CN116804536A - 一种基于新型动态结构光的三维测量方案 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于新型动态结构光的三维测量方案。所述方案包括一套激光干涉测量装置和测量方法。所述测量装置包括光源系统、光束校正系统、外差干涉系统和图像采集系统。由光源系统发出的光束通过整个干涉系统后可以产生平稳、连续移动的动态干涉条纹，采集图像不受激光散斑的影响。利用该装置进行测量的步骤包括：待测物体表面预处理、光束矫正系统光路准直、外差干涉系统光路准直、图像采集系统调整、相机采集和电机运行参数调节、图像采集、图像处理和测量系统标定。本发明为激光干涉测量提供了新的测量思路和方案，克服了传统激光测量的诸多弊端。利用搭建的激光干涉测量装置和测量方法，可以实现待测物体高精度三维信息的准确获取。

Description

一种基于新型动态结构光的三维测量方案

技术领域

本发明涉及三维测量领域，更具体的说，它涉及一种基于新型动态结构光设计的三维测量方案。

背景技术

三维形貌测量技术主要是利用计算机视觉、光学测量和数据处理等方法对物体的深度和形状信息进行场景描述。在精密制造领域，三位形貌测量技术可以借助建模和逆向工程技术实现对物体表面起伏和结构的快速重建和分析，可以用于制造业中的设计生产和检测测量。与传统的二维图像相比，该技术可以提供更为准确和全面的描述信息。

三维测量方案根据照明方式的不同分为被动和主动两大类，其中被动三维测量技术的硬件结构简单，无需结构光照明，但精度较低；而主动三维测量技术能够较好地绘制重建出物体细节信息，被广泛应用于工业测量领域。在主动三维测量技术中，为了得到包含高度信息的相位变化，可以采用如傅里叶变换轮廓术、移相法等常见的相位提取方案。其中，相移法由于利用致密的相位编码，为物体高精度的相位恢复提供了解决方案。

结构光三维测量方法的基本原理是将结构光经过光学器件组投影在被测物体表面，使用CMOS相机拍摄结构光的变形，利用该形变解算出被测物体的尺寸参数。用于投影的结构光一般是由相干光源通过光学装置干涉形成或者非相干光源投影编码得到的。

相对于普通光源，激光具有高度单色性、相干性、方向性的特点。由于激光的发散角很小，光线能够集中在发射方向上，因此可以将激光作为光源应用在中远距离的测量环境中。用激光作为光源可以对强反射和大景深物体的表面进行高质量条纹投影和三维重建，还可以生成超精细的正弦条纹结构光，用作测量微小形变、重建小尺寸物体表面信息。

然而，传统激光干涉投影测量具有以下缺陷：

a.由于激光的高相干性，在激光作为光源投射出的干涉条纹中常常出现不可忽视的散斑现象，散斑的存在会影响到结构光微小形变的提取，物体有效信息不能被完全采集到，最终导致重建结果劣化、精度降低。

b.使用时域移相法检测相位时，需要精确确定相移量，利用时间连续的若干幅图像进行相位解调。由于相位检测是在2π的范围内进行变化的，使用多个1/4波片的方案可以满足要求，但1/4波片的造价昂贵，大大增加了实验成本。

c.三维测量系统的测量精度容易受到仪器误差、目标物体反射面和外界环境等因素的影响。例如用光纤激光干涉投影时，风的扰动、机械震动都会造成原始采集数据的误差，进一步影响到重建结果。

发明内容

针对传统激光干涉投影测量存在的三个问题，本发明提供了一种基于动态结构光的三维测量方案。所述方案包括一套激光测量装置以及相应的基于动态结构光的测量方法。所述测量装置包括光源系统、光束矫正系统、外差干涉系统和图像采集系统。所述光源系统由LD半导体激光光源和透镜准直系统构成，本实验中采用的激光光源中心波长为520nm。从光源系统出射的光为均匀的平行光束。所述光束矫正系统由凸透镜和光阑组成，并且保证光阑中心在凸透镜的中轴线上。所述凸透镜位于光阑与光源系统的中间，对出射的平行光束进行汇聚，具体位置由测量需求所确定。所述光阑控制进入外差干涉系统的光斑大小，起到低通滤波的作用。所述外差干涉系统由多普勒频移系统、干涉系统、待测物体和参考平面组成。所述多普勒频移系统由透射光栅、三相步进电机和线性平移台构成。所述干涉系统由两部分构成，分别是分光棱镜和挡板模块。所述分光棱镜是整个干涉系统的主体，由两个全等的三棱柱胶合而成，胶合面镀有膜层保证入射到表面的光强以1:1的比例反射和透射。所述分光棱镜在放置时保证半透半反膜层的沿Y轴负方向的投影与透镜的主轴(Z轴方向)在同一条直线上，并且在实际测量时让分光棱镜以Y轴方向的中轴为旋转轴，旋转一个微小角度θ，使半透半反膜层与主光轴(Z轴)的夹角为θ。所述挡板模块具体分为A挡板和B挡板。所述A挡板为直角柱型，测量时位置置于分光棱镜前端，其直角型恰好贴合分光棱镜的分光层的前端对角。所述B挡板为四棱柱型，测量时其位置置于分光棱镜的其中一个出射面的后端。所述待测物体置于分光棱镜的出射光场中，同时物体后方放置一个平板。所述图像采集系统由二相色镜、CMOS相机和镜头组成。所述二相色镜置于CMOS相机镜头正前方，透射波长为570nm，反射波长为520nm。所述CMOS相机与镜头适配，可实现整个采集视场的焦距调节和曝光调节等功能，此外图像记录完全是透过二相色镜后完成的采集。

采用上述设计的结构时，LD半导体激光光源的最大工作电压为7V，电流为90mA。

采用上述设计的结构时，凸透镜完成对平行光束的汇聚，在确保汇聚光斑不损伤光栅面的同时使得光斑经光栅后多级衍射斑分离，互不干扰。其中主极大位置利用光栅衍射方程确定，具体为：

dsinθ＝±kλ,k＝0,1,2... (1.1)其中，d为光栅的常数；θ是衍射角度；k为光强主极大位置的级次；λ为光波的波长。

平行光光矢方向(Z轴正方向)与光栅平面垂直，且光栅刻线方向与Y轴方向一致。如果光栅以速度V沿X轴方向移动，则透过光栅的光波阵面相对于初始波阵面的速度也为V。因此经过时间t，同一级的衍射级次也有大小为Vt的Y轴方向的偏移。其相位偏移量表示为：

由光栅衍射公式可知衍射角与主极大衍射级次k的关系为sinθ＝kλ/d，则上式可写为

令ω_d＝2πV/d，则上式可简化为

激光从静止位相光栅出射时，光波的电矢量方程表示为

U＝U₀cosω₀t (1.5)

因此，激光光束从移动光栅透射的光波电矢量方程为

其中，kω_d即为光栅移动所引起的频移，这个频移也称为多普勒频移。

采用上述设计的结构时，将对称排布的±1级衍射光斑分别从分光棱镜的两个前面表面射入，在分光棱镜的分光面生成干涉条纹。由于光栅匀速移动引起±1级光斑产生稳定频差，干涉后由于光栅与光源相对位置发生偏移，不同级次的衍射光线在干涉时所形成的干涉条纹位置也会随之发生变化。因此，在光栅单方向匀速移动的过程中，干涉条纹在空间周期保持不变的情况下产生连续相移。

采用上述设计的结构时，透射光栅固定于线性平移台上，在平台水平移动时不产生相对滑动。

采用上述设计的结构时，线性平移台和三相步进电机之间通过皮带传动，且皮带与滚轮之间不产生相对滑动。

采用上述设计的结构时，三相步进电机固定的实验平台与测量系统装置所在的实验平台不是同一平台，可以有效避免电机运转引起的机械振动影响最终的测量结果。

采用上述设计的结构时，A挡板两竖直直角面的尺寸足以将整个零级完全遮挡，避免零级衍射光斑进入干涉系统，引起干涉场的混叠；B挡板的尺寸与一出射面的尺寸保持一致，可完全贴合于分光棱镜出射表面，防止出射面的两映像干涉条纹在接收屏上重叠，缩小有效测量视场。

进一步的，为了更好的实现本发明，特别采用下述设置结构：A挡板和B挡板均由有机玻璃制成，表面覆盖有黑色绒布。

采用上述设计的结构时，待测物体和参考平面表面均匀喷涂有0.09mg/ml罗丹明6G水溶液，喷涂后等待表面自然风干，在表面不均匀区域可反复进行喷涂和干燥操作，直至表面着色均匀。其中，罗丹明6G荧光染料的激发波段为510nm～640nm，荧光发射波段为560nm～590nm。所述参考平面的法向量与主光轴的夹角为45°。

采用上述设计的结构时，CMOS相机光心与镜头焦点的连线和参考平面垂直。

采用上述设计的结构时，通过改变分光棱镜的偏转角度θ调节干涉条纹的周期，角度θ越小，干涉条纹越稀疏，角度θ越大，干涉条纹越密集。旋转角度θ和干涉条纹周期的对应关系为

其中，α为出射光线与参考平面的夹角。为了让干涉条纹能够捕捉待测物体表面的细节，我们让条纹足够细密(未超出相机分辨率)，从而能够被物体表面微小起伏明显调制。

基于上述介绍的激光测量装置，利用该实验装置进行基于动态结构光的三维测量的具体测量步骤为：

步骤S1：待测物体表面预处理。配置浓度为0.09mg/ml的罗丹明6G水溶液，并且将溶液均匀喷涂至待测物体表面并风干，若风干后仍存在着色不均匀区域可反复进行喷涂和风干步骤。

步骤S2：光束矫正系统光路准直。打开LD半导体激光光源，调整凸透镜位置，使激光光斑中心与凸透镜中心重合，前后移动透镜位置使汇聚光斑在通过光阑的同时照射在光栅面上(保证在不烧坏光栅的前提下，实现光栅分光)。可调整光阑出光孔大小，滤除掉激光光源中的高频杂散光。

步骤S3：外差干涉系统光路准直。光栅面实现分光后，启动三相步进电机，电机平稳运行通过皮带联动线性平移台，透射光栅也随之匀速移动。正负对称的衍射级次产生稳定频差，将±1级光斑分别入射到分光棱镜的两个前表面，用A挡板遮挡零级衍射光斑。让分光棱镜以Y轴方向的中轴为旋转轴，旋转一个微小角度θ，使半透半反膜层与主光轴(Z轴)的夹角为θ。此时通过分光棱镜单棱镜面射出的正弦条纹在物体表面的朝着固定方向平稳移动。

步骤S4：图像采集系统调整。将物体放置在按照步骤S1-S3调整好的光路上，正弦条纹均匀地投射在物体表面，调整待测物面方向，使喷涂有罗丹明6G水溶液的一面正对CMOS相机，在CMOS相机前放置二相色镜，调整相机位置，使光心与镜头焦点的连线和参考平面垂直。

步骤S5：相机采集和电机运行参数调节。将CMOS相机连接至电脑端，通过调整相机焦距和曝光时间，使相机能够达到最佳拍摄效果，能够在相对清晰的状态下采集物体信息；此外，若电机频率过高，则会降低图像采样率，影响采样点的正弦性，因此需要调节三相步进电机的运行频率至合适的区间，在电机平稳运行时，再对物体表面信息进行采集。

步骤S6：图像采集。等待电机平稳运行一段时间后，运行CMOS相机软件，首先采集待测物体调制后的扭曲条纹视频，然后在待测物体表面放置参考平面，以同样方式采集参考平面的视频。

步骤S7：图像处理。具体来说是通过图像处理操作获取待测物体和参考平面的包裹相位信息，利用解包裹算法获得各自的展开相位，最终得到待测物体的相位值。

步骤S8：测量系统标定。通过多平面标定法求解得到物体相位-高度的映射关系，结合步骤S7所得到的待测物体绝对相位信息，确定待测物体的实际高度。

综上所述，本发明所提供的基于动态结构光的三维测量方案相较于传统激光干涉投影测量具有几个明显优势：

首先，本发明解决了激光干涉的散斑问题，提高了测量精度、优化了重建效果。优化方案具体为：采集得到的激光干涉条纹按照特征分布激发物体表面罗丹明涂覆层发出荧光，荧光条纹的分布与干涉激光条纹分布一致，并且受到物体表面高度调制，由相机采集所得的超精细荧光正弦条纹的强度分布近似符合标准正弦信号，激光散斑现象得到明显改善，利用该精细条纹能够提出到物体表面的微小起伏信息。其次，本发明选择使用多普勒频移系统代替传统的定量移相方案，提高了系统的测量精度。优化方案具体为：利用光栅单方向匀速移动，保持整个干涉场空间周期保持不变，并且产生连续相移，利用相应的相位提取方案得到物体的精准相位。最后，本发明利用设计的实验装置提高了实验装置抗外界干扰的能力。优化方案具体为：所有干涉过程均在单元件中进行，可以有效避免因单个干涉支路震动而导致干涉图样的波动，此外由于电机固定的实验平台与测量系统装置所在的实验平台不是同一平台，可以有效避免电机运转引起的机械振动影响最终的测量结果。

附图说明

为了更好的说明本发明的实施例和装置所涉及的技术方案。下面将对实施例和技术描述中所需使用的附图进行简单的说明，明显地，下面所介绍的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来说，在不付出任何创造性劳动的前提，还可以根据所述附图得到其他的附图。

图1为本发明的整体结构示意图；

图中标号为：

1—光源系统；1a—LD半导体激光光源；1b—透镜准直系统；

2—光束矫正系统；2a—凸透镜；2b—光阑；

3—外差干涉系统；3a—透射光栅；3b—三相步进电机；3c—线性平移台；3d—皮带；3e—分光棱镜；3f—A挡板；3g—B挡板；3h—待测物体；3i—参考平面；3j—罗丹明6G水溶液；

4—图像采集系统；4a—CMOS相机；4b—镜头；4c—二相色镜；

5—实验平台；5a—A实验平台；5b—B实验平台。

具体实施方式

为了更加清楚地展示本发明所涉及的技术方案以及装置优势，下面对该发明的技术细节以及具体实施方式进行详细的说明：

本发明提供了一种基于动态结构光的三维测量方案，包括一套激光测量装置以及相应的基于动态结构光的测量方法。该测量装置主要是由光源系统、光束矫正系统、外差干涉系统和图像采集系统组成的。其中，光源系统由LD半导体激光光源和透镜准直系统构成，从光源系统出射的光为均匀的平行光束。光束矫正系统由凸透镜和光阑组成：凸透镜位于光阑与光源系统的中间，对出射的平行光束进行汇聚，具体位置由测量需求所确定；光阑控制进入外差干涉系统的光斑大小，起到低通滤波的作用。外差干涉系统由多普勒频移系统、干涉系统和待测物体组成。多普勒频移系统由透射光栅、三相步进电机和线性平移台组成。干涉系统由分光棱镜和挡板模块两部分构成：分光棱镜是整个干涉系统的主体，由两个全等的三棱柱胶合而成，胶合面镀有膜层保证入射到表面的光强以1:1的比例反射和透射；挡板模块具体分为直角柱型的A挡板和四棱柱型的B挡板，在测量时将A挡板置于分光棱镜前端，其直角型恰好贴合分光棱镜的分光层的前端对角，将B挡板置于分光棱镜的其中一个出射面的后端。图像采集系统由二相色镜、CMOS相机和镜头组成：二相色镜置于CMOS相机镜头正前方；CMOS相机与镜头适配，可实现整个采集视场的焦距调节和曝光调节等功能。

实施例1：

在测量之前，需要提前配置好浓度为0.09mg/ml的罗丹明6G水溶液3j，并且将溶液均匀喷涂至待测物体3h表面并风干，若风干后仍存在着色不均匀区域可反复进行喷涂和风干步骤。正式开始测量时，首先打开光源系统1，从LD半导体激光光源1a中出射520nm波段的激光，前面的透镜准直系统1b将光束调整为平行光束。随后，利用光束矫正系统2对光束进行整形，调整凸透镜2a位置，使激光光斑中心与凸透镜2a中心重合，前后移动凸透镜2a位置使汇聚光斑在通过光阑2b的同时照射在透射光栅3a面上(保证在不烧坏光栅的前提下，同时实现光栅分光)。可调整光阑2b出光孔大小，滤除LD半导体激光光源1a中的高频杂散光。然后光束进入外差干涉系统3中，启动三相步进电机3b，电机平稳运行通过皮带3d联动线性平移台3c，透射光栅3a也随之匀速移动。三相步进电机3c在运行时产生机械振动，为了避免振动影响最终的恢复效果，将三相步进电机3c与实验装置分别置于不同的实验平台5上，分别为A实验平台5a和B实验平台5b。正负对称的衍射级次产生稳定频差，将±1级光斑分别入射到分光棱镜3e的两个前表面，用A挡板3f遮挡零级衍射光斑。让分光棱镜3e以Y轴方向的中轴为旋转轴，旋转一个微小角度θ，使半透半反膜层与主光轴(Z轴)的夹角为θ。B挡板3g置于分光棱镜3e的其中一个出射面的后端，此时通过分光棱镜3e单棱镜面射出的正弦条纹在待测物体3h表面的朝着固定方向平稳移动。此时，将待测物体3h放置在调整好的光路上，正弦条纹均匀地投射在物体表面，调整待测物体3h面方向，使喷涂有罗丹明6G水溶液3j的一面正对CMOS相机4a，在CMOS相机4a前放置二相色镜4c，调整相机位置，使光心与镜头4b焦点的连线和参考平面3i垂直。将CMOS相机4a连接至电脑端，通过调整相机焦距和曝光时间，使相机能够达到最佳拍摄效果，能够在相对清晰的状态下采集物体信息；此外，还需要调整三相步进电机3b运行参数。若电机频率过高，则会降低图像采样率，影响采样点的正弦性，因此需要调节三相步进电机3b的运行频率至合适的区间，在电机平稳运行时，再对物体表面信息进行采集。等待三相步进电机3b平稳运行一段时间后，运行CMOS相机4a软件，首先采集待测物体3h调制后的扭曲条纹视频，然后以同样方式采集参考平面3i的视频。最后进行图像处理操作，具体来说是通过图像处理操作获取待测物体3h和参考平面3i的包裹相位信息，利用解包裹算法获得各自的展开相位，最终得到待测物体3h的相位值。通过多平面标定法求解得到相位-高度的映射关系，结合所得到的待测物体3h绝对相位信息，确定待测物体3h的实际高度。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种基于动态结构光的三维测量方案包括一套激光测量装置以及相应的基于动态结构光的测量方法，其特征在于：所述测量装置包括光源系统(1)、光束矫正系统(2)、外差干涉系统(3)和图像采集系统(4)；所述光源系统(1)由LD半导体激光光源(1a)和透镜准直系统(1b)构成，从光源系统(1)出射的光为均匀的平行光束；所述光束矫正系统(2)由凸透镜(2a)和光阑(2b)组成，并且保证光阑(2b)中心在凸透镜(2a)的中轴线上；所述凸透镜(2a)位于光阑(2b)与光源系统(1)的中间，对出射的平行光束进行汇聚，具体位置由测量需求所确定，所述光阑(2b)控制进入外差干涉系统(3)的光斑大小，起到低通滤波的作用，所述外差干涉系统(3)由多普勒频移系统、干涉系统和待测物体(3h)组成，所述多普勒频移系统由透射光栅(3a)、三相步进电机(3b)和线性平移台(3c)构成，所述干涉系统由两部分构成，分别是分光棱镜(3e)和挡板模块，所述分光棱镜(3e)是整个干涉系统的主体，由两个全等的三棱柱胶合而成，胶合面镀有膜层保证入射到表面的光强以1:1的比例反射和透射，所述分光棱镜(3e)在放置时保证半透半反膜层的沿Y轴负方向的投影与透镜的主轴(Z轴方向)在同一条直线上，并且在实际测量时让分光棱镜(3e)以Y轴方向的中轴为旋转轴，旋转一个微小角度θ，使半透半反膜层与主光轴(Z轴)的夹角为θ，所述挡板模块具体分为A挡板(3f)和B挡板(3g)，所述A挡板(3f)为直角柱型，测量时位置置于分光棱镜(3e)前端，其直角型恰好贴合分光棱镜(3e)的分光层的前端对角，所述B挡板(3g)为四棱柱型，测量时其位置置于分光棱镜(3e)的其中一个出射面的后端；所述待测物体(3h)置于分光棱镜(3e)的出射光场中，同时物体后方放置一个平板，所述图像采集系统(4)由二相色镜(4c)、CMOS相机(4a)和镜头(4b)组成，所述二相色镜(4c)置于CMOS相机(4a)镜头(4b)正前方，透射波长为570nm，反射波长为520nm，所述CMOS相机(4a)与镜头(4b)适配，可实现整个采集视场的焦距调节和曝光调节等功能，此外图像记录完全是透过二相色镜(4c)后完成的采集。

2.根据权利要求1所述的一种基于动态结构光的三维测量装置，其特征在于：所述分光棱镜(3e)的放置需要恰好使对称排布的±1级衍射光斑能分别从分光棱镜(3e)的两个前面表面射入，在分光棱镜(3e)的分光面生成干涉条纹；由于透射光栅(3a)匀速移动引起±1级光斑产生稳定频差，干涉后由于透射光栅(3a)与光源相对位置发生偏移，不同级次的衍射光线在干涉时所形成的干涉条纹位置也会随之发生变化，在透射光栅(3a)单方向匀速移动的过程中，干涉条纹在空间周期保持不变的情况下产生连续相移。

3.根据权利要求1所述的一种基于动态结构光的三维测量装置，其特征在于：所述三相步进电机(3b)固定的实验平台与测量系统装置所在的实验平台不是同一平台，可以有效避免电机运转引起的机械振动影响最终的测量结果。

4.根据权利要求1所述的一种基于动态结构光的三维测量装置，其特征在于：所述A挡板(3f)两竖直直角面的尺寸足以将整个零级完全遮挡，避免零级衍射光斑进入干涉系统，引起干涉场的混叠；B挡板(3g)的尺寸与一出射面的尺寸保持一致，可完全贴合于棱镜出射表面，防止出射面的两映像干涉条纹在接收屏上重叠，缩小有效测量视场。

5.根据权利要求1所述的一种基于动态结构光的三维测量装置，其特征在于：所述A挡板(3f)和B挡板(3g)均由有机玻璃制成，表面覆盖有黑色绒布。

6.根据权利要求1所述的一种基于动态结构光的三维测量装置，其特征在于：所述待测物体(3h)和参考平面(3i)表面均匀喷涂有0.09mg/ml罗丹明6G水溶液(3j)，喷涂后等待表面自然风干，在表面不均匀区域可反复进行喷涂和干燥操作，直至表面着色均匀；罗丹明6G荧光染料的激发波段为510nm～640nm，荧光发射波段为560nm～590nm；所述参考平面(3i)的法向量与主光轴的夹角为45°。

7.根据权利要求1所述的一种基于动态结构光的三维测量方法，其特征在于利用所述的激光测量装置进行动态结构光三维测量，包括以下步骤：

步骤S1：待测物体表面预处理，配置浓度为0.09mg/ml的罗丹明6G水溶液(3j)，并且将溶液均匀喷涂至待测物体表面并风干，若风干后仍存在着色不均匀区域可反复进行喷涂和风干步骤；

步骤S2：光束矫正系统(2)光路准直，打开LD半导体激光光源(1a)，调整凸透镜(2a)位置，使激光光斑中心与凸透镜(2a)中心重合，前后移动透镜位置使汇聚光斑在通过光阑(2b)的同时照射在光栅面上(保证在不烧坏光栅的前提下，实现光栅分光)；可调整光阑(2b)出光孔大小，滤除掉激光光源中的高频杂散光；

步骤S3：外差干涉系统(3)光路准直，光栅面实现分光后，启动三相步进电机(3b)，电机平稳运行通过皮带(3d)联动线性平移台(3c)，透射光栅(3a)也随之匀速移动，正负对称的衍射级次产生稳定频差，将±1级光斑分别入射到分光棱镜(3e)的两个前表面，用A挡板(3f)遮挡零级衍射光斑，让分光棱镜(3e)以Y轴方向的中轴为旋转轴，旋转一个微小角度θ，使半透半反膜层与主光轴(Z轴)的夹角为θ，此时通过分光棱镜(3e)单棱镜面射出的正弦条纹在物体表面的朝着固定方向平稳移动；

步骤S4：图像采集系统(4)调整，将物体放置在按照步骤S1-S3调整好的光路上，正弦条纹均匀地投射在物体表面，调整待测物面方向，使喷涂有罗丹明6G水溶液(3j)的一面正对CMOS相机(4a)，在CMOS相机(4a)前放置二相色镜(4c)，调整相机位置，使光心与镜头(4b)焦点的连线和参考平面(3i)垂直；

步骤S5：相机采集和电机运行参数调节；将CMOS相机(4a)连接至电脑端，通过调整相机焦距和曝光时间，使相机能够达到最佳拍摄效果，能够在相对清晰的状态下采集物体信息；此外，若电机频率过高，则会降低图像采样率，影响采样点的正弦性，因此需要调节三相步进电机(3b)的运行频率至合适的区间，在电机平稳运行时，再对待测物体(3h)表面信息进行采集；

步骤S6：图像采集，等待电机平稳运行一段时间后，运行CMOS相机(4a)软件，首先采集待测物体(3h)调制后的扭曲条纹视频，然后在待测物体(3h)表面放置参考平面(3i)，以同样方式采集参考平面(3i)的视频；

步骤S7：图像处理，具体来说是通过图像处理操作获取待测物体(3h)和参考平面(3i)的包裹相位信息，利用解包裹算法获得各自的展开相位，最终得到待测物体(3h)的相位值；

步骤S8：测量系统标定，通过多平面标定法求解得到物体相位-高度的映射关系，结合步骤S7所得到的物体绝对相位信息，确定待测物体(3h)的实际高度。