[发明专利]一种基于时域相移算法的高精度微纳三维测量方法

权利要求书

1.一种基于时域相移算法的高精度微纳三维测量方法，其特征在于：实施步骤如下：

步骤S1：通过上位机程序控制压电陶瓷微步距垂直扫描待测物体，每扫描一步，利用数字微镜阵列将一幅编码的正弦相移条纹投影到物体表面，若干幅具有一定相位差的正弦光栅条纹随扫描次数依次循环使用，CCD采集到一系列携带物体高度信息的成像图片，转化为数字信号存储到计算机中，其中，使用白光光源经过准直扩束镜后照明数字微镜阵列，光束经过tube透镜一、分光镜和显微镜头照射到待测物体表面，其中数字微镜阵列位于tube透镜一的焦面位置，经过物体表面反射后光路经过tube透镜二，CCD采集系统采集到携带物体高度信息的条纹图，其中CCD位于tube透镜二的焦面位置，最后通过微步距压电陶瓷对物体进行纵向扫描实现三维测量；

步骤S2：提取每个像素点在每幅图中的光强，绘制出每个像素点随扫描位置变化的光强曲线，然后提取光强曲线的包络曲线即为图片的调制度曲线；

步骤S3：提取出调制度曲线峰值所在的扫描位置，将此作为像素点粗略焦面位置，进一步通过对粗略焦面位置进行高斯曲线拟合得到准确调焦位置；

步骤S4：得到各个像素点准确调焦位置后即可恢复物体三维形貌；

其中，对于8幅具有π/4相位差的正弦光栅条纹，投影的条纹可表示为：

其中I₁,I₂,I₃,I₄,I₅,I₆,I₇,I₈分别为8幅相移条纹光强，T为正弦光栅条纹周期，x为像素点；

其中，CCD采集图像光强分布可以表示为：

I(x,y)＝a(x,y)+b(x,y)cos(2πfx) (2)

其中，I(x,y)为光强，a(x,y)为背景光强，b(x,y)表征了为由物体高度引起的x,y方向上的调制度分布，f为正弦光场空间频率；

然后针对每个像素点提取出在每幅图中的光强值绘制光强曲线并进行提取包络处理，其中，光强包络曲线对应调制度曲线，其峰值位置对应调制度值最大值位置即为聚焦位置，经过上述提取包络处理得到粗略聚焦位置，进一步结合高斯曲线拟合得到精确聚焦位置，最后完成物体三维重建。