條紋投影相移三維形貌測量技術(shù)

近日，中國科技網(wǎng)·科技日報(bào)，中國新聞網(wǎng)等媒體報(bào)道合肥工業(yè)大學(xué)儀器科學(xué)與光電工程學(xué)院盧榮勝教授科研團(tuán)隊(duì)提出了一種全新的反向誤差補(bǔ)償方法，實(shí)現(xiàn)了物體三維形貌測量的精度和效率的大幅提升，成果刊發(fā)于日前出版的權(quán)威學(xué)術(shù)期刊《光學(xué)學(xué)報(bào)》第四期上，并入選當(dāng)期封面故事和優(yōu)秀論文。

條紋投影相移三維形貌測量技術(shù)，主要使用數(shù)字投影儀將條紋投射至被測物體表面，經(jīng)圖像傳感器采集被物體調(diào)制的條紋圖像后獲取每個(gè)像素組成的主值（包裹）相位圖和解包裹相位圖，計(jì)算獲得被測物體的三維形貌信息。目前普遍采用的主動、被動和反向三種相位誤差補(bǔ)償方法，各自存在著精度仍受系統(tǒng)參數(shù)、標(biāo)定方法和使用環(huán)境影響等不足。測量過程中易發(fā)生相位解包裹困難、測量精度降低、物體形貌的細(xì)節(jié)被掩蓋或信息丟失等情況。

科研人員研究發(fā)現(xiàn)，在向被測物體投影與最高頻率相同且具有一定相移量的補(bǔ)償相移條紋時(shí)，獲得的兩幅主值相位圖中相位誤差存在大小相等、方向相反的特性。利用這一特性，該團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新性地提出了一種在主值相位圖中進(jìn)行相位誤差補(bǔ)償，并結(jié)合多頻相移獲得絕對相位的反向誤差補(bǔ)償方法。該方法僅需要多投射一幅與最高頻率相同的補(bǔ)償條紋圖，通過反向互抵消除系統(tǒng)非線性誤差，獲得高精度的絕對相位值，無需提前標(biāo)定系統(tǒng)的相位誤差，在大幅提升測量精度的同時(shí)，顯著縮短了測量時(shí)間。

被測物體照片（圖1） 主值相位圖（圖2）

誤差補(bǔ)償后正面絕對相位恢復(fù)圖 （圖3）

利用兩幅主值相位圖中的相位誤差值大小相等、符號相反的特性，通過疊加互抵獲得高精度的絕對相位值。

局部俯視方向誤差補(bǔ)償前相位圖（光滑性較差）

上圖誤差補(bǔ)償后的效果（表面光滑）

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該方法解決了被測物體表面有空洞、階梯狀、陰影或者空間不連續(xù)導(dǎo)致的相位跳變難題，避免了物體復(fù)雜輪廓可能導(dǎo)致的高頻條紋極數(shù)混跌。在測量環(huán)境發(fā)生變化時(shí)，不再需要對測量系統(tǒng)進(jìn)行重新標(biāo)定，在測量過程中不易受環(huán)境因素干擾，從而大幅提升了測量效率。

據(jù)介紹，這一成果將在智能制造、逆向工程、生物醫(yī)療等領(lǐng)域具有廣闊應(yīng)用前景。目前，該成果已經(jīng)應(yīng)用于6代線和8.5代線等高世代大面積液晶與濾光片基板玻璃表面不平整度的快速檢測。