[发明专利]形状反射器和表面轮廓映射

说明书

技术领域

本发明整体涉及对物体的三维表面形状进行估计。更具体地，描述了由物体反射的光图案的一个或多个所捕获的摄影图像来迅速确定物体的一个或多个表面层的表面轮廓的方法、软件、硬件和系统。

背景技术

可以利用光学轮廓曲线仪对制造部件诸如平板显示器表面的三维形状进行准确测量。光学轮廓曲线仪能够测量由制造部件的表面反射的光产生的激光，如图1中现有技术光学测量系统100所示。激光器102能够将光以小角度引导到待测量测试制造部件的表面112上。激光轮廓曲线仪通常能够利用从点“r”反射的光的“主射束”测量形状，而不是利用从点“q”反射的光的“侧射束”，因此能够优选充分无光泽的漫反射表面。相机104可定位成捕获镜面反射的主射束106、或漫反射的主射束108和镜面反射的侧射束110的组合。利用激光轮廓曲线仪的测量过程可能较慢，因为可能要改变激光器的位置/取向和/或相机的位置/取向，以测量从被测量制造部件反射的每个点。此外，控制调节和测量的专用设备可能较昂贵。为了利用高空间分辨率测量反射表面，可以使用数以万计的点并可能需要大量时间来测量单个制造部件。因此，需要一种低成本的快速测量方法和系统来以高度分辨率估计反射制造部件的一个或多个层的形状，并且其适于高容量制造测试、组装和质量控制操作。

发明内容

本发明描述了一种用于对物体的两个反射表面层的三维表面形状进行估计的方法。通过图像捕获设备捕获物体的反射像来执行该方法。物体的反射像至少包括第一反射像图案和第二反射像图案，其中每个反射像图案是从两个反射表面层中的对应的一个反射表面层反射的。在所描述的实施例中，第一反射像图案穿过第一偏振介质，第二反射像图案穿过第二偏振介质，其中第一偏振介质的特征在于具有第一偏振取向，并且其中第二偏振介质的特征在于具有第二偏振取向,第一偏振取向和第二偏振取向彼此不同。该方法还至少包括如下步骤：从第一反射像图案获得第一组二维反射像点；从第二反射像图案获得第二组二维反射像点；以及通过比较第一组二维反射像点和第二组二维反射像点来生成物体的两个反射表面层中的每一个的三维表面形状的估计。

在另一个实施例中，描述了一种装置。该装置包括图像捕获设备，其用于从制造部件捕获第一反射像图案和第二反射像图案，由图像捕获设备捕获的每个反射像图案穿过对应的偏振介质，每个偏振介质都具有不同的偏振取向；以及处理单元，其耦合到图像捕获设备并被配置为处理所捕获的反射像图案，并通过比较与第一反射像和第二反射像相关联的信息来评估制造部件的多个反射表面中的至少两个的几何特性。

在另一个实施例中，描述了一种非暂态计算机可读介质，其用于对编码成计算机程序代码的物体的至少两个反射表面层的三维表面形状进行估计。该非暂态计算机可读介质包括用于捕获从第一反射表面层和与所述第一反射表面层相邻的第二反射表面层反射的反射像图案的计算机程序代码。此外，该非暂态计算机可读介质包括用于利用所捕获的反射像图案中的像素的亮度值和色度值的组合，将所捕获的反射像图案分成用于第一反射表面层的第一反射像图案和用于第二反射表面层的第二反射像图案的计算机程序代码。该非暂态计算机可读介质还包括用于通过将第一反射像图案和第二反射像图案分别与参考图像图案比较来生成第一反射表面层和第二反射表面层的三维表面形状的估计的针对计算机程序代码的计算机代码。

附图说明

通过参考下面结合附图进行的描述可以充分理解本发明及其优点。

图1示出了现有技术的光学测量系统。

图2示出了弯曲反射表面接收的反射像的失真。

图3A示出了用于图像捕获和定位以测量制造部件的反射表面形状的系统。

图3B示出了图像图案生成板。

图3C示出了图3A的图像捕获和定位组件的横截面的选择元件。

图4示出了用于测量反射的二维数学模型。

图5A示出了针对固定图像捕获位置的多个候选反射表面取向。

图5B示出了连接反射表面估计上的两个相邻点。

图6示出了将多个候选反射表面取向连接到已知的起始点表面。

图7和图8示出了用于测量反射的另外的数学模型。

图9示出了从制造部件的两个相邻表面进行两个重叠反射的图像捕获。

图10示出了图9的图像捕获的放大部分。

图11示出了通过具有不同偏振取向的偏振滤光器对两个相邻表面进行的两次图像捕获。