CN117346694B - 复合面型样品的检测方法、检测系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种复合面型样品的检测方法、检测系统，检测方法包括以下步骤：生成同一频率的四幅不同相位的条纹图样；利用条纹图样、第一光源和第二光源对双目相机进行调试；控制器分别控制第一光源、第二光源将条纹图样投射至复合面型样品上；利用两个双目相机同时采集复合面型样品上的变形条纹图像并发送给控制器；控制器根据获取的变形条纹图像进行样品表面缺陷检测以及样品面型检测。采用一套检测系统，可以实现复合表面的缺陷检测和面型检测，方便快捷。

Description

复合面型样品的检测方法、检测系统
技术领域
本发明涉及检测设备技术领域，具体涉及一种复合面型样品的检测方法、检测系统。
背景技术
在实际的工业生产和日常生活中，存在许多由漫反射表面和镜面反射表面共同组成的复合表面物体。目前，对于复合表面物体，常规的检测方法是相互独立进行检测，即，需要用到两套检测设备对复合表面物体进行两次检测，一次检测漫反射表面，另一次检测镜面反射表面。
针对漫反射表面的检测技术，主要分为被动式测量和主动式测量两大类。被动式光学三维测量主要有双目立体视觉法，无需外加光源，通过匹配左右摄像头采集到的待测物图像上的同一特征点进行三维形貌的重建。主动式光学三维测量，需要先将特定编码的结构光投射至待测物表面，通过分析经待测表面调制的变形结构光图案结合三角测距法进行三维形貌的重建。
测量漫反射表面的光学方法无法用来测量镜面反射物体，会导致样品表面过曝，对图像处理和重建带来很大的挑战。对镜面反射物体的光学测量与漫反射表面物体不同的是，镜面反射物体表面的测量要满足反射定律。目前，市场上测量镜面物体的主流方法是向镜面物体喷涂粉末喷雾，将物体表面的镜面反射改为漫反射，然后采用测量漫反射表面的光学测量手段获取镜面物体的三维形貌。但是，涂层的存在会改变待测物的表面尺寸，很难满足一些高精密物体的测量需求，而且一些高精密光学元件表面不能够进行喷涂，否则会影响待测样品的表面质量。
因此，需要提出一种新的检测方法，可以用于测量镜面反射和漫反射同时存在的复合面型样品。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：现有测量方法无法适用于复合面型样品表面检测的技术问题。为此，本发明提供一种复合面型样品的检测方法，采用一套检测系统，可以实现复合表面的缺陷检测和面型检测，方便快捷。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种复合面型样品的检测方法，包括以下步骤：
S1、生成同一频率的四幅不同相位的条纹图样；
S2、利用所述条纹图样、第一光源和第二光源对双目相机进行调试；
S3、控制器分别控制所述第一光源、第二光源将所述条纹图样投射至复合面型样品上；
S4、利用双目相机采集复合面型样品上的变形条纹图像并发送给所述控制器；
S5、所述控制器根据获取的变形条纹图像进行样品表面缺陷检测以及样品面型检测；
步骤S2中的调试过程包括：
S21、从步骤S1中生成的四幅条纹图样中任选一幅条纹图像，通过所述第一光源将这幅条纹图样进行投射并被双目相机采集；
S22、设置所述双目相机的工作参数，当镜面区域的条纹图像的对比度达到230时，将这组工作参数设置为测量漫反射表面的工作参数；
S23、从步骤S1中生成的四幅条纹图样中任选一幅条纹图像，通过所述第二光源将这幅条纹图样进行投射并被双目相机采集；
S24、设置所述双目相机的工作参数，当镜面区域的条纹图像的对比度达到230时，将这组工作参数设置为测量镜面反射表面的工作参数；
S25、通过第一光源投射一幅白图并被双目相机采集，通过判断每个像素位置的灰度值将图像区域分割为镜面反射区域和漫反射区域。
进一步，步骤S1中的四幅条纹图样的表达式为：
其中，表示像素点的光强，n=1，2，3，4；/>表示背景光强；/>表示调制幅度；/>表示像素坐标；/>表示相位。
进一步，步骤S5中，样品表面缺陷检测，包括：
所述控制器获取变形条纹图像后，将图像数据带入条纹图样的表达式中，联立四个公式求解出、/>和/>；
其中，用于表征样品表面的灰尘、脏污缺陷；/>用于表征样品表面的划伤、擦伤缺陷；/>用于样品面型重建以及用于检测样品表面的凹凸缺陷。
进一步，在进行样品面型重构之前，先对所述双目相机进行标定，获得双目相机的畸变系数和外参矩阵；像素坐标与世界坐标的转换公式为：
其中，表示待测点的像素坐标，/>表示待测点的世界坐标，/>表示相机焦距，s表示畸变系数，/>表示中心点坐标，/>表示纵横比例参数，/>表示外参矩阵，R表示世界坐标到相机坐标系的旋转矩阵，t表示世界坐标到相机坐标系的平移向量。
进一步，样品面型检测，包括：
对复合面型样品的镜面反射区域、漫反射区域分别进行面型重构，得到所述复合面型样品的重构面型；
将所述重构面型与样品设计的标准面型进行比较，若与标准面型相同，表明该复合面型样品面型合格，否则，不合格。
进一步，所述镜面反射区域的面型重构，包括：
对所述第二光源与双目相机的相机坐标系之间的位置关系进行联合标定；
对双目相机进行立体校正，使得双目相机的两个相机的光轴相互平行；
绝对相位提取，根据提取出的绝对相位进行立体匹配；
计算待测点的梯度；
对所有待测点处的梯度进行积分运算，获得样品的第一三维点云数据。
进一步，所述漫反射区域的面型重构，包括：
对双目相机进行立体校正，使得双目相机的两个相机的光轴相互平行；
绝对相位提取，根据提取出的绝对相位进行立体匹配；
计算待测点的三维坐标，获得样品的第二三维点云数据，计算公式如下：
其中，表示相机焦距，b表示相机基线，/>和/>表示待测点在双目相机中左右两个相机的同名点。
进一步，所述第一光源用于漫反射的检测，所述第二光源为面结构光源，用于镜面反射的检测。
本发明还提供了一种复合面型样品的检测系统，采用所述的检测方法，所述检测系统包括：控制器、第一光源、第二光源以及双目相机，所述第一光源和双目相机安装在同一个基座上，所述基座设置在所述第二光源的上端，所述第一光源、第二光源、双目相机均与所述控制器连接。
本发明的有益效果是，本发明的复合面型样品的检测方法、检测系统，一套检测系统可以对复合面型样品中的镜面反射表面和漫反射表面进行检测，且通过对方法的改进，对镜面反射表面的检测不需要喷涂粉末，不会损伤样品表面，适合高精密物体的检测使用。系统集成度高，可以实现两种反射表面的面型重构，有利于提高检测效率。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明的检测系统的结构示意图。
图2是本发明的检测方法的流程图。
图3是本发明的镜面反射表面检测的示意图。
图中：1、控制器；2、第一光源；3、第二光源；4、双目相机5、待测样品。
具体实施方式
现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
如图1至图3所示，本发明的复合面型样品的检测方法，包括以下步骤：S1、生成同一频率的四幅不同相位的条纹图样。S2、利用条纹图样、第一光源和第二光源对双目相机进行调试。S3、控制器分别控制第一光源、第二光源将条纹图样投射至复合面型样品上。S4、利用双目相机采集复合面型样品上的变形条纹图像并发送给控制器。S5、控制器根据获取的变形条纹图像进行样品表面缺陷检测以及样品面型检测。
需要说明的是，第一光源用于漫反射的检测，第二光源为面结构光源，用于镜面反射的检测。第一光源和第二光源共用一套双目相机。需要说明的是，双目相机包含左右对称设置的两个相机，采用双目相机是为了扩大采集的范围，能够采集到整个复合面型样品的图像。使用时，第一光源打开时，第二光源关闭；第二光源打开时，第一光源关闭。另外，本方法在检测时，可以对复合面型样品的表面缺陷和面型进行测量，即，通过一次测量，可以获得两方面的检测结果。
由于本方法对漫反射表面和镜面反射表面采用的是同一套双目相机，因此，在测量之前，需要对双目相机进行调试。调试过程包括：S21、从步骤S1中生成的四幅条纹图样中任选一幅条纹图像，通过第一光源将这幅条纹图样投射在待测样品上并被双目相机采集。S22、设置双目相机的工作参数，当镜面区域的条纹图像的对比度达到230时，将这组工作参数设置为测量漫反射表面的工作参数（即为工作参数一）。S23、从步骤S1中生成的四幅条纹图样中任选一幅条纹图像，通过第二光源将这幅条纹图样投射在待测样品上并被双目相机采集。S24、设置双目相机的工作参数，当镜面区域的条纹图像的对比度达到230时，将这组工作参数设置为测量镜面反射表面的工作参数（即为工作参数二）。S25、通过第一光源投射一幅白图（即无条纹图样）在待测样品上并被双目相机采集，通过判断每个像素位置的灰度值将图像区域分割为镜面反射区域和漫反射区域。当执行步骤S21和S22时，第一光源打开，第二光源关闭，当执行步骤S23和S24时，第一光源关闭，第二光源打开。执行步骤S25时，第一光源打开，第二光源关闭。
需要说明的是，当双目相机根据工作参数一采集白图图像时，在镜面反射区域会存在过曝的现象。因此，可以将灰度值的界限设置为230，灰度值的范围是0-255，超过230的像素位置认为是过曝，将灰度值超过230的像素位置定义为镜面反射区域，灰度值小于或等于230的像素位置定义为漫反射区域。由此，通过调试，在双目相机采集的图像区域中，就可以分成漫反射区域和镜面反射区域。对相机的图像区域进行分区后，便于后续对不同反射特性的表面进行面型重构。在进行检测时，检测漫反射面时，双目相机采用工作参数一。检测镜面反射面时，双目相机采用工作参数二。
例如，四幅条纹图样的表达式为：
其中，表示像素点的光强，n=1，2，3，4；/>表示背景光强；/>表示调制幅度；/>表示像素坐标；/>表示相位。四幅条纹图样的相位依次相差/>。检测时，将四幅条纹图样依次投射在样品上，然后双目相机依次采集条纹图像并发送给控制器进行处理。
需要说明的是，条纹图样是通过第一光源、第二光源投射在待测样品上的。条纹图样可以由控制器发送给第一光源、第二光源。当条纹图像投射在待测样品表面时，如果待测样品表面并不是一个完美的平面，条纹图样会在样品缺陷区域产生变形。双目相机将采集到的变形条纹图像发送给控制器进行处理。
具体的，样品表面缺陷检测，包括：控制器获取变形条纹图像后，将图像数据带入条纹图样的表达式中，联立四个公式求解出、/>和/>；其中，/>用于表征样品表面的灰尘、脏污缺陷；/>用于表征样品表面的划伤、擦伤缺陷；/>用于样品面型重建以及用于检测凹凸缺陷。灰尘、脏污缺陷处的背景强度和合格表面的背景强度会存在明显区别，因此，可以观察背景强度的数值发现缺陷处。调制幅度可以表征样品表面的对比度，划伤、擦伤缺陷的对比度与正常表面的对比度有明显差异，因此，可以观察调制幅度的数值发现缺陷。
需要说明的是，双目相机采集到的变形条纹图像是由多个像素点组成的，在像素坐标系中，每个像素点均有自己的坐标，控制器接收到图像数据后先对图像数据进行降噪处理，然后将图像数据代入/>、/>、/>、/>四个公式中。可以用理解的是，图像数据包含像素点坐标以及像素点的光强值（即灰度值）。将图像数据带入四个公式中，可以求解出/>、/>和/>。其中，/>，此时，求解出的相位/>的范围是包裹在/>之间。为了后续计算方便，控制器将该范围扩大为/>。
表面缺陷检测完成后，可以进行面型检测。在面型检测时，需要将待测样品的复合面型进行重构。由于漫反射和镜面反射的反射特性不同，因此，面型重构的过程有些区别。
例如，在面型重构之前，先进行双目相机的标定，将像素坐标系对应至世界坐标系（即样品的空间坐标）中。样品表面待测点的世界坐标通过刚体变换可以变换到相机坐标系中。相机坐标系通过投影变换可以变换到图像坐标系中。图像坐标系通过平移可以变换到像素坐标系中。标定过程是为了得到双目相机的内参（即相机焦距，畸变系数s，中心点坐标/>，纵横比例参数/>）和外参矩阵。标定好后，已知像素点坐标即可快速获得对应的世界坐标。像素坐标/>与世界坐标的转换公式为：
其中，表示待测点的像素坐标，/>表示待测点的世界坐标，/>表示相机焦距，s表示畸变系数，/>表示中心点坐标，/>表示纵横比例参数，/>表示外参矩阵，R表示世界坐标到相机坐标系的旋转矩阵，t表示世界坐标到相机坐标系的平移向量。
例如，样品面型检测包括：对复合面型样品的镜面反射区域、漫反射区域分别进行面型重构，得到复合面型样品的重构面型；将重构面型与样品设计的标准面型进行比较，若与标准面型相同，表明该复合面型样品面型合格，否则，不合格。换言之，面型重构时，镜面反射区域、漫反射区域是分别进行重构的，然后再进行组合得到一个完整的面型。
例如，镜面反射区域的面型重构，包括：对第二光源与双目相机的相机坐标系之间的位置关系进行联合标定；对双目相机进行立体校正，使得两个目相机的光轴相互平行；绝对相位提取，根据提取出的绝对相位进行立体匹配；计算待测点的梯度；对所有待测点处的梯度进行积分处理，得样品的第一三维点云数据。需要说明的是，对第二光源和双目相机进行联合标定是为了确定相机内参以及第二光源与双目相机的坐标位置关系，从而可以对入射光线和反射光线进行追踪。联合标定过程包括：生成标定图案，标定图案采用圆形（镜面成像过程相机采集到的是光源的虚像，会有离焦效应，如果标定图案采用常规的棋盘格，棋盘格角点离焦后很难精确提取到角点的亚像素坐标，而圆形就可以很好的避免这个问题，即使离焦，也可以准确找到圆心的位置）。第二光源将圆形标定图案投射至平面镜上，自由移动平面镜的位置，使得标定图案在镜面中的虚像位于相机视野范围内。移动平面镜十次，获得十个不同位置的标定图案在平面镜中的图像。对采集到的标定图案的图像进行处理，提取出标定图案在图像中的坐标位置。例如，以图像左上角第一个圆的圆心为原点建立坐标系，然后根据张正友标定法对双目相机进行标定，计算出标定图案的虚像在相机坐标系下的旋转平移矩阵。标定图案的虚像和第二光源显示的标定图案是关于平面镜镜像的，从而可以得到第二光源在相机坐标系下的旋转平移矩阵。
第二光源和双目相机联合标定好后，对双目相机进行立体校正。在校正之前，双目相机的两个相机的光轴不是相互平行的。在立体校正之后，极点在无穷远处，两个相机的光轴相互平行，像点在左右图像上的高度相同。这样，在后续立体匹配时，只需要在同一行上搜索左右图像平面的匹配点即可，可以大大提高匹配效率。
需要说明的是，在缺陷检测过程中，求解出的相位被包裹在/>，这就会出现相机图像中不同像素点的位置对应相同的相位的问题。因此，需要进行绝对相位提取，即获取像素点的绝对位置。例如，在相位/>突变的位置加上2π×T实现相位的展开，T表示查找到的第T个相位突变位置。对双目相机采集到的相位数据进行立体匹配，立体匹配是为了在左右图像中找到对应点（也可以称为同名点）。这些对应点可以作为后续的特征匹配点，这样，就可以不依赖于样品本身的特征，有利于提高三维重建的效率和精度。
通过对第二光源和双目相机的联合标定，获得了第二光源和双目相机之间的位姿关系（即旋转平移矩阵），从而可以根据第二光源投射出的条纹图样的相位与双目相机采集到的相位的相等关系，追踪待测点处的入射光线和反射光线。待测点处的法向量为，I表示入射光线矢量，r表示反射光线矢量，/>、/>、/>分别表示入射光线矢量在xyz方向上的分量，/>、/>、/>分别表示反射光线矢量在xyz方向上的分量，入射光线矢量和反射光线矢量通过相机与光源的联合标定可以获得。待测点处的xy方向的梯度为：/>和/>。获得待测点处的xy方向梯度后，对待测点处的梯度进行积分运算，可以获得待测点的三维坐标，所有镜面反射区域的待测点的三维坐标组成样品的第一三维点云数据。例如，入射点A的坐标为，反射点C的坐标为/>，反射点C与待测点O之间的距离为/>，入射点A与待测点O之间的距离为/>，其中/>、/>、/>、/>均为已知，根据入射光线和反射光线的交点可以得到待测点O的在xy方向的坐标/>，将/>、、/>、/>、/>代入梯度公式中，可以求解出待测点的梯度和/>；
再通过对梯度进行积分运算可以得到待测点的高度。积分公式为：。由此得到待测点的三维坐标/>。所有镜面反射区域的待测点的三维坐标组成第一三维点云数据。
例如，漫反射区域的面型重构，包括：对双目相机进行立体校正，使得双目相机的左右两个相机的光轴相互平行；绝对相位提取，根据提取出的绝对相位进行立体匹配；计算待测点的三维坐标，计算公式如下：
，/>，/>，其中，/>表示相机焦距，b表示相机基线，/>和/>表示待测点在双目相机中左右两个相机的同名点。
需要说明的是，漫反射区域重构时，不需要进行联合标定，立体校正、绝对相位提取以及立体匹配的方式与镜面反射区域相同，此处不再赘述。通过立体匹配，查找出待测点在双目相机中的两个相机中的同名点，再代入漫反射区域待测点的三维坐标计算公式中进行计算。所有漫反射区域的待测点的三维坐标组成第二三维点云数据。
第一三维点云数据和第二三维点云数据共同组成了复合面型样品的点云数据，即可以得到复合面型样品的重构面型。将重构面型和标准面型进行匹配，即可得到面型的检测结果，从而可以了解复合面型产品在生产制造工艺是否需要调整。
本发明还提供一种复合面型样品的检测系统，采用上述的检测方法，检测系统包括：控制器1、第一光源2、第二光源3以及双目相机4，第一光源2和双目相机4安装在同一个基座上，基座设置在第二光源3的上端，两个相机分为位于第一光源2的两侧，第一光源2、第二光源3、双目相机4均与控制器连接。第一光源2和第二光源3的照射角度朝向待测样品5。需要说明的是，控制器可以控制第一光源2、第二光源3以及双目相机4，双目相机4采集到的图像会发送给控制器1进行处理（包括缺陷检测过程、面型重构过程、面型检测过程等）。相关过程的描述可参数检测方法中对应的部分，此处不再赘述。
综上所述，本发明的复合面型样品的检测方法、检测系统，一套检测系统可以对复合面型样品中的镜面反射表面和漫反射表面进行检测，且通过对方法的改进，对镜面反射表面的检测不需要喷涂粉末，不会损伤样品表面，适合高精密物体的检测使用。系统集成度高，可以实现两种反射表面的面型重构，有利于提高检测效率。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要如权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (9)

1.一种复合面型样品的检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、生成同一频率的四幅不同相位的条纹图样；
S2、利用所述条纹图样、第一光源和第二光源对双目相机进行调试；
S3、控制器分别控制所述第一光源、第二光源将所述条纹图样投射至复合面型样品上；
S4、利用双目相机采集复合面型样品上的变形条纹图像并发送给所述控制器；
S5、所述控制器根据获取的变形条纹图像进行样品表面缺陷检测以及样品面型检测；
步骤S2中的调试过程包括：
S21、从步骤S1中生成的四幅条纹图样中任选一幅条纹图像，通过所述第一光源将这幅条纹图样进行投射并被双目相机采集；
S22、设置所述双目相机的工作参数，当镜面区域的条纹图像的对比度达到230时，将这组工作参数设置为测量漫反射表面的工作参数；
S23、从步骤S1中生成的四幅条纹图样中任选一幅条纹图像，通过所述第二光源将这幅条纹图样进行投射并被双目相机采集；
S24、设置所述双目相机的工作参数，当镜面区域的条纹图像的对比度达到230时，将这组工作参数设置为测量镜面反射表面的工作参数；
S25、通过第一光源投射一幅白图并被双目相机采集，通过判断每个像素位置的灰度值将图像区域分割为镜面反射区域和漫反射区域。
2.如权利要求1所述的复合面型样品的检测方法，其特征在于，步骤S1中的四幅条纹图样的表达式分别为：
其中，表示像素点的光强，n=1，2，3，4；/>表示背景光强；/>表示调制幅度；/>表示像素坐标；/>表示相位。
3.如权利要求2所述的复合面型样品的检测方法，其特征在于，步骤S5中，样品表面缺陷检测，包括：
所述控制器获取变形条纹图像后，将图像数据带入条纹图样的表达式中，联立四个公式求解出、/>和/>；
其中，用于表征样品表面的灰尘、脏污缺陷；/>用于表征样品表面的划伤、擦伤缺陷；/>用于样品面型重建以及用于检测样品表面的凹凸缺陷。
4.如权利要求3所述的复合面型样品的检测方法，其特征在于，在进行样品面型重构之前，先对所述双目相机进行标定，获得双目相机的畸变系数和外参矩阵；像素坐标与世界坐标的转换公式为：
其中，表示待测点的像素坐标，/>表示待测点的世界坐标，/>表示相机焦距，s表示畸变系数，/>表示中心点坐标，/>表示纵横比例参数，/>表示外参矩阵，R表示世界坐标到相机坐标系的旋转矩阵，t表示世界坐标到相机坐标系的平移向量。
5.如权利要求3所述的复合面型样品的检测方法，其特征在于，样品面型检测，包括：
对复合面型样品的镜面反射区域、漫反射区域分别进行面型重构，得到所述复合面型样品的重构面型；
将所述重构面型与样品设计的标准面型进行比较，若与标准面型相同，表明该复合面型样品面型合格，否则，不合格。
6.如权利要求5所述的复合面型样品的检测方法，其特征在于，所述镜面反射区域的面型重构，包括：
对所述第二光源与双目相机的相机坐标系之间的位置关系进行联合标定；
对双目相机进行立体校正，使得双目相机的两个相机的光轴相互平行；
绝对相位提取，根据提取出的绝对相位进行立体匹配；
计算待测点的梯度；
对所有待测点处的梯度进行积分运算，获得样品的第一三维点云数据。
7.如权利要求5所述的复合面型样品的检测方法，其特征在于，所述漫反射区域的面型重构，包括：
对双目相机进行立体校正，使得双目相机的两个相机的光轴相互平行；
绝对相位提取，根据提取出的绝对相位进行立体匹配；
计算待测点的三维坐标，获得样品的第二三维点云数据，计算公式如下：
其中，表示相机焦距，b表示相机基线，/>和/>表示待测点在两个相机中的同名点。
8.如权利要求1所述的复合面型样品的检测方法，其特征在于，所述第一光源用于漫反射的检测，所述第二光源为面结构光源，用于镜面反射的检测。
9.一种复合面型样品的检测系统，其特征在于，采用如权利要求1～8任一项所述的检测方法，所述检测系统包括：
控制器、第一光源、第二光源以及双目相机，所述第一光源和双目相机安装在同一个基座上，所述基座设置在所述第二光源的上端，所述第一光源、第二光源、双目相机均与所述控制器连接。
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Citations (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1507548A (en) * 1974-03-09 1978-04-19 Feldmuehle Ag Testing of reflecting surfaces
RU1786406C (ru) * 1989-12-12 1993-01-07 Научно-Техническое Кооперативное Предприятие "Акцент" Способ контрол дефектов на плоской отражающей поверхности и устройство дл его осуществлени
JPH0829354A (ja) * 1993-06-08 1996-02-02 Mitsubishi Electric Corp 微小異物の検出および検査方法、それに用いられる走査型プローブ顕微鏡ならびにこれらを用いた半導体素子または液晶表示素子の製法
JP2002221495A (ja) * 2001-12-25 2002-08-09 Nkk Corp 表面疵検査装置及びその方法
CN104613898A (zh) * 2013-10-12 2015-05-13 石泉 检测仪、具有该检测仪的测量系统以及测量方法
CN108627121A (zh) * 2018-05-15 2018-10-09 浙江中控太阳能技术有限公司 一种镜面面形检测装置及其检测方法
CN108759721A (zh) * 2018-08-09 2018-11-06 河北工业大学 一种基于光学条纹投影和反射的三维形貌测量方法及装置
WO2019243046A1 (en) * 2018-06-18 2019-12-26 Lumileds Holding B.V. Lighting device comprising led and grating
CN110672037A (zh) * 2019-09-02 2020-01-10 南京理工大学 基于相移法的线性光源光栅投影三维测量系统及方法
CN111476788A (zh) * 2020-04-27 2020-07-31 武汉精立电子技术有限公司 一种显示屏夹层缺陷检测方法及系统
CN111693549A (zh) * 2020-05-14 2020-09-22 西安电子科技大学 一种手机盖板玻璃缺陷检测与分类方法
CN113418933A (zh) * 2021-08-23 2021-09-21 常州微亿智造科技有限公司 用于检测大尺寸物体的飞拍视觉成像检测系统及方法
CN114527073A (zh) * 2022-02-11 2022-05-24 西安电子科技大学 一种反光曲面的快速高精度外观质量检测系统及检测方法
CN114964054A (zh) * 2022-07-27 2022-08-30 苏州英示测量科技有限公司 一种面形检测系统及方法
CN116295114A (zh) * 2023-03-03 2023-06-23 浙江大学 一种基于主辅双视角多灰度级投影的高反射表面结构光三维测量方法

Patent Citations (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1507548A (en) * 1974-03-09 1978-04-19 Feldmuehle Ag Testing of reflecting surfaces
RU1786406C (ru) * 1989-12-12 1993-01-07 Научно-Техническое Кооперативное Предприятие "Акцент" Способ контрол дефектов на плоской отражающей поверхности и устройство дл его осуществлени
JPH0829354A (ja) * 1993-06-08 1996-02-02 Mitsubishi Electric Corp 微小異物の検出および検査方法、それに用いられる走査型プローブ顕微鏡ならびにこれらを用いた半導体素子または液晶表示素子の製法
JP2002221495A (ja) * 2001-12-25 2002-08-09 Nkk Corp 表面疵検査装置及びその方法
CN104613898A (zh) * 2013-10-12 2015-05-13 石泉 检测仪、具有该检测仪的测量系统以及测量方法
CN108627121A (zh) * 2018-05-15 2018-10-09 浙江中控太阳能技术有限公司 一种镜面面形检测装置及其检测方法
WO2019243046A1 (en) * 2018-06-18 2019-12-26 Lumileds Holding B.V. Lighting device comprising led and grating
CN108759721A (zh) * 2018-08-09 2018-11-06 河北工业大学 一种基于光学条纹投影和反射的三维形貌测量方法及装置
CN110672037A (zh) * 2019-09-02 2020-01-10 南京理工大学 基于相移法的线性光源光栅投影三维测量系统及方法
CN111476788A (zh) * 2020-04-27 2020-07-31 武汉精立电子技术有限公司 一种显示屏夹层缺陷检测方法及系统
CN111693549A (zh) * 2020-05-14 2020-09-22 西安电子科技大学 一种手机盖板玻璃缺陷检测与分类方法
CN113418933A (zh) * 2021-08-23 2021-09-21 常州微亿智造科技有限公司 用于检测大尺寸物体的飞拍视觉成像检测系统及方法
CN114527073A (zh) * 2022-02-11 2022-05-24 西安电子科技大学 一种反光曲面的快速高精度外观质量检测系统及检测方法
CN114964054A (zh) * 2022-07-27 2022-08-30 苏州英示测量科技有限公司 一种面形检测系统及方法
CN116295114A (zh) * 2023-03-03 2023-06-23 浙江大学 一种基于主辅双视角多灰度级投影的高反射表面结构光三维测量方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Adjustable contrast optical target device for test of acquisition of photoelectric theodolite;SUN XiaoXin等;Science China(Technological Sciences);第56卷(第08期);222-228 *
基于全场条纹反射的镜面物体三维面形测量综述;王月敏 等;光学精密工程(第05期);16-29 *

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