[发明专利]一种自动变焦三维形貌测量系统及方法

权利要求书

1.一种自动变焦三维形貌测量系统，其特征在于，所述测量系统由光源照明系统、第一tube透镜、CCD采集系统、第二tube透镜、分光镜、显微镜头和压电陶瓷组成；

所述第一tube透镜匹配位于所述光源照明系统的光线输出侧，所述分光镜匹配位于所述第一tube透镜的光线输出侧，所述显微镜头匹配位于所述分光镜的光线输出侧，所述压电陶瓷匹配位于所述显微镜头的光线输出侧，所述第二tube透镜匹配位于所述分光镜的反射光线输出侧，所述CCD采集系统位于所述第二tube透镜的焦面位置；

所述测量系统的测量光路为：所述白光光源照明系统发出的光束依次经过所述第一tube透镜、所述分光镜和所述显微镜头后照射到待测物体表面，经过物体表面反射后光路经过所述第二tube透镜，由所述CCD采集系统采集到携带物体高度信息的成像图片，再由所述压电陶瓷对物体进行纵向扫描并同步采集成像。

2.如权利要求1所述的自动变焦三维形貌测量系统，其特征在于：所述光源照明系统采用白光作为光源。

3.一种基于权利要求1或2所述的自动变焦三维形貌测量系统的自动变焦三维形貌测量方法，其特征在于，所述测量方法具体是：首先纵向扫描物体，然后采集一组携带物体高度信息的图片，接着使用基于拉普拉斯算子的聚焦评价函数解析图片得到像素点的聚焦评价函数值曲线，最后结合高斯曲线拟合算法得到像素点准确聚焦的位置，进而恢复物体三维形貌。

4.如权利要求3所述的自动变焦三维形貌测量方法，其特征在于：所述基于拉普拉斯算子的聚焦评价函数是根据聚焦越好的图片含细节信息越丰富，在空域内表现为灰度梯度大，频域内表现为高频分量多来构造的。

5.如权利要求3所述的自动变焦三维形貌测量方法，其特征在于，所述测量方法具体包括以下步骤：

(1)使用光源照明系统，通过计算机程序控制显微镜头微步距垂直扫描待测物体，通过CCD采集系统同步采集成像图片并转化为数字信号保存到计算机中；

(2)在计算机中使用基于拉普拉斯算子的聚焦评价函数解析采集到的图片，计算像素点在每幅图中的聚焦评价函数值，得到聚焦评价函数值曲线，聚焦评价函数值曲线的峰值位置即为像素点聚焦位置；

(3)在计算机上提取出聚焦评价函数值曲线峰值所在的扫描位置，将此作为像素点粗略焦面位置，结合高斯曲线拟合算法得到像素点准确聚焦位置；

(4)得到各个像素点准确聚焦位置后即可恢复物体三维形貌。

6.如权利要求3所述的自动变焦三维形貌测量方法，其特征在于：所述测量方法是采用基于拉普拉斯算子的改进拉普拉斯能量和函数来计算像素点的聚焦值，以此来表征像素点的聚焦程度；

所述改进拉普拉斯算子为：

其中，f(x，y)表示像素点灰度值；在空域中离散的改进拉普拉斯算子可表示为：

所述改进拉普拉斯能量和函数可表示为：

其中，M，N表示选定像素点处理领域，将式(3)用于计算(x,y)在每幅图中的聚焦评价函数值，得到聚焦评价函数值曲线，再结合高斯曲线拟合算法提取准确聚焦位置，遍历所有像素点进而恢复物体三维形貌。