吸光涂层。

进一步的，所述吸光单元为多个齿状轮廓，相邻的齿状轮廓之间形成吸光区域，反射至壳体内表面的光线在吸光区域内发生多次反射和衰减。

进一步的，所述被测面表面关于半反半透镜的镜像与显示装置的成像平面的夹角为0±20°。

进一步的，所述成像装置具有图像传感器，该图像传感器所在平面与被测面表面的夹角为0±20°。

进一步的，所述被测物存在镜面发射和漫反射。

本发明又公开了一种应用光度立体法检测物体表面特征的方法，包括以下步骤：

显示装置，按顺序输出变化的发光图像；

每个发光图像分别经过半反半透镜反射或透射至被测面，作为照明光路；

光路经过被测面反射至半反半透镜，再透射或反射至成像装置；

成像装置将拍摄的多张图像计算获得被测面表面的特征。

进一步的，当显示装置设于第一方向上，成像装置设于与第一方向垂直的第二方向上，半反半透镜设于与第二方向相交的第三方向上，被测面朝向显示装置，每个发光图像分别经过半反半透镜透射、沿第一方向至被测面作为照明光路；光路经过被测面反射至半反半透镜，再反射至成像装置。

本发明还公开了一种应用相位偏折法检测物体表面特征的方法，包括以下步骤：

显示装置，按顺序输出变化的发光图像；

每个发光图像分别经过半反半透镜反射或透射至被测面，作为照明光路；

光路经过被测面反射至半反半透镜，再透射或反射至成像装置；

成像装置将拍摄的多张图像计算获得被测面表面的特征。

进一步的，当显示装置设于第一方向上，成像装置设于与第一方向垂直的第二方向上，半反半透镜设于与第二方向相交的第三方向上，被测面朝向显示装置，每个发光图像分别经过半反半透镜透射、沿第一方向至被测面作为照明光路；光路经过被测面反射至半反半透镜，再反射至成像装置。

本发明公开了一种兼容式检测物体表面特征的方法，包括以下步骤：

利用光度立体法获取被测面表面的法向量，定义为第一法向量；

利用相位偏折法获取被测面表面的法向量，定义为第二法向量；

利用光度立体法或相位偏折法获取被测面表面的镜面反射程度，判断该镜面反射程度是否在设定阈值内，若超出设定阈值，则选用第二法向量作为输出结果，若未超出设定阈值，则选用第一法向量作为输出结果。

本发明的有益效果是，1)在同一套物理系统下，用一个显示装置来做同轴照明，实现了相位偏折的光路垂直，拍摄正视图像的目的，使得在同一光路中可以实现光度立体法和/或相位偏折法检测；2)本检测装置可以检测被测面既存在漫反射又存在镜面反射的情形，检测效率高，检测结果准确；3)解决了现有技术中相位偏折法检测时，由于相机倾斜放置导致被测物经过投影后变形的问题，无需对原始数据进行处理；4)拓展了使用场景，可以广泛应用在镜面反射物体检测，或镜面反射物体和漫反射物体混合的检测场景；5)显示装置的使用可以任意调整光源，使用方便。

附图说明

图1为现有技术中光度立体法的光路示意图。

图2为现有技术中相位偏折法的典型光路示意图。

图3为本发明的检测装置示意图。

图4为本发明中吸光单元的示意图。

图5为本发明中显示装置和成像装置通过同步视频信号发生单元进行同步的示意图。

图6为本发明中最优时序的示意图。

图7为本发明中光度立体显示图案示意图。

图8为本发明实施例三中相位偏折法显示图案示意图。

其中，01-显示装置，02-成像装置，03-被测物，04-半反半透镜，05-吸光单元，051-齿状轮廓，052-吸光区域，06-同步视频信号发生单元，07-壳体。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好的理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。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，都应当属于本发明保护的范围。

实施例一

如图3所示，一种兼容光度立体法和相位偏折法的物体表面特征检测装置，包括：

显示装置01，设于第一方向上，用于输出变化的发光图像，该变化的发光图像可以是变化的点状发光图像，或变化的条状发光图像，或变化的块状发光图像；在本实施例中，定义图示的水平方向为第一方向，无论朝左还是朝右；

与显示装置01同步的成像装置02，设于与第一方向相交的第二方向上，用于随着显示装置01的发光图像的变化同步拍摄多张图像；在本实施例中，成像装置02为相机，定义图示的竖直方向为第二方向，无论朝上还是朝下，换句话说，第一方向和第二方向相垂直，当然在其他实施例中，第一方向和第二方向也可以不相垂直；

被测物03，其被测面朝向显示装置01，即被测面和显示装置01平行或接近平行，且被测面既存在镜面反射也存在漫反射；

半反半透镜04，设置在第三方向上，其与第二方向相交；换句话说，半反半透镜04设置在成像装置02和被测面之间，且与成像装置02和被测物03所在的竖直平面相交；在本实施例中，半反半透镜04倾斜设置在第三方向上，其倾斜角度可以是45°；

显示装置01朝着第一方向输出的发光图像经过半反半透镜04的透射后、沿着第一方向到被测物03的被测面，作为照明光路；

经过被测面反射的光路沿着第一方向至半反半透镜04，经过半反半透镜04的反射至成像装置02；

计算单元，根据成像装置02获取的图像计算得到被测物03的被测面特征，该特征至少包括反射率和/或法向量。

上述显示装置01、成像装置02、被测物03和半反半透镜04被封装在装置壳体07内。壳体07相对封闭，外部的环境光不会对检测结果造成影响。

在上述构型中，显示装置01的图案通过半反半透镜04透射照明被测物03的被测面，相机通过半反半透镜04反射拍摄被测物03体。该构型的好处是，显示装置01、半反半透镜04和成像装置02均位于被测物03的同一侧，有利于将本装置构建为独立的便于拆装的模块；显示装置01和被测物03平行，照明均匀。

该构型中显示装置01经半反半透镜04反射至装置壳体07底部的光(废光)，应尽量通过工程手段(比如涂敷吸光材料)吸收消除，否则将在相机侧收到从装置壳体07底部返回的光信号，导致在相机侧观测到的图像是被测物03的图像和壳体07内壁图像的叠加结果，造成动态范围缩小和图像错误。因此，本实施例中检测装置还包括吸光单元05，其设置在第二方向上，用于吸收显示装置01经半反半透镜04反射至检测装置内的光线。

在本实施例中，吸光单元05可以是涂覆在壳体07内表面的吸光涂层，吸光涂层的性能可以以其吸光率衡量，更高的吸光率可以减少因装置壳体07内壁反射导致的光信号。可以使用反射率低于90％的具有哑光特性的涂料，如含有纤维材料的丙烯酸树脂涂料。

如图4所示，吸光单元05还可以是多个齿状轮廓051，相邻的齿状轮廓051之间形成吸光区域052，反射至壳体07内表面的光线在吸光区域052内发生多次反射和衰减，直至从吸光区域052逃逸。

当然在其他实施例中，还可以将吸光涂层和齿状轮廓结合，即在齿状轮廓的外表面涂覆90％吸光率的吸光涂层。若光在齿状轮廓反射4次后才能逃逸，则此时的总系吸光率将达到99.99％。有效避免显示装置01经半反半透镜04反射至检测装置内的光线对检测造成影响。

相位偏折法同时能够测量镜面反射强度和漫反射强度，不均匀的照明将导致上述两个强度值在不同视野位置存在不同的偏差，对检测造成巨大的障碍。

不均匀的亮度将使得视野中两侧的亮度不同，而相位偏折法需要原始图像不能过曝，因此不均匀将导致过曝的可能性增加，降低成像的完整性。或者，为了抑制过曝，降低曝光时间或显示装置的亮度，将导致动态范围变小，系统噪音变大。

因此，照明均匀性是影响本发明性能的其中一个因素，在物体表面不同区域过大的照明差异将导致计算结果的区域性差异，最终可能导致检测误差。为了使照明均匀，被测物03的被测面(或装置所设计的测量工作面)应尽量与显示装置01的成像面平行，两者的夹角优选范围为±20°。

正视成像是影响本发明性能的另一个因素，非正视的成像将使图像不同位置的放大倍率不同，可能使后续的检测在不同图像位置的灵敏度不同。为了使成像装置02正视拍摄被测物03体，成像装置02的图像传感器平面和被测物03的被测面(或装置所设计的测量工作面)关于半反半透镜04的镜像应尽量平行，两者的夹角优选范围为±20°。

显示装置01和相机的同步效率极大地影响着检测装置的效率。显示装置01需要在每一次曝光之前，显示预定的图案，并在曝光过程中保持图像稳定。一种实施方法是，使用带有视频接口的显示器作为显示装置01，通过视频信号接口传输预定的图案。通常而言，常见的显示器的视频刷新率为50Hz/60Hz/120Hz，它理论上最高能实现的最高同步拍摄帧率即为其刷新率，即使相机的读出时间和曝光时间比其刷新周期更短，也不能实现更快的拍摄。若采用常规的计算机系统控制相机和显示装置01的同步，因为操作系统的延迟还需要额外的等待时间才能进行相机曝光，以确保在计算机程序中已经刷新的显示图案被完整显示在显示器上。此外，显示器在显示图案不变的情况下不应有屏闪，否则相机所拍摄到的图案亮度将会不稳定，因此，CRT显示器不应被使用，优选LED,LCD,TFT显示器。

另一种同步相机和显示装置01的方法是，通过一个同步视频信号发生单元06来产生视频信号，如图5所示。该同步视频信号发生单元06可以准确控制视频信号的刷新时点，并确认当前帧是否发送完成，以在第一时间开始传送视频信号，并避免在曝光过程中改变显示图像。若同步视频信号发生单元06可以获知相机传感器的曝光状态信号，还可以在传感器完成曝光，图像数据尚未传出时就立刻开始下一帧的显示图像传输，以实现最优的系统拍摄时间，如图7所示。

即使用了同步视频信号发生单元06，系统的速度仍然受制于显示装置01的刷新率。若要实现更高的系统速度，可以使用特制的高刷新率显示装置01(图像刷新率>120Hz)。比如，在显示装置01中存储所有可能需要显示的图案，以消除视频信号传输至显示装置01的时间；再如，使用单颜色通道的显示装置01，以减少视频数据的传输量。

当然，在上述构型基础上，还可以进一步使用反射镜将光路折叠，使得成像装置02的传感器靶面与显示装置01平行，可以进一步缩小检测装置的体积。

实施例二

该装置使用时，主要分为设置、拍摄和计算三个步骤。

设置阶段所设置的参数可以决定后续的曝光次数、曝光时间、显示装置01所显示的图案、以及计算阶段所需要的参数。

经触发后，检测装置进入拍摄阶段，此阶段过程中，成像装置02(相机)和显示装置01同步拍摄，即显示装置01在相机曝光过程中应当保持图案不变化，在相机曝光结束后变换显示的图案，待图案显示刷新完成后，再触发相机的下一次曝光。经过一系列的同步拍摄，取得一系列具有不同照明条件的被测物03体的图像。

在计算阶段，计算单元根据设置，对拍摄阶段所获得的图像进行运算处理，以获得被测物03的表面信息。

一种应用光度立体法检测物体表面特征的方法，其采用实施例一中的检测装置，包括以下步骤：

显示装置01，按顺序输出变化的发光图像；

每个发光图像分别经过半反半透镜04透射、沿着第一方向至被测面作为照明光路；

光路经过被测面反射至半反半透镜04，再反射至成像装置02，其中产生的废光由吸光单元05吸收处理；

成像装置02将拍摄的多张图像计算获得被测面表面的特征。

显示装置01所显示的图案与所应用的算法相关。在一次拍摄中，可以是光度立体法，也可以是相位偏折法，也可以二者的结合。

显示装置01和被测物03接近相互平行，因此显示装置01上不同位置到被测物03的距离相近，保证光度立体法的正常使用。

举例而言，对于光度立体法，显示装置01所显示的图案可以是如下几种：矩形亮块、扇形圆环亮块、扇形亮块、圆点量块，等等。如图7所示，图中所示分割数量仅为示意。通过增加分割数量，可以增加原始图像的数量，提高计算精度和降低噪音，但也会导致系统的整体时间变长。分割数量可以在设置过程中进行设置。

实施例三

一种应用相位偏折法检测物体表面特征的方法，其采用实施例一中的检测装置，包括以下步骤：

显示装置01，按顺序输出变化的发光图像；

每个发光图像分别经过半反半透镜04透射、沿着第一方向至被测面作为照明光路；

光路经过被测面反射至半反半透镜04，再反射至成像装置02；

其中产生的废光由吸光单元05吸收处理；

成像装置02将拍摄的多张图像计算获得被测面表面的特征。

对于相位偏折法，显示装置01所显示的图案可以是水平和/或垂直方向的条纹图案，其亮度随着变化的坐标轴呈正弦曲线状变化，如图8所示。对于同一个方向的条纹，包含有若干张不同相位的图案，优选地，使用4张相邻相位差为90度的正弦图案。使用更多张的图案将缩小相邻相位差，可以使系统获得更高的的计算精度并降低噪音，但也会导致系统的整体时间变长。

实施例四

一种兼容式检测物体表面特征的方法，包括以下步骤：

在上述实施例一的检测装置下，利用光度立体法获取被测物03的被测面表面的法向量，定义为第一法向量；

在上述实施例一的检测装置下，利用相位偏折法获取被测物03的被测面表面的法向量，定义为第二法向量；

在上述实施例一的检测装置下，还包括判断单元，其用于判断成像装置02获取的图像计算后得到的镜面反射程度是否超出设定阈值；

在上述实施例一的检测装置下，结合判断单元，利用光度立体法或者利用相位偏折法获取被测面表面的镜面反射程度，具体可以是反射率等，判断该镜面反射程度是否在设定阈值内，如果超出设定阈值，则选用第二法向量作为输出结果，如果没有超出设定阈值，则选用第一法向量作为输出结果。

传统的光度立体法和相位偏折法使用不同的构型，尽管两种方法特点互补但因为图像视角不同不能对齐，难以将二者的数据融合。本发明所提出的检测装置可以使两种方法共用光路，原始图像和输出结果均为像素级对齐的结果，因此可以将两种方法的输出结果融合，实现互补。融合两种方法的输出结果并不是本发明的必要步骤，在检测过程中，可以只使用一种方法的输出结果，也可以使用两种方法时，针对两种方法的输出结果准备两套判断方法，最终再将两套判断方法的输出结果进行逻辑综合，以实现同时检测镜面反射和漫反射物体的目的。

更具体的，以下举例说明一种融合两种方法结果的步骤：

该融合方法对每一个相机像素逐个计算。首先，通过光度立体法获得法向量1；通过相位偏折法获得镜面反射率和法向量2。若该像素点的镜面反射率大于预先设定的阈值，则采用法向量2作为该点的法向量结果，否则采用法向量1。

上述镜面反射率的一种获取方式：对于一个确定的像素点，它在相位偏折投影图案中灰度变化幅度与平均灰度的比值。

实施例五

将本发明的用于物体表面特征的检测装置应用于工业生产过程中的检测，可以使用于镜面反射物体检测，或镜面反射物体和漫反射物体混合的检测场景，如PCBA检测、半导体封装检测、手机或手表玻璃盖板检测、图像传感器外观检测等场景。

使用时，该检测装置可以被集成于工业流水线上，以实现自动化的在线检测；亦可以独立的设备形态存在，用于半自动检测。本检测装置的输出结果为物体表面的特征信息，在实际使用中，如果需要判断物体是否满足质量要求，还需要使用包含图像判断算法的计算机软件，以本装置的输出结果为输入，以实现对合格与否的判断。

光度立体法和相位偏折法的具体实施细节，包括投影图案的内容和张数，以及所对应的算法过程并不是本发明的关键，不同的光度立体法和相位偏折法的实现，并不影响本发明的应用，上述描述仅示意了最常见的实施方法。上述具体实施方式用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明作出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。

Claims (14)

1.一种兼容光度立体法和相位偏折法的物体表面特征检测装置，其特征在于，包括：

显示装置，设于第一方向上，用于输出变化的发光图像；

与显示装置同步的成像装置，设于与第一方向相交的第二方向上，用于随着显示装置的发光图像的变化同步拍摄多张图像；

被测物，其被测面朝向显示装置；

半反半透镜，设于第三方向上，其与第二方向相交；

所述显示装置输出的发光图像经过半反半透镜透射、沿第一方向至被测物的被测面作为照明光路，经过被测面反射的光路经过半反半透镜反射至成像装置；计算单元，根据成像装置获取的图像计算得到被测物的被测面特征。

2.根据权利要求1所述的兼容光度立体法和相位偏折法的物体表面特征检测装置，其特征在于：所述显示装置与成像装置通过同步视频信号发生单元进行同步。

3.根据权利要求1所述的兼容光度立体法和相位偏折法的物体表面特征检测装置，其特征在于：所述显示装置、成像装置和半反半透镜封装于壳体内。

4.根据权利要求3所述的兼容光度立体法和相位偏折法的物体表面特征检测装置，其特征在于：还包括吸光单元，设于第二方向上，用于吸收显示装置经半反半透镜反射至检测装置内的光线。

5.根据权利要求4所述的兼容光度立体法和相位偏折法的物体表面特征检测装置，其特征在于：所述吸光单元为涂覆在壳体内表面的吸光涂层。

6.根据权利要求4所述的兼容光度立体法和相位偏折法的物体表面特征检测装置，其特征在于：所述吸光单元为多个齿状轮廓，相邻的齿状轮廓之间形成吸光区域，反射至壳体内表面的光线在吸光区域内发生多次反射和衰减。

7.根据权利要求1所述的兼容光度立体法和相位偏折法的物体表面特征检测装置，其特征在于：所述被测面与显示装置的成像面的夹角为0±20°。

8.根据权利要求1所述的兼容光度立体法和相位偏折法的物体表面特征检测装置，其特征在于：所述成像装置具有图像传感器，该图像传感器所在平面与被测面关于半反半透镜的镜像的夹角为0±20°。

9.权利要求1所述的兼容光度立体法和相位偏折法的物体表面特征检测装置，其特征在于：所述被测物存在镜面发射和漫反射。

10.一种应用光度立体法检测物体表面特征的方法，其特征在于，包括以下步骤：

显示装置，按顺序输出变化的发光图像；

每个发光图像分别经过半反半透镜反射或透射至被测面，作为照明光路；

光路经过被测面反射至半反半透镜，再透射或反射至成像装置；

成像装置将拍摄的多张图像计算获得被测面表面的特征。

11.根据权利要求10所述的应用光度立体法检测物体表面特征的方法，其特征在于：当显示装置设于第一方向上，成像装置设于与第一方向垂直的第二方向上，半反半透镜设于与第二方向相交的第三方向上，被测面朝向显示装置，每个发光图像分别经过半反半透镜透射、沿第一方向至被测面作为照明光路；光路经过被测面反射至半反半透镜，再反射至成像装置。

12.一种应用相位偏折法检测物体表面特征的方法，其特征在于，包括以下步骤：

显示装置，按顺序输出变化的发光图像；

每个发光图像分别经过半反半透镜反射或透射至被测面，作为照明光路；

光路经过被测面反射至半反半透镜，再透射或反射至成像装置；

成像装置将拍摄的多张图像计算获得被测面表面的特征。

13.根据权利要求12所述的应用相位偏折法检测物体表面特征的方法，其特征在于：当显示装置设于第一方向上，成像装置设于与第一方向垂直的第二方向上，半反半透镜设于与第二方向相交的第三方向上，被测面朝向显示装置，每个发光图像分别经过半反半透镜透射、沿第一方向至被测面作为照明光路；光路经过被测面反射至半反半透镜，再反射至成像装置。

14.一种兼容式检测物体表面特征的方法，其特征在于，包括以下步骤：

利用光度立体法获取被测面表面的法向量，定义为第一法向量；

利用相位偏折法获取被测面表面的法向量，定义为第二法向量；

利用光度立体法或相位偏折法获取被测面表面的镜面反射程度，判断该镜面反射程度是否在设定阈值内，若超出设定阈值，则选用第二法向量作为输出结果，若未超出设定阈值，则选用第一法向量作为输出结果。

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