[发明专利]一种透明材料三维表面及厚度分布同时检测系统及方法

权利要求书

1.一种透明材料三维表面及厚度分布同时检测系统，其特征在于，包括图像采集模块、深度传感器、面光源（4）、参考面板（5）、透明材料（6）和控制单元；

所述图像采集模块用于采集透明材料（6）的偏振图像和深度图像并传送到控制单元；

所述深度传感器用于采集透明材料（6）的前后深度值；

所述面光源（4）用于发出非偏振白光照射透明材料（6）；

所述参考面板（5）用于放置背景图案；

所述控制单元包括基于偏振特性的法向量计算模块、基于深度传感器的法向量校正模块以及重构和检测模块；所述基于偏振特性的法向量计算模块用于通过采集的偏振图像建立偏振图像像素灰度值与方位角和入射角的数学模型，得到所述透明材料（6）三维表面每个点所对应的初始法向量；所述基于深度传感器的法向量校正模块用于利用基线法消除所述基于偏振特性的法向量计算模块获取的所述透明材料（6）三维表面初始法向量的不确定性，得到校正后的三维表面法向量；所述重构和检测模块用于根据透明材料（6）校正后的三维表面法向量与表面形状之间的对应关系构建出代价函数，利用全局积分算法重构所述透明材料（6）的三维表面，实现三维表面检测；所述重构和检测模块还用于根据所述基于深度传感器的法向量校正模块获取的透明材料（6）的前后三维表面点重构出厚度分布情况，实现全表面厚度检测；

所述基于深度传感器的法向量校正模块是通过以下步骤实现的：

步骤a）、所述深度传感器输出近红外图像和深度图像并传送到控制单元，所述基于深度传感器的法向量校正模块采用深度卷积神经网络对深度图像中存在的空洞进行修复，同时利用所述图像采集模块拍摄可见光图像，将可见光图像与近红外图像进行配准，将深度图像和可见光图像进行配准、并进行插值操作，最后深度图像和近红外图像都达到可见光图像的分辨率，得到所述初始法向量对应的深度数据，在进行下一步测量之前，先对所述深度传感器标定获得光线方向；

步骤b）、在所述参考面板（5）上放置格雷码背景图案后将参考面板（5）放置在第一个位置；采集所述透明材料（6）放置前后的格雷码图像，利用格雷码图像的编码与解码方法，得到所述透明材料（6）放置前后的十进制编码图像，将两者相减，得到所述参考面板（5）放置第一个位置时的失真三维点，将所述参考面板（5）放置在第二个位置，采用在第一位置时同样的操作，得到所述参考面板（5）放置第二个位置时的失真三维点，最后将第一位置和第二位置的失真三维点相减并且归一化获得参考光线方向；

步骤c）、利用基线方法估算所述透明材料（6）前后三维表面点以及对应的法向量方向，对得到的所述初始法向量进行校正，去除方位角的不确定性。

2.根据权利要求1所述的透明材料三维表面及厚度分布同时检测系统，其特征在于，所述图像采集模块包括工业相机（2）和带刻度可旋转的线偏振片（1）；所述线偏振片（1）置于工业相机（2）的镜头前。

3.根据权利要求1所述的透明材料三维表面及厚度分布同时检测系统，其特征在于，所述深度传感器为TOF深度传感器（3）。

4.根据权利要求1所述的透明材料三维表面及厚度分布同时检测系统，其特征在于，所述透明材料（6）为大面积大厚度透明材料。