[发明专利]一种使用单像素探测器的物体三维形貌测量方法和装置

权利要求书

1.一种使用单像素探测器的物体三维形貌测量方法，其特征在于：结构光场发生器生 成一系列频率不同、初相位不同的余弦分布照明光场，经照明透镜组依次照明目标物体；成 像透镜组将被照明的目标物体成像到平面栅状器件上，形成被平面栅状器件调制的目标物 体图像；单像素探测器依次按不同的照明光场，接收被调制的目标物体图像的光信号，并依 次输出电信号响应值，一个照明光场对应一个电信号响应值；利用一系列电信号响应值，计 算得出被调制的目标物体图像的傅立叶谱一级分量通过计算得到目标物体图像的调 制相位分布，与基准平面处平板图像的调制相位分布做差值运算得到相位差分布再利用相位差与高度的对应关系，得到待测目标物体表面形貌的高度分布h(x,y)测量值。

2.根据权利要求1所述的使用单像素探测器的物体三维形貌测量方法，其特征在于：被 测目标物体图像的傅立叶谱一级分量的频率范围，为频谱面(f_x,f_y)上以频率(0,f_0y)为中 心的一块区域，y方向与平面栅状器件的栅线方向垂直，f_0y为被平面栅状器件调制的基准平 面处平板图像的傅立叶谱一级分量的傅立叶谱系数最大值所对应的y方向值，或者根据 平面栅状器件的栅线频率、成像透镜组参数和基准平面位置，利用成像放大倍数公式f_0y＝ cosθ·f_g/μ计算出中心频率y方向值f_0y，其中f_g为平面栅状器件的栅线频率、μ为成像放大 倍数、θ是基准平面的法线与平面栅状器件法线的夹角。

3.根据权利要求2所述的使用单像素探测器的物体三维形貌测量方法，其特征在于：所 述以频率(0,f_0y)为中心的一块区域，为以频率(0,f_0y)为中心、r_f为半径的圆内所包含的频 率，r_f＝ηf_0y，0.1≤η≤0.8。

4.根据权利要求2所述的使用单像素探测器的物体三维形貌测量方法，其特征在于：所 述以频率(0,f_0y)为中心的一块区域，为以频率(0,f_0y)为中心、频率范围为-η_xf_0y≤f_x≤η_xf_0y和(1-η_y)f_0y≤f_y≤(1+η_y)f_0y的方形内所包含的频率，0.1≤η_x≤0.8，0.1≤η_y≤0.8。

5.根据权利要求2所述的使用单像素探测器的物体三维形貌测量方法，其特征在于：所 述以频率(0,f_0y)为中心的一块区域，为以频率(0,f_0y)为中心、r_f为半径的圆内所包含的频 率，r_f根据傅立叶谱系数的设置：依次计算各个频率对应的傅立叶谱系数的同时，依次计算 各个频率所在圆周上所有傅立叶谱系数的平均值，当该平均值小于某个阈值时，即为r_f边 界。

6.根据权利要求1所述的一种使用单像素探测器的物体三维形貌测量方法，其特征在 于：利用公式或

得到反映目标物体表面形貌并以基准 平面为基准的相位差分布F^-1[]表示作离散反傅立叶变换运算，arg{}表示作求 幅角运算，conj{}表示作共轭复数运算。

7.根据权利要求1所述的使用单像素探测器的物体三维形貌测量方法，其特征在于：结 构光场发生器生成一系列频率不同的余弦分布光场，其中每个频率又对应有n(n≥3)个初 相位不同的光场，这n个初相位之中，相邻两个初相位之差为恒值。