可降低被測物表面反光的三維測量系統的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及物體表面三維測量技術領域，尤其涉及一種可降低被測物表面反光的三維測量系統。
【背景技術】
[0002]在三維測量場合，對光亮或高反光表面的測量都是一個難題。隨著微細加工和封裝技術的發展，在表面檢測和品質控制中，工業上越來越多地需要對三維信息進行微米級測量，特別是在表面貼裝前后、集成電路封裝前后等進行三維微測量。微米級三維微測量是對二維測量的增強。然而，無論從精度上還是從經濟性上說，仍然缺乏微米級三維測量。事實上，光亮或高反光物體對測量過程形成了挑戰。
[0003]在光學測量過程中，結構光投影到物體表面上，反射光被取像設備獲得，被照物區域的深度信息能用三角法計算得到。然而，對光亮或反光物體測量，現在的光學測量很難達到目的。光亮物體會反射大多數光線進入相機內，相機傳感器工作在過飽和狀態。這樣，信息就無法準確計算出來，現有的基于亮度的結構光測量高度信息方法就不行了。為解決這一問題，通常提前對待測量表面噴上一層薄的不透明漆。然而，由于噴漆過程可能產生噴涂不均勻的情況，在高精度的測量場合，即使噴漆厚度只有1-2微米，這種做法也會對測量結果引入明顯影響。而且，在絕大多數場合，是不允許在被測物表面噴漆的，在線檢測場合更不可能。這使得三維測量在針對高反光被測物時不適用，然而，由于電子器件的引腳、焊盤、集成電路金線等是金屬，大量高反光被測物卻需要三維測量。
【發明內容】
[0004]本發明所要解決的技術問題是，提出一種可降低被測物表面反光的三維測量系統，以降低測量過程中高反光被測物表面的反光。本發明是這樣實現的:
[0005]—種可降低被測物表面反光的三維測量系統，包括圖像分析及控制系統、投影機及相機；
[0006]所述圖像分析及控制系統用于控制所述投影機產生結構光；
[0007]所述投影機用于從第一方向將所述結構光投射到被測物表面，在被測物表面形成變形結構光圖案；
[0008]所述圖像分析及控制系統還用于通過所述相機從第二方向采集所述變形結構光圖案，并對所述變形結構光圖案進行分析，以獲取被測物表面的深度信息；所述投影機包括第一圓偏振器；所述結構光通過所述第一圓偏振器形成圓偏振的結構光后被投射到被測物表面；
[0009]所述相機的鏡頭前端安裝有第二圓偏振器；所述第二圓偏振器用于消除進入所述相機的光線中的非圓偏振光成分；
[0010]所述第一圓偏振器與第二圓偏振器同為左旋圓偏振器或右旋圓偏振器。
[0011]進一步地，所述第一圓偏振器包括第一線偏振片及四分之一波片；
[0012]所述結構光依次通過所述第一線偏振片及四分之一波片后形成圓偏振的結構光。
[0013]進一步地，所述第一方向與所述第二方向成30度角。
[0014]進一步地，所述結構光為相移數字條紋光或莫爾條紋光。
[0015]進一步地，所述投影機為LCOS投影機或DLP投影機。
[0016]進一步地，所述LCOS投影機包括LED光源、光學透鏡組、第二線偏振片、LCOS、聚光鏡;
[0017]所述LED光源產生白光；
[0018]所述白光通過所述光學透鏡組后形成面光源；
[0019]所述面光源通過所述第二線偏振片后投射到所述LCOS上；
[0020]所述LCOS在所述圖像分析及控制系統的控制下反射所述面光源，形成所述結構光;
[0021]所述結構光通過所述第一圓偏振器形成圓偏振的結構光；
[0022]所述圓偏振的結構光通過所述聚光鏡聚光后被投射到被測物表面。
[0023]進一步地，所述相機的鏡頭為遠心鏡頭。
[0024]進一步地，所述圖像分析及控制系統包括計算機系統。
[0025]進一步地，所述第二圓偏振器為一圓偏振片。
[0026]進一步地，所述投影機與所述相機連接，還用于將所述結構光投射到被測物表面的同時，通過同步信號觸發所述相機同步對所述被測物表面進行曝光，以采集所述變形結構光圖案。
[0027]與現有技術相比，本發明通過采用第一圓偏振器及第二圓偏振器，可顯著減少被測物表面的過多反光，使進入相機的傳感器始終處于線性狀態，不產生過飽和。這樣，即使被測物表面有高反光，通過相機采集的圖像計算出的被測物表面各點的高度值也是準確的。本發明可廣泛應用于具有高反光的被測物的三維測量。
【附圖說明】
[0028]圖1:本發明可降低被測物高反光的三維測量系統工作原理示意圖；
[0029]圖2:所述可降低被測物高反光的三維測量系統中投影機的工作原理示意圖；
[0030]圖3:采用本發明時，相機所拍攝的被測物表面圖像；
[0031]圖4:未采用本發明時，相機所拍攝的被測物表面圖像。
【具體實施方式】
[0032]為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。
[0033]如圖1所示，本發明的一種可降低被測物表面反光的三維測量系統，包括圖像分析及控制系統3、投影機I及相機2。所述圖像分析及控制系統3控制所述投影機I產生結構光5，所述投影機I從第一方向將所述結構光5投射到被測物4表面。結構光5投射到被測物4表面后，由于被測物4表面的高低不平，結構光5將被被測物4表面調制，在被測物4表面形成變形結構光圖案。所述圖像分析及控制系統3可通過所述相機2從第二方向采集該變形結構光圖案，并對該變形結構光圖案進行分析，從而獲取被測物4表面的深度信息。
[0034]本發明總體采用斜面投影，正面拍攝的光學結構，第一方向與第二方向可成30度角。如將被測物4平放于一水平面上，則相機2設置在經過該被測物4幾何中心且垂直于該水平面的直線上對被測物4進行拍攝，而投影機I則設置在經過該被測物4幾何中心且與該直線成30度角的直線上。
[0035]圖像分析及控制系統3可采用計算機系統，通過計算機系統確定投影機I生成何種形式的結構光5，并將要生成的結構光信息發送給投影機1，并控制投影機I生成結構光5，如相移數字條紋光或莫爾條紋光。對變形結構光圖案進行分析從而獲取被測物4表面的深度信息屬于三維測量及三維成像技術領域的常規技術，在此不再贅述。圖像分析及控制系統3可采用點云數據結構對變形結構光圖案進行分析，以計算出被測物4