[发明专利]基于双屏透射显示的镜面物体三维形貌测量方法及装置

权利要求书

1.一种基于双屏透射显示的镜面物体三维形貌测量方法，其特征在于执行所述方法的装置包括电脑以及固定于光学平台上的CCD相机、液晶显示屏和透明显示屏；液晶显示屏和透明显示屏均与光学平台垂直；透明显示屏在前，液晶显示屏在后；液晶显示屏上所显示的图像和透明显示屏上所显示图像的光路平行；水平导轨设置于光学平台上，与液晶显示屏垂直；

电脑分别与液晶显示屏、透明显示屏和CCD相机连接，电脑用于控制液晶显示屏、透明显示屏和CCD相机，并存储、显示和处理所采集的图像，以获得相应的测量结果；

液晶显示屏和透明显示屏均用来显示电脑所产生的图像；CCD相机用于采集经由待测镜面物体反射后的变形条纹图像以及参考平面反射后的零变形条纹图像；

该方法包括以下步骤：

第一步、搭建测量系统：液晶显示屏和透明显示屏均与光学平台垂直；液晶显示屏和透明显示屏相互平行，液晶显示屏与透明显示屏之间的距离为Δd；水平导轨设置于光学平台上，与液晶显示屏垂直；

将待测镜面物体固定在光学平台上，使得液晶显示屏、CCD相机和待测镜面物体在空间上呈三角测量关系，透明显示屏、CCD相机和待测镜面物体在空间上呈三角测量关系，且CCD相机采集的液晶显示屏和透明显示屏经待测镜面物体反射的图像在CCD相机的景深范围内；

将标定用平面反射镜定位于水平导轨上，使得液晶显示屏、CCD相机和标定用平面反射镜在空间上呈三角测量关系以及透明显示屏、CCD相机和标定用平面反射镜在空间上呈三角测量关系；移动水平导轨上的标定用平面反射镜，选取一个位置作为参考平面，且CCD相机采集的液晶显示屏和透明显示屏经参考平面反射的图像在CCD相机的景深范围内；参考平面与液晶显示屏和透明显示屏均平行，参考平面与透明显示屏之间的距离为d；

第二步、移除待测镜面物体，得到参考平面的绝对相位展开图；

1)产生条纹图像：根据测量精度的要求，电脑生成三组正弦直条纹，选择测量场中需显示的三组正弦直条纹的条纹个数，并且条纹个数满足最佳三条纹选择；每组正弦直条纹包含四幅彼此间有90°的相位移动的正弦直条纹图像；

2)采集零变形条纹图像：同一幅正弦直条纹图像显示在液晶显示屏和透明显示屏的两种不同颜色通道中，正弦直条纹图像经参考平面反射后不发生变形，CCD相机采集每种颜色通道经由参考平面反射后的三组零变形条纹图像，并存储到电脑中供后续处理；

3)条纹相位计算：将每组四幅相同颜色的零变形条纹图像处理得到一幅相应颜色通道的折叠相位图，三组零变形条纹图像经过处理后得到三幅相应颜色通道的折叠相位图；然后再通过三幅折叠相位图得到一幅该颜色通道的绝对相位展开图；按照此方法得到另一种颜色通道的绝对相位展开图，进而求得参考平面反射的透明显示屏的绝对相位值和参考平面反射的液晶显示屏的绝对相位值

第三步、移除参考平面，加入待测镜面物体，按照第二步的方法得到待测镜面物体的绝对相位展开图，进而求得待测镜面物体反射的透明显示屏的绝对相位值和待测镜面物体反射的液晶显示屏的绝对相位值

第四步、求解待测镜面物体的三维形貌深度信息：建立相位和待测镜面物体的三维形貌深度信息的关系公式如式( 1)所示，得到待测镜面物体相对于参考平面的三维形貌深度信息，完成镜面物体三维形貌测量；

式(1)中：h为待测镜面物体相对于参考平面的三维形貌深度；

采集液晶显示屏上的零变形条纹图像或变形条纹图像时，将透明显示屏通电并显示白色图像，以获得质量更高的液晶显示屏上的条纹；采集透明显示屏上的零变形条纹图像或变形条纹图像时，在液晶显示屏上显示白色图像，提供透明显示屏光源使透明显示屏显示的图像清晰。

2.根据权利要求1所述的基于双屏透射显示的镜面物体三维形貌测量方法，其特征在于将第二步和第三步调换顺序，即先移除参考平面，得到待测镜面物体的绝对相位展开图；再移除待测镜面物体，加入参考平面，进而得到参考平面的绝对相位展开图。

3.一种执行如权利要求1或2所述基于双屏透射显示的镜面物体三维形貌测量方法的装置，其特征是所述装置包括电脑以及固定于光学平台上的CCD相机、液晶显示屏和透明显示屏；液晶显示屏和透明显示屏均与光学平台垂直；液晶显示屏和透明显示屏相互平行；水平导轨设置于光学平台上，与液晶显示屏垂直；

电脑分别与液晶显示屏、透明显示屏和CCD相机连接，电脑用于控制液晶显示屏、透明显示屏和CCD相机，并存储、显示和处理所采集的图像，以获得相应的测量结果；

液晶显示屏和透明显示屏均用来显示电脑所产生的图像；CCD相机用于采集经由待测镜面物体反射后的变形条纹图像以及参考平面反射后的零变形条纹图像。